高考物理一轮复习课后练习24 测定金属的电阻率描绘小灯泡的伏安特性曲线（含答案解析）

2020版高考物理 全程复习课后练习24

测定金属的电阻率描绘小灯泡的伏安特性曲线

A．电流表A：量程0.6 A，内阻RA约为20 Ω

B．电压表V：量程15 V，内阻RV约为4 kΩ

C．学生电源E：可提供20 V直流电压

D．滑动变阻器R1：阻值范围0～10 Ω

E．滑动变阻器R2：阻值范围0～500 Ω

F．电键S及导线若干

(1)为了较准确地测量该漆包线的电阻，滑动变阻器应选择________(选填“R1”或“R2”)，并将图1方框中的电路图补画完整．

(2)根据正确的电路图进行测量，某次实验中电压表与电流表的示数如图2和图3所示，则电压表的读数U为________V，电流表的读数I为________A.

(3)已知这种漆包线金属丝的直径为d，材料的电阻率为ρ，则这一卷漆包线的长度L=________(用U、I、d、ρ表示)．

电压表：量程为3 V，内阻为3 kΩ

电流表：量程为0.6 A，内阻约为2 Ω

定值电阻R0：阻值为1 kΩ

小灯泡L：额定电压为3.8 V

滑动变阻器R：阻值范围为0～10 Ω

电池E：电动势为6 V

开关S，导线若干．

该同学按如图甲所示的电路进行实验，通过正确实验操作和读数，得到了几组电压表的示数和电流表的示数，部分数据如下表：

(1)当电压表示数为1.20 V时，小灯泡两端的电压为________V．(保留三位有效数字)

(2)在图乙中画出小灯泡的伏安特性曲线．

(3)若把这个小灯泡与电动势为3 V、内阻为10 Ω的干电池连接成闭合电路，此时小灯泡的电阻为________Ω，实际功率为________W.(结果保留两位有效数字)

(1)为了达到上述目的，实验电路应选用图甲中的______(选填“a”或“b”)．

(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙所示的I—U图象．由图乙可知，当电压小于2.00 V时，太阳能电池板的电阻__________(选填“很大”或“很小”)；当电压为2.80 V时，太阳能电池板的电阻为__________Ω.

(3)当有光照射时，太阳能电池板可视为电源，其路端电压与总电流的关系如图丙所示，分析该曲线可知，该太阳能电池板视为电源时的电动势为________V；若把它与阻值为1 kΩ的电阻连接构成一个闭合电路，在该光照射情况下，该太阳能电池板的效率是________%.(结果保留三位有效数字)

(1)小组同学正确操作获得金属丝的直径以及电流表、电压表的读数如图甲、乙、丙所示，则它们的读数依次是________mm、________A、______ V.

(2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为0～10 Ω，电流表内阻约几欧，电压表内阻约几十千欧，电源为干电池组(不宜在长时间、大功率状况下使用)，电源电动势E=4.5 V，内阻较小，则A、B两电路图中，________(选填字母符号)电路为本次实验应当采用的电路，但用此电路测量的金属丝电阻会偏________(选填“大”或“小”)．

(3)若已知实验所用的电流表内阻的准确值RA=2.0 Ω，那么能准确测量出金属丝电阻Rx的电路应是两电路图中的________(选填字母代号)，使用该电路实验时，电流表示数为I、电压表示数为U，则金属丝电阻Rx=________(用题中字母代号表示)．

(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图补充完整．

(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=1.35 V，I1=0.30 A；当S2处于位置b时，电压表和电流表的示数分别为U2=0.92 V，I2=0.32 A．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)．

实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃.将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数．逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃.实验得到的R2－t数据见下表.

回答下列问题：

(1)在闭合S1前，图(a)中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；

(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2－t曲线；

(3)由图(b)可得到RT在25 ℃～80 ℃范围内的温度特性．当t=44.0 ℃时，可得RT=______ Ω；

(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图(c)所示，该读数为________ Ω，则手心温度为________ ℃.

电流表A1(量程为0～50 mA，内阻约为10 Ω)；

电流表A2(量程为0～3 A，内阻约为0.12 Ω)；

电压表V1(量程为0～3 V，内阻很大)；

电压表V2(量程为0～15 V，内阻很大)；

电源E(电动势约为3 V，内阻约为0.2 Ω)；

定值电阻R(20 Ω，允许最大电流为1.0 A)；

滑动变阻器R1(0～10 Ω，允许最大电流为2.0 A)；

滑动变阻器R2(0～1 kΩ，允许最大电流为0.5 A)；

单刀单掷开关S一个，导线若干．

根据以上器材设计电路，要求测量范围尽可能大、测量精确度高．

(1)电流表应选____________，电压表应选____________，滑动变阻器应选____________(填写器材符号)．

(2)请在虚线框内画出测量电阻Rx阻值的实验电路图(并在电路图中标出所用元件的对应符号)．

(3)若电压表示数为U，电流表示数为I，则待测电阻Rx的表达式为Rx=____________.

