(3)现将上述器材的连线略加改动就可使电压表的示数变化更明显,请在图20甲中按改动后的原理图完成实物图连接。
(4)该同学按改动后的原理图重新测量,并根据所测数据画出U-I图象,如图20乙所示,则干电池的电动势为________V,内阻为________Ω。
图20
解析: (1)因是一节干电池且考虑电流表量程,滑动变阻器应选用C。
(2)因电压表测的是路端电压,其示数变化不明显,说明内电压在滑动变阻器滑片移动过程中变化很小,电池的内阻过小。
(3)电池内阻很小,因此可适当增大电池内阻,将定值电阻归为电池内阻,改动后的实物连接图如图所示。
(4)由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,即U-I图象中的纵截距表示电池电动势为1.50 V,图线的斜率的绝对值为“新”电源的内阻,1.50-1.00即r+R0= Ω,r=0.25 Ω。
0.40答案 (1)C (2)电池内阻过小 (3)如解析图所示 (4)1.5 0.25
第三类题型——创新实验型
创新实验题要求考生能将教材中的学生实验和演示实验的实验原理、方法进行迁移和应用,试题新颖、能力要求高。如力学中与纸带相关的实验、电学中电路的设计、计算形式的实验题等都可能考查学生运用已学过的实验方法、原理处理新情境实验题的能力,做题时一定要审清题意,明确实验目的,联想和迁移应用相关实验原理。 【典例3】 现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9 Ω),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω),单刀双掷开关一个,导线若干。
在室温下对系统进行调节,已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω。 (1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
图21
(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步骤调节此报警系统:
①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为________Ω;滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是
__________________________________________。
②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至
_________________________________________________。 (4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。
解析: (1)热敏电阻工作温度达到60 ℃时,报警器报警,故需通过调节电阻箱使其电阻为60 ℃时的热敏电阻的阻值,即调节到阻值650.0 Ω,使报警器能正常报警,电路图如答案图。
(2)U=18 V,当通过报警器的电流10 mA≤Ic≤20 mA,故电路中总电U
阻R=,即900 Ω≤R≤1 800 Ω,故滑动变阻器选R2。
Ic
(3)热敏电阻为650.0 Ω时,报警器开始报警,电阻箱的阻值也应为650.0 Ω,实验调试时,将开关置于c端,缓慢调节滑动变阻器,直到报警器开始报警。为防止通过报警器电流过大,造成报警器烧坏,应使滑动变阻器的滑片置于b端。
答案 (1)如图所示 (2)R2 (3)①650.0 b 接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏 ②c 报警器开始报警
五、【对点强化训练】
1.某同学用伏安法利用下列器材测一节干电池的电动势和内阻。 A.被测干电池一节;
B.电流表1:量程0~0.6 A,内阻为0.3 Ω; C.电流表2:量程0~0.6 A,内阻约为0.1 Ω; D.电压表1:量程0~3 V,内阻未知; E.电压表2:量程0~15 V,内阻未知; F.滑动变阻器1:0~10 Ω,2 A; G.滑动变阻器2:0~100 Ω,1 A; H.开关、导线若干。
在用伏安法测电池电动势和内阻的实验中,由于电流表和电压表内阻的影响,测量结果存在系统误差;在现有器材的条件下,要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻。
(1)请在上述器材中选择适当的器材:________(填写器材前的字母); (2)实验电路图应选择图1中的________(填“甲”或“乙”);
图1
(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U-I图象,则在修正了实验系统误差后,干电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω。
解析: (1)为了读数准确,电压表应选择D;电流表应选择内阻精确的,即选B;滑动变阻器总阻值较小有利于电表的数值变化,便于操作且可减小误差,故选F;(2)因电流表内阻已知,故应采用相对电源的电流表内接法,故选甲;(3)由U-I图象可知,电池的电动势1.5-1.0
E=1.50 V,内阻r= Ω-RA=0.7 Ω。
0.5答案 (1)A B D F H (2)甲 (3)1.5 0.7
2.为了比较准确地测定一个电流表G(量程为15 mA、内阻约为100 Ω)的内阻,现备有如下器材:
电流表G1:量程为40 mA、内阻100 Ω 电流表G2:量程为500 mA、内阻5 Ω 电流表G3:量程为1 000 mA、内阻3 Ω 定值电阻R1:50 Ω 定值电阻R2:1 000 Ω
直流电源E1:电动势约4 V、内阻不计 直流电源E2:电动势约8 V、内阻不计 开关S:一只 导线若干
要求:①所选用的器材能安全工作;②所用电流表示数超过量程的一半。