73电学实验基础

7-3电学实验基础一、选择题1．以下说法中，正确的是()A．采用伏安法测电阻时，只要仪器选得正确，可保证没有系统误差B．用伏安法测电阻，不论是用电流表外接法，还是电流表内接法，都存在系统误差C．用欧姆表测电阻，既准确又方便D．伏安法测电阻，存在系统误差的原因是由于电流表的分压[答案]B[解析]对A、B选项，伏安法测电阻不可能没有系统误差，只能减小，故B选项正确，A选项错误。对C选项，欧姆表测电阻方便但由于刻度不均匀读数误差较大，电池用久了误差更大。因而C选项错误。对D选项，不同的测量电路引起误差的原因不同，故D选项错误。2．如下图所示，用伏安法测电阻，若电流表内阻1Ω，电压表内阻5000Ω，Rx约为10Ω，则下图中哪个测量结果较为准确？测量值比真实值偏大还是偏小()A．甲电路，偏大B．甲电路，偏小C．乙电路，偏大D．乙电路，偏小[答案]B[解析]RVRx＝500，RxRA＝10，∴RVRxRxRA，应采用电流表外接法，由于电压表分流，使IAIx，Rx的测量值比真实值偏小。3．分别用图(a)、(b)两种电路测量同一未知电阻的阻值。图(a)中两表的示数分别为3V、4mA，图(b)中两表的示数分别为4V、3.9mA，则待测电阻Rx的真实值为()A．略小于1kΩB．略小于750ΩC．略大于1kΩD．略大于750Ω[答案]D[解析]先判断采用的测量方法，由于在两种不同的接法中电压表的示数变化大，说明测量的是小电阻，这样电流表分压较大，应该采用(a)图进行测量比较准确。(a)图中测量值较真实值偏小。4.如图所示电路，用伏安法测量电阻的大小。电阻R＝320Ω时，电流表的示数是15mA，电压表的示数是4.5V。如果用这个电路测量未知电阻R′，电流表的示数是13mA，电压表的示数是5.2V，则电阻R′的大小是()A．R420ΩB．400ΩR′420ΩC．R′＝420ΩD．无法确定[答案]A[解析]R＝320Ω时，两端电压U＝4.5V，则通过R的电流IR＝UR＝4.5320A＝0.014A＝14mA通过电压表的电流IV＝I－IR＝(15－14)mA＝1mA电压表内阻RV＝UIV＝4.51×10－3Ω＝4500Ω当电阻为R′时，电压U′＝5.2V通过电压表的电流IV′＝U′RV＝5.24500A＝1.15mA通过R′的电流IR′＝I′－IV′＝(13－1.15)mA＝11.85mA电阻R′＝U′IR′＝5.211.85×10－3Ω＝439Ω。二、非选择题5．用伏安法测一定值电阻的阻值，备选器材如下：待测电阻Rx(阻值约2.0kΩ，额定功率为0.05W)电压表V1(量程0～1V，内阻10kΩ)电压表V2(量程0～10V，内阻100kΩ)电流表A1(量程0～500μA，内阻50Ω)电流表A2(量程0～6mA，内阻10Ω)电源E1(电动势3V，内阻不计)电源E2(电动势12V，内阻不计)滑动变阻器R(电阻范围0～10Ω，额定功率25W)电键S及导线若干为使测量尽量准确，要求进行多次测量，求得平均值，请画出测量所需的电路原理图，并按题目所给的符号在图中标明所选器材。[答案]如图所示[解析]因待测电阻Rx的阻值约为2.0kΩ，额定功率为0.05W，由U＝PRx得待测电阻两端电压约为10V，所以电源选E2，电压表选V2，由U＝IRx，知允许通过待测电阻的最大电流约5mA，电流表选A2，因RV·RAR2x，所以电流表内接，又因R≪Rx，所以滑动变阻器接成分压式。6．用伏安法测量一个阻值约为20Ω的未知电阻Rx的阻值。实验电路图如图：(1)在以下备选器材中，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________。电源E(电动势3V、内阻可以忽略不计)电流表A1(量程0～50mA，内阻约12Ω)电流表A2(量程0～3A，内阻约0.12Ω)电压表V1(量程0～3V，内阻约3kΩ)电压表V2(量程0～15V，内阻约15kΩ)滑动变阻器R1(0～10Ω，允许最大电流2.0A)滑动变阻器R2(0～1000Ω，允许最大电流0.5A)定值电阻R(30Ω，允许最大电流1.0A)开关、导线若干(2)某次测量中，电压表读数为U时，电流表读数为I，则计算待测电阻阻值的表达式Rx＝________。