2023版新教材高中物理第二章电路及其应用核心素养提升教科版必修第三册 试卷
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提能力
情境1 | 两种常用测量电表内阻的方法——科学探究 |
1.[半偏法]
某同学拟将量程为Ig＝1 mA、内阻约为几十欧姆的电流表G改装成量程为1 V的电压表．
(1)他首先设计了如图所示电路来测量电流表G的内阻Rg，图中E为电源电动势．现有最大阻值分别为100 Ω和2 600 Ω的滑动变阻器，则R2应选用最大阻值为________ Ω的滑动变阻器．开关S1接通，S2未接通时，调节R2使电流表G示数为1.00 mA；接通S2后，保持滑动变阻器R2的滑片位置不变，调节电阻箱R1，当其阻值为50 Ω时，电流表G的示数为0.50 mA，则电流表G的内阻Rg为________ Ω.
(2)为了将电流表G改装成量程为1 V的电压表，需要________(选填“串联”或“并联”)一个大小为________Ω的电阻．
2．[半偏法]
某学习兴趣小组欲采用如图所示电路测量电压表的内阻RV，待测电压表的量程为1 V，内阻约为1 000 Ω.
(1)在备选的甲、乙两个滑动变阻器的铭牌上分别标有(200 Ω 1 A)、(10 Ω 2 A)，为尽可能提高测量精度且便于调节，滑动变阻器R1应选用________(选填“甲”或“乙”).
(2)同学们的实验步骤如下，请将以下步骤补充完整：
①正确连接好电路后，在闭合开关之前，将滑动变阻器R1的滑片移到________(选填“左端”或“右端”).
②闭合开关S1和S2，调节R1，使电压表指针指到1 V刻度处．
③保持S1闭合、滑动变阻器R1的滑片位置不变，断开S2，调整电阻箱R2的阻值，使电压表的指针指到0.5 V刻度处，此时电阻箱R2的示数为990 Ω.
(3)该电压表内阻的测量值为________ Ω.
3．[替代法]
为了测定电流表A1的内阻，采用如图所示的电路．其中A1是待测电流表，量程为300 μA，内阻约为100 Ω；A2是标准电流表，量程是200 μA.
R1是电阻箱，阻值范围0～999.9 Ω；
R2是滑动变阻器；
R3是保护电阻；
E是电池组，4 V，内阻不计；
S1是单刀单掷开关，S2是单刀双掷开关．
(1)根据电路图，请在实物图中画出连线，将器材连接成实验电路．
(2)连接好电路，将开关S2扳到接点a处，接通开关S1，调整滑动变阻器R2使电流表A2的读数是150 μA；然后将开关S2扳到接点b处，保持R2不变，调节电阻箱R1，使A2的读数仍为150 μA.若此时电阻箱各旋钮的位置如图所示，电阻箱R1的阻值是________ Ω，则待测电流表A1的内阻Rg＝________ Ω.
4．[替代法]
为了测量阻值范围在200～300 Ω之间的电阻Rx的阻值，实验室提供了如下器材：
A．电阻箱R(阻值范围0～999.9 Ω)
B．毫安表(量程0～3 mA，内阻约100 Ω)
C．直流电源(约3 V，内阻不计)
D．两个单刀单掷开关，导线若干
(1)甲同学根据实验目的和提供的实验器材设计出如图甲所示的实验电路，设计的操作步骤如下：
①按图甲电路图连好电路，闭合开关S1，记下毫安表的读数；
②断开S1，闭合开关S2，调节电阻箱R的阻值，使毫安表的读数和①中相同，记下此时电阻箱的示数R1.
假设该同学的设计合理，则待测电阻Rx＝________．
(2)乙同学根据实验目的和提供的实验器材设计出如图乙所示的实验电路，设计的操作步骤如下：
①按图乙电路图连好电路，将R调到最大，然后闭合S1、S2，调节R，使毫安表达到满偏，记下此时电阻箱的示数R2.
②断开S2，调节R，仍使毫安表满偏，记下此时电阻箱的示数R3.
