- 恒定电流
- 共18115题
(12分)某科技活动小组,为了撰写关于未知材料电阻率的实践报告,设计了一个测量电阻率(被测电阻丝Rx的阻值约为10Ω)的实验方案,可提供的器材有:
A.电流计G,内阻Rg=120Ω,满偏电流Ig=3mA
B.电流计A1,内阻0.4Ω,量程0~0.6A
C.电流计A2,内阻约为0.1Ω,量程为0~3A
D.螺旋测微器
E.电阻箱R0(0~9999Ω,0.5A)
F.滑动变阻器R1(0~5Ω,2A)
G.滑动变阻器R2(0~500Ω,1A)
H.电池组(4.5V,0.05Ω)
I.一个开关和导线若干
(1)为了很好的完成实验,电流表应选择 _________ ,滑动变阻器应选择 _________ .(A﹣G选项)
(2)图示是用螺旋测微器得的材料电阻丝的直径,其读数为d= _________ mm.
(3)现将电流表G与电阻箱R0串联,将其改装成一个量程为4.5V的电压表,需将电阻箱R0的阻值调为 _________ Ω.请用改装完成的电压表设计一个测量电阻率的实验电路,根据提供的器材和实验需要,请将方框内的电路图补画完整.
(4)如果电阻丝的长度用L表示,电路闭合后,调节滑动变阻器的滑片到合适的位置,电流计的示数为I1,电流表的示数为I2,请用已知量和测量量(字母符号)写出计算电阻率的精确表达式ρ= _________ .
正确答案
(1)B F;(2)0.267;(3)1380;电路图见解析;(4)
试题分析:(1)电路中的最大电流约为,所以电流表应选B, 为方便操作,滑动变阻器应选择F,并采用分压式接法;(2)根据螺旋测微器读数规则可知,电阻丝的直径
;(3)电流计改装成电压表,根据串联电路知识可知,所需电阻的阻值为
,又由于待测电阻的阻值较小,故电流表采用外接法,电路设计如下图:
(4)待测电阻阻值,根据电阻定律有
,联立可解得电阻率的精确表达式
;
某同学在“研究平抛物体的运动”的实验中,通过描点法画出小球平抛运动的轨迹,并求出小球平抛运动的初速度和抛物线方程。他先调整斜槽轨道使槽口末端水平,然后在方格纸上建立好直角坐标系xOy,将方格纸上的坐标原点O与小球在轨道槽口末端的球心重合,Oy轴与重锤线重合,Ox轴水平(如图甲)。实验中使小球每次都从斜槽同一高度由静止滚下,经过一段水平轨道后抛出。依次均匀下移水平挡板的位置,分别得到小球在挡板上的落点,并在方格纸上标出相应的点迹,再用平滑曲线将方格纸上的点迹连成小球的运动轨迹(如图乙所示)。已知方格边长为L=5cm,重力加速度为g=10m/s2,计算结果取两位有效数字。
(1)小球平抛的初速度v0= ;
(2)小球运动的轨迹方程的表达式为y= x2。
(3)下列哪些说法是正确的
正确答案
(1)1.5 ( 2)20/9 ( 3)AD
试题分析:由于知道抛出点的坐标,所以可以从图像上取某一点对应的x、y值,比如(20cm,30cm),然后利用,
计算出平抛的初速度为1.5m/s;利用
,
,消去t,得到
。为使小球离开斜槽后做平抛运动,调整器材时,使斜槽末端的切线保持水平, A正确.
为使小球多次做平抛运动相当于一次平抛,每次使小球从相同的高度滚下B错误. 钢球与斜槽间的摩擦只影响到平抛的初速度,只要每次保持相同,不会影响到实验的误差,C错误; 计算V0时,所选择的点应离坐标原点稍远些,相对误差小,D正确.
