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物 理
高三二轮专题复习高效讲义
高三二轮专题复习高效讲义
物 理
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专题六
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物理实验
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第15讲 电学实验
热点1 基本仪器的使用与读数
热点2 以欧姆定律为核心的实验
热点3 以闭合电路欧姆定律为核心的实验
热点4 电学其他实验实验
课下巩固检测练(十五)
电学实验
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建构知识体系
1.游标卡尺
测量值=主尺读数(mm)+精确度×游标尺上第几条刻度线与主尺上某一刻度对齐的数值(mm)。不估读。
2.螺旋测微器(千分尺)
测量值=固定刻度读数(mm)+可动刻度读数(带估读值)×0.01 mm。注意要估读到0.001 mm。
3.电流表和电压表
量程
精确度
读数规则
电流表0~3 A
0.1 A
与刻度尺一样,读数规则较简单,只需在精确值后估读一位即可
电压表0~3 V
0.1 V
电流表0~0.6 A
0.02 A
估读位与最小刻度在同一位
电压表0~15 V
0.5 V
【例】 读出以下仪器仪表的读数。
(1)图(a)中电压表量程为3 V,则读数为________V;图(b)中电流表量程为0.6 A,则读数为________A;图(c)中螺旋测微器读数为________mm;图(d)中游标卡尺读数为________mm。
(2)当使用多用电表测量物理量时,多用电表表盘示数如图(e)所示。若此时选择开关对准“×10 Ω”挡,则被测电阻的阻值为________Ω。若用多用电表测量另一个电阻的阻值发现指针偏转角度很大,则应该换用倍率________(选填“×1 Ω”或“×100 Ω”)的挡位,换挡后先要进行________,然后再测量电阻。使用完电表后应把选择开关拨到________________位置。
解析:(1)图(a)中电压表量程为3 V,分度值为0.1 V,其读数为1.90 V;图(b)中电流表量程为0.6 A,分度值为0.02 A,其读数为0.16 A;图(c)中螺旋测微器读数为3.5 mm+27.5×0.01 mm=3.775 mm;图(d)中游标卡尺读数为3 mm+16×0.05 mm=3.80 mm。
(2)多用电表表盘示数如图(e)所示,若选择开关对准“×10 Ω”挡,则被测电阻的阻值为20×10 Ω=200 Ω;若用多用电表测量另一个电阻的阻值发现指针偏转角度很大,说明所选挡位相对待测电阻的阻值的数量级而言过高,因此应该换用倍率更低的挡位,即“×1 Ω”挡位;换挡后先要进行欧姆调零;使用完电表后应把选择开关拨到OFF或交流电压最高挡。
答案:(1)1.90 0.16 3.775 3.80 (2)200×1 Ω 欧姆调零 OFF或交流电压最高挡
1.伏安法测电阻 金属丝电阻率的测量
伏安法
测电阻
R测==Rx+RA>Rx,适合测量大电阻
R测=<Rx,适合测量小电阻
金属丝电阻率的测量
1.测电阻Rx=
2.测电阻率ρ,Rx=而S=,联立得ρ=
2.测量电阻的创新方案对比
安
安
法
如果已知A1的内阻R1,则可测得A2的内阻R2=
A1串联一定值电阻R0后,同样可测得A2的内阻R2=
伏
伏
法
两电表的满偏电流接近时,若已知V1的内阻R1,则可测出V2的内阻R2=
V1并联一定值电阻R0后,同样可得V2的内阻R2=
替代法
单刀双掷开关分别与1、2相接,调节电阻箱R1,保证电流表两次读数相等,则R1的读数等于待测电阻的阻值
半偏法
测量电流表内阻
闭合S1,断开S2,调节R1使A表满偏;再闭合S2,只调节R2,使A表半偏(R1≫RA),则R2=R测,R测<R真
