高中物理实验：直流电路、欧姆定律及滑动变阻器的应用

（一）部分电路欧姆定律

15.某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡L（额定电压3.8V，额定电流0.32A）；电压表（量程3V，内阻3kΩ）；电流表（量程0.5A，内阻0.5Ω）；固定电阻R0（阻值1000Ω）；滑动变阻器R（阻值0～9.0Ω）；电源E（电动势5V，内阻不计）；开关S；导线若干。

（1）实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图。

（2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图4-1-25（a）所示。

图4-1-25

由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻_________（填“增大”“不变”“减小”），灯丝的电阻率________（填“增大”“不变”“减小”）。

（3）用另一电源E0（电动势4V，内阻1.00Ω）和题给器材连接成图（b）所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为_________W，最大功率为_________W。（结果均保留两位小数）

（二）电阻的串并联

16.电压表满偏时通过该表的电流是半偏是通过该表的电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻（半偏法）。实验室提供器材如下：

待测电压表（量程3V，内阻约为3000欧），电阻箱R0（最大阻值为99999.9欧），滑动变阻器R1（最大阻值100欧，额定电压2A），电源E（电动势6V，内阻不计），开关两个，导线若干。

（1）虚线框内为同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整（图4-1-26）。

图4-1-26

（2）根据设计的电路写出步骤___________；____________；____________。

（3）将这种方法测出的电压表内阻记为R'V与内阻的真实值RV相比，R'V__________RV（填“>”、“=”或“<”），主要理由是________________。

17.某同学改装和校准电压表的电路图如图4-1-27所示，图中虚线框内是电压表的改装电路。

图4-1-27

（1）已知表头G满偏电流为100μA，表头上标记的内阻值为900Ω。R1、R2和R3是定值电阻。利用R1和表头构成1mA的电流表，然后再将其改装为两个量程的电压表。若使用a、b两个接线柱，电压表的量程为1V；若使用a、c两个接线柱，电压表的量程为3V。则根据题给条件，定值电阻的阻值应选R1=________Ω，R2=________Ω，R3=_________Ω。

（2）用量程为3V，内阻为2500Ω的标准电压表对改装表3V挡的不同刻度进行校准。所用电池的电动势E为5V；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为50Ω和5kΩ。为了方便实验中调节电压，图中R应选用最大阻值为_________Ω的滑动变阻器。

（3）校准时，在闭合开关S前，滑动变阻器的滑动端P应靠近________（填“M”或“N”）端。

（4）若由于表头G上标记的内阻值不准，造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小，则表头G内阻的真实值_________（填“大于”或“小于”）900Ω。

（三）闭合电路欧姆定律

18.小明用如图4-1-28（a）所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。

（1）题中电流表的示数为________A。

（2）调节滑动变阻器，电压表和电流的示数记录如表4-1-1所示。

表4-1-1

请根据表中的数据，在答题卡的方格纸上（b）作出U-I图线。

图4-1-28

由图线求得：电动势E=_________V；内阻r=_________Ω。

（3）实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合。其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为___________________________________________ 。

19.某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材：一个满偏电流为100μA，内阻为2500Ω的表头，一个开关，两个电阻箱（0～999.9Ω）和若干导线。

（1）由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为50mA的电流表，则应将表头与电阻箱________（填“串联”或“并联”），并将该电阻箱阻值调为________Ω。

（2）接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量，实验电路如图4-1-29（a）所示，通过改变电阻R测相应的电流I，且作相关计算后一并记录如下表。

①根据表中数据，图（b）中已描绘出四个点，请将第5、6两组数据也描绘在图（b）中，并画IR-I图线。

图4-1-29

②根据图线可得电池的电动势E是_________V，内阻r是_________Ω。

20.某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表（内阻约为3kΩ）、电流表（内阻约为1Ω）、定值电阻等。

（1）使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆档测量，示数如图4-1-30（a）所示，读数为_________Ω。据此应选择图中的________（填“b”或“c”）电路进行实验。

（2）连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐_________（填“增大”或“减小”）；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验。

（3）图（d）是根据实验数据作出的U-I图线，由图可判断元件_________（填“X”或“Y”）是非线性元件。(www.xing528.com)

