高中物理第2章恒定电流专题突破与题型专练电学创新实验二练习新人教版选修3_1

专题突破与题型专练　电学创新实验(二)题型一:电动势和内阻的测量1.为了测定某电池的电动势(约10～11V)和内电阻(小于2Ω),需要把一个量程为5V的直流电压表接一固定电阻(用电阻箱代替),改装为量程为15V的电压表,然后用伏安法测电源的电动势和内电阻,以下是该实验的操作过程:(1)把电压表量程扩大,实验电路如图(甲)所示,请完成第五步的填空.第一步:把滑动变阻器滑片移至最右端第二步:把电阻箱阻值调到零第三步:闭合开关第四步:把滑动变阻器滑片调到适当位置,使电压表读数为4.5V第五步:把电阻箱阻值调到适当值,使电压表读数为　　　　V 第六步:不再改变电阻箱阻值,保持电压表和电阻箱串联,撤去其他线路,即得量程为15V的电压表(2)上述实验可供选择的器材有:A.某电池(电动势约10～11V,内电阻小于2Ω)B.电压表(量程为5V,内阻约4kΩ)C.电阻箱(阻值范围0～9999Ω)D.电阻箱(阻值范围0～99999Ω)E.滑动变阻器(阻值为0～20Ω,额定电流2A)F.滑动变阻器(阻值为0～20kΩ,额定电流0.2A)电阻箱应选　　　　,滑动变阻器应选　　　　(用大写字母表示). (3)用该扩大了量程的电压表(电压表的表盘没变),测电源电动势E和内电阻r,实验电路如图(乙)所示,得到多组电压U和电流I的值,并作出UI图线如图(丙)所示,可知电池的电动势为　　　　V,内电阻为　　　　Ω(保留3位有效数字). 解析:(1)把5V的直流电压表接一电阻箱,改装为量程为159V的电压表时,将直流电压表与电阻箱串联,整个作为一只电压表,据题分析,电阻箱阻值调到零,电压表读数为4.5V,则知把电阻箱阻值调到适当值,使电压表读数为1.5V.(2)由题图(丙)所示图像可知,最大电流为1.75A,大于0.2A,则为保护电路安全,滑动变阻器应选E,电阻箱选择C.(3)由题(丙)读出,外电路断路时,电压表的电压为U=3.5V,则电源的电动势为E=3×3.5V=10.5V,内阻为r==Ω≈1.71Ω.答案:(1)1.5　(2)C　E　(3)10.5　1.712.在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中.(1)备有如下器材:A.干电池1节;B.滑动变阻器(0～20Ω);C.滑动变阻器(0～1kΩ);D.电压表(0～3V);E.电流表(0～0.6A);F.电流表(0～3A);G.开关、导线若干其中滑动变阻器应选　　　　,电流表应选　　　　(只填器材前的序号). (2)为了最大限度地减小实验误差,请在虚线框中画出该实验最合理的电路图.(3)某同学记录的实验数据如表所示,试根据这些数据在图中画出UI图线,根据图线得到被测电池的电动势E=　　　　V,内电阻r=　　　　Ω. 　　次数物理量　　123456I/A0.100.150.200.250.300.40U/V1.321.261.181.131.040.939解析:(1)为方便实验操作,滑动变阻器选择小电阻,故应选B;电路最大电流约不到1A,电流表选E.(2)由于电压表的内阻一般较大,而电源的内阻较小,故可采用电压表直接测量路端电压的方法,这样电压表的分流较小,可减小测量误差,电路如图所示.(3)由描点法作出UI图像,如图所示.由图示电源UI图像可知,图像与纵轴交点坐标值为1.45,电源电动势E=1.45V,电源内阻r==Ω=1.3Ω.答案:(1)B　E　(2)图见解析(3)图线见解析　1.45　1.33.(2022·甘肃兰州高二检测)为测定一节新干电池的电动势和内电阻(已知该干电池的内电阻相当小,额定电流为0.7A),可供选择的器材有:电压表A.量程3V,内阻为10kΩ;电压表B.量程15V,内阻为20kΩ;电流表C.量程0.8A,内阻约为0.5Ω;电流表D.量程3A,内阻约为0.2Ω;滑动变阻器E.最大电阻10Ω,额定电流0.7A;滑动变阻器F.最大电阻2kΩ,额定电流2A;G.定值电阻R0为1Ω;H.开关、导线若干.