闭合电路欧姆定律有关的实验.docx
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闭合电路欧姆定律有关的实验
与闭合电路欧姆定律有关的实验(例、练及答案)
典例:
典例1.(2018∙全国I卷∙23)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25℃~80℃范围内某热敏电阻的温度特性,所用器材有:
置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25℃时的阻值)为900.0Ω;
电源E(6V,内阻可忽略);电压表V(量程150mV);
定值电阻R1(阻值20.0Ω);滑动变阻器R3(最大阻值为1000Ω);
电阻箱R2(阻值范围0~999.9Ω);单刀开关S1,单刀双掷开关S2。
实验时,先按图(a)连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0°C,将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下此时R2的读数,逐步降低温控室的温度t。
得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0°C,实验得到的R2-t数据见下表。
t/℃
25.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R2/Ω
900.0
680.0
500.0
390.0
320.0
270.0
240.0
回答下列问题:
(1)在闭合S1前,图(a)中R1的滑片应移动到(填“a”或“b”)端;
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并做出R2-t曲线:
(3)由图(b)可得到RT在25°C-80°C范围内的温度特性,当t=44.0°C时,可得R1=Ω;
(4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图(c)所示,该读数为Ω,则手心温度为°C。
典例2.(2017∙全国III卷∙23)图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。
图中E是电池;R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻,R6是可变电阻;表头
的满偏电流为250μA,内阻为480Ω。
虚线方框内为换挡开关,A端和B端分别与两表笔相连。
该多用电表有5个挡位,5个挡位为:
直流电压1V挡和5V挡,直流电流1mA挡和2.5mA挡,欧姆×100Ω挡。
(1)图(a)中的A端与________(填“红”或“黑”)色表笔相连接。
(2)关于R6的使用,下列说法正确的是________(填正确答案标号)。
A.在使用多用电表之前,调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置
B.使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置
C.使用电流挡时,调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置
(3)根据题给条件可得R1+R2=________Ω,R4=________Ω。
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示。
若此时B端是与“1”相连的,则多用电表读数为________;若此时B端是与“3”相连的,则读数为________;若此时B端是与“5”相连的,则读数为________。
(结果均保留3位有效数字)
练习:
1.某学习小组在练习使用多用电表的同时,对多用电表进行了探究(以下问题中均使用同一多用电表)。
(1)该学习小组先使用多用电表测量电压,若选择开关处在“10V”挡位,指针的位置如图甲所示,则测量结果为________V。
