电学实验创新拓展题

电学实验创新拓展题

1．导电玻璃是制造LCD的主要材料之一．为测量导电玻璃的电阻率，某小组同学选取了一个长度为L的圆柱体导电玻璃器件，上面标有“3V，L”的字样，主要步骤如下，完成下列问题：

（1）首先用螺旋测微器测量导电玻璃的直径，示数如图甲所示，则直径d=mm；（2）然后用欧姆表×100档粗测该导电玻璃的电阻，表盘指针位置如图乙所示，则导电玻璃的电阻约为Ω；

（3）为精确测量R x在额定电压时的阻值，且要求测量时电表的读数不小于量程的，滑动

变阻器便于调节，他们根据下面提供的器材，设计了一个方案．请画出设计电路图，标出所选器材对应的电学符号．

A．电流表A1（量程为60mA，内阻R A1约3Ω）

B．电流表A2（量程为2mA，内阻R A2=15Ω）

C．定值电阻R1=747Ω

D．定值电阻R2=1985Ω

E．滑动变阻器R（0～20Ω）一只

F．电压表V（量程为10V，内阻R V=1kΩ）

G．蓄电池E（电动势为12V，内阻很小）

H．开关S一只，导线若干

（4）由以上实验可测得该导电玻璃电阻率的值

ρ=（用字母表示，可能用到的字母有长度L、直

径d、电流表A1、A2的读数I1、I2、电压表读数U、

电阻值R A1、R A2、R V、R1、R2）

2．某同学要测量如图甲所示金属圆环材料的电阻率，

已知圆环的半径为r．①他先用螺旋测微器测量圆环材料圆形横截面的直径d如图乙所示，则d=mm；

②他再用如图丙所示的电路测量该圆环的电阻，图中圆环接入电路的两点恰好位于一条直径上，电压表的量程为5V．电键S闭合后，电压表右端接到a点时电压表示数为4.5V、电流表示数为1.8mA，接到b点的电压表示数为4.6V、电流表示数为1.6mA．为了减小电阻的测量误差，他应该把电压表的右端接在进行实验（填“a”或“b”）；则圆环接入电路的两点间的电阻值为Ω；此值（填“偏大”、“偏小”或“准确”）；

③实验中发现电流表损坏，他又找到另外一个量程为2V，内阻为R1的电压表V1替代电流表

完成了实验．实验中电压表V和V1的示数分别为U和U1，改变滑片位置测得多组U、U1数据，他作出了U﹣U1图象为一条直线，如图丁所示，测得该直线的斜率为k，则金属圆环材料的电阻率的表达式为．（用r、d、k、R1表示）

3．某实验小组利用提供的器材测量某种电阻丝（电阻约为20Ω）材料的电阻率．他们首先把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上，在电阻丝上夹上一个与接线柱c相连的小金属夹，沿电阻丝移动金属夹，可改变其与电阻丝接触点P的位置，从而改变接入电路中电阻丝的长度．可供选择的器材还有：

电池组E（电动势为3.0V，内阻约1Ω）；

电流表A1（量程0～100mA，内阻约5Ω）；

电流表A2（量程0～0.6A，内阻约0.2Ω）；

电阻箱R（0～999.9Ω）；

开关、导线若干．他们的实验操作步骤如下：

A．用螺旋测微器在三个不同的位置分别测量电阻丝的直径d；

B．根据提供的器材，设计并连接好如图甲所示的电路；

C．调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大，闭合开关S；

D．将金属夹夹在电阻丝上某位置，调整电阻箱接入电路中的电阻值，使电流表满偏，记录电阻箱的示值R和接入电路的电阻丝长度L；

E．改变金属夹与电阻丝接触点的位置，调整电阻箱接入电路中的阻值，使电流表再次满偏．重复多次，记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L．

F．断开开关，拆除电路并整理好器材．

（1）小明某次用螺旋测微器测量电阻丝直径时其示数如图乙所示，则这次直径的测量值d= mm；

（2）实验中电流表应选择（选填“A1”或“A2”）；

（3）小明用记录的多组电阻箱的电阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据，绘出了如图丙所示的R﹣L关系图线，图线在R轴的截距为R0，在L轴的截距为L0，再结合测出的电阻丝直径d，可求出这种电阻丝材料的电阻率ρ=（用给定的物理量符号和已知常数表示）．

4．国标（GB/T）规定自来水在15℃时电阻率应大于13Ω?m．某同学利用图丙电路测量15℃自来水的电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞（活塞电阻可忽略），右侧活塞固定，左侧活塞可自由移动．实验器材还有：