假设该同学的设计合理，则待测电阻Rx＝________．
(3)上述两位同学的设计中有一位是不合理的，不合理的是________，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
情境2 | 实验器材的选取及电路设计——科学探究 |
5.测定一节干电池的电动势和内阻，除待测电池、开关、导线外，还有下列器材可供选用：
A．电流表(量程0～0.6 A，内阻约1 Ω)；
B．电压表(量程0～2 V，内阻约10 kΩ)；
C．电压表(量程0～15 V，内阻约60 kΩ)；
D．滑动变阻器R1(0～10 Ω，2 A)；
E．滑动变阻器R2(0～100 Ω，1 A).
(1)为了使测量结果尽量精确，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________．(均填仪器的字母代号)
(2)请在线框内画出测量电池电动势和内阻的电路原理图．
Ｋ
(3)闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片，测出多组U、I值，记入表格中．
U/V | 1.21 | 1.41 | 1.35 | 1.30 | 1.25 |
I/V | 0.49 | 0.09 | 0.20 | 0.30 | 0.40 |
根据表中的实验数据在图中作出I U图像，由图像可得出该干电池的电动势为________ V，内阻为________ Ω.
(4)某同学对某次实验进行了误差分析，发现在给出的直角坐标系中描点连线的过程中，方格纸的利用率较低，这可能会带来________(填“偶然”或“系统”)误差；本实验所采用的实验电路中，由于电压表分流，实验测出的电动势________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值．
核心素养提升
1．答案：(1)2 600 50 (2)串联 950
解析：(1)本题中采用“半偏法”测电流表的内阻，要求滑动变阻器的阻值远大于电流表的内阻，电流表内阻为几十欧，则R2应选用最大阻值为2 600 Ω的滑动变阻器．
半偏法中电阻箱改变后其阻值等于电流表内阻，即50 Ω.
(2)改装成电压表应该串联一个电阻．
改装后电压表的满偏电流为0.001 A，满偏电压为1 V，则改装后电压表内阻为
RV＝ Ω＝1 000 Ω
则需要串联的电阻为
R＝RV－Rg＝1 000 Ω－50 Ω＝950 Ω.
2．答案：(1)乙 (2)①左端 (3)990
解析：(1)由题可知，滑动变阻器乙的最大阻值较小，额定电流较大，实验电路选择分压式，所以为保证实验操作安全方便，滑动变阻器应选择乙．
(2)由电路图可知，滑动变阻器采用分压式接法，为保护电路，在闭合开关之前，将滑动变阻器R1的滑片移到左端，使待测支路电流为零．
(3)断开开关S2后认为分压电路分压不变，仍为1 V，电压表示数为0.5 V，说明电阻箱两端电压为0.5 V，电压表与电阻箱串联，它们两端电压相等，由串联电路特点可知，它们的阻值相等，则电压表内阻的测量值等于电阻箱阻值990 Ω.
3．答案：(1)图见解析 (2)86.3 86.3
解析：(1)根据原理图从电源的正极出发，逐步连接实物如图：
(2)电阻箱读数：(10 000×0＋1 000×0＋100×0＋10×8＋1×6＋0.1×3) Ω＝86.3 Ω.
电阻箱表示的阻值大小等于被测电流表A1的内阻，所以电流表A1的内阻为86.3 Ω.
4．答案：(1)R1 (2)R2－R3 (3)甲 当闭合开关S1后，电路中电流大于毫安表的量程，毫安表将烧毁
解析：(1)根据甲同学的实验电路可知，该同学采用了等效替代法，故待测电阻Rx＝R1.
(2)根据乙同学的实验步骤可知R2＝R3＋Rx，则Rx＝R2－R3.
(3)题图甲电路中，开关S1接通后，毫安表的读数最小值为I＝＝ A＝7.5 mA，已超过了毫安表的量程，故此设计不合理．
5．答案：(1)B D (2)如解析图所示 (3)如解析图所示 1.45 (1.43～1.47) 0.50(0.48～0.52) (4)偶然 小于
解析：(1)一节干电池电动势约为1.5 V，所以量程为0～2 V的电压表适合，为方便操作，在安全的情况下滑动变阻器选最大阻值较小的，故选D.
(2)电路原理图如图所示．
(3)作出图像如图所示．
E为图线与U轴交点的横坐标，大小为1.45 V，r为斜率倒数的绝对值，则r＝＝ Ω＝0.50 Ω.
(4)坐标纸利用率低会引起偶然误差；本实验测量的电动势E测＝E真，测量值比真实值偏小．
