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第2课时电学实验热点实验例析一、基本仪器的使用例1在如图1所示的电路中,四节干电池串联,小灯泡A、B的规格均为“3.8V,0.1A”.合上开关S后,无论怎样移动滑动片,A、B灯都不亮.用多用电表的直流电压档检查故障;图1Ⅰ①现将多用电表的开关置于下列量程的______挡较为合适(用字母序号表示)A.2.5VB.10VC.50VD.250V②测得c、d间电压约为5.8V,e、f间电压为0,则故障可能是()A.A灯丝断开B.B灯丝断开C.d、e间连线断开D.B灯被短路Ⅱ.接着利用欧姆表的“×1”挡测电阻,欧姆表已经“欧姆调零”.①测试前,一定要将电路中的开关S____________;②测c、d间和e、f间电阻时,某次测试结果如图2所示,读数为________.图2答案Ⅰ:①B②AⅡ:①断开②22Ω以题说法1.电压表的量程应根据待测电器的额定电压或电源电动势选取,读数原则是指针应转过满刻度的13.2.欧姆表的使用中应注意换挡要重新调零,读数原则是应在中值电阻附近读数较准确.预测演练1关于多用电表的使用,下列说法正确的是()A.把多用电表的选择开关旋至适当的直流电压挡,用图甲所示电路,合上开关S,则可测小灯泡两端的电压B.把多用电表的选择开关旋至适当的直流电流挡,用图乙所示电路,合上开关S,则可测通过小灯泡的电流C.把多用电表的选择开关旋至适当的欧姆挡,进行调零后,用图丙所示电路,开关S保持断开,则可测小灯泡的电阻D.把多用电表的选择开关旋至适当的欧姆挡,进行调零后,用图丁所示电路,会观察到此时欧姆表示数很小答案CD二、测定性实验1.测定电源电动势和内阻例2(2010·广东卷·34(2))某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻,使用的器材还包括定值电阻(R0=5Ω)一个,开关两个,导线若干,实验原理图如图3(a).①在图3(b)的实物图中,已正确连接了部分电路,请完成余下电路的连接.②请完成下列主要实验步骤:A.检查并调节电压表指针指零;调节电阻箱,示数如图3(c)所示,读得电阻值是________;B.将开关S1闭合,开关S2断开,电压表的示数是1.49V;C.将开关S2____,电压表的示数是1.16V;断开开关S1.③使用测得的数据,计算出干电池的内阻是________(计算结果保留二位有效数字).④由于所用电压表不是理想电压表,所以测得的电动势比实际值偏________(填“大”或“小”).图3解析①电路图如下图所示②由题中电阻箱图可读出阻值为20Ω,C步骤中,须将S2闭合.③只闭合S1时,电压表的示数等于电源电动势E=1.49V,S2也闭合时,电压表测电阻箱两端的电压为U=1.16V,由电路中电流相等可得:E-UR0+r=UR,代入数值得r=0.69Ω.④因为电压表不是理想电压表,内阻不是无穷大,测电动势时,电源内阻和R0都分得部分电压,使得电压表示数小于电源电动势.答案①见图②20Ω闭合③0.69Ω④小预测演练22010年世博会在上海举行,本次世博会大量采用低碳环保技术,太阳能电池用作照明电源是其中的亮点之一.硅光电池是太阳能电池的一种,某同学为了测定某种硅光电池的电动势和内电阻,设计了如图4甲所示的电路,图中与A1串联的定值电阻的阻值为R0,电流表视为理想电表,在一定强度的光照下进行下述实验:图4(1)闭合开关,调节滑动变阻器,读出电流表A1、A2的值I1、I2.为了作出此电池的U-I曲线,需要计算出电路的路端电压U,则U=________(用题中所给字母表示);(2)根据测量数据作出该硅光电池的U-I图象如图乙所示,该电池的电动势E=________V,在流过电流表A2的电流等于200mA的情况下,此电池的内阻r=________Ω.(3)若将该硅光电池两端接上阻值为6Ω的电阻,此时对应的电池内阻r=________Ω.(计算结果保留两位有效数字)答案(1)I1R0(2)2.904.0(3)5.62.伏安法测电阻例3某学习小组为探究导电溶液的电阻在体积相同时,电阻值与长度的关系.