专题九 实验技能与创新 第2讲：电学实验与创新
一、夯实基础
1．某同学用如图1(a)所示的电路来测量某金属丝的电阻率，其中电源为两节干电池(总电动势约为3 V)，Rx为金属丝，阻值约为5 Ω，R0为定值电阻，阻值已知，电流表内阻不计。已知金属丝长为L，直径为d，完成下列问题：
图1
(1)用螺旋测微器测量直径结果如图(b)所示，则d＝________。
(2)电流表A1有两个量程(0～0.6 A和0～3 A)，该实验应选择的量程为________。
(3)有两个滑动变阻器R可供选择(0～30 Ω和0～200 Ω)，该实验应该选择阻值范围为________的滑动变阻器。
(4)改变滑动变阻器的阻值，记录多组两电流表读数I1、I2，并作出I2－I1的图象，如图(c)所示，已知该图象是一条过原点的直线，斜率为k，则该金属丝的电阻为________。
(5)该金属丝的电阻率为________(用R0、k、L、d表示)。 2．某实验小组用如下器材设计一个欧姆表： A．电流表G(满偏电流为Ig，内阻为Rg) B．电源：电动势为E，内阻为r C．滑动变阻器R D．红表笔a、黑表笔b
(1)将如图2所示器材连成一个欧姆表。
图2
(2)组装好电路后将红、黑表笔短接，调节滑动变阻器使电流表满偏，此时滑动变阻器连入电路的阻值为________。
2
(3)将待测电阻R1连入电路，发现电流表示数Ig，则R1的阻值为________。
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3．(2016·河北邯郸模拟)某实验小组要精确测定一个额定电压为3 V的LED灯正常工作时的电阻，已知该灯正常工作时电阻大约为300 Ω，电学符号与小灯泡电学符号相同。
实验室提供的器材有：
A．电流表A1(量程为15 mA，内阻RA1约为10 Ω) B．电流表A2(量程为2 mA，内阻RA2＝20 Ω) C．定值电阻R1＝10 Ω D．定值电阻R2＝1 980 Ω E．滑动变阻器R(0～20 Ω)一个
F．电压表V(量程为15 V，内阻RV约为3 kΩ) G．蓄电池E(电动势为4 V，内阻很小) H．开关S一个
(1)要完成实验，除蓄电池、开关、滑动变阻器外，还需选择的器材有________(填写器材前的字母编号)。
(2)画出实验电路图。
(3)写出测量LED灯正常工作时的电阻表达式Rx＝________，说明式中题目未给出的各物理量的意义：_________________________________________________
_____________________________________________________________________
二、能力提升
4.利用如图3甲所示电路可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：
待测电源，电阻箱R(最大阻值为99.99 Ω)，定值电阻R0(阻值为2.0 Ω)，定值电阻R1(阻值为4.5 kΩ)，电流表A(量程为300 μA，内阻RA＝500 Ω)，开关S，导线若干。
图3
主要实验步骤如下：
a．将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；
b．多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R； 1111
c．以为纵坐标，为横坐标，作－图线(用直线拟合)。
IRIR回答下列问题：
111
(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则与的关系式为＝________________。
IRI(2)实验得到的数据如下表所示，其中电阻R＝8.00 Ω时电流表的示数如图乙所示，读出数据，完成下表。答：
①________，②________。
R(Ω) 14.00 －15.00 200 150 66.7 6.00 167 164 61.0 8.00 125 ① ② 10.00 100 200 50.0 12.00 83.3 212 47.2 16.00 62.5 229 43.7 R(×10Ω－3) 250 133 75.2 I(×10－6A) 1I(×10A) 2－1
图4
(3)在图4的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。(结果保留三位有效数字)
5.要测量某种合金的电阻率.
图5
(1)若合金丝长度为L，直径为D，阻值为R，则其电阻率ρ＝________. 用螺旋测微器测合金丝的直径如图5甲所示，读数为________mm.
(2)图乙是测量合金丝阻值的原理图，S2是单刀双掷开关.根据原理图在图丙中将实物连线补充完整.
(3)闭合S1，当S2处于位置a时，电压表和电流表的示数分别为U1＝1.35V，I1＝0.30A；当S2
处于位置b时，电压表和电流表的示数分别为U2＝0.92V，I2＝0.32A.根据以上测量数据判断，当S2处于位置________(选填“a”或“b”)时，测量相对准确，测量值Rx＝________Ω.(结果保留两位有效数字)
6.某物理兴趣小组在家中进行探究实验，他们找到了一个阻值为800Ω的金属丝绕成的绕圈(金属丝外表面涂有绝缘层)，金属丝电阻率ρ＝1.57×10Ω·m.该兴趣小组试图测量该金属丝的直径，但家中没有游标卡尺或螺旋测微器，只有多用电表、米尺、剪刀、铅笔等生活工具.他们想到了如下方法：
第一种方法：
(1)如图6所示，取一金属丝紧密的缠绕在铅笔上，共计32匝，用米尺测量其间距为________cm，则金属丝的直径为________mm(第二个空保留两位有效数字).
－8
图6
第二种方法：
(2)剪一段长为12.5m的金属丝，用多用电表测量其阻值为1.0Ω，计算可得金属丝的直径为________mm(保留两位有效数字).
(3)第二种方法中，用多用电表测量阻值时误差较大，于是他们将这段长为12.5m的金属丝带回实验室，设计了如图7所示的电路测量其准确阻值.
图7
主要实验器材如下： A.灵敏电流计(内阻为0.3Ω) B.滑动变阻器(阻值约几欧) C.滑动变阻器(阻值约几千欧) D.R2代表12.5m的金属丝 E.干电池一节 F.开关
简要实验步骤如下：
①闭合S1，调节滑动变阻器R1，使灵敏电流计满偏； ②闭合S2，发现灵敏电流计指针偏角为满偏时的四分之三.
滑动变阻器应选________，R2的阻值为________Ω，R2的测量结果比实际值________(选填“偏大”“偏小”或“相等”).
三、课外拓展
7.如图8甲所示的金属工件，横截面外方内圆，外边长约为1cm、内径约为0.5cm、长度约为40cm.
(1)某同学用游标卡尺测出横截面外边长如图乙所示，其读数a＝__________cm.
(2)应选用________来测量工件内径d，选用________来测量工件长度L.(选填“毫米刻度尺”、“游标卡尺”或“螺旋测微器”)