- 交变电流
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有一个标有“2.5V 0.3A”字样的小灯泡,现要测定其在0到2.5V的范围内不同电压下的电功率,并作出其电功率P与其两端电压的平方U2的关系曲线。有下列器材可供选择:
A.电压表V(0~3V,内阻RV=3kΩ) B.电流表G(0~500μA,内阻RG=600Ω)
C.电阻箱R1(0~99.99Ω) D.滑动变阻器R3(10Ω,2A)
E.滑动变阻器R4(1kΩ,0.5A) F.电源(直流4V,内阻不计)
(1)为保证实验安全、准确、操作方便,应选用的器材除小灯泡、电源、电流表、开关、导线外,还需要___________________________________(均用器材对应的字母填写);
(2)根据你设计的实验电路,完成下图的连线;
(3)根据你的设计,若从仪表盘上读得的数据分别为U、IG,则小灯泡在该条件下的功率表达式________________________________。(均用字母表示)。表达式中除U、IG以外,其他符号的意义是_____________________________________________。
正确答案
(1)ACD;(2)实物连线图如图所示
(3)或(U—I
R
)
。其中RG、RV分别是电流表G、电压表V的内阻,R1是把电阻箱作为分流电阻提供的有效电阻。
(1)由于电流表G量程较小,小于电灯泡的额定电流0.3A,需要对电流表进行扩容,故选择C电阻箱与电流表并联扩容,要多组数据从0~2.5V测量,故滑动变阻器必须分压式接法接入电路中,为方便调节,选用D滑动变阻器较方便,电压表为必选器材。
(2)电路设计时,滑动变阻器必须分压式接法,电流表与电阻箱C并联扩容,经过计算,扩容后的新电流表内阻约为1Ω,由于电压表内阻远大于电灯泡的电阻,而新电流表内阻与电灯泡内阻相当,故电流表扩容后的新电流表尽量采用外接法。
(3)若采用新电流表外接法,通过电灯泡的电压为U,改装后电流表测量值为IA=IG+,通过电灯泡的电流为I=IA-
,故电阻消耗的电功率P=UI=
或(U—I
R
)
。
把多用电表作为电源,将选择开关旋转到欧姆×1挡,现用伏安法测其电动势E和内电阻r,如下图甲(已连接了部分线),回答下列问题:
①电流是从 流入多用电表,(选填红表笔、黑表笔)
②完成实物图连接,要求变阻器的滑动触头滑至最右端时,其使用电阻值最大,
③在图甲的n表笔属于哪种表笔 .(选填红表笔、黑表笔)
④闭合电键,测量出电流表、电压表多组数据。将实验测得的数据标在如图所示的坐标图中,作出U—I图线,由此求得待测得电动势E= V,内电阻r= Ω.(结果均保留三位有效数字)
正确答案
①红表笔(1分) ② 共4分: 连对一线得1分(电流表电压表正负接线柱不对各扣1分,滑动变阻器不对扣1分,电表量程不对扣1分)③黑表笔(1分) ④3.28~3.32 ( 2分) 1.15~1.35 ( 2分)
试题分析: 多用电表的电流从红表笔流入,从黑表笔流出,所以①填红表笔,③n表笔为黑表笔,②实物连接如图,④U-I图象与纵坐标的交点表示电动势,斜率表示内阻,所以电动势为3.28~3.32V,内阻为1.15~1.35Ω,都可以。
(1)如图所示,螺旋测微器的读数为 mm;游标卡尺的读数为 cm。
(2)某同学测干电池电动势和内电阻.他测出路端电压U和总电流I的多组数据,作出U-I图像如图所示,
由图像可得出该干电池的电动势=_____V,内电阻r=_____。
正确答案
.(1) 1.901(1.901-1.903) 2.540 (2)1.5,1.2
试题分析:⑴螺旋测微器的固定刻度读数为1.5mm,可动刻度读数为:0.01×40.2mm=0.402mm,所以最终读数为:1.5mm+0.402mm=1.902mm,由于需要估读,因此在范围1.901~1.903mm内均正确.
游标卡尺的固定刻度读数为2cm,游标尺读数为:0.05×8mm=0.40mm=0.040cm,所以最终读数为:2cm+0.040cm=2.540cm.