测量电压表内阻
使R2=0,闭合S,调节R1使V表满偏;只调节R2使V表半偏(RV≫R1),则R2=R测,R测>R真
电桥法
调节电阻箱R3,灵敏电流计G的示数为0时,R1和R3两端的电压相等,设为U1,同时R2和Rx两端的电压也相等,设为U2,根据欧姆定律有。由以上两式解得R1·Rx=R2·R3,这就是电桥平衡的条件,由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值
【例1】 (2025·四川高考)某学生实验小组要测量一段合金丝的电阻率。所用实验器材有:
待测合金丝样品(长度约1 m)
螺旋测微器
学生电源E(电动势0.4 V,内阻未知)
米尺(量程0~100 cm)
滑动变阻器(最大阻值20 Ω)
电阻箱(阻值范围0~999.9 Ω)
电流表(量程0~30 mA,内阻较小)
开关S1、S2
导线若干
(1)将待测合金丝样品绷直固定于米尺上,将金属夹分别夹在样品20.00 cm和70.00 cm位置,用螺旋测微器测量两金属夹之间样品三个不同位置的横截面直径,读数分别为0.499 mm、0.498 mm和0.503 mm,则该样品横截面直径的平均值为________mm。
(2)该小组采用限流电路,则图1中电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱________(选填“a”或“b”)相连。闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于________端(选填“左”或“右”)。
(3)断开S2、闭合S1,调节滑动变阻器使电流表指针恰好指到15.0 mA刻度处。断开S1、闭合S2,保持滑动变阻器滑片位置不变,旋转电阻箱旋钮,使电流表指针仍指到15.0 mA处,此时电阻箱面板如图2所示,则该合金丝的电阻率为________ Ω·m(取π=3.14,结果保留2位有效数字)。
(4)为减小实验误差,可采用的做法有________(有多个正确选项)。
A.换用内阻更小的电源
B.换用内阻更小的电流表
C.换用阻值范围为0~99.99 Ω的电阻箱
D.多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率,再求平均值
解析:(1)该样品横截面直径的平均值为d= mm=0.500 mm。
(2)由于滑动变阻器采用限流式接法,应将其串联接在电路中,故采用“一上一下”原则,即电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱a相连。为了保护电路,闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于最大阻值处,即最左端。
(3)由题意可知,该合金丝的电阻为R=3.2 Ω,由电阻定律R=ρ及S=π可得ρ=,其中d=0.500 mm,l=70.00 cm-20.00 cm=50.00 cm,代入数据解得该合金丝的电阻率为ρ≈1.3×10-6 Ω·m。
(4)根据电阻定律可知ρ=,则为了减小实验误差,可减小测合金丝电阻时的误差,选择更精确的电阻箱,可换用阻值范围为0~99.99 Ω的电阻箱,或多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率,再求平均值。故选CD。
答案:(1)0.500 (2)a 左 (3)1.3×10-6 (4)CD
【例2】 (2025·浙江高考)某同学研究半导体热敏电阻(其室温电阻约为几百欧姆)Rt的阻值随温度变化的规律,设计了如图所示电路。器材有:电源E(4.5 V,0.5 Ω),电压表(3 V,50 kΩ),滑动变阻器R(A:“0~10 Ω”或B:“0~100 Ω”),电阻箱R1(0~99 999.9 Ω),开关,导线若干。
(1)要使cd两端电压U0在实验过程中基本不变,滑动变阻器选________(选填“A”或“B”)。