电源（电动势约为3V，内阻可忽略）

理想电压表V1（量程为3V）

理想电压表V2（量程为3V）

定值电阻R1（阻值4kΩ）

定值电阻R2（阻值2kΩ）

电阻箱R（最大值9999Ω）

单刀双掷开关S，导线若干，游标卡尺，刻度尺．

实验步骤如下：

A．用游标卡尺测量并记录玻璃管的内径d；

B．向玻璃管内注满自来水，确保无气泡；

C．用刻度尺测量并记录水柱长度L；

D．把S拨到1位置，记录电压表V1示数；

E．把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1示数相同，记录电阻箱的阻值R；

F．改变玻璃管内水柱长度，重复实验C、D、E；

G．断开S，整理好器材．

①测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图a，则d=mm．

②玻璃管内水柱的电阻R x=（用R1、R2、R表示）．

③利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据，绘制出如图b所示的R﹣图

象．可求出自来水的电阻率ρ=Ω?m（保留三位有效数字）．

5．目前汽车上都有车载电瓶作为备用电源，用久以后性能会下降，表现之一为电瓶的电动势变小，内阻变大．某兴趣小组将一块旧的电瓶充满电，准备利用下列器材测量电瓶的电动势和内电阻．

A．待测电瓶，电动势约为3V，内阻约几欧姆

B．直流电压表V1、V2，量程均为3V，内阻约为3kΩ

C．定值电阻R0未知

D．滑动变阻器R，最大阻值R m

E．导线和开关

（1）根据如图甲所示的实物连接图，在图乙方框中画出相应的电路图．

（2）实验之前，需要利用该电路图测出定值电阻R0，方法是先把滑动变阻器R调到最大阻值R m，再闭合开关，电压表V1和V2的读数分别为U10、U20，则R0=（用U10、U20、R m 表示）．

（3）实验中移动滑动变阻器触头，读出电压表V1和V2的多组数据U1、U2，描绘出U1﹣U2图象如图丙所示，图中直线斜率为k，与横轴的截距为a，则电瓶的电动势E=，内阻r=（用k、a、R0表示）．

6．某同学设计了一个如图甲所示的实验电路，用以测定电源电动势和内阻，使用的实验器材为：

待测一节干电池、

电流表A（量程0.6A，内阻小于1Ω）、

电流表A1（量程0.6A，内阻不知）、

电阻箱（0～99.99Ω）、

滑动变阻器（0～10Ω）、

单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干．

考虑到干电池的内阻较小，电流表的内阻不能忽略．

（1）该同学按图甲连线，闭合开关K，将开关S与C接通，通过调节滑动变阻器和电阻箱，读取电流表A的示数为0.20A、电流表A1的示数为0.60A、电阻箱（如图乙）的示数为Ω，则电流表A 的内阻为Ω．

（2）利用图甲所示电路测量电源电动势和内阻的实验步骤：

①请同学们按图甲所示电路在图丙中的实物上完成实验所需的线路连接；

②断开开关K，调节电阻箱R，将开关S接D，记录电阻箱的阻值和电流表示数；

③断开开关S，再次调节电阻箱R，将开关S接D，记录电阻箱的阻值和电流表示数；

④重复实验步骤②进行多次测量．

（3）图丁是由实验数据绘出的﹣R图象，由此求出干电池的电动势E=V、内阻r=Ω．（计算结果保留二位有效数字）

7．研究性学习小组的同学们用如图1甲所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内电阻r．实验室提供的器材如下：电压表，电阻箱（阻值范围0～999.9Ω）；开关、导线若干．

①请根据图1甲所示的电路图，在图1乙中画出连线，将器材连接成实验电路．

②某同学开始做实验，先把变阻箱阻值调到最大，再接通开关，然后逐次改变电阻箱接入电路的阻值R，读取与R对应的电压表的示数U，并将相应的数据转化为坐标点描绘在U﹣U/R 图中．请将图1丙、丁中电阻箱和电压表所示的数据转化为坐标点描绘在图2所示的坐标系中（用“+”表示），并画出U﹣U/R图线；