⑵根据闭合电路欧姆定律应有:U=E-Ir=-rI+E可知,U-I图象纵轴截距表示电动势E,图线斜率绝对值表示电源的内阻.所以E=1.50V,r==1.2Ω
图(a)是白炽灯L1(220V,100W)和L2(220V,60W)的伏安特性曲线。
(1)图中曲线 ______ 表示灯L1的的伏安特性曲线。(选填“A”或“B”)
(2)随着灯泡L1功率的增大,其灯丝阻值逐渐 _______ 。(选填“变大”、“变小”或“不变”)
(3)若将这两个灯泡并联在电路上,在用电高峰时电压仅200V,则此时L1灯的实际功率为 _______ W,L2灯的实际功率为 _______ W。
(4)若将它们串联后接在220V电源上,则此时L1灯的实际功率为 _______ W,L2灯的实际功率为 _______ W。
(5)若用图(b)所示电路测量L1灯的伏安特性,由于电表存在内阻,实际测得的伏安特性曲线比图(a)中描绘出的理想伏安特性曲线在I-U图中位置来得偏 ________(选填“高”或“低”)。
(6)用图(b) 所示电路测量L1灯伏安特性时,已知R0=10Ω,E=300V。则电路中可变电阻R选用下列各种规格时,测量效果最好的是( )。
正确答案
(1)A;(2)变大;(3) 88,52;
(4) 14.4,38.4;(前四个每空1分)(5)低;(2分)(6) B。(2分)
根据L1的标称值为(220V,100W),电压为220V时电流为0.45A,所以曲线a为L1的伏安特性曲线,从曲线可以看出斜率表示电阻的倒数,电压增大,电阻变大,把两个灯泡并联接在200电压上,灯泡两端电压都是200V,从曲线可读出两灯泡的电流,从而计算出电功率,在实验过程中要采用电流表外接,电压表有分流,所以实际电流小于测量值,所以曲线要偏低
常用电流表有内阻,现要测量电流表G1的内阻r1 电路如图甲所示。供选择的仪器如下:
E.定值电阻R3(3) F.滑动变阻器R4(0〜20
)
G.电源(电动势6.0 V,内阻不计) H.开关S及导线若干
(1) 电路中与电流表G1并联的电阻应选_______,保护电阻应选用_______ (请填写器材前的字母序号)。
(2) 根据电路在图乙中连接实物图,要求闭合开关前滑动变阻器的滑动触头P处于正确位置。
(3) 补全实验步骤:
①按电路图连接电路;
②闭合开关S,移动滑动触头P至某一位置,记录G1、G2的读数I1、I2;
③_______________________________________________________________
④以I1为纵轴,I2为横轴,作出相应图象如图丙所示。
(4) 根据I1-I2图线的斜率k及定值电阻,写出电流表G1内阻的表达式r1=_______
正确答案
(1)(2分)D ( 或R2 ) ,C( 或R1 )
(2)(3分)如右图
(3)(2分)多次移动滑动触头,记录相应的G1、G2读数I1、I2
(4)(2分)
略
某电流表的量程为I0="50" mA,内阻为r0=50Ω,其表盘刻度线已模糊不清,要重新通过测量来刻画出从零到满刻度的刻度值,有下列器材:
E.“0.6 A,0.5Ω” 标准电流表 F.“3A,0.01Ω”标准电流表
G.5Ω定值电阻R3 H.20Ω定值电阻R4
Ⅰ.开关及导线若干
(1)应选用的器材有___________(只需填写所选器材序号).
(2)在右侧虚线框内画出实验电路图.
(3)待测电流表的电流刻度值的表达式:I=_____________,
式中各物理量所表示的意义分别为____________________________.
正确答案
(1)ABCEGI;(2)电路图如下图所示;
(3),I1为标准电流表
的读数,RA1为标准电流表
的内阻,r0为待测电流表
的内阻,R3为定值电阻阻值。
试题分析::(1)因要画出从零到满刻度的刻度值,故滑动变阻器必须采用分压接法,且调节尽量灵敏;由于被测电流表的内阻较大,不能与标准电流表A1串联,这样无法获得满偏电流,只能并联;又由于电流表A1内阻太小,必与定值电阻R3串联后作用.故选用的器材为A、B、C、E、G、I。
(2)实验电路图如下图所示,分压式;
(3)由实验电路可得:I=,其中R3为定值电阻,RA为A1表内阻,r0为被测电流表的内阻,I1为A1表的读数。
(11分)某同学用如图所示电路,描绘标有“3.8V,1.5W”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象.
(1)根据电路图,用笔画线代替导线,将图中的实物电路连接成完整实验电路.
(2)他根据实验数据,计算并描绘出R-U的图象如图所示.由图象可知,此灯泡在不工作时,灯丝电阻为 Ω;当所加电压为3.0 V时,灯丝电阻为 Ω,此时灯泡实际消耗的电功率为 W.
(3)根据R—U图象,可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系.符合该关系的图是下列图中的 .
正确答案
(1)见解析 (2)1.5Ω、 11.5Ω、0.78W (3)A.
