2023年2021高中物理人教版一轮复习训练:15与闭合电路欧姆定律有关的实验.pdf
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1、晨鸟教育 Earlybird 15 与闭合电路欧姆定律有关的实验 1与闭合电路欧姆定律有关的实验是指以闭合电路欧姆定律为基本实验原理的实验,包括测电阻、测定电源的电动势和内阻、多用电表的原理和使用等实验。2两点注意:(1)仪器选择要首先保证安全,其次是保证精确,再次是操作简便,若选不到理想的仪器,其中几个相比较,选较好的。(2)涉及多用电表的实验,理解欧姆表工作原理往往是解题的关键。例 1(2020 全国 I 卷 22)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻 Rx,所用电压表的内阻为 1 k,电流表内阻为 0.5。该同学采用两种测量方案,一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的 O、P 两点之
2、间,另一种是跨接在 O、Q 两点之间。测量得到如图(b)所示的两条 U I 图线,其中 U 与 I 分别为电压表和电流表的示数。回答下列问题:(1)图(b)中标记为 II 的图线是采用电压表跨接在_(填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。(2)根据所用实验器材和图(b)可判断,由图线_(填“I”或“II”)得到的结果更接近待测电阻的真实值,结果为_(保留 1 位小数)。(2)考虑到实验中电表内阻的影响,需对(2)中得到的结果进行修正,修正后待测电阻的阻值为_(保留 1 位小数)。【答案】(1)O、P (2)I 50.5 (3)50.0【解析】(1)若将电压表接在 O、P 之间,VxU
3、UIRR,则VVxxR RUIRR,根据一次函数关系考点分析 晨鸟教育 Earlybird 可知对应斜率为VVxxR RRR。若将电压表接在 O、Q 之间,电流表分压为 UAIRA,根据欧姆定律变形可知AUIRRI,解得 UI(RRA),根据一次函数可知对应斜率为 RRA,对比图象的斜率可知 kIkII,所以 II 图线是采用电压表跨接在 O、P 之间。(2)因为待测电阻为几十欧姆的电阻,通过图象斜率大致估算待测电阻为 50 左右,根据100050500.5。说明电流表的分压较小,电流表的分流较大,所以电压表应跨接在 O、Q 之间,所以选择图线 I 得到的结果较为准确。根据图象可知33 150
4、.5(59.620)10 xR。(3)考虑电流表内阻,则修正后的电阻 Rx RxRA50.0 。例 2(2020 全国 II 卷 23)某同学要研究一小灯泡 L(3.6 V,0.30 A)的伏安特性。所用器材有:电流表 A1(量程 200 mA,内阻 Rg110.0),电流表 A2(量程 500 mA,内阻 Rg21.0 )、定值电阻 R0(阻值 R010.0 )、滑动变阻器 R1(最大阻值 10 )、电源 E(电动势 4.5 V,内阻很小)、开关 S 和若干导线。该同学设计的电路如图(a)所示。(1)根据图(a),在图(b)的实物图中画出连线。(2)若 I1、I2分别为流过电流表 A1和 A
5、2的电流,利用 I1、I2、Rg1和 R0写出:小灯泡两端的电压 U_,流过小灯泡的电流 I_。为保证小灯泡的安全,I1不能超过_mA。(3)实验时,调节滑动变阻器,使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的 I1和 I2。所得实验数据在下表中给出。I1/mA 32 55 85 125 144 173 I2/mA 171 229 299 379 424 470 根据实验数据可算得,当 I1173 mA 时,灯丝电阻 R_(保留 1 位小数)。(4)如果用另一个电阻替代定值电阻 R0,其他不变,为了能够测量完整的伏安特性曲线,所用电阻的阻值不能小于_(保留 1 位小数