(2)正确连线,实验操作如下:
①滑动变阻器滑片P移到最左端,电阻箱调至合适阻值,合上开关S1;
②开关S2接a,调节滑片P使电压表示数为U0=2.50 V,再将开关S2切换到b,电阻箱调至R1=200.0 Ω,记录电压表示数U1=1.40 V、调温箱温度t1=20 ℃。则温度t1下Rt=________Ω(保留三位有效数字);
③保持R1、滑片P位置和开关S2状态不变,升高调温箱温度,记录调温箱温度和相应电压表示数,得到不同温度下Rt的阻值。
(3)请根据题中给定的电路且滑片P位置保持不变,给出另一种测量电阻Rt的简要方案。_____________________________________________
______________________________________________________________
解析:(1)要使cd两端的电压U0在实验过程中基本不变,则滑动变阻器应该选择最大阻值较小的A。
(2)②S2接a时电压表测量电阻箱与Rt两端的总电压U0,S2切换到b时电阻箱与Rt两端的总电压不变,电压表测量电阻箱两端电压,由欧姆定律可知Rt=,代入数据解得温度t1下热敏电阻Rt≈157 Ω。
(3)滑片P的位置保持不变,先让S2接a,此时使R1示数为0,电压表读数为U,然后S2接b,调节电阻箱R1使电压表读数为,此时R1的示数为R1′,热敏电阻Rt的阻值为R1′。
答案:(1)A (2)②157 (3)见解析
用多用电表
欧姆挡测电阻
1.原理:闭合电路欧姆定律,I= eq \f(E,Rx+R内)(其中R内=Rg+R+r,I与Rx成一一对应关系)
2.中值电阻R中=Rg+R+r
3.红、黑表笔短接,欧姆调零,Ig= eq \f(E,Rg+R+r)
4.电流方向:“红进黑出”
测量电源
的电动势和内阻
1.原理:U=E-Ir
2.误差来源:电压表的分流
3.误差分析:E测<E真,r测<r真(r测= eq \f(RV·r,RV+r))
1.原理:U=E-Ir
2.误差来源:电流表的分压
3.误差分析:E测=E真,r测>r真(r测=r+RA)
1.原理:E=U+ eq \f(U,R)r
2.关系式: eq \f(1,U)= eq \f(r,E)· eq \f(1,R)+ eq \f(1,E)
3.误差分析:E测<E真,r测<r真(r测= eq \f(RV·r,RV+r))
测量电源的电动势和内阻
1.原理:E=IR+Ir
2.关系式: eq \f(1,I)= eq \f(1,E)·R+ eq \f(r,E)或R=E· eq \f(1,I)-r
3.误差分析:E测=E真,r测>r真(r测=r+RA)
【例1】 (2025·湖北高考)某实验小组为测量一节干电池的电动势E和内阻r,设计了如图(a)所示电路,所用器材如下:干电池、智能手机、电流传感器、定值电阻R0、电阻箱、开关、导线等。按电路图连接电路,将智能手机与电流传感器通过蓝牙无线连接,闭合开关S,逐次改变电阻箱的阻值R,用智能手机记录对应的电流传感器测得的电流I。回答下列问题:
(1)R0在电路中起________(填“保护”或“分流”)作用。
(2) eq \f(1,I)与E、r、R、R0的关系式为 eq \f(1,I)=________。
(3)根据记录数据作出 eq \f(1,I) R图像,如图(b)所示。已知R0=9.0 Ω,可得E=______V(保留三位有效数字),r=______Ω(保留两位有效数字)。
(4)电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果________(填“有”或“无”)影响。
解析:(1)R0能避免电路中的电流过大,起到保护作用。
(2)对整个回路由闭合电路欧姆定律有E=I(R+R0+r),整理得 eq \f(1,I)= eq \f(R,E)+ eq \f(R0+r,E)。