(2)然后学习小组对多用电表进行了探究,将多用电表选择开关旋至某倍率欧姆挡,测未知电阻值的电路如
图乙所示,通过查找资料,了解到表头G的满偏电流为10mA,并通过测量作出了电路中电流I与待测电阻阻值Rx关系图象如图丙所示,由此可确定电池的电动势E=______V,该图象的函数关系式为I=__________________。
综上可判定学习小组使用了多用电表________倍率的欧姆挡。
A.×1B.×10C.×100D.×1k
2.如图所示为多量程多用电表的示意图。
(1)测量某电阻时,用欧姆挡“×100”挡时,发现指针偏转角度过小,他应该换用欧姆挡______挡(填“×10”或“×1k”),换挡后在测量前要先进行______;若接通3、4时分别对应“×10”、“×100”挡,则E'=_____E。
(2)表头G的标记值为10mA,10Ω,据此改装的多用表测电流时的读数总比标准电流表的读数偏大,则表头G内阻的真实值_______10Ω。
(填“大于”或“小于”)
(3)现提供以下实验器材:
A.多用表表头G,标记值为10mA,10Ω;
B.电阻箱R(0~999.9);
C.滑动变阻器R1(0~200Ω,额定电流1A);
D.滑动变阻器R2(0~2kΩ,额定电流1A);
E.直流电源E1(电动势为1.5V,内阻很小);
F.直流电源E2(电动势为12V,内阻很小);
G.开关S1、S2,导线若干
请在所给的方框中,用上述器材设计一个用半偏法较准确地测量表头G内阻的实验电路图,并在电路图中标明所选择器材的物理量符号。
3.某学习小组的同学设计了如图所示的电路来测量定值电阻R0的阻值及某电源的电动势E和内阻r。
待测电源(电动势为E,内阻为r)
待测电阻R0
电流表A(量程为0.6A,内阻不计)
电阻箱R(0~99.9Ω)
单刀单掷开关S1和S2,导线若干。
(1)先测电阻R0的阻值,请将学习小组同学的操作补充完整:
先闭合S1和S2,调节电阻箱,读出其示数r1和对应的电流表示数I,然后______________________________,使电流表的示数仍为I,读出此时电阻箱
的示数r2,则电阻R0的表达式为R0=__________。
(2)学习小组同学通过上述操作,测得电阻R0=9.5Ω,继续测电源的电动势E和内阻r,该小组同学的做法是:
闭合S1,断开S2,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R和对应的电流表示数I,如下表数据:
组数
1
2
3
4
5
电阻R/Ω
0
3.0
6.0
12.0
18.0
电流I/A
0.50
0.40
0.33
0.25
0.20
①请用第1组和第5组数据求出该电源的电动势E=________V,r=________Ω。
②若只考虑系统误差,采用此测量电路所测的电动势与实际值相比_________,测得的内阻与实际值相比____________。
(填“偏大”“偏小”或“相同”)
4.某同学设计如图所示的电路测电源的电动势和内阻,图中两个电流表相同,定值电阻阻值为R0。
(1)电路中R0的作用为___________。
(2)闭合开关S1之前,先将电阻箱接入电路的阻值调到________(填“最大”或“最小”),闭合开关S1,再闭合开关S2,调节电阻箱的阻值,使电流表A2的指针偏转较大(接近满偏),读出电流值I0,读出这时电阻箱的阻值R1;断开开关S2,调节电阻箱的阻值,使电流表A2的示数再次为I0,读出这时电阻箱的阻值R2,则电流表A1的阻值为_______。
(3)闭合开关S3,依次调______(填“大”或“小”)电阻箱的阻值,记录每次调节后电阻箱的阻值R,并记录每次调节后电流表A1的示数I,根据记录的R、I,作出IR-I图象,则图象可能是______。
(4)若根据记录的R、I,作出
图象,通过对图象的处理,得到图象与纵轴的截距为a,图象的斜率为b,则电源的电动势E=______,电源的内阻r=______。
5.如图(a)所示是某汽车转向灯的控制电路,电子闪光器可以产生周期性的开关动作,使转向信号灯和转向指示灯闪烁。
该电路的工作过程为:
汽车若向左转弯,就把转向信号灯开关(单刀三掷开关)拨至左侧位置1,闪光器工作,转向信号灯闪烁,向路人或其他车辆发出信号,同时安装在仪表盘上的转向指示灯也在闪亮,
向驾驶员提供转向灯工作的情况;汽车向右转弯的原理与向左转一样。
(1)闭合点火开关,将转向信号灯开关拨至右侧位置2,发现电路不工作。
为排查电路故障,多用电表的选择开关应旋至(选填“欧姆挡”“交流电压挡”“直流电压挡”或“直流电流挡”)的位置;用调节好的多用电表进行排查,若只有电子闪光器断路,则表笔接A、B时指针(选填“偏转”或“不偏转”),接B、D时指针(选填“偏转”或“不偏转”)。
(2)电容式转向信号闪光器的内部结构如图(b)所示,它主要由一个具有双线圈的灵敏维电器和一个大容量的电容器组成。
其工作原理如下:
i.接通转向灯电路,蓄电池通过线圈L1和常闭触点对转向灯供电,在线圈L1的磁场的作用下,。
ii.蓄电池对电容器充电,此时线圈L1、L2均串入电路,故转向灯电流较小,转向灯不亮,在线圈L1、L2的磁场的作用下,触点打开。
iii.充电结束后,电流为零,触点闭合,蓄电池通过线圈L1和触点向转向灯供电,电容器也通过线圈L2放电,。
iv.放电结束后,线圈L2的电流为零,触点打开,转向灯不亮。
重复上述过程,实现转向灯的闪烁。
请将上述原理补充完整。
6.某物理兴趣小组的同学要测量一节干电池的电动势E和内电阻r。
实验室提供如下器材:
待测干电池
电流表A1:
量程0~0.6A,内阻r1约为0.125Ω
电流表A2:
量程0~300μA,内阻r2为1000Ω
滑动变阻器R:
阻值范围0~20Ω,额定电流2A
电阻箱R′:
阻值范围0~9999Ω,额定电流1A
开关S、导线若干
小组中不同的同学选用了不同的器材和实验方案:
(1)甲同学选用电流表A1、电流表A2和滑动变阻器R、电阻箱R′等来测量干电池的电动势和内电阻,电路如图(a)所示。
①他将电流表A2与电阻箱R′串联,使其改装成一个量程为3.0V的电压表,此时电阻箱R′的阻值应调到________Ω;
②在记录数据时,他没有记录第三组的电压值,请你根据图(b)电流表A2的表盘示数写出对应的电压值U=________V;
(a)(b)(c)
测量次数
1
2
3
4
5
6
电流表A1读数I/A
0.12
0.20
0.36
0.38
0.50
0.57
改装电压表U读数U/V
1.37
1.32
1.14
1.10
1.05
③请你根据他记录的数据,在图(c)的直角坐标系上画出U-I图象;并由图象得到电池的电动势E=________V,内电阻r=________Ω。
(2)乙同学选用电流表A2、电阻箱R′、开关和导线测量干电池的电动势和内阻,电路如图(d)所示。
实验中他先将电阻箱R′阻值调到最大,闭合开关S;多次调节电阻箱阻值,分别记下电流表的示数I和电阻箱对应的阻值R′;以
为纵坐标,以(R′+r2)为横坐标,作
-(R′+r2)图线,如图(e)所示,并根据图象求出图线的斜率k和在纵轴上的截距b。
(d)(e)
请用斜率k和截距b,写出电动势E=________,内电阻r=________.
(3)请你对两位同学的实验作出评价________________________________________。
参考答案
典例1.【解析】
(1)图(a)的电路滑动变阻器采用限流接法,在闭合S1前,R1应该调节到接入电路部分的电阻最大处,使电路中电流最小,即图(a)中的R1的滑片应移到b端。
(2)将t=60℃和t=70℃对应的两组数据对应画在坐标图上,然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2-t的图象。
(3)根据题述实验过程可知,测量的R2数据等于对应的热敏电阻Rr的电阻值。
由画出的R2-t图象可知当t=44.0℃时对应的Rr=460Ω。
(4)由画出的R2-t图象可知,当Rr=620.0Ω,手心温度t=33.0℃。
【答案】
(1)b
(2)如图所示(3)450(4)620.033.0
典例2.【解析】
(1)A端与电池正极相连,电流从A端流出,A端与黑表笔相连。