选取了一根乳胶管,里面灌满了盐水,两端用粗铜丝塞住管口,形成一段封闭的盐水柱.进行了如下实验:(1)在用多用电表粗测盐水电阻时,该小组首先选用“×100”欧姆挡,其阻值如图5中指针a所示,为了减小多用电表的读数误差,多用电表的选择开关应换用________欧姆挡;(2)改换选择开关后,应先进行__________,若测得阻值如图中指针b所示,则盐水的阻值大约是____________Ω;图5(3)现采用伏安法测盐水柱的电阻,有如下实验器材:A.直流电源:电动势12V,内阻很小,额定电流为1AB.电流表A:量程0~10mA,内阻约10Ω;C.电压表V:量程0~15V,内阻约15kΩ;D.滑动变阻器R:最大阻值10kΩ;F.开关、导线等该小组已经完成部分导线的连接,请你在实物接线图6中完成余下导线的连接.图6(4)握住乳胶管的两端把它均匀拉长,多次实验测得盐水柱长度L、电阻R的数据如下表:为了研究盐水柱的电阻R与长度L的关系,该小组用纵坐标表示电阻R,作出了如图7所示的图线,你认为横坐标表示的物理量是________.实验次数1234567长度L(cm)20.025.030.035.040.045.050.0电阻R(kΩ)1.32.13.04.15.36.78.4图7答案(1)×1000(2)欧姆调零6000(3)实物电路图如图所示(4)L2以题说法本题是一个探究性实验,由图象可知R与横坐标表示的物理量是线性关系,在处理时可对L的数据进行L2、L3、…,找线性关系,也可以利用L,3L、…,去找线性关系.预测演练3某同学查阅资料发现自动铅笔笔芯的电阻随温度升高而变小.在实验室里,他取一段长为16cm的自动铅笔笔芯,用多用电表测量其电阻大约为4Ω.该同学要较精确测量铅笔芯的电阻,现有下述器材可供选择:A.直流电源3V,内阻不计;B.直流电流表0~3A(内阻0.1Ω)C.直流电流表0~600mA(内阻0.5Ω)D.直流电压表0~3V(内阻3kΩ)E.直流电压表0~15V(内阻200kΩ)F.滑动变阻器(10Ω,1A)G.滑动变阻器(1kΩ,300mA)(1)除开关、导线外,实验中能够在电压表上从零开始读取若干组数据,需要选用的器材有:______(填写字母代号);(2)用线条代替导线,连接实验电路图8;图8(3)该同学在下表中记录了实验数据,请你根据实验数据,在图9的坐标纸上画出该铅笔芯的伏安特性曲线;U/V00.30.50.711.21.51.722.2I/A00.080.130.180.250.300.360.390.430.45图9(4)该同学又利用铅笔芯制成一个魔术道具,将“1.2V、1.2W”的小灯泡与一段适当长度的该铅笔芯串联,接到一节电动势为1.5V、内阻为0.2Ω的纽扣电池两端,若铅笔芯长度合适,小灯泡的电压低于0.8V时,灯泡基本不发光;点燃火柴给铅笔芯加热,就会发现小灯泡亮起来,火柴熄灭,灯泡随之熄灭.请你给他一个建议,应当取用长为__________cm的铅笔芯串接在电路中,才能发生上述神奇的现象.答案(1)ACDF(2)实物连接如图所示(3)铅笔芯的伏安特性曲线如图所示(4)3.43.决定导线电阻的因素例4某同学在做测定金属丝电阻率的实验中,取一根粗细均匀的康铜丝,先用螺旋测微器测出康铜丝的直径d;然后分别测出不同长度l1,l2,l3,l4、…的康铜丝的电阻R1,R2,R3,R4、…,以R为纵坐标,以l为横坐标建立直角坐标系,画出R-l图象.甲乙丙丁图10(1)某次测量康铜丝的直径时螺旋测微器的示数如图10丁所示.可知此次测得康铜丝的直径为________mm.(2)图乙是测量康铜丝电阻的原理图,根据原理图在如图甲所示的实物图中画出连线.(3)利用上面的电路图测出电阻值比真实值______(填“偏大”或“偏小”),这种误差叫做________.(4)坐标图丙中的6个点表示实验中测得的6组康铜丝的长度l、电阻R的值.请你利用R-l图象和螺旋测微器多次测量求得的康铜丝直径d,求出康铜丝的电阻率ρ=________.审题突破1.如何根据电路图进行实物连接呢?2.如何判定电流表和电压表的内接与外接呢?3.本实验为何采用滑动变阻器的限流式接法呢?