2021届高考物理沪科版一轮复习教学案：第八章核心素养提升

设计性电学实验——“科学探究”与“科学态度与责任”

1.电流表A1的量程为0～200 μA，内阻约为500 Ω，现要准确测量其内阻，除若干开关、导线之外还有器材如下：

图1

电流表A2：与A1规格相同

滑动变阻器R1：阻值为0～20 Ω

电阻箱R2：阻值为0～9 999 Ω

保护电阻R3：阻值约为3 kΩ

电源：电动势E约为1.5 V、内阻r约为2 Ω

(1)如图1所示，某同学想用等效法测量电流表内阻，设计了部分测量电路，在此基础上请你将滑动变阻器接入电路中，使实验可以完成。

(2)电路补充完整后，请你完善以下测量电流表A1内阻的实验步骤。

a.先将滑动变阻器R1的滑片移到使电路安全的位置，再把电阻箱R2的阻值调到__________。(选填“最大”或“最小”)

b.闭合开关S、S1，调节滑动变阻器R1，使两电流表接近满偏，记录电流表A2的示数I。

c.保持S闭合、滑动变阻器R1的滑片位置不变，断开S1，再闭合S2，调节R2，使电流表A2的示数________，读出此时电阻箱的阻值R0，则电流表A1内阻r1＝__________。

解析　(1)滑动变阻器的最大阻值远小于待测电流表内阻，因此必须采用分压式接法，电路图如图所示。

(2)a.实验前电阻箱R2应该调节到最大，以保证两电表安全；c.让电流表A2示数不变，可直接从电阻箱R2的读数得到电流表A1的内阻r1。

答案　(1)如图所示　(2)a.最大　c.再次为I(或仍为I)　R0

2.(2019·青岛模拟)用以下器材测量待测电阻Rx的阻值。

待测电阻Rx，阻值约为100 Ω；

电源E，电动势约为6.0 V，内阻可忽略不计；

电流表A1，量程为0～50 mA，内阻R1为20 Ω；

电流表A2，量程为0～300 mA，内阻R2约为4 Ω；

定值电阻R0，阻值为20 Ω；

滑动变阻器R，最大阻值为10 Ω；

单刀单掷开关S，导线若干。

(1)测量中要求两电流表的读数都不小于其量程的，试在图2所示方框中画出测量电阻Rx的实验电路原理图(原理图中的元件用题干中相应的英文字母标注)。

(2)若某次测量中电流表A1的示数为I1，电流表A2的示数为I2，则由已知量和测量量计算Rx的表达式为Rx＝________ 。

解析　(1)在尝试设计电路中，很容易设计出图甲所示的测量电路，通过代入已知数据估算可得，此时电流表A2的最大电流值只能是70 mA，远小于其量程的三分之一，所以不满足实验要求。

另一种测量电路如图乙所示，电流表A1和待测电阻的串联阻值约是120 Ω，和定值电阻R0的比是6∶1，通过电流表A2的最大电流值接近量程，所以这个电路符合要求，然后连接滑动变阻器来进行调节测量多组数据即可。最终的电路图如图丙所示。

丙

滑动变阻器用分压式、限流式接法都可以。

(2)用字母表示待测电阻阻值可得Rx＝R0－R1。

答案　(1)见解析图丙(R作为限流电阻也可)

(2)R0－R1

3.某课外活动小组自制了西红柿电池组，现在要测量该西红柿电池组的电动势和内阻(电动势约为2 V，内阻一千多欧姆)，实验室现有如下器材：

多用电表：欧姆挡(×1，×10，×100，×1 k)；

直流电流挡(0～0.5 mA，0～1 mA，0～10 mA，0～100 mA)；

直流电压挡(0～0.5 V，0～2.5 V，0～10 V，0～50 V，0～250 V，0～500 V)

电压表(0～3 V，0～15 V)

电流表(0～0.6 A，0～3 A)

滑动变阻器：R1(10 Ω)，R2(2 000 Ω)

开关及导线

(1)该小组同学先用多用电表直流电压“0～2.5 V”挡粗测了西红柿电池组的电动势，指针稳定时如图3甲所示，其示数为________V；

(2)为了用伏安法更精确地测量西红柿电池组的电动势和电阻，应选________测电压，选________测电流(填电表名称和所选量程)；滑动变阻器应选________(填电阻符号)；

(3)请设计方案，在图乙上进行实物连接。

图3

答案　(1)1.60　(2)电压表(0～3 V)　多用电表直流电流挡0～1 mA　R2　(3)如图所示

4.小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系，已知该金属电阻在常温下的阻值约10 Ω，R随t的升高而增大。实验电路如图4所示，控温箱用以调节金属电阻的温度。实验时闭合S，先将开关K与1端闭合，调节金属电阻的温度，分别记下温度t1，t2，…和电流表的相应示数I1，I2，…。然后将开关K与2端闭合，调节电阻箱使电流表的示数再次为I1，I2，…，分别记下电阻箱相应的示数R1，R2，…。

图4

(1)有以下两种电流表，实验电路中应选用________。

A.量程0～100 mA，内阻约2 Ω

B.量程0～0.6 A，内阻可忽略

(2)实验过程中，要将电阻箱的阻值由9.9 Ω调节至10.0 Ω，需旋转图中电阻箱的旋钮“a”、“b”、“c”，正确的操作顺序是________。

①将旋钮a由“0”旋转至“1”

②将旋钮b由“9”旋转至“0”

③将旋钮c由“9”旋转至“0”

(3)实验记录的t和R的数据见下表

请根据表中数据，在图5所示的坐标中作出R－t图线。

图5

由图线求得R随t的变化关系为R＝________Ω。

解析　(1)电路中的最大电流可能为I＝ A＝150 mA，因此选用A。

(2)要将电阻箱的电阻值由9.9 Ω调为10.0 Ω，应先将a旋钮由“0”旋转至“1”，再将c由“9”旋转至“0”，再将b由“9”旋转至“0”，因此顺序为①③②。

(3)由作出的图线可知，电阻R与时间t的关系为R＝ Ω＝(8.8＋0.04t) Ω。

答案　(1)A　(2)①③②(或①②③)　(3)如图所示

0.04t＋8.8(0.04t＋8.6或0.04t＋9.0都算对)