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简答题

2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应,利用这种效应可以测量磁感应强度。

若图1为某磁敏电阻在室温下的电阻-磁感应强度特性曲线,其中RBRO分别表示有、无磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B,需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB。请按要求完成下列实验。

(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路,在图2的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出,待测磁场磁感应强度大小约为0.6~1.0T,不考虑磁场对电路其它部分的影响)。要求误差较小。

提供的器材如下:

A.磁敏电阻,无磁场时阻值

B.滑动变阻器R,全电阻约

C.电流表,量程2.5mA,内阻约

D.电压表,量程3V,内阻约3k

E.直流电源E,电动势3V,内阻不计

F.开关S,导线若干

(2)正确接线后,将磁敏电阻置入待测磁场中,测量数据如下表:

根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB=         ,结合图1可知待测磁场的磁感

应强度B=          T。

(3)试结合图1简要回答,磁感应强度B在0~0.2T和0.4~1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同?

(4)某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻-磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称),由图线可以得到什么结论?

正确答案

(1)见解析图

(2)1500;0.90

(3)在0~0.2T范围内,磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化);在

0. 4~1.0T范围内,磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化)

(4)磁场反向,磁敏电阻的阻值不变。

(1)当B=0.6T时,磁敏电阻阻值约为6×150Ω=900Ω,当B=1.0T时,磁敏电阻阻值约为11×150Ω=1650Ω.由于滑动变阻器全电阻20Ω比磁敏电阻的阻值小得多,故滑动变阻器选择分压式接法;由于,所以电流表应内接.电路图如图所示.

(2)方法一:根据表中数据可以求得磁敏电阻的阻值分别为:

故电阻的测量值为(1500-1503Ω都算正确.)

由于,从图1中可以读出B=0.9T

方法二:作出表中的数据作出U-I图象,图象的斜率即为电阻(略).

(3)在0~0.2T范围,图线为曲线,故磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或非均匀变化);在0.4~1.0T范围内,图线为直线,故磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化);

(4)从图3中可以看出,当加磁感应强度大小相等、方向相反的磁场时,磁敏电阻的阻值相等,故磁敏电阻的阻值与磁场方向无关.

本题以最新的科技成果为背景,考查了电学实验的设计能力和实验数据的处理能力.从新材料、新情景中舍弃无关因素,会看到这是一个考查伏安法测电阻的电路设计问题,及如何根据测得的UI值求电阻.第(3)、(4)问则考查考生思维的灵敏度和创新能力.总之本题是一道以能力立意为主,充分体现新课程标准的三维目标,考查学生的创新能力、获取新知识的能力、建模能力的一道好题.

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(12分)某同学欲用下列器材测量一电阻丝的电阻Rx :电源E、电流表、电压表各一只、滑动变阻器R、电阻箱Rp、开关、导线若干.他设计的电路图如图(a)所示.

E.用图(a)电路            测出电压表的内阻(填“不能”或“能”).

正确答案

A 实物图连线如图所示.(3分)      B   Rp   (2分)         C     (3分)

D   等于     (2分)      E   能  (2分)

试题分析:A 实物连接图,  B  RP,   C 由部分电路欧姆定律:断开S2时有,闭合S2时有,由以上二式消去RP,有Rx= ,  D 由C中的二式可知,电流表有没有电阻,对Rx没有影响,如果电压表电阻较少,则C二式中的RP用RP1代替,, 消去RP1, 计算可得 Rx= ,所以此实验中电流表、电压表如果是非理想电表,被测电阻的测量值等于真实值,

E.用图(a)电路能测出电压表的内阻 ,方法与测Rx方法相同。

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一个小灯泡的额定电压为2.0V,额定电流约为0.5A,选用下列实验器材进行实验,并利用实

验数据描绘和研究小灯泡的伏安特性曲线

E.电流表A2:量程为0~0.6A,内阻约为0.6

F.滑动变阻器R1:最大阻值为l0Ω,额定电流为0.5A;

G.滑动变阻器R2:最大阻值为l5Ω,额定电流为1.0A;

H.滑动变阻器R3:最大阻值为l50Ω,额定电流为1.0A;

I.开关S,导线若干.

实验得到如下数据(I和U分别表示通过小灯泡的电流和加在小灯泡两端的电压):

①实验中电压表应选用        ;电流表应选用        

滑动变阻器应选用        (请填写选项前对应的字母)。

②请你不要改动已连接导线,在下面的实物连接图中把还需要连接的导线补上.闭合开关前,应使变阻器滑片放在最             (填“左”或“右”)端。

③在下面坐标中画出小灯泡的曲线。

④若将本题中的小灯泡接在电动势是1.5V、内阻是1.0的电池两端,则小灯泡的实际功率约为             (保留两位有效数字)。

正确答案

①B    E    G   ②实物图如下   右  ③曲线 图如下  ④0.40—0.50(保留两位有效数字)