课外活动小组的同学设计了一个实验方案,用来测算缠绕螺线管的金属丝长度。已知缠绕螺线管的金属丝电阻较小,经查阅资料得知该金属丝的电阻率为ρ。
(1)、实验中用螺旋测微器测得金属丝的直径,如图甲所示,可知金属丝的直径为
d= mm。
(2)、然后利用多用表测得缠绕螺线管的金属丝的电阻,将选择开关旋转到“Ω”档的“×1”位置时,多用表指针指示位置如图乙所示,可知金属丝的电阻为R= Ω。
(3)、若测得的金属丝直径用d表示,电阻用R表示,则由已知量和测得量的符号表示金属丝的长度L= 。
正确答案
(1)1.125±0.001 (2)19.0 (3)
试题分析:(1)金属丝的直径为1mm+12.5×0.01mm=1.125mm;(2)金属丝的电阻为19.0Ω;(3)解得:
。
为确定某电子元件的电气特性,做如下测量。
(1)用多用表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻档测量,发现多用表指针偏转过大,因此需选择____倍率的电阻档(填:“×10”或“×1k”),并____再进行测量,多用表的示数如图(a)所示,测量结果为____Ω。
(2)将待测元件(额定电压9V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用表、电键及若干导线连接成电路如图(b)所示。添加连线,使电路能测量该元件完整的伏安特性。
本实验中使用多用表测电压,多用表的选择开关应调到____档(填:“直流电压10V”或“直流电压50V”)。
正确答案
(1)×10 欧姆调零 70 (2)如图 直流电压10V
多用表欧姆档在没有测电阻时为短路,电阻无穷大,指针指在最左端,指针偏转过大说明电阻小,换小倍率。欧姆档换倍率后要重新调零。
读数就是指针对应的刻度乘以倍率
要检测伏安特性,电压要从0调节,滑动变阻器用分压式。多用表测电压,电源为直流9v故选择直流电压10V
【考点定位】多用表的使用;滑动变阻器的使用
超导体现象是20世纪人类重大发现之一,目前我国已研制出世界传输电流最大的高温超导电缆并成功示范运行。
(1)超导体在温度特别低时电阻可以降到几乎为零,这种性质可以通过实验研究。将一个闭合超导金属圆环水平放置在匀强磁场中,磁感线垂直于圆环平面向上,逐渐降低温度使环发生由正常态到超导态的转变后突然撤去磁场,若此后环中的电流不随时间变化,则表明其电阻为零。请指出自上往下看环中电流方向,并说明理由。
(2)为探究该圆环在超导状态的电阻率上限ρ,研究人员测得撤去磁场后环中电流为I,并经一年以上的时间t未检测出电流变化。实际上仪器只能检测出大于ΔI的电流变化,其中ΔI<<I ,当电流的变化小于ΔI时,仪器检测不出电流的变化,研究人员便认为电流没有变化。设环的横截面积为S,环中定向移动电子的平均速率为v,电子质量为m、电荷量为e。试用上述给出的各物理量,推导出ρ的表达式。
(3)若仍试用上述测量仪器,实验持续时间依旧为t,为使实验获得的该圆环在超导状态的电阻率上限ρ的准确程度更高,请提出你的建议,并简要说明实现方法。
正确答案
(1)见解析 (2) (3)见解析
(1)逆时针方向。原磁场磁感线垂直于圆环平面向上,当撤去磁场瞬间,环所围面积的原磁通量突变为零,由楞次定律可知,环中感应电流的磁场方向应与原磁场方向相同,即向上。由右手螺旋定则可知,环中电流的方向是沿逆时针方向。
(2)设圆环周长为、电阻为R,由电阻定律得
由于有电阻,所以圆环在传导电流过程中,电流做功,把电能全部转化为内能。设t时间内环中电流释放焦耳热而损失的能量为,由焦耳定律得
因电流是圆环中电荷的定向移动形成的,故可设环中单位体积内定向移动电子数为n,由电流强度的定义得:
因式中n、e、S不变,所以只有定向移动电子的平均速率的变化才会引起环中电流的变化。电流变化大小取时,相应定向移动电子的平均速率变化的大小为
,则
在t时间内单个电子在环中定向移动时减小的动能为:
圆环中总电子为
设环中定向移动电子减少的动能总和为,则
由于,可得
根据能量守恒定律,得
联立上述各式,得
(3)由看出,在题设条件限制下,适当增大超导电流,可以使实验获得
的准确程度更高,通过增大穿过该环的磁通量变化率可实现增大超导电流。
此题易错点:分析能量的转换关系以及微观量与宏观量关系时出错。
【考点定位】本题考查楞次定律、电阻定律、电流强度和能量转换等知识,是一道电磁学联系实际的综合问题,意在考查考生灵活应用物理知识解决实际问题的能力。