6、)。【答案】(1)见解析图 (2)I1(R0Rg1)I2I1 180 (3)11.6 (4)8.0 安全其次是保证精确再次是操作简便若选不到理想的仪器其中几个相比较选较好的涉及多用电表的实验理解欧姆表工为该同学采用两种测量方案一种是将电压表跨接在图所示电路的两点之间另一种是跨接在两点之间测量得到如图所示案测量得到的根据所用实验器材和图可判断由图线填或得到的结果更接近待测电阻的真实值结果为保留位小考虑到实晨鸟教育 Earlybird【解析】(1)根据电路图连接实物图如图所示。(2)根据电路图可知灯泡两端的电压为电流表 A1和 R0的总电压,故根据欧姆定律有 UI1(R0Rg1),根据并联电路特点
7、可知流过小灯泡的电流为 II2I1,因为小灯泡的额定电压为 3.6 V,根据题目中已知数据可知 I1不能超过 180 mA。(3)根据表中数据可知当 I1173 mA 时,I2470 mA;根据前面的分析代入数据可知此时灯泡两端的电压为 U3.46 V;流过小灯泡的电 I297 mA0.297 A;故根据欧姆定律可知此时小灯泡的电阻 RUI11.6 。(4)要测量完整的伏安特性曲线则灯泡两端的电压至少要达到 3.6 V,而电流表 A1不能超过其量程 200 mA,此时有 3.602(R010),解得 R08 ,即要完整的测量小灯泡伏安特性曲线所用电阻的阻值不能小于 8 。1用电流表和电压表测定
8、由三节干电池串联组成的电池组(电动势约 4.5 V,内电阻约 1)的电动势和内电阻,除待测电池组、开关、导线外,还有下列器材供选用:A电流表:量程 0.6 A,内电阻约 1 B电流表:量程 3 A,内电阻约 0.2 C电压表:量程 3 V,内电阻约 30 k D电压表:量程 6 V,内电阻约 60 k E滑动变阻器:01 000 ,额定电流 0.5 A F滑动变阻器:020 ,额定电流 2 A(1)为了使测量结果尽量准确,电流表应选用_,电压表应选用_,滑动变阻器应选用_(均填仪器的字母代号)。(2)下图为正确选择仪器后,连好的部分电路为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将_和_相连、_
9、和_相连、_和_相连。(均提分训练 安全其次是保证精确再次是操作简便若选不到理想的仪器其中几个相比较选较好的涉及多用电表的实验理解欧姆表工为该同学采用两种测量方案一种是将电压表跨接在图所示电路的两点之间另一种是跨接在两点之间测量得到如图所示案测量得到的根据所用实验器材和图可判断由图线填或得到的结果更接近待测电阻的真实值结果为保留位小考虑到实晨鸟教育 Earlybird 填仪器上接线柱的字母代号)(3)实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器,重新连接电路,仍能完成实验实验中读出几组电阻箱的阻值 R 和对应电压表的示数U.用图象法处理采集到的数据,为使在直角
10、坐标系中得到的函数图象是一条直线,则可以_为纵坐标,以_为横坐标。【答案】(1)A D F(2)a d c g f h(3)1U 1R(或 U UR或RU R)(横纵坐标互换亦可)【解析】(1)为了使测量更准确,电流表选量程为 0.6 A 的电流表 A,电池组的电动势约 4.5 V,故电压表选 D,为了便于调节滑动变阻器应选 F。(2)为了使测量误差尽可能小,测量电源电动势和内电阻的原理图如图(a)所示,因此将 a、d相连,c、g 相连,f、h 相连。(3)用电阻箱和电压表测量电源电动势和内电阻的实验原理图如图(b)所示,根据闭合电路欧姆定律,得 EUURr,所以1U1ErE1R或UEURr或