(2)使用多用电表前,应机械调零,即应调整“指针定位螺丝”,使指针指在表盘左端电流“0”位置,与R6无关,选项A错;使用欧姆挡时,需要红、黑表笔短接,使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置,选项B对;使用电流挡时,B端与“1”或“2”相连,与R6无关,C错。
(3)B端与“1”、“2”相连时,该多用电表挡位分别为直流2.5mA挡、直流1mA挡,如图甲所示,由电表的改装原理可知,B端与“2”相连时,有I2=IG+
,解得R1+R2=160Ω;B端与“4”相连时,如图乙所示,多用电表为直流电压1V挡,表头并联部分电阻R0=
,R4=
-R0=880Ω。
(4)B端与“1”相连时,电表读数为1.47mA;B端与“3”相连时,多用电表为欧姆×100Ω挡,读数为11.0×100Ω=1.10×103Ω;B端与“5”相连时,多用电表为直流电压5V挡,读数为
×5V=2.95V。
【答案】
(1)黑
(2)B (3)160 880 (4)1.47mA1.10×103Ω 2.95V
练习答案
1.【答案】
(1)4.6
(2)1.5
B
【解析】
(1)若用多用电表直流10V挡测量电压,其分度值为0.2V,对应读数是4.6V。
(2)对欧姆表内部的电路由闭合电路的欧姆定律有I=
,当欧姆调零时,Rx=0Ω,I=
=10mA;而指针指向中值电阻时,R滑+rg=Rx=150Ω,而I1=
=5mA,故E=1.5V;故电流的表达式为I=
;由此可知欧姆表的内阻150Ω=15×10Ω,则选择的是×10倍率。
2.【答案】
(1)×1k欧姆调零10
(2)小于(3)电路图如图所示
3.【答案】
(1)断开S2,调节电阻箱的阻值r1-r2
(2)①62.5②相同偏大
【解析】
(1)电路中只有电流表而没有电压表,无法由伏安法求出电阻,故只有利用电阻箱得出待测电阻的
阻值,当电路中电流相等时,电阻也应相同;因此可以控制电流相等,利用电阻箱的示数变化,得出待测电阻的阻值,因此缺失的步骤应为:
将S2断开,调节电阻箱使电流表的示数仍为I;而待测电阻等于两次电阻箱的示数之差,即R0=r1-r2。
(2)由闭合回路欧姆定律可得E=I1(R0+r),E=I2(R0+r+R2),代入数据解得E=6V,r=2.5Ω;
②由于没考虑电流表内阻的影响,使内阻测量值偏大。
4.【答案】
(1)保护电路元件(或保护电路)
(2)最大R1-R2(3)大D(4)
【解析】
(1)电路中R0作为保护电阻,起到保护电路元件的作用。
(2)为了防止电路中的电流过大,闭合开关S1之前,应将电阻箱接入电路的电阻调到最大,根据等效替代可知,电流表A1的内阻为R1-R2。
(3)由于开始时电流表接近满偏,因此调节电阻箱使电流表的示数逐渐减小,即电阻箱的阻值逐渐调大。
由闭合电路欧姆定律得E=I(R+RA1+R0+r),得到IR=E-I(r+R0+RA1),可见D项正确。
(4)由E=I(R+RA1+R0+r)得
,根据题意有
,得
,由
,得
。
5.【答案】
(1)直流电压档偏转不偏转
(2)i.触点打开,转向灯电路切断,转向灯不亮iii.L1、L2中电流方向相反,产生的磁场抵消,触点闭合,转向灯发光
【解析】
(1)蓄电池为直流电源,将转向信号灯开关拨至右侧位置2时电源接入电路,为排查电路故障,多用电表的选择开关应旋至直流电压档的位置;用多用电表的直流电压挡检查电路故障,若只有电子闪光器
断路,由图示电路图可知,表笔接A、B时,电压表与电源两极相连接,指针偏转,表笔接B、D时,电压表与电源两极不相连,电压表指针不偏转。
(2)i、接通转向灯电路,蓄电池通过线圈L1和常闭触点对转向灯供电,在线圈山的磁场的作用下,触点打开,转向灯电路切断,转向灯不亮。
iii、充电结束后,电流为零,触点闭合,蓄电池通过线圈L1和触点向转向灯供电,电容器也通过线圈L2放电,L1、L2中电流方向相反,产生的磁场抵消,触点闭合,转向灯发光。
6.【答案】
(1)①9000 ②1.20 ③如图所示 1.46(1.45~1.47均可) 0.73(0.71~0.74均可)
(2)
(3)乙同学的设计方案较好,实验器材简单,没有系统误差
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