(1)要使实验误差较小且操作方便,可选择的器材是　　　(填字母代号); (2)图(甲)中的电路图应选择　　　　; 9(3)实验测得9组数据,已标在图(乙)的坐标中,请在图(乙)中连线,从图中可得电池内阻r=　　　　Ω(结果保留两位有效数字). 解析:(1)一节干电池的电动势约为1.5V,则电压表选3V量程,应用伏安法测一节干电池电动势与内阻时,最大电流约为零点几安培,则电流表选择0.8A量程,为方便实验操作,滑动变阻器应选E;为了准确测量应接入定值电阻等效为电源内阻再进行测量;同时还需要开关和导线,故所用仪器为ACEGH.(2)本实验应将定值电阻与电源串联以增大等效内阻;因电压表内阻较大,故应采用相对电源的外接法,故电路图应选择D.(3)用直线将各点连接,如图所示.由U=E-I(R+r),可得R+r=Ω=1.15Ω,故内阻r=(1.15-1)Ω=0.15Ω.答案:(1)ACEGH　(2)D　(3)0.154.为测量一未知电源电动势和内阻,某同学设计了如图所示电路,电路中所用到的器材规格如下:9待测电源:电动势为4～6V,内阻为几十欧姆;定值电阻:R0=10Ω;定值电阻:R2=3kΩ;电阻箱R1:0～9999Ω;电压表:量程0～3V,内阻RV=3kΩ;开关、导线若干(1)闭合开关后,将电阻箱的阻值由零开始逐渐增大,记录若干组电阻箱R1和电压表的读数;(2)第一次该同学将得到的数据在UR1坐标系中描点连线,得到如图(甲)所示曲线,曲线与纵轴的截距为b1=0.8V,虚线为图中曲线的渐近线.由图可得电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω; (3)第二次该同学将得到的数据在坐标系中描点连线,得到如图(乙)所示直线,直线与纵轴的截距为b2=0.4V-1,斜率k=8.4Ω·V-1.由图可得电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω; (4)将两次数据处理方式进行对比,误差较小的应为第　　　　(填“一”或“二”)次. 解析:(2)当R1接近最大值时R外≫r,则此时的路端电压近似等于电源的电动势,因R2=RV,则U外=4.8V,故E=4.8V.当R1=0时,R外=10Ω,而此时的路端电压U外=2×0.8V=1.6V,据=得r=20Ω.(3)据闭合电路欧姆定律有E=2U+·r,变形得=·+,结合图像可知=0.4V-1,=8.4Ω·V-1,得E=5.0V,r=21Ω.(4)在数据处理中,画出的图线为直线时,更容易找出对应关系,可精确求解.9答案:(2)4.8　20　(3)5.0　21　(4)二题型二:电学综合创新实验1.某实验小组研究未知电阻X的阻值,使用的器材包括电压表(内阻约为3kΩ)、电流表、滑动变阻器、电源、导线、开关等等.(1)使用多用电表粗测电阻X的阻值,选择“×10”欧姆挡进行测量,示数如图(甲)所示,多用电表的读数为　　　　Ω. (2)图(乙)中所用电流表是由量程为Ig=600μA、内阻为Rg=1000Ω的微安表改装而成的,改装电路如图(丙)所示,要求改装后的电流表量程为I=0.6A,则图(丙)中R1的阻值为　　　　Ω(结果保留两位有效数字). (3)根据以上数据,为使测量结果更加精确,该实验原理图应该选择图(乙)中的　　　　(选填“a”或“b”),电阻X阻值的测量结果　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)它的真实值. (4)某同学在(2)的基础上,对电流表进行了进一步的改装,通过串联电阻R2=4Ω将其改装为电压表,如图(丁)所示,该电压表的量程为　　　　V(结果保留两位有效数字). 解析:(1)欧姆表测电阻时,测量值为读数乘以倍率,故电阻测量值为100Ω.(2)根据并联电路中电阻与电流成反比可知=,解得R1≈1.0Ω.(3)由于改装后电流表内阻已知,其分压情况可计算,所以将电流表内接可减小误差,故选b;电阻X的测量值为未知电阻与电流表内阻之和,因电流表内阻已知,所以测量值等于真实值.(4)由欧姆定律可知,串联电阻R2后,电压表量程U=0.6×(1+4)V=3.0V.9答案:(1)100　(2)1.0　(3)b　等于　(4)3.02.