(3)结合(2)中关系式与题图(b)可知,干电池的电动势E= eq \f(1,k)= eq \f(25-0,24-7) V≈1.47 V,内阻r= eq \f(b,k)-R0= eq \f(7×(25-0),24-7) Ω-9 Ω≈1.3 Ω。
(4)结合(2)(3)问分析可知,实验测量的是干电池与电流传感器的总电阻,所以电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果有影响。
【例2】 (2025·安徽高考)某同学设计了一个具有两种挡位(“×1”挡和“×10”挡)的欧姆表,其内部电路如图甲所示。电源为电池组(电动势E的标称值为3.0 V,内阻r未知),电流表G(表头)的满偏电流Ig=20 mA,内阻Rg=45 Ω,定值电阻R0=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为200 Ω。设计后表盘如图乙所示,中间刻度值为“15”。
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(1)测量前,要进行欧姆调零:将滑动变阻器的阻值调至最大,闭合开关S1、S2,此时欧姆表处于“×1”挡,将红表笔与黑表笔________,调节滑动变阻器的阻值,使指针指向________(选填“0”或“∞”)刻度位置。
(2)用该欧姆表对阻值为150 Ω的标准电阻进行试测,为减小测量误差、应选用欧姆表的________(选填“×1”或“×10”)挡。进行欧姆调零后,将电阻接在两表笔间,指针指向图乙中的虚线位置,则该电阻的测量值为________Ω。
(3)该同学猜想造成上述误差的原因是电源电动势的实际值与标称值不一致。为了测出电源电动势,该同学先将电阻箱以最大阻值(9 999 Ω)接在两表笔间,接着闭合S1、断开S2,将滑动变阻器的阻值调到零,再调节电阻箱的阻值。当电阻箱的阻值调为228 Ω时,指针指向“15”刻度位置(即电路中的电流为10 mA);当电阻箱的阻值调为88 Ω时,指针指向“0”刻度位置(即电路中的电流为20 mA)。由测量数据计算出电源电动势为________V。(结果保留2位有效数字)
解析:(1)测量电阻之前应该先把两支表笔直接接触,调节滑动变阻器的阻值,使指针指向0刻度位置。
(2)使用欧姆表测电阻时,如果指针偏转过大、过小,测量误差都会比较大,为了减小测量误差,应该选择适当倍率,使测量时指针指在刻度盘的中间区域,又该欧姆表刻度盘的中间刻度值为15,而待测电阻的阻值为150 Ω,所以应选用欧姆表的×10挡。由题图乙与欧姆表的读数规则可知,该电阻的测量值为R测=16×10 Ω=160 Ω。
(3)由题图甲可知,电阻箱接在两表笔间,闭合S1、断开S2,将滑动变阻器的阻值调到零时,由闭合电路欧姆定律可得E=I(r+Rg+R电阻箱),其中r未知,Rg=45 Ω,将I1=10 mA、R电阻箱1=228 Ω和I2=20 mA、R电阻箱2=88 Ω两组数据代入并联立解得r=7 Ω,E=2.8 V。
答案:(1)短接 0 (2)×10 160 (3)2.8
【例】 (2024·海南高考)用如图(a)所示的电路观察电容器的充放电现象,实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关S1、开关S2、导线若干。
(1)闭合开关S2,将S1接1,电压表示数增大,最后稳定在12.3 V。在此过程中,电流表的示数________(填选项标号)。
A.一直稳定在某一数值
B. 先增大,后逐渐减小为零
C.先增大,后稳定在某一非零数值
(2)先后断开开关S2、S1,将电流表更换成电流传感器,再将S1接2,此时通过定值电阻R的电流方向为________(选填“a→b”或“b→a”),通过传感器将电流信息传入计算机,画出电流随时间变化的I t图像,如图(b),t=2 s时,I=1.10 mA,图中M、N区域面积比为8∶7,可求出R=________kΩ(保留2位有效数字)。