[答案](1)A1V1R1(2)UI－R[解析](1)电源电动势E＝3V，Rx的阻值约为20Ω，定值电阻R＝30Ω，流过电流表的最大电流Imax＝ER＋Rx＋RA≈0.048A，因此电流表应选A1，电压表应选V1，为了便于分压电路调节，滑动变阻器应选择R1。(2)由分压电路关系可得Rx＝UI－R。7．(2012·菏泽重点中学联考)用伏安法测量金属丝的电阻(阻值在4～8Ω之间)，现提供图甲所示的实验器材。实验要求获得多组数据，且金属丝上所加的电压须从零开始。(1)请在图甲中选择必要的器材，并进行连线(两表均选用小量程即可满足实验要求)。(2)某次实验测量时，表盘刻度及指针如图乙所示，则该金属丝的电阻值为________。[答案](1)电路连线图如图所示。(2)5.0Ω[解析]电源必须连接在直流输出上，采用电流表外接电路，滑动变阻器分压接法。电压为2.30V，电流为0.46A，该金属丝的电阻值为R＝U/I＝5.0Ω。8．为了精确测量某待测电阻Rx的阻值(约为30Ω)。有以下一些器材可供选择。电流表：A1(量程0～50mA，内阻约12Ω)A2(量程0～3A，内阻约0.12Ω)电压表：V1(量程0～3V，内阻很大)V2(量程0～15V，内阻很大)电源：E(电动势约为3V，内阻约为0.2Ω)定值电阻：R(30Ω，允许最大电流2.0A)滑动变阻器：R1(0～10kΩ，允许最大电流2.0A)滑动变阻器：R2(0～1kΩ，允许最大电流0.5A)单刀单掷开关S一个，导线若干(1)电流表应选________，电压表应选________，滑动变阻器应选________。(填字母代号)(2)请在方框中画出测量电阻Rx的实验电路图。(要求测量值的范围尽可能大一些，所用器材用对应的符号标出)(3)某次测量中，电压表示数为U时，电流表示数为I，则计算待测电阻阻值的表达式为Rx＝________。[答案](1)A1V1R1(2)如图所示(3)UI－R9．(2012·江西盟校联考)用伏安法测电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响，不论使用电流表内接法还是电流表外接法，都会产生系统误差。为了消除系统误差，某研究性学习小组设计了如图所示的测量电路。(1)请完成下列操作过程：第一步：先将R2的滑动触头调到最左端，单刀双掷开关S2合向1，然后闭合开关S1，调节滑动变阻器R1和R2，使电压表和电流表的示数尽量大些(不超过量程)，读出此时电压表和电流表的示数U1、I1；第二步：保持两滑动变阻器的滑动触头位置不变，________________________________________。(2)根据以上记录数据写出被测电阻Rx的表达式Rx＝________。(3)根据实验原理图连接好实物图。[答案](1)将单刀双掷开关S2合向2，读出电压表和电流表的示数U2、I2(2)U1I1－U2I2(3)如图所示[解析]本题用了一种新的方法来消除系统误差，解题的关键是能否根据题目中的电路图弄清实验原理。10．实验室有如下器材：电流表A1(满偏电流约500μA，有刻度无刻度值，内阻rg约500Ω)；电流表A2(量程0～300μA，内阻rA2＝1000Ω)；电流表A3(量程0～1mA，内阻rA3＝100Ω)；定值电阻R0(阻值1kΩ)；滑动变阻器R(0～5Ω，额定电流2A)；电池(电动势2V，内阻不计)；开关、导线若干。要求较精确地测出A1表的内阻和满偏电流。(1)在方框内画出测量电路；(2)应读取的物理量是________；(3)用这些量表示的A1表的满偏电流Ig＝__________，A1表的内阻rg＝________。