答案(1)1.880(1.878~1.882均正确)(2)电路连接如图所示(3)偏小系统误差(4)R-l图象中直线的斜率为k=Rl=3.00.30Ω/m=10Ω/m又由R=ρlS和S=πd24,得ρ==kS=5πd22Ω·m.预测演练4现实验室里备有以下列表中实验器材,请你帮助完成设计一电路来测量“金属丝的电阻率”.要求方法简捷,有尽可能高的测量精度,并能得到多组数据.序号实验器材参数或用途1金属丝(L)长度为L0直径为D2电流表(A1)量程10mA内阻r1=40Ω3电流表(A2)量程500μA内阻r2=750Ω4电阻(R1)阻值约为100Ω起保护作用5滑动变阻器(R2)总阻值约20Ω6电池(E)电动势1.5V内阻很小7开关(S)8导线若干(1)下面图11所示的方框中是一位同学设计的电路图的一部分,请你在他设计的电路图上,帮助该同学补充完整,并标明所用器材的代号.图11(2)若选测量数据中的一组数据计算电阻率ρ,则所用的表达式ρ=________________,式中各符号的意义是_______________________________________________________________________________________________________________.(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径D的读数如图12所示,则读数为________mm.图12答案(1)如图所示(2)πD2(I2r2-I1r1)4L0I1,I1为A1的读数,I2为A2的读数,r1为A1的内阻,r2为A2的内阻,L0为金属丝的长度,D为金属丝的直径(3)0.900三、应用型实验例5(2010·安徽卷·21Ⅱ)太阳能是一种清洁、“绿色”能源.在我国上海举办的2010年世博会上,大量利用了太阳能电池.太阳能电池在有光照时,可以将光能转化为电能,在没有光照时,可以视为一个电学器件.某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法,探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I-U特性.所用的器材包括:太阳能电池、电源E、电流表A、电压表V、滑动变阻器R、开关S及导线若干.图13(1)为了达到上述目的,请将图13连成一个完整的实验电路图.(2)该实验小组根据实验得到的数据,描点绘出了如图14的I-U图象.由图可知,当电压小于2.00V时,太阳能电池的电阻________(填“很大”或“很小”);当电压为2.80V时,太阳能电池的电阻约为________Ω.图14解析(1)实验电路图如图所示.(2)当电压小于2.00V时,电流几乎为0,太阳能电池的电阻很大;当电压为2.80V时,对应电流约为2.8mA,太阳能电池的电阻为R=2.802.8×10-3Ω=1000Ω.答案(1)如图所示(2)很大1000(965~1040都对)预测演练5在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,实验室提供了小灯泡(2.5V,0.3A)、电流表、电压表以及滑动变阻器等实验器材:甲乙图15(1)图15甲为实验中某同学连接好的实验电路图,在开关S闭合之前,应把滑动变阻器的滑片P移到________位置(填“A端”或“B端”);实验中滑片P从中间位置向B端移动过程中会观察到电压表读数变________(填“大”或“小”).(2)某同学按图甲连接好实验电路,在实验中发现,闭合开关S后,滑动片从A端移动到B端的过程中电压表示数始终为零,可能出现故障的原因是________(填选项前的字母)A.a导线断了B.b导线断了C.c导线断了D.d导线断了(3)某同学根据测量出的数据画出的I-U图象,如图乙所示,当小灯泡两端电压为2.00V时,小灯泡的电阻值R=_____Ω,小灯泡的实际功率P=______W(
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