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电阻$R$短路
2.4
10
记录电流表
示数时要减去0.04 A,并去掉误差较大的点,尽可能让更多的点落在直线上
不正确
设没有调零时电流表示数为$I_0,$电流表在电路中的读数为$I_读,$则电阻$R$的阻值$R=\frac{U_R}{I_R}=\frac{U_R}{I_读-I_0},$解得$I_读=\frac{U_R}{R}+I_0,$可知$U_R=0$时,$I_读=I_0,$所以并不是巧合
断路
8.3
$U-I_0R_0$
C
【分析】
这道题围绕伏安法测量定值电阻的实验展开,我们可以按小问逐个梳理思路:
1. 第一问电路连接:伏安法测电阻的核心是用电压表测定值电阻两端电压、电流表测通过电阻的电流,因此只需要把电压表并联在定值电阻两端,滑动变阻器按一上一下的要求串联接入电路即可完成连线。
2. 第二问故障判断:电流表示数有变化说明电路始终是通路,不存在断路,电压表示数为零,说明电压表并联的部分没有分压,最常见的情况就是被测的定值电阻R短路,此时电压表相当于接在导线上,示数为0。
3. 第三问电表读数与计算:首先确定电压表量程为0~3V,分度值0.1V即可读出电压值;注意电流表没有提前调零,初始示数0.04A是系统误差,真实电流要减去这个初始值,再用欧姆定律计算电阻;绘制I-U图像时,要先修正所有电流的系统误差,再按描点连线的规范操作。
4. 第四问判断巧合是否成立:结合欧姆定律把未调零的初始电流代入公式推导,就能得到电压为0时电流表读数必然等于初始未调零的示数,因此不是巧合。
【解析】
(1) 伏安法测定值电阻阻值,需将电压表并联在定值电阻R两端,滑动变阻器按照“一上一下”的接线原则串联接入电路,完成连线即可。
(2) 电流表有示数且随滑片移动发生变化,说明电路始终为通路,电压表示数始终为0,说明与电压表并联的部分短路,即定值电阻R短路,此时电压表测量导线两端电压,示数为0,符合实验现象。
(3) 电压表选用0~3V量程,分度值为0.1V,读数为2.4V;电流表未调零,初始示数为0.04A,因此通过R的真实电流为0.28A - 0.04A = 0.24A,由欧姆定律可得$R=\frac{U}{I}=\frac{2.4V}{0.24A}=10\Omega$;绘制电流随电压变化的图像时,需要先将每一次记录的电流值减去电流表初始的0.04A得到真实电流,描点后连线时尽可能让多数点落在直线上,舍去偏离过大的误差点。
(4) 该观点不正确,推导过程:设电流表未调零的初始示数为$I_0=0.04A$,某次实验电流表的读数为$I_读$,定值电阻两端的真实电压为$U_R$,通过R的真实电流为$I_R=I_读-I_0$,由欧姆定律得$U_R=I_R R=(I_读-I_0)R$,整理可得$I_读=\frac{U_R}{R}+I_0$,当$U_R=0$时,$I_读=I_0=0.04A$,因此图线与纵轴交点的数值必然等于电流表未调零的初始示数,不是巧合。
【答案】
(1)
(2) 电阻$R$短路
(3) 2.4 10 记录电流表示数时要减去 0.04 A,并去掉误差较大的点,尽可能让更多的点落在直线上
(4) 不正确 设没有调零时电流表示数为$I_0$,电流表在电路中的读数为$I_读$,则电阻$R$的阻值$R=\frac{U_R}{I_R}=\frac{U_R}{I_读-I_0}$,解得$I_读=\frac{U_R}{R}+I_0$,可知$U_R=0$时,$I_读=I_0$,所以并不是巧合
【知识点】
伏安法测电阻,电路故障分析,欧姆定律应用
【点评】
本题是伏安法测电阻的经典实验题,既覆盖了电路连接、故障排查、电表读数等基础实验考点,又通过电流表未调零的特殊情境,考察学生对实验原理的深度理解,避免机械记忆,对学生的逻辑推导能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
【分析】