解析:(1)闭合开关S2,S1接1后,电路中的电流瞬间达到最大值,然后电源给电容器充电,电压表的示数逐渐增大,电路中的电流逐渐减小,当电压表示数稳定后,电路中的电流减为0,即电流表的示数先增大,后逐渐减小为0,B正确。
(2)闭合开关S2,S1接1时,电源正极与电容器上极板相连,则电容器上极板带正电,因此S1接2时电容器处于放电过程,通过R的电流方向为a→b,根据I t图像与坐标轴围成图形的面积表示电荷量可知,0~2 s过程电容器放出的电荷量Q1与2 s后至放电结束过程电容器放出的电荷量Q2之比为8∶7,根据电容的定义式可知,Q1=CΔU1,Q2=CΔU2,由电路图可知ΔU1=U0-IR,ΔU2=IR,其中U0=12.3 V,I=1.10 mA,代入数据解得R≈5.2 kΩ。
答案:(1)B (2)a→b 5.2
1.(2025·广西高考)某小组将电流表改装成欧姆表,所用器材有电源(电动势E=1.5 V,内阻不计),电流表(满偏电流Ig=100 μA、内阻Rg=100 Ω),电阻R0=500 Ω,滑动变阻器R(0~20 kΩ),导线若干,电路如图。
(1)欧姆调零时,应先将A、B________,再调节滑动变阻器,使电流表示数为________μA,此时滑动变阻器的阻值为________kΩ。
(2)调零后,在A、B间接入电阻Rx,当电流表示数为60 μA时,Rx为________kΩ。
解析:(1)欧姆调零时,应先将红、黑表笔短接,即将A、B短接,再调节滑动变阻器,使电流表达到满偏,即电流表示数为100 μA,根据闭合电路欧姆定律得R=-Rg-R0,代入数据解得R=14.4 kΩ。
(2)接入电阻Rx后,由闭合电路欧姆定律有Rx=,代入数据解得Rx=10 kΩ。
答案:(1)短接 100 14.4 (2)10
2.(2025·甘肃高考)某兴趣小组设计测量电阻阻值的实验方案。可用器材有:电池(电动势1.5 V)两节,电压表(量程3 V,内阻约3 kΩ),电流表(量程0.3 A,内阻约1 Ω),滑动变阻器(最大阻值20 Ω),待测电阻Rx,开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干。
(1)首先设计如图1所示的电路。
①要求用S2选择电流表内、外接电路,请在图1中补充连线将S2的c、d端接入电路;
②闭合S1前,滑动变阻器的滑片P应置于________端(填“a”或“b”);
③闭合S1后,将S2分别接c和d端,观察到这两种情况下电压表的示数有变化、电流表的示数基本不变,因此测量电阻时S2应该接______端(填“c”或“d”)。
(2)为了消除上述实验中电表引入的误差,该小组又设计了如图2所示的电路。
①请在图2中补充连线将电压表接入电路;
②闭合S1,将S2分别接c和d端时,电压表、电流表的读数分别为Uc、Ic和Ud、Id。则待测电阻阻值Rx=________(用Uc、Ud、Ic和Id表示)。
解析:(1)①实物连接图如图所示。
②闭合S1前,根据滑动变阻器的限流式接法,滑片P应置于b端,连入电路中的阻值最大,保护电路的安全。
③闭合S1后,将S2分别接c和d端,观察到这两种情况下电压表的示数有变化、电流表的示数基本不变,说明电流表分压明显,为减小实验误差,应采用电流表外接法,因此测量电阻时S2应该接c端。
(2)①实物连接图如图所示。
②根据电路分析,当闭合S1,将S2接c端时,电压表、电流表的读数分别为Uc、Ic,则
=Rx+RA+R滑
将S2接d端时,电压表、电流表的读数分别为Ud、Id,则=RA+R滑
那么待测电阻阻值Rx=。
答案:(1)①见解析 ②b ③c (2)①见解析 ②
3.(2025·海南高考)
如图是“测量电源的电动势和内阻”的实验电路。
有如下器材
电源E1(约为3 V,内阻未知)
电压表V(0~3 V,RV约为3 kΩ)
电流表A(0~0.6 A,RA约为1 Ω)
定值电阻R0=3 Ω
滑动变阻器R1(0~50 Ω)
滑动变阻器R2(0~500 Ω)
开关S
导线若干