用图甲所示的实验器材测定小灯泡的伏安特性曲线,要求加在小灯泡上的电压从零开始逐渐增大到额定电压。
(1)在方框中画出实验所用的电路图,并按电路图用导线把实物图连接起来。
(2)某同学根据所测几组数据画出图乙所示的图线,图线是一条曲线而不是直线,原因是___________________,小灯泡的工作电压为2.0V时的功率约是___ _W。
正确答案
(1)分压电路、安培表外接法;实物图略。 (2)灯丝电阻随电流增大而增大,0.62W
试题分析:根据题目要求电压要求能从零开始调节,且为了减少误差应采用安培表外接法,即如图所示。画出来的不是直线原因是因为小灯泡电阻率会随着发热而变大,根据图像U=2.0V,电流I=0.31A,所以功率为0.62W
点评:本题考查了本实验常见的电路选择以及测量误差的分析,题型普通,考查知识点常见。
甲同学要把一个量程为200μA的直流电流计G,改装成量范围是0~4V的直流电压表。
①她按图所示电路、用半偏法测定电流计G的内电阻rg,其中电阻R0约为1k。为使rg的测量值尽量准确,在以下器材中,电源E应选用 ,电阻器R1应选用 ,电阻器R2应选用 (选填器材前的字母)。
A电源(电动势1.5V) B电源(电动势6V)
C电阻箱(0~999.9) D滑动变阻器(0~500
)
E电位器(一种可变电阻,与滑动变阻器相当)(0~5.1k)
F电位器(0~51k)
②该同学在开关断开情况下,检查电路连接无误后,将R2的阻值调至最大。后续的实验操作步骤依次是: , , , ,最后记录R1的阻值并整理好器材。(请按合理的实验顺序,选填下列步骤前的字母)
E.调节R1的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半
F.调节R1的阻值,使电流计指针偏转到满刻度
③如果所得的R1的阻值为300.0,则图中被测电流计G的内阻rg的测量值为
,该测量值 实际值(选填“略大于”、“略小于”或“等于”)。
④给电流计G 联(选填“串”或“并”)一个阻值为 k的电阻,就可以将该电流计G改装为量程4V的电压表。
正确答案
①BCF ②BCAE ③300 略小于 ④串 19.7
①半偏法测量表头内阻时,首先选择滑动变阻器(必须大于电路所需的最小电阻),根据电路的电压为电动势,电路的最大电流为表头的满偏电流,则最小电阻为,或
,考虑到保护电阻1kΩ,则可知调节滑动变阻器使表头满偏时滑动变阻器的阻值分别接近29kΩ或6.5kΩ,电路图中R2是滑动变阻器,不能选D和E,只能选F。表头满偏时滑动变阻器的阻值越大,实验的误差越小。所以电源选择电动势为6V的B,而且滑动变阻器F的阻值也满足调节所需。而R1是用来测量表头内阻的电阻箱,只能选C。
②实验步骤:第一步闭合S2,选B;第二步调节R2阻值使电流计满偏,选C;第三步闭合S1,选A;第四步调节R1阻值使电流计半偏,选E;第五步读出R1阻值为待测表头的内阻。
③R1的示数为待测表头的内阻是300.0Ω,闭合S1后,电路的总电阻减小,当表头半偏时干路上的电流就大于表头的满偏电流,流过电阻箱的电流就大于表头的满偏电流,所以电阻箱的阻值略小于表头的内阻。
④给表头串联一个电阻可以改装为电压表,改装后的电压表的内阻为=2.0×104Ω=20kΩ,则串联电阻的大小为20kΩ-300Ω=19.7kΩ。
有一个小灯泡上标有“4 V,2 W”的字样,现在要用伏安法描绘这个灯泡的U-I图线,有下列器材供选用:
A电压表(0~5 V,内阻10 kΩ) B电压表(0~10 V,内阻20 kΩ)
C电流表(0~0.3 A,内阻1 Ω) D电流表(0~0.6 A,内阻0.4 Ω)
E滑动变阻器(5 Ω,1 A) F滑动变阻器(500 Ω,0.2 A)
①实验中电压表应选用______,电流表应选用______.为使实验误差尽量减小,要求电压表从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应选用__________(用序号字母表示)。
②请在方框内画出满足实验要求的电路图,并把图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。
③根据U-I图象,当灯泡两端所加电压为3.2V时,电功率为 W
正确答案
①A D E ②电路图见解析。③1.44W
试题分析:①因为小灯泡的额定电压为4V,所以电压表选择A;小灯泡的额定电流为0.5A,所以电压表选择D;为了便于调解滑动变阻器选择阻值较小的E。②电路如图所示。③根据U-I图象,当灯泡两端所加电压为3.2V时,灯泡两端的电压为0.45V,所以电功率为 。