这是一道伏安法测小灯泡电阻的综合实验题,解题思路可以分模块梳理:
1. 第一部分常规伏安法测L₁电阻:
① 连线时首先明确小灯泡额定电压为2.5V,所以电压表选0~3V量程并联在灯泡两端,滑动变阻器按“一上一下”串联接入电路,保证导线不交叉即可。
② 故障判断:电流表几乎不动说明电路大概率断路,电压表明显偏转说明电压表两端到电源两极通路,由此推导故障类型。
③ 读数计算:电流表选0~0.6A量程,读出对应电流值,用欧姆定律R=U/I代入额定电压计算正常发光电阻。
2. 第二部分特殊方法测L₂电阻:
② 要让额定电流为I₀的灯泡正常发光,首先闭合S、S₁断开S₂时,灯泡、滑变、R₀三者串联,利用串联电路电压规律,总电压减去R₀在电流为I₀时的分压,就是电压表需要显示的示数,此时电路电流恰好为I₀,灯泡正常发光。
③ 分别推导小明和小华后续操作的物理量关系:小明的操作可以直接得到滑动变阻器的分压,用之前灯泡和滑变的总电压减去滑变电压就能得到灯泡额定电压;小华的操作可以算出此时滑动变阻器的接入阻值,再结合灯泡正常发光时灯泡和滑变的总电阻,减去滑变电阻就能得到灯泡正常发光的电阻,由此判断两个方案是否都可行。
【解析】
(1) ① 电压表选择0~3V量程并联在小灯泡两端,滑动变阻器采用一上一下的方式串联接入电路,保证导线无交叉,连接结果见参考答案配图。
② 闭合开关后小灯泡不亮、电流表几乎无示数,说明电路发生断路;电压表指针明显偏转,说明电压表两端与电源正负极连通,因此故障为小灯泡断路。
③ 电流表选用0~0.6A量程,分度值为0.02A,示数为0.3A,根据欧姆定律可得小灯泡正常发光的电阻:$R=\frac{U_{额}}{I}=\frac{2.5\ \mathrm{V}}{0.3\ \mathrm{A}}\approx8.3\ \Omega$。
(2) ② 闭合$\mathrm{S}$、$\mathrm{S}_{1}$,断开$\mathrm{S}_{2}$时,$\mathrm{L}_{2}$、滑动变阻器、定值电阻$R_0$串联,电压表测$\mathrm{L}_{2}$和滑动变阻器的总电压;要让$\mathrm{L}_{2}$正常发光,电路电流需等于额定电流$I_0$,此时$R_0$两端的电压为$U_0=I_0R_0$,根据串联电路总电压等于各部分电压之和,电压表示数应为$U-U_0=U-I_0R_0$。
③ 小明方案:保持滑片不动,断开$\mathrm{S}_{1}$,闭合$\mathrm{S}$、$\mathrm{S}_{2}$,电压表测量滑动变阻器两端电压$U_2$,则$\mathrm{L}_{2}$的额定电压为$U_{额}=U-I_0R_0-U_2$,正常发光电阻$R_\mathrm{L}=\frac{U_{额}}{I_0}$,可求出结果,方案可行。
小华方案:保持滑片不动,闭合$\mathrm{S}$、$\mathrm{S}_{1}$、$\mathrm{S}_{2}$,$\mathrm{L}_{2}$被短路,滑动变阻器和$R_0$串联,电压表测量滑动变阻器两端电压$U_3$,$R_0$两端电压为$U-U_3$,由串联分压可得滑动变阻器接入阻值$R_P=\frac{U_3R_0}{U-U_3}$;$\mathrm{L}_{2}$正常发光时,$\mathrm{L}_{2}$和滑动变阻器的总电阻为$\frac{U-I_0R_0}{I_0}$,减去$R_P$即可得到$\mathrm{L}_{2}$正常发光的电阻,方案可行。因此两人方案都可行,选C。
【答案】
6. (1) ① 如图所示 ② 断路 ③ 8.3
(2) ② $U-I_0R_0$ ③ C
【知识点】
伏安法测电阻,串联电路规律,电路故障分析
【点评】
本题从基础的伏安法测电阻切入,依次考察了电路连接、故障判断、欧姆定律计算,进一步延伸到缺电流表的特殊方法测电阻,需要学生灵活运用串联分压规律推导未知量,对逻辑推导能力有一定要求,区分度适中,能很好检验学生对测电阻类实验的掌握程度。
【难度系数】
0.5
【分析】