A．电池组(电动势为4.5 V，内阻约为1 Ω)

B．电压表(量程为0～6 V，内阻约为4 kΩ)

C．电流表A1(量程为0～0.6 A，内阻约为0.2 Ω)

D．电流表A2(量程为0～3 A，内阻约为0.05 Ω)

E．滑动变阻器R1(最大阻值20 Ω，额定电流1 A)

F．滑动变阻器R2(最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A)

G．开关和导线若干

(1)实验中所用的电流表应选________(选填“C”或“D”)，滑动变阻器应选    (选填“E”或“F”)．

(2)请用笔画线代替导线将实物图(图甲)连接成符合这个实验要求的电路．

(3)闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数大于0.5 V时电风扇才开始转动，小电风扇的U—I图象如图乙所示，则电风扇的电阻为________Ω，正常工作时的机械功率为________W.

(1)按照实验原理线路图(a)，将图(b)中实物连线；

(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合S1；

(3)将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表的示数U2.

(4)待测电阻阻值的表达式Rx=________(用R0、U1、U2表示)．

(5)重复步骤(3)，得到如下数据：

(6)利用上述5次测量所得的平均值，求得Rx=____ Ω.(保留1位小数)

A．电压表(量程3 V，内阻约6 kΩ)；

B．电压表(量程15 V，内阻约30 kΩ)；

C．电流表(量程0.6 A，内阻约0.5 Ω)；

D．电流表(量程3 A，内阻约0.1 Ω)；

E．滑动变阻器(阻值范围0～5 Ω)；

F．滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω)；

G．直流电源(3 V，内阻不计)；

H．开关、导线若干．

(1)要求多次测量并使电压表读数从零开始连续可调，上述器材中电压表应选用____________；电流表应选用__________；滑动变阻器应选用____________．(以上均填写器材前字母)

(2)请将图甲中的实物电路图用笔画线代替导线补充完整．

(3)图乙为某同学根据正确的实验电路所测的几组数据画出的U—I图象，图象是一条曲线而不是直线的原因是______________________；从图象中可求得小灯泡电压为1.8 V时小灯泡的实际功率为________ W.

答案解析

(1)R1，电路图见解析；

(2)13.5，0.46；

(3)

解析：

(1)题目中给出的电源电压为20 V，而给出的电压表量程为15 V，为了便于控制，采用滑动变阻器分压接法，故滑动变阻器选最大阻值较小的D；由于电流表的内阻与漆包线的阻值相差不多，测量电路应用电流表外接法，电路图如图所示；

(2)电压表量程为15 V，故最小分度为0.5 V，读数为13.5 V，电流表量程为0.6 A，最小分度为0.02 A，则读数为0.46 A；

(3)由电阻公式可知：RL==ρ=ρ，得漆包线的长度L=.

(1)1.60；

(2)见解析；

(3)6.6，0.21；

解析：

(1)由题图甲可知，电压表与定值电阻串联后并联接在灯泡两端，则灯泡的实际电压为电压表两端电压与定值电阻两端电压之和，则可知U1=(RV＋R0)=×(3＋1) V=1.60 V；

(2)根据表中数据利用描点法可得出对应的I—U图象，如图所示；

(3)若把这个小灯泡与电动势为3 V、内阻为10 Ω的干电池连接成闭合电路，电池的路端电压与灯泡两端的电压相等，作出电源的伏安特性曲线，则两图线的交点表示灯泡的工作点，由图可知，灯泡的电压为1.18 V，电流为0.18 A；由欧姆定律可知，灯泡内阻RL== Ω=6.6 Ω，灯泡的功率P=UI=1.18×0.18 W=0.21 W.

(1)a；

(2)很大，1 000；

(3)2.80，64.3(64.1～64.5之间均可)；

解析：

(1)用题图甲中a电路可以在太阳能电池板上得到从零开始的电压，从而得到太阳能电池板的伏安特性曲线，故应选a.

(2)由题图乙可知，当电压小于2.00 V时，通过太阳能电池板的电流为零，

故太阳能电池板的电阻很大；当电压为2.80 V时，电流为2.80 mA，

则太阳能电池板的电阻为R′==1 000 Ω.

(3)U—I图线纵轴截距表示电源电动势，太阳能电池板视为电源时的电动势为2.80 V；

若把它与阻值为1 kΩ的电阻连接构成一个闭合电路，则画出此电阻的U—I图线与太阳能电池板的U—I图线交于一点，读出U=1.80 V，I=1.80 mA，该太阳能电池板的效率是η==×100%≈64.3%.