在“测量金属导体电阻率”的实验中
(1)用螺旋测微器测金属丝的直径如图(1)所示,该金属丝的直径为 mm。
(2)已知金属丝的电阻大约为10Ω,现选取如下器材测量金属丝的电阻:
A、电流表:量程是0~0.6A,内阻是0.5Ω;
B、电压表:量程是0~3V,内阻是6 kΩ;
C、滑动变阻器:阻值为0~20Ω;
D、蓄电池6V;
E、开关一个,导线若干。
现提供如图(2)A、B两种电路图,为了尽量准确确地测量金属丝的电阻,应选择 电路图(填写序号“A”或“B”)
(3)在某次测量中,电压表和电流表的示数如图(3)所示,则金属丝电阻R= Ω。
正确答案
(1)0.850 (2)A(3)10
试题分析:(1)螺旋测微器的读数为:
(2)金属丝电阻较小,故采用电流表的外接法,故选A
(3)10Ω
点评:用伏安法测电阻时安培表内、外接法的选择原则是“大内小外”,即对于大电阻采用安培表内接法,对于小电阻采用安培表外接法;
用滑动变阻器限流式接法测量一个阻值约2k的电阻Rx。提供的器材如下。
A、电源(E =9V,r=2)
B、电压表(0-15 V,50k)
C、电压表(0-3 V,0.5k)
D、电流表(0-5mA,50)
E、电流表(0-1mA,250)
F、滑动变阻器(0-500,0.5A)
G、滑动变阻器(0-100,0.2A)
应选用____。(填选中器材的字母代号)
(2)将实验中未完成的电路连接完整。
正确答案
(1)B;D;F。 (2)见解析
试题分析:(1)实验需要电源,电压表,电流表,滑动变阻器,因为给出的电源电动势为9V,所以需要电压表B,实验中的最大电流大约为 ,所以选用电流表D,滑动变阻器应选择和被测电阻相差不大的,故选F,
(2)完成电路
点评:在分析电路仪器的时候,需要根据电源电动势选择电压表,根据电路中最大电流选择电流表,根据操作方便,选择滑动变阻器
(13分)在“测量电源的电动势和内阻”的实验中,待测电源是两节干电池,图甲给出了实验电路图,图乙已按电路图将器材部分连线。
(1)请将乙图中的器材连线补充完整(在答题卡的图中完成)。
(2)设电源电动势为,内阻为
,则路端电压
和闭合电路的电流
的关系可以表达为 。
(3)实验测出了六组、
值,并在
-
坐标上描绘出如图丙所示的图线,根据图线可以算出电源的电动势为 V,内阻为 Ω。
正确答案
(1)如图所示
(2)(3)2.9、1.61(1.60-1.64都对)
试题分析:设电源电动势为,内阻为
,则路端电压
和闭合电路的电流
的关系可以表达为
;由纵轴上截距可读出电动势大小2.9v,由图象的斜率可求得内电阻r=1.61Ω。
点评:理解实验原理是解决实验题目的关键。
(10分)某同学为了研究一个小灯泡的灯丝电阻随温度的升高而变化的规律,用实验得到下表所示的数据(I和U分别表示小灯泡的电流和电压),则:
(1)当V时对应的电流表如图甲所示,其读数为 A
(2)实验中所用的器材有:
电压表(量程3V,内阻约为2 kΩ)
电流表量程(0.6A,内阻约为0.2Ω)
滑动变阻器(0~5Ω,1 A)
电源、待测小灯泡、电键、导线若干。请在图乙方框中画出该实验的电路图
(3)根据实验数据,在图丙中画出小灯泡的U-I曲线
(4)如果把这个小灯泡接直接接在一个电动势为1.5V、内阻为2.0Ω的电池两端,则小灯泡的实际功率是 W(结果保留2位有效数字)
正确答案
(1)0.42A(0.38A~0.42A都正确)
(2)如图乙所示
(3) 如图丙所示
(4)(
~
都正确)
试题分析:(1)通过数据表格可知,电流表为0.6A量程因此读数为0.42A
(2)为了测量小灯泡的伏安特性曲线,为了采集数据尽可能多,因此多用分压式电路。根据表格大概了解到灯泡电阻为2欧姆,而根据,所以灯泡为小电阻,采用安培表外接,设计电路图如答案
(3)建立合适坐标,将题目已知数据描出,并用光滑曲线处理这些数据,如答案
(4)根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir,纵坐标截距为电源电动势E,斜率绝对值为内阻r,所以划出一条直线,相交的交点代表由该电源给灯泡供电的实际电压和电流,根据P=UI可知,实际功率约为0.28W
点评:此类题型考察了电学中常见的实验,也考察了一般实验都需要注意的数据处理,此外本题还将多个相关实验综合在一起
电流表的内阻为Rg、满刻度电流为Ig。那么以下结论中正确的是 ( )
正确答案
BC