二极管的说明书上提供了它的伏安特性曲线(正向最大电流40mA左右),物理兴趣小组想要验证该二极管的伏安特性曲线.(1)选择好实验器材准备连接电路时,发现二极管外壳正、负极的标识不清楚,于是就用多用电表欧姆挡判断二极管的正、负极.用欧姆表“×1k”挡两次实验情况如图(甲)、(乙)所示,由此可知　　　　(选填“A”或“B”)端为二极管的正极; (2)该物理兴趣小组要对二极管加正向电压时的伏安特性曲线进行验证,实验室提供的器材有:A.直流电源E:电动势3V,内阻忽略不计B.待测二极管DC.滑动变阻器R:0～20ΩD.电压表V:量程3V,内阻约20kΩE.电流表A:量程50mA,内阻约5ΩF.单刀单掷开关S,导线若干请在虚线框内的实验电路图中加上直流电源E及滑动变阻器R,并将电路图连接完整.解析:(1)题图(甲)所示多用电表欧姆挡显示电阻很大,说明题图(甲)中红表笔接的是二极管正极,即B端为二极管的正极.(2)验证二极管的伏安特性曲线实验中的滑动变阻器应采用分压接法,二极管应正向接入电路.由于二极管正向电阻较小,电流表应外接,如图所示.答案:(1)B　(2)实验电路图见解析3.现要测量电压表的内阻和电源的电动势,提供的器材有:电源(电动势约为6V,内阻不计),电压表V1(量程2.5V,内阻约为2.5kΩ),电压表V2(量程3V,内阻约为10kΩ),电阻箱R0(最大阻值为99999.9Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为3kΩ),滑动变阻器R2(最大阻值为500Ω),单刀单掷开关一个,导线若干.(1)在图(甲)中完成测量原理电路图的连线.(2)电路中应选用滑动变阻器　　　　(选填“R1”或“R2”). (3)按照下列实验步骤进行实验:①闭合开关前,将滑动变阻器和电阻箱连入电路的阻值调至最大;②闭合开关,将电阻箱调到6kΩ,调节滑动变阻器至适当的位置,此时电压表V1的示数为1.60V,电压表V2的示数为2.40V;③保持滑动变阻器连入电路的阻值不变,再将电阻箱调到2kΩ,此时电压表V1的示数如图(乙),其示数为　　　V,电压表V2的示数为1.40V. (4)根据实验数据,计算得到电源的电动势为　　　　V,电压表V1的内阻为　　　　kΩ,电压表V2的内阻为　　　　kΩ. 解析:由题意可知,电源内阻不计,若滑动变阻器采用分压式接法,则无法测量电源的电动势;滑动变阻器采用限流式接法,改变滑动变阻器的接入电阻值,可改变电压表的示数,所以滑动变阻器应采用限流式接法,且应选择阻值与负载阻值接近的,即选R1.电压表V1和V2串联,则电阻箱应与其中一个电压表并联.当电阻箱阻值变小时,V2示数变小,V1示数变大,所以V2与电阻箱并联.当电压表V2的示数为2.40V时,电压表V1的示数为1.60V;当电压表V2的示数为1.40V时,电压表V1的示数为2.10V,根据E总=∑E分方程可得,电压表V1的内阻与此时滑动变阻器接入电路的阻值相同,则滑动变阻器两端电压与电压表V1的电压相同,可得电源的电动势为5.60V,再根据闭合电路欧姆定律列方程有=,=,联立可得电压表V1的内阻为2.5kΩ,电压表V2的内阻为10kΩ.答案:(1)图见解析　(2)R1　(3)2.109(4)5.60　2.5　104.电源的输出功率与外电路的电阻有关.图(甲)是研究它们关系的实验电路.为了便于进行实验和保护蓄电池,给蓄电池串联了一个定值电阻R0,把它们一起看做电源E(图中虚线框内部分).(1)在图(乙)中,按图(甲)画出连线,把所示的器件连接成实验电路.(电压表内阻约为3kΩ,电流表内阻约为0.1Ω)(2)实验中,多次调节电阻R,读出电压表和电流表的示数U(单位:V)和I(单位:A).根据测量数据,通过电脑描绘出UI图,拟合图线,得到的函数解析式为U=4-5I,则电源E输出功率的最大值是　　　　,对应的外电路的阻值是　　　　. 解析:(1)连线如图所示.(2)根据绘出的UI图像的函数解析式U=4-5I,可知,电源内阻(即定值电阻R0与蓄电池内阻之和)为5Ω,电动势为4V.根据电源输出功率最大的条件,知当外电路电阻等于电源内阻时,电源输出功率最大,最大功率Pmax==W=0.8W.答案:(1)见解析　(2)0.8W　5Ω9