（4）该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21Ω的定值电阻，测量待测电池组的电动势E和电阻r，如图（e）所示。闭合S1和S2，电压表读数为3.00V；断开S2，读数为1.00V，利用图（d）可算得E=_________V，r=_________Ω（结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表）。

图4-1-30

（四）多用电表的使用

21.图4-1-31（a）为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池；R1，R2，R3，R4和R5是固定电阻；R6是可变电阻；表头的满偏电流为250μA，内阻为480Ω。虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA挡，欧姆“×100Ω”挡。

图4-1-31

（1）图（a）中的A端与_________（填“红”或“黑”）色表笔相连接。

（2）关于R6的使用，下列说法正确的是________（填正确答案标号）。

A.在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置

B.使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置

C.使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置

（3）根据题给条件可得：R1+R2=________Ω，R4=________Ω。

（4）某次测量时该多用电表指针位置如图（b）所示。若此时B端是与“1”连接的，则多用电表读数为_________；若此时B端是与“3”连接的，则读数为_________；若此时B端是与“5”连接的，则读数为________。（结果均保留三位有效数字）

（五）电阻的其他测量方法

22.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10Ω，R随t的升高而增大。实验电路如图4-1-32（a）所示，控温箱用以调节金属电阻的温度值。

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4-1-32

（1）有以下两个电流表，实验电路中应选用（　　）

A.量程0～100mA，内阻约2ΩB.量程0～0.6A，内阻可忽略

（2）实验过程中，要将电阻箱的的阻值由9.9Ω调节至10.0Ω，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的数据见表4-1-2。

表4-1-2

请根据表中数据，在答题卡的方格纸上（图4-1-32（b））作出R-t图象。

由图线求得R随t的变化关系为R=_________。

23.同学们测量某电阻丝的电阻Rx，所用电流表的内阻与Rx相当，电压表可视为理想电压表。

（1）若使用图4-1-33（a）所示电路图进行实验，要使得Rx的测量值更接近真实值，电压表的a端应连接到电路的_________点（选填“b”或“c”）。

（2）测得电阻丝的U-I图如图（b）所示，则Rx为_________Ω（保留两位有效数字）。

（3）实验中，随电压进一步增加，电阻丝逐渐进入炽热状态。某同学发现对炽热电阻丝吹气，其阻值会变化。他们对此现象进行探究，在控制电阻丝两端的电压为10V的条件下，得到电阻丝的电阻Rx随风速v（用风速计测）的变化关系如图（c）所示。由图可知当风速增加时，Rx会_________（选填“增大”或“减小”）。在风速增加过程中，为保持电阻丝两端电压为10V，需要将滑动变阻器RW的滑片向_________端调节（选填“M”或“N”）。

（4）为了通过电压表的示数来显示风速，同学们设计了如图（d）所示的电路。其中R为两只阻值相同的电阻，Rx为两根相同的电阻丝，一根置于气流中，另一根不受气流影响，为待接入的理想电压表。如果要求在测量中，风速从零开始增加，电压表的示数也从零开始增加，则电压表的“+”端和“-”端应分别连接到电路中的_________点和_________点（在“a”“b”“c”“d”中选填）。

图4-1-33

24.某同学利用如图4-1-34（a）所示的电路测量一微安表（量程为100μA，内阻大约为2500Ω）的内阻。可使用的器材有：两个滑动变阻器R1，R2（其中一个阻值为20Ω，另一个阻值为2000Ω）；电阻箱RZ（最大阻值为99999.9Ω）；电源E（电动势约为1.5V）；单刀开关S1和S2。C，D分别为两个滑动变阻器的滑片。

（1）按原理图（a）将图（b）中的实物连线。

（2）完成下列填空：

①R1的阻值为_________Ω（填“20”或“2000”）。

②为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图（a）中的滑动变阻器的________端（填“左”或“右”）对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近。

③将电阻箱RZ的阻值置于2500.0Ω，接通S1。将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置、最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势________（填“相等”或“不相等”）。

④将电阻箱RZ和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将RZ的阻值置于2601.0Ω时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为________Ω（结果保留到个位）。

（3）写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：_________________________________ 。

图4-1-34