(1)为了提高测量精度,电路图中滑动变阻器应选________。
(2)闭合开关S,多次调节滑动变阻器,记录U、I,如下表
U/V
1.00
1.30
1.70
2.00
2.50
I/A
0.38
0.32
0.24
0.18
0.08
根据表中数据作出U I图像。
(3)由U I图像可求出电动势E1=______V,内阻r=______Ω(均保留三位有效数字)。
(4)考虑电压表分流引起的误差,则E测________(填“大于”“等于”或“小于”)E真;r测与真实值r真之间的关系式为____________(用RV,R0,r测,r真表示)。
解析:(1)为了提高测量精度,方便调节电路,滑动变阻器选择最大阻值较小的R1。
(2)图像如图所示。
(3)根据闭合电路欧姆定律有
U=E1-I(R0+r)
结合图线可得E1=2.90 V,R0+r= Ω
解得r≈2.18 Ω。
(4)将电压表和电源等效为新的电源,故此时根据图像得到的电动势和内阻为等效电源的电动势和内阻,则E测<E真,且r测=。
答案:(1)R1 (2)见解析 (3)2.90 2.18 (4)小于 r测=
4.(2024·新课标卷)学生实验小组要测量量程为3 V的电压表的内阻RV。可选用的器材有:多用电表,电源E(电动势5 V),电压表(量程5 V,内阻约3 kΩ),定值电阻R0(阻值为800 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ),开关S,导线若干。
完成下列填空:
(1)利用多用电表粗测待测电压表的内阻。首先应________(把下列实验步骤前的字母按正确操作顺序排列)。
A.将红、黑表笔短接
B.调节欧姆调零旋钮,使指针指向零欧姆
C.将多用电表选择开关置于欧姆挡“×10”位置
再将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的______________(填“正极、负极”或“负极、正极”)相连,欧姆表的指针位置如图(a)中虚线Ⅰ所示。为了减少测量误差,应将选择开关旋转到欧姆挡________(填“×1”“×100”或“×1 k”)位置。重新调节后,测量得到指针位置如图(a)中实线Ⅱ所示,则粗测得到的该电压表内阻为______kΩ(结果保留1位小数)。
(2)为了提高测量精度,他们设计了如图(b)所示的电路,其中滑动变阻器应选________(填“R1”或“R2”),闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端。
(3)闭合开关S,滑动变阻器滑片滑到某一位置时,电压表、待测电压表的示数分别为U1、U,则待测电压表内阻RV=________(用U1、U和R0表示)。
(4)测量得到U1 =4.20 V,U=2.78 V,则待测电压表内阻RV=________kΩ(结果保留3位有效数字)。
解析:(1)该实验中正确的操作顺序应为CAB;由于多用电表在使用时的电流流向为“红进黑出”,且通过电压表的电流流向为“正进负出”,所以在用多用电表粗测电压表内阻时多用电表的红、黑表笔应分别与待测电压表的负极、正极相连;由题图(a)中的虚线Ⅰ可知,待测电压表的内阻约为1 500 Ω,则为使指针指在中央刻度线附近,应将选择开关旋转到欧姆挡“×100”位置;由题图(a)中的实线Ⅱ可知该电压表的内阻为R内=16×100 Ω=1 600 Ω=1.6 kΩ。
(2)由题图(b)可知滑动变阻器采用分压式接法,则为了方便调节,滑动变阻器应选最大阻值较小的R1,为了保护电路,闭合开关前测量电路部分分压应为0,即滑动变阻器的滑片应置于a端。
(3)由题图(b)可知流过待测电压表和流过定值电阻R0的电流相等,则结合欧姆定律和串联电路分压规律有,可得RV=。
(4)将U1=4.20 V、U=2.78 V、R0=800 Ω代入(3)中表达式可得RV= Ω≈1.57 kΩ。
答案:(1)CAB 负极、正极 ×100 1.6 (2)R1 a (3) (4)1.57