11、RUrE1ER,因此可作出1U1R或UUR或RUR 图象处理数据。2某学习小组拟研究一个标有“3.6 V,1.8 W”的小电珠的伏安特性曲线,可供选用的器材如下:电流表 A,量程 00.6 A,内阻约为 0.2 ;电压表 V,量程 015 V,内阻约为 15 k;滑动变阻器 R,阻值范围 010 ;学生电源 E,电动势为 4 V,内阻不计;开关 S 及导线若干。(1)该学习小组中的甲同学设计了如图甲所示的电路进行测量,请按照图甲所示的电路图帮甲同学将图乙中的实物图连接起来。安全其次是保证精确再次是操作简便若选不到理想的仪器其中几个相比较选较好的涉及多用电表的实验理解欧姆表工为该同学采用两种测量
12、方案一种是将电压表跨接在图所示电路的两点之间另一种是跨接在两点之间测量得到如图所示案测量得到的根据所用实验器材和图可判断由图线填或得到的结果更接近待测电阻的真实值结果为保留位小考虑到实晨鸟教育 Earlybird (2)甲同学在实验中发现,由于电压表的量程较大而造成读数误差很大,因而影响了测量结果。于是又从实验室找来一量程为 Ig100 A、内阻 Rg1000 的灵敏电流计,想把该灵敏电流计改装成量程为 5 V 的电压表,则需串联一个阻值为_的电阻。(3)甲同学用改装后的电压表进行实验,得到电流表读数 I1和灵敏电流计读数 I2如表所示:I1(A)0 0.19 0.30 0.37 0.43 0
13、.46 0.48 0.49 I2(A)0 10 20 30 40 50 60 70 请在图丙中的坐标纸上画出 I1I2图线。(4)若将该小电珠接在如图丁所示的电路中,则该小电珠消耗的电功率约为_W已知电源的电动势为 E 3.0 V,内阻 r1.5 ,定值电阻 R04.5 。(结果保留两位有效数字)【答案】(1)见解析图(a)(2)49 000(3)如图所示(4)0.35【解析】(1)如图(a)所示。(2)设需要串联的电阻阻值为 Rx,则有 Ig(RgRx)5 V,代入数据可得 Rx49000 。(4)将定值电阻 R0看做该电源的内阻的一部分,则内阻 r 6 ,由此可得路端电压 UEIr,在 I
14、1I2图线所在坐标纸上作出该 IU 图象如图(b)所示,可知其交点坐标表示的电流约为 0.32 A,电压约为 1.1 V,所以该小电珠消耗的功率约为 P0.321.1 W0.35 W。安全其次是保证精确再次是操作简便若选不到理想的仪器其中几个相比较选较好的涉及多用电表的实验理解欧姆表工为该同学采用两种测量方案一种是将电压表跨接在图所示电路的两点之间另一种是跨接在两点之间测量得到如图所示案测量得到的根据所用实验器材和图可判断由图线填或得到的结果更接近待测电阻的真实值结果为保留位小考虑到实晨鸟教育 Earlybird 3小明在实验室中发现一个外观上象电阻的未知元件 D,设计了如图甲所示电路进行实验
15、探究,请按要求回答问题:(1)小明按图甲连接好电路,闭合开关 S,将滑动变阻器滑片缓慢地从 a 端移到 b 端,发现起始阶段电压表的示数逐渐增大,后续阶段电压表示数保持 6 V 不变,若 D 为电阻元件,则该过程中它的电阻值的变化情况可能是_。A阻值一直为 0 B阻值先不变,后续阶段变小 C阻值恒定且远大于 R2 D阻值先不变,后阶段变大(2)根据元件 D 铭牌上的部分信息,小明从网络获知该元件为稳压二极管,它有正、负极之分,在电路中当 D 的正极接高电势时,其 iu 线如图乙中 OC 所示;当 D 的负极接高电势时,其 iu 线如图乙中 OAB 所示,其中 AB 段为 D 的稳压工作区,由此
16、可判断图甲中 D 的黑色端是它的_极(选填“正”或“负”)。(3)小明接着设计了用多用电表欧姆挡按图丙对该元件进行探究,图丙中虚线框部分是其内部等效电路,已知电源电动势 E9 V,电表满偏电流 Ig3 mA。实验时小明先进行欧姆调零,则调零后多用电表内部总电阻为_;调零后按图丙连接元件 D 进行测量,若 D 恰好处于稳压工作区,则此时测得元件 D 的阻值应为_。【答案】(1)B (2)负 (3)3 000(或 3 103)6 000(或 6 103)【解析】(1)因在滑片移动过程中,发现起始阶段电压表的示数逐渐增大,后续阶段电压表示数保持 6 V 不变,则知元件阻值可能先不变,后续阶段变小,故
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