[答案](1)电路如图所示(2)A1表满偏时A2表的读数I2、A3表的读数I3(3)I3－I2I2rA2I3－I2[解析](1)要测量A1表的内阻，需测出通过A1表的电流和它两端的电压U1。A1表没有刻度值，所以不能直接读出满偏电流，要通过A2、A3才能间接测得。U1m＝Igrg≈(5×10－4×500)V＝0.25V，因A2、A3表的内阻是确定值，故可以把它们当做电压表．A3表的电压量程U3＝Ig3·rA3＝0.1VU1m，A2表的电压量程U2＝Ig2·rA2＝0.3VU1m，所以应选择A2与A1并联，这样A2表两端的电压就是U1。若A3直接与A1、A2串联接在滑动变阻器的分压端，电压小于(U1m＋U3)＝0.35V，滑动变阻器调节不方便，所以可再串联一个定值电阻R0。(2)见答案。(3)当A1表满偏时，读出A2、A3表的读数I2、I3，有Ig＝I3－I2。A1表的内阻rg＝U1Ig＝I2rA2I3－I2。11．为了测量一个量程为3V的电压表的内阻RV(约几千欧姆)，可以采用图甲电路。(1)试将图乙所给实验仪器按实验电路连成测量电路。(2)在测量时，可供选择的实验步骤有：A．闭合开关S；B．将电阻箱R0的阻值调到最大；C．将电阻箱R0的阻值调到零；D．调节电阻箱R0的阻值使电压表的指针指示1.5V，记下此时R0的值；E．调节滑动变阻器R的滑动触头P，使电压表的指针指示3.0V；F．把变阻器R的滑动触头P滑到a端；G．把变阻器R的滑动触头P滑到b端；H．断开开关S；把必要的合理步骤选出来，按操作顺序将字母代号填在横线上________。(3)若在步骤D中读出R0的阻值为图丙所示位置，则电压表的电阻为________Ω。用这种方法测出的电压表内阻与真实值相比偏________(填“大”或“小”)。[答案](1)如图所示(2)GCAEDH(3)2400大[解析](3)由图丙可知接入电路的R0的阻值为2×1000Ω＋4×100Ω＝2400Ω，由步骤D和E可推知，电压表的内阻与R0的阻值相等，即2400Ω。本实验的原理是R0接入电路后，滑动触头P和b之间的电压变化忽略不计，实际上接入R0后，外电路电阻变大，电路电流变小，从而滑动触头P和b之间的电压变大，由步骤D可知电压表的示数减小为原来的1/2，所以此时电阻箱两端的电压应该大于1.5V，即电阻箱接入电路的阻值大于电压表的内阻，故用这种方法测出的电压表内阻与真实值相比偏大。12．待测电阻Rx的阻值约为20Ω，现要测量其阻值，实验室提供器材如下：A．电流表A1(量程150mA，内阻约为10Ω)B．电流表A2(量程20mA，内阻r2＝30Ω)C．电压表V(量程15V，内阻约为3000Ω)D．定值电阻R0＝100ΩE．滑动变阻器R1，最大阻值为5Ω，额定电流为1.0AF．滑动变阻器R2，最大阻值为5Ω，额定电流为0.5AG．开关E，电动势E＝4V(内阻不计)H．开关S及导线若干(1)为了使电表调节范围较大，测量准确，测量时电表读数不得小于其量程的13，请从所给的器材中选择合适的实验器材________(均用器材前对应的序号字母填写)；(2)根据你选择的实验器材，请你在虚线框内画出测量Rx的最佳实验电路图并标明元件符号；(3)待测电阻的表达式为Rx＝________，式中各符号的物理意义为_________________________________________________________________________________________________________________。[答案](1)A、B、D、E、G、H(2)如图所示(3)I2R0＋r2I1－I2I1、I2分别为A1和A2的示数，R0与r2分别为定值电阻和A2内阻的阻值[解析](1)由于电源电动势为4V，电压表V量程为15V，达不到其量程的三分之一，故电压表不能使用；可用电流表A2与定值电阻R0串联扩大其电压量程当做电压表，再与电流表A1配合使用伏安法测量待测电阻阻值，由于改装的电压表内阻已知，故电流表A1采用外接法，改装的电压表