5.(2024·吉林高考)某探究小组要测量电池的电动势和内阻。可利用的器材有:电压表、电阻丝、定值电阻(阻值为R0)、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图所示的实验电路原理图。
(1)实验步骤如下:
①将电阻丝拉直固定,按照图(a)连接电路,金属夹置于电阻丝的________(填“A”或“B”)端;
②闭合开关S,快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数U,断开开关S,记录金属夹与B端的距离L;
③多次重复步骤②,根据记录的若干组U、L的值,作出图(c)中图线Ⅰ;
④按照图(b)将定值电阻接入电路,多次重复步骤②,再根据记录的若干组U、L的值,作出图(c)中图线Ⅱ。
(2)由图线得出纵轴截距为b,则待测电池的电动势E=________。
(3)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为k1、k2,若=n,则待测电池的内阻r=________(用n和R0表示)。
解析:(1)①为了保护电路,开关闭合前应将金属夹置于电阻丝接入电路电阻的最大处,即A端。
(2)(3)设金属丝的总电阻为R,总长度为x,对题图(a)根据闭合电路欧姆定律有E=U+r,可得;对题图(b)有E=U+(r+R0),可得,结合题图(c)可知b=,又=n,解得E=。
答案:(1)①A (2) (3)
6.(2025·云南高考)基于铂电阻阻值随温度变化的特性,某兴趣小组用铂电阻做了测量温度的实验。可选用的器材如下:Pt1 000型号铂电阻、电源E(电动势5 V,内阻不计)、电流表A1(量程100 μA,内阻4.5 kΩ)、电流表A2(量程500 μA,内阻约1 kΩ)、定值电阻R1(阻值15 kΩ)、定值电阻R2(阻值1.5 kΩ),开关S和导线若干。
查阅技术手册可知,Pt1 000型号铂电阻测温时的工作电流在0.1~0.3 mA之间,在0~100 ℃范围内,铂电阻的阻值Rt随温度t的变化视为线性关系,如图(a)所示。
完成下列填空:
(1)由图(a)可知,在0~100 ℃范围内,温度每升高1 ℃,该铂电阻的阻值增加________Ω。
(2)兴趣小组设计了如图(b)所示的甲、乙两种测量铂电阻阻值的电路图,能准确测出铂电阻阻值的是_______(填“甲”或“乙”),保护电阻R应选_______(填“R1”或“R2”)。
(3)用(2)问中能准确测出铂电阻阻值的电路测温时,某次测量读得A2示数为295 μA,A1示数如图(c)所示,该示数为________μA,则所测温度为________℃(计算结果保留2位效数字)。
解析:(1)由图(a)可知,0 ℃时R0=1.000×103 Ω,100 ℃时R100=1.385×103 Ω,故温度每升高1 ℃,铂电阻的阻值增加量为ΔR=×1 ℃=3.85 Ω。
(2)由于电流表A2内阻未知,而电流表A1内阻已知,电流表A1可以当作电压表准确测量铂电阻两端的电压,由电流表A2的示数减去电流表A1的示数即可准确测量通过铂电阻的电流,故能准确测出铂电阻阻值的是图(b)中乙电路;铂电阻工作电流范围为0.1~0.3 mA,电源电动势5 V,故电路中的总电阻范围应为~50 kΩ,故保护电阻选R1。
(3)图(c)中A1量程100 μA,分度值1 μA,要往下估读一位,故图(c)的示数为62.0 μA;图(b)乙电路中,A1与Rt并联后再与A2串联,根据串并联电路特点有I1rA1=(I2-I1)Rt,其中rA1=4.5 kΩ,I2=295 μA,I1=62.0 μA,解得Rt= Ω≈1197 Ω,又Rt=1 000+3.85t (Ω),当Rt=1 197 Ω时,t= ℃≈51 ℃。
答案:(1)3.85 (2)乙 R1 (3)62.0 51
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