这是一道伏安法测小灯泡电阻的综合实验题,解题思路可以分模块梳理:
1. 第一部分常规伏安法测L₁电阻:
① 连线时首先明确小灯泡额定电压为2.5V,所以电压表选0~3V量程并联在灯泡两端,滑动变阻器按“一上一下”串联接入电路,保证导线不交叉即可。
② 故障判断:电流表几乎不动说明电路大概率断路,电压表明显偏转说明电压表两端到电源两极通路,由此推导故障类型。
③ 读数计算:电流表选0~0.6A量程,读出对应电流值,用欧姆定律R=U/I代入额定电压计算正常发光电阻。
2. 第二部分特殊方法测L₂电阻:
② 要让额定电流为I₀的灯泡正常发光,首先闭合S、S₁断开S₂时,灯泡、滑变、R₀三者串联,利用串联电路电压规律,总电压减去R₀在电流为I₀时的分压,就是电压表需要显示的示数,此时电路电流恰好为I₀,灯泡正常发光。
③ 分别推导小明和小华后续操作的物理量关系:小明的操作可以直接得到滑动变阻器的分压,用之前灯泡和滑变的总电压减去滑变电压就能得到灯泡额定电压;小华的操作可以算出此时滑动变阻器的接入阻值,再结合灯泡正常发光时灯泡和滑变的总电阻,减去滑变电阻就能得到灯泡正常发光的电阻,由此判断两个方案是否都可行。
【解析】
(1) ① 电压表选择0~3V量程并联在小灯泡两端,滑动变阻器采用一上一下的方式串联接入电路,保证导线无交叉,连接结果见参考答案配图。
② 闭合开关后小灯泡不亮、电流表几乎无示数,说明电路发生断路;电压表指针明显偏转,说明电压表两端与电源正负极连通,因此故障为小灯泡断路。
③ 电流表选用0~0.6A量程,分度值为0.02A,示数为0.3A,根据欧姆定律可得小灯泡正常发光的电阻:$R=\frac{U_{额}}{I}=\frac{2.5\ \mathrm{V}}{0.3\ \mathrm{A}}\approx8.3\ \Omega$。
(2) ② 闭合$\mathrm{S}$、$\mathrm{S}_{1}$,断开$\mathrm{S}_{2}$时,$\mathrm{L}_{2}$、滑动变阻器、定值电阻$R_0$串联,电压表测$\mathrm{L}_{2}$和滑动变阻器的总电压;要让$\mathrm{L}_{2}$正常发光,电路电流需等于额定电流$I_0$,此时$R_0$两端的电压为$U_0=I_0R_0$,根据串联电路总电压等于各部分电压之和,电压表示数应为$U-U_0=U-I_0R_0$。
③ 小明方案:保持滑片不动,断开$\mathrm{S}_{1}$,闭合$\mathrm{S}$、$\mathrm{S}_{2}$,电压表测量滑动变阻器两端电压$U_2$,则$\mathrm{L}_{2}$的额定电压为$U_{额}=U-I_0R_0-U_2$,正常发光电阻$R_\mathrm{L}=\frac{U_{额}}{I_0}$,可求出结果,方案可行。
小华方案:保持滑片不动,闭合$\mathrm{S}$、$\mathrm{S}_{1}$、$\mathrm{S}_{2}$,$\mathrm{L}_{2}$被短路,滑动变阻器和$R_0$串联,电压表测量滑动变阻器两端电压$U_3$,$R_0$两端电压为$U-U_3$,由串联分压可得滑动变阻器接入阻值$R_P=\frac{U_3R_0}{U-U_3}$;$\mathrm{L}_{2}$正常发光时,$\mathrm{L}_{2}$和滑动变阻器的总电阻为$\frac{U-I_0R_0}{I_0}$,减去$R_P$即可得到$\mathrm{L}_{2}$正常发光的电阻,方案可行。因此两人方案都可行,选C。
【答案】
6. (1) ① 如图所示 ② 断路 ③ 8.3
(2) ② $U-I_0R_0$ ③ C
【知识点】
伏安法测电阻,串联电路规律,电路故障分析
【点评】
本题从基础的伏安法测电阻切入,依次考察了电路连接、故障判断、欧姆定律计算,进一步延伸到缺电流表的特殊方法测电阻,需要学生灵活运用串联分压规律推导未知量,对逻辑推导能力有一定要求,区分度适中,能很好检验学生对测电阻类实验的掌握程度。
【难度系数】
0.5