③根据图2中实验数据绘出的图线可以得出该电池组电动势的测量值E=V，内电阻测量值r=Ω．（保留3位有效数字）

④实验测量都存在误差，关于本实验的误差，下列说法中正确的是（选填选项前的字母）．

A．由于读数所引起的误差属于偶然误差

B．利用图象法处理本实验数据可以减小系统误差

C．由于电压表内阻引起的误差属于系统误差

D．电压表的内阻越大，其引起的误差越大

⑤不同小组的同学分别用不同的电池组（均由同一规格的两节干电池串联而成）完成了上述的实验后，发现不同组的电池组的电动势基本相同，只是内电阻差异较大．同学们选择了内电阻差异较大的甲、乙两个电池组进一步探究，对电池组的输出功率P随外电阻R变化的关系，以及电池组的输出功率P随路端电压U变化的关系进行了猜想，并分别画出了如图3所示的P﹣R和P﹣U图象．若已知甲电池组的内电阻较大，则下列各图中可能正确的是（选填选项的字母）．

8．利用图甲电路测量某电池的内阻，其中AB为一段粗细均匀的铅笔芯，笔芯上套有一金属滑环P（宽度和电阻不计，与笔芯良好接触并可只有移动）．实验器材还有：标准电池（电动势为E0，内阻不计），电阻箱（最大阻值为99.99Ω），灵敏电流计G（量程为±600μA），待测电池（电动势E x小于E0，内阻r x未知），开关3个，刻度尺等

主要实验步骤如下：

a．测量出铅笔芯A、B两端点间的距离L0；

b．将电阻箱调至某一阻值R，闭合开关S1、S2、S3，移动滑环P使电流计G示数为零，测量出此时的AP长度L；

c．改变电阻箱的阻值R，重复步骤b，记录下多组R及对应的L值．

回到以下问题：

（1）移动滑环P使G的示数为零．此时AP两端电压与电阻箱两端电压U R相等，则U R=（用L、L0、E0表示）．

（2）利用记录的多组R、L数据，作出图象如图乙，则随变化的关系式为=（用

E x、r x、L0、R）表示，待测电池的内阻r x=Ω（保留两位有效数字）．

（3）在不在b的操作过程中，若无论怎样移动滑环P，也无法使G的示数为零，经检查发现，有一个开关未闭合，你认为未闭合的开关是（填S1、S2、S3）．

（4）本实验中若标准电池的内阻不可忽略，则待测电池内阻的测量结果将（填“偏大”、“不变”或“偏小”）．

9．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”档位，指针的位置如图1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2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R x关系图象如图3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．×1 B．×10 C．×100 D．×1K．

10．为描绘一只标有“2.5V 0.75W”字样的小灯泡的伏安特性曲线，实验室提供了如下实验器材：

电压表V（量程为0﹣3V，内阻约5kΩ）

电流表A1（量程为0﹣0.6A，内阻约1Ω）

电流表A2（量程为0﹣3A，内阻约10Ω）

滑动变阻器R1（0～10Ω）

滑动变阻器R2（0～100Ω）

干电池两节，开关S及导线若干

（1）为了使测量的准确度较高，调节方便，实验中应选用电流表，滑动变阻器；（2）在图甲所示虚线内画出实验电路图；

（3）连接电路，闭合开关，移动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不变，但电压表有示数，电流表几乎不偏转，则故障的原因可能是；

（4）排除故障后，正确操作得到多组U、I数据，利用Excel软件描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，设小灯泡正常发光的电阻为RA，小灯泡发光较暗时的电阻为R B，根据图象可以判断R A（选填“大于”“等于”或“小于”）R B．

12．某物理“科技制作”小组装配一台小直流电动机，其额定电压5V，额定电流0.5A，线圈绕阻小于1Ω．为了进一步研究其在一定电压范围内，输出功率与输入电压的关系，需要进一步做实验，请你帮助该小组完成该项工作．已知学校实验室提供的器材有：

直流电源E，电压6V，内阻不计；

小直流电动机M；

电压表V1，量程0～0.6V，内阻约3kΩ；

电压表V2，量程0～6V，内阻约15kΩ；

电流表A1，量程0～0.6A，内阻约1Ω；

电流表A2，量程0～3A，内阻约0.5Ω；

滑动变阻器R，0～10Ω，2A；

电键S一只，导线若干．

（1）首先要比较精确测量电动机的线圈绕阻r．根据合理的电路进行测量时，要控制电动机不转动，调节滑动变阻器，使电压表和电流表有合适的示数，电压表应该选．若电压表的示数为0.1V，电流表的示数为0.2A，则内阻r=Ω，这个结果比真实值偏（选填“大”或“小”）．