试题分析:(1)实物图连接时由电源正极到负极,先干路再支路,先串联再并联,连接如图:
(2)由图可知U=0时,R=1.5Ω;当U=3.0V时R=11.5Ω,由可得P=0.78W
(3)由题意可知图像过原点,由可知选A
点评:较难。小灯泡不工作时的电阻和正常工作时的电阻阻值变化很大。
(12分)电源的电动势和内电阻的测量是高中阶段重要的实验。在某次实验中,实验室可以提供的器材有:
a.待测电池:电动势E(约3V)、内电阻r(约1Ω)
b.电流表:量程500μA,内阻为400Ω
c.电流表:量程1A,内阻约0.2Ω
d.滑动变阻器:阻值0~600Ω,额定电流0.5A
e.滑动变阻器:阻值0~20 Ω,额定电流2.5A
f.定值电阻7600Ω
g.定值电阻600Ω
(1)某实验小组根据实验室提供的器材,设计的实验电路如上图所示,根据实验目的和该电路原理图,电路中电流表A1应选择_______,电流表A2应选择_____,滑动变阻器R1应选择______,定值电阻R2应选择 (请填写器材前的字母)。
(2)根据实验原理图可以写出电源的电动势和电源内阻的关系为 ,式中各物理量的意义为 。
正确答案
(1)cbef(2),I2为电流表A2的读数,I1为电流表A1的读数
试题分析:(1)将小量程的电流表串联一个电阻,可以改装成较大量程的电压表,采用较小最大值的滑动变阻器,有利于数据的测量和误差的减小.所以电路中电流表A1应选择c,应选择b,
应选择e,
应选择f
(2)根据闭合回路欧姆定律可得,路端电压等于并联支路电压,所以
,电路中总电流为
,,所以电源电动势为
在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,得出伏安特性曲线如图甲所示。所用小灯泡的额定是电压是3.0V。
(1)在图乙的方框中画出实验电路。
(2)将实物图丙连接成实验电路。
(3)根据图甲,该小灯泡在电压为2.8V时的实际电阻为 Ω(结果保留三位有效数字)。
(4)关于该实验的系统误差,下列判断正确的是 ( )
正确答案
(1)电流表外接, 分压电路, 开关在干路上
(2)滑动变阻器连线接在接线柱上,电表的量程及电表正负极
(3)10.8Ω(4)A
试题分析:(1)实验中电压和电流需从0开始测起,所以滑动变阻器需采用分压式接法.灯泡内阻较小,电流表采取外接法误差较小。(2)实物图连接如图 (3)由图象知,当电压为2.8V时,电流为0.26A,则R=(4)该实验主要系统误差来源于电压表的分流作用,导致电流表测量的电流偏大,测得的电阻偏小,电压表示数越大,电压表分担的电流越大,则测量的误差越大.故A正确。
(8分)王同学用如图所示电路测定一节干电池的电动势和内阻。
① 请按该同学电路图15-1,以笔画线代替导线继续完成图15-2的实物连接图 。
② 该同学根据实验数据,在图中作出的路端电压U与电流I的U—I图象,通过该图象可知电源的电动势为 V,电源的内阻为 。(均保留三位有效数字)
③为了方便地对王同学的测量结果进行初步判断,李同学想利用已正确经过机械调零的多用电表对该电池电动势和内阻直接进行粗测,并打算进行以下两个步骤操作:
步骤一:将多用电表选择开关置于直流电压2.5V档,将红、黑表笔分别接触电池的正、负极并粗略测出电池电动势;
步骤二:将多用电表选择开关置于欧姆档(电阻档)×1档,经欧姆调零后,将红、黑表笔分别接触电池的正、负极并粗略测出电池内阻。
针对李同学上述两个粗测步骤,你认为合理的判断是 。
A、步骤一正确,步骤二不正确; B、两步骤均正确; C、步骤一不正确,步骤二正确。
正确答案
①
②1.44~1.46V均可,1.70~1.80Ω均可;③A;
试题分析:(1)由于一节电池电动势只有1.5V,故选择3V量程即可,结合电路图连接实物如图所示:
(2)根据闭合电路欧姆定律有,故可知图像的纵截距即电源的电动势1.45V;图线的斜率的绝对值为电源的内阻,求得
(合理即可);(3)多用电表使用时,为保证电表指针正常偏转,应使电流从红色表笔流入、黑色表笔流出,故应将红色表笔接电池正极,直接用电表测电源电动势时选用2.5V量程即可,所以步骤一正确;当作欧姆表使用时,只能测量电阻,不能测量含源电路的电阻,所以步骤二错误,故只有A正确;
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