(1)0.999(0.998～1.000)，0.42，2.27(2.25～2.29)；

(2)A，小；

(3)B　－RA

解析：

(1)螺旋测微器固定部分为0.5 mm，可动部分可估读为49.9×0.01 mm，故读数为：0.5 mm＋49.9×0.01 mm=0.999 mm；电流表量程为0.6 A，则最小刻度为0.02 A，故读数为0.42 A；电压表量程为3 V，最小刻度为0.1 V，故读数为2.27 V．

(2)因电源不能在大功率下长时间使用，则本实验中滑动变阻器应采用限流接法；同时电压表内阻较大，由以上读数可知，待测电阻的阻值约为5 Ω，故采用电流表外接法误差较小；在实验中电压表示数准确，但电流测量的是干路电流，故电流表示数偏大，则由欧姆定律得出的结果偏小．所以选A电路，此电路测量的金属丝电阻会偏小．

(3)因已知电流表内阻的准确值，则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻，故应选B电路；待测电阻及电流表的总电阻R总=，则待测电阻Rx=R总－RA=－RA.

(1)，0.650；

(2)实物图见解析；

(3)b，2.9；

解析：(1)合金丝电阻：R=ρ=ρ，则电阻率：ρ=；由题图甲可知，

其读数为：0.5 mm＋15.0×0.01 mm=0.650 mm；

(2)实物图如图所示；

(3)根据||==0.32，而==0.07，可知，电压表变化较大，

电流表内阻影响较大，因此电流表必须外接，即S2处于位置b，根据欧姆定律，

则有：Rx= Ω=2.9 Ω.

(1)b；

(2)如图所示

(3)450；

(4)620.0，33.0；

解析：

(1)闭合开关S1前，应让滑片移动到b端，使滑动变阻器连入电路的阻值最大．

(3)由图象可知t=44.0 ℃时，电阻的阻值为450 Ω.

(4)由图(c)可得电阻箱阻值为620.0 Ω，由图象可得温度约为33.0 ℃.

(1)A1　V1　R1；

(2)如图所示；

(3)－R(－20 Ω也对)

解析：

(1)因电源电压约为3 V，故电压表量程应选择0～3 V，即选电压表V1；因待测电阻约为30 Ω，则电路中的最大电流约为100 mA,0～3 A的电流表量程太大，应选用量程为0～50 mA的电流表，故选电流表A1；根据题意可知，电路应采用分压式接法，滑动变阻器应选用最大阻值较小的R1.

(2)为了使测量范围尽可能大，同时为了提高实验的精确度，根据电压表和电流表量程、待测电阻阻值分析可知，需将定值电阻接入电路与待测电阻串联；电压表的内阻很大，分流较小，故采用电流表外接法．

(3)由欧姆定律可知R＋Rx=，可得Rx=－R.

(1)C，E；

(2)见解析；

(3)2.5，1.5；

解析：

(1)电风扇的额定电流I==0.6 A，从读数误差的角度考虑，电流表选择C，电风扇的电阻比较小，则滑动变阻器选择最大阻值较小的E时误差较小，调节也方便；

(2)因为电压、电流需从零开始测量，则滑动变阻器采用分压式接法，电风扇的电阻约6.67 Ω，远小于电压表内阻，属于小电阻，电流表采用外接法，实物图的连接如图所示；

(3)电压表示数小于0.5 V时电风扇没转动，根据欧姆定律得R== Ω=2.5 Ω，

正常工作时电压为4 V，根据图象知电流为0.6 A，

则电风扇发热功率P′=0.36×2.5 W=0.9 W，则机械功率P″=(2.4－0.9) W=1.5 W.

(1)实物连线如图

(4)R0；

(6)48.2；

解析：

(1)根据原理图，沿电流的流向依次连接．

①先将E、R、S1连接起来，组成闭合回路．

②将R0、Rx与R连接起来．

③将、S2与Rx连接起来．

(4)由于为理想电压表，故S2接1、或接2时流过R0、Rx的电流相等．

根据部分电路欧姆定律和串联电路的特点得=解得Rx=R0

(6)将各次的代入Rx=R0得

Rx1=48.8 Ω　Rx2=48.6 Ω　Rx3=47.8 Ω　Rx4=48.0 Ω　Rx5=47.8 Ω

然后求平均值，即Rx==48.2 Ω.

(1)A，C，E；

(2)实物图连接见解析；

(3)小灯泡的电阻会随温度的升高而增大，0.72；

解析：

(1)灯泡额定电压为3 V，故电压表应选择3 V量程的A；由P=可知，I== A=0.5 A，

故电流表应选择C；本实验要求电流从零开始调节，滑动变阻器应采用分压接法，

故滑动变阻器应选用最大阻值较小的E.

(2)本实验采用滑动变阻器分压接法，同时因灯泡内阻较小，故应选用电流表外接法；如图所示．

(3)灯泡电阻随温度的升高而增大，因此图象为曲线；当电压为1.8 V时，电流为0.4 A，则功率P=UI=1.8×0.4 W=0.72 W.