（2）在图1中画出研究电动机的输出功率与输入电压的关系的实验电路图．（标明所选器材的符号）

（3）当电压表的示数为4.5V时，电流表示数如图2所示为A，此时电动机的输出功率是W．

13．某研究所为了确定不同因素对钨丝白炽灯泡平均使用寿命的影响，做了如下三个实验．①使灯泡内气体压强为0.1atm，将灯泡内不同直径（D）、相同长度的钨丝通电加热到2400K，

压强，且使钨丝的温度保持在2400K．测出灯泡内压强从0.1atm增大到0.5atm时，其平均使用寿命从800h增大到6000h；超过0.5atm后，灯泡平均寿命递减．③在压强为0.1atm，

钨丝直径（D）为250μm的灯泡内，改变流过钨丝的电流（I）来改变灯丝的温度，灯泡的

T（K）及电流I（A）的关系如表所示．

（1）（单选）根据实验③的结果，在与实验3相同的实验条件下，可以预测钨丝工作温度在2300K时，其平均使用寿命最接近于

（A）50h（B）500h（C）2400h（D）24000h

（2）（单选）在相同的温度下，下列四种灯泡中灯丝平均使用寿命最长的是

（A）50μm粗细的灯丝并充有2.5atm的惰性气体

（B）100μm粗细的灯丝并充有0.5atm的惰性气体

（C）150μm粗细的灯丝并充有0.1atm的惰性气体

（D）150μm粗细的灯丝并充有0.5atm的惰性气体

（3）实验①中，若灯丝粗细为75μm，且灯丝的发热电阻为500Ω，要保证该灯泡的平均使用寿命为2400h，则加在该灯泡两端的电压不能超过V．

14．某同学欲自制一台电子秤，通过查阅资料发现电子秤的主要部件为一个压敏电阻（阻值随压力的增大而变小）．请你用下列器材帮助该同学完成设计：

A．电流表A1：量程0～0.6A，内阻0.125Ω；

B．电流表A2：量程0～3.0A，内阻0.025Ω；

C．滑动变阻器R1：最大阻值100Ω；

D．滑动变阻器R2：最大阻值10Ω；

E．直流电源：电动势约4.5V，内阻很小；

F．开关、导线及砝码若干．

（1）应该选用的电流表是，滑动变阻器是．（填写器材前字母的代号）

（2）请根据所选器材在图甲方框中设计一个电路，要求压敏电阻两端电压调节范围尽可能大．

（3）具体的测量步骤如下：

②保持滑片位置不动，在压敏电阻上放一砝码，读出此时电流表的示数；

③不断增加砝码个数，分别读出电流表对应的电流值；

④建立I﹣m坐标系，根据记录数据进行描点，得到该压敏电阻的m﹣I图线如图乙所示；若用该电子秤测量物体的质量时，电流表的示数为0.45A，则该物体的质量为kg（结果保留两位有效数字）．

15．为测量一电阻R x的阻值，某物理兴趣小组同学设计了如图1所示的测量电路，其中电

源的电动势为E=3.0V，电压表的量程为0～5V，电流表满偏电流为0.6A，电流计G为理想电流表，该同学的实验步骤如下：

①按图示的电路原理图连接好实验电路，分别将滑动变阻器R0的滑片置于图中的A端、滑动变阻器R3的滑片置于Q端，闭合电键S．

②将变阻器R0的滑片缓慢向上移动，同时注意灵敏电流计G的读数，当灵敏电流计的示数接近满偏时，立即停止移动滑动变阻器R0的滑片，然后再将滑动变阻器R3的滑片缓慢向上移动直到灵敏电流计的示数为零为止，分别记下此时电流表和电压表的示数．

③重复步骤②多次，记录下每次实验中电压表和电流表的读数．

（1）利用上表的测量数据，直接计算出被测电阻的电阻值R x=Ω（保留两位小数）；（2）该组的另一名同学认为该实验也可利用图象法来求被测电阻的阻值，于是他根据表中的实验数据在如图所示的坐标中标明各点．现请你根据画出的数据点，在图2中作出U﹣I 图象，并根据你所作的U﹣I图象求得该电阻的阻值R x=Ω（结果保留小数点后两位）；（3）由以上两种实验数据处理方法，你认为哪种方法更有利于处理实验数据，说出你的理由；

（4）一般来说，用伏安法测电阻时，由于实际电表的内阻会对测量结果有影响，但该同学采用本实验电路测量电阻，则可以不考虑表的内阻对测量的影响，其原因是．