试题分析:由并联一个阻值为nRg的定值电阻,根据电流与电阻成反比所以其分担的电流为,可以改装为量程是
Ig的电流表,A错;并联一个阻值为Rg /(n-1)的定值电阻,根据电流与电阻成反比所以其分担的电流为
,可以改装为一个量程是nIg的电流表,C对;串联一个阻值为nRg的定值电阻,根据电压与电阻成正比所以其分担的电压为nIgRg,可以改装为一个量程是(n +1)IgRg的电压表,B对;串联一个阻值为Rg /n的定值电阻,根据电压与电阻成正比所以其分担的电压为
IgRg,可以改装为一个量程是
IgRg的电压表,D错。
点评:本题学生要明确并联电阻具有分流作用,串联电阻具有分压作用。
(13分)在测定金属电阻率的实验中,
(1)待测金属丝是均匀材料制成、横截面为圆形的金属丝,用螺旋测微器测量其直径,结果右图所示。由图可知其直径d=_____________mm。
(2)该金属丝Rx的阻值约为5Ω左右,现备有以下器材:
A电池组E(3V) B滑动变阻器R(0~10Ω,额定电流2A)
C电流表A1(0~3A,内阻0.1Ω) D电流表A2(0~0.6A,内阻0.5Ω)
E电压表V1(0~3V,内阻6kΩ) F电压表V2(0~15V,内阻30kΩ)
G电键、导线
①为使测量结果尽量准确,电流表和电压表应选用的是____________。(填写各器材的字母代号)
②请在方框中画出实验电路图,并以笔划线代替导线将实物图补充完整。
③在闭合开关S前,滑动变阻器触头应放在_________端。(选填“a”或“b”)
正确答案
(1)0.435(2分) (2)①DE(或A2、V1)(2分) ②如下图 ③b
试题分析:(1)螺旋测微器的读数为
(2)当滑动变阻器短路时的电路中的电流为,所以选用的电流表应为A2、电路中电源电动势为3V,所以选用的电压表应为V1
电压表测量的是定值电阻两端的电压,电流表在电路中干路串联,滑动变阻器采用限流接法,电路图如图所示
(3)为了保证电路的安全,滑动变阻器在闭合开关前都是出于最大电阻的位置,即触头应放在b端
点评:在使用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流I的值一般不宜过大,通电时间不宜过长,以免金属导线的温度过高,造成其电阻率在实验过程中增大,
有一根圆台状匀质合金棒如图实-5-27甲所示,某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率ρ、长度L和两底面直径d、D有关.他进行了如下实验:
图实-5-27
(1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d、D和长度L.图乙中游标卡尺(游标尺上有20
个等分刻度)的读数L=________cm.
(2)测量该合金棒电阻的实物电路如图丙所示(相关器材的参数已在图中标出).该合金棒
的电阻约为几个欧姆.图中有一处连接不当的导线是________.(用标注在导线旁的数字
表示)
(3)改正电路后,通过实验测得合金棒的电阻R=6.72 Ω,根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为Rd=13.3 Ω、RD=3.38 Ω.他发现:在误差允许范围内,电阻R满足R2=Rd·RD,由此推断该圆台状合金棒的电阻R=________.(用ρ、L、d、D表示)
正确答案
(1)9.940 (2)⑥ (3)
(1)首先确定游标卡尺的精度为20分度,即为0.05 mm,然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数99.00 mm,注意小数点后的有效数字要与精度一样,再从游标尺上找出对的最齐一根刻线,精度×格数=0.05×8 mm=0.40 mm,最后两者相加,根据题目单位要求换算为需要的数据,99.00 mm+0.40 mm=99.40 mm=9.940 cm.
(2)本实验为测定一个几欧姆的电阻,在用伏安法测量其两端的电压和通过电阻的电流时,因为安培表的内阻较小,为了减小误差,应用安培表外接法,⑥线的连接使用的是安培表内接法.
(3)根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为Rd=13.3 Ω、RD=3.38 Ω.即Rd=ρ,RD=ρ
,而电阻R满足R2=Rd·RD,将Rd、RD代入得R=
.
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