试题分析:①电源电动势为3.0V,内阻不计,所以电压表选择量程为即可,即电压表选择B。待测小灯泡正常发光的额定电流约为,所以电流表量程选择,即电流表选择E。描绘伏安特性曲线,滑动变阻器分压式连接。选择阻值小的,但是滑动变阻器R1额定电流只有0.5A,有可能小于灯泡额定电流,所以滑动变阻器选择G。②描绘伏安特性曲线,滑动变阻器分压式连接。小灯泡电阻,根据,电流表选择外接法。实物连线如图。开关闭合前要保证小灯泡两端电压为0,所以滑片移动到最右端,灯泡被短路,电压为0.③根据表格中的数据描点,注意伏安特性曲线由于功率变大,温度升高,电阻变大而是曲线不是折线也不是直线。④设灯泡电压为,电流为,则有,在上一问的伏安特性曲线中做出的图像,交点即对应的电压和电流,所以灯泡此时的功率

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实验题:

(1)在做“用电流表和电压表测一节干电池的电动势和内电阻”实验时:

①某同学连接的实物图如右图所示。但当开关闭合时发现电压表有示数而电流表没有示数,实验前仪器都检查过是好的,也就是说只可能是某根连接导线断了。那么,请你分析一下,可能发生断路故障的导线是__________________(写出所有可能断的导线的编号)。

 

②某同学在实验时对该电路作了改进,其方法是:加接了一个定值电阻R0,如图所示。他加接此电阻的作用是                      

(2)与打点计时器一样,光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如左图所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以显示物体通过时的挡光时间。

为了测定两张纸之间的动摩擦因数,某同学利用光电计时器设计了一个实验:如右图所示,在小铁块A和木板B上贴上待测的纸,木板B水平固定,铅锤通过细线和小铁块相连。l和2是固定在木板上适当位置的两个光电门,与之连接的两个光电计时器没有画出。释放铅锤,让小铁块在木板上加速运动,光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为。用游标卡尺测量小铁块的宽度d如下图所示。

①读出小铁块的宽度d=               cm。

②铁块通过光电门l的速度v1=      m/s,铁块通过光电门2的速度v2=     m/s。(计算结果保留3位有效数字)

③已知当地的重力加速度为g,为完成测量,除了测量v1v2和两个光电门之间的距离L外,还需测量的物理量有(用文字说明并用字母表示)                                             

④用③中各量求解动摩擦因数的表达式:              (用字母表示)。

正确答案

(1)①2、5、6 (3分)②防止变阻器电阻过小时,电池被短路或电流表被烧坏(或限制电流,防止电源短路)(3分)(2)①2.015 (3分)   ②1.01,4.03    (4分)

③铁块的质量m、铅锤的质量M   (3分)     ④(3分)

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(17分)

(1)①用多用电表探测图甲所示黑箱发现:用直流电压挡测量,E、G两点间和F、G两点间均有电压,E、F两点间无电压;用欧姆测量,黑表笔(与电表内部电源的正极相连)接E点,红表笔(表电表内部电源的负极相连)接F点,阻值很小,但反接阻值很大。那么,该黑箱内元件的接法可能是图乙中    

②在物理兴趣小组活动中,一同学利用下列器材设计并完成了“探究导体阻值与长度的关系”的实验。

电压表     量程3V           内阻约为900

电压表     量程10V         内阻约为3K

电压表    量程60mA       内阻约为5

电源E1         电动势1.5V     内阻约为0.2

电源E2         电动势4.5V     内阻约为0.4

滑动变阻器(最大阻值为10)。粗细均匀的同种电阻丝,开关、导线和刻度尺

其主要实验步骤如下:

A.选取图中器材,按示意图连接电路

B.用伏安法测定电阻丝的阻值R

C.用刻度尺没出电阻丝的长度L

D.依次减小电阻丝的长度,保持电路其他部分不变,重复步骤B、C

E.处理数据,根据下列测量结果,找出电阻丝值与长度的关系

为使实验尽可能准确,请你对上述步骤中画线处加以改进。

(I)                                

(II)                                

(2)有4条用打点计时器(所用交流电频率为50Hz)打出的纸带A、B、C、D,其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的。为找出该纸带,某同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的4个点,用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为S1、S2、S3。请你根据下列S1、S2、S3的测量结果确定该纸带为         。(已知当地的重力加速度为9.791m/s2

A.61.0mm  65.8mm  70.7mm                  B.41.2mm  45.1mm  53.0mm

C.4936mm  53.5mm  57.3mm                 D.60.5mm  61.0mm       60.6mm

正确答案

(1)①B

②(I)电源改选

(II)判断电流表的内外接法,作出相应调整。

(2)C

(1)①本题主要考查了用多用电表探测黑箱中的元件。由多用电表探测各点之间电压关系可知EF间没有电源,电源只能在GE或GF间,再用欧姆档测各两点间电阻EF间接有二极管。选项B 正确;②本题主要考查了探究电阻和长度的关系的实验题,主要运用控制变量法的思想。从实验数据可知电阻较大,而电流表的量程为60mA所以电源应选E2;电流表应该为外接法。(2)本题主要考查了纸带的处理。由于重物做匀变速运动。所以任意相邻相等时间内位移差相等,选项C正确;

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(16分)一电流表的量程标定不准确,某同学利用图1所示电路测量该电流表的实际量程

用器材有:量程不准的电流表,内阻=10.0,量程标称为5.0mA;标准电流表,内阻=45.0,量程1.0mA;标准电阻,阻值10.0;滑动变阻器R,总电阻为300.0;电源E,电动势3.0V,内阻不计;保护电阻;开关S;导线。

回答下列问题:

(1)在答题卡上(图2所示)的实物图上画出连线。

(2)开关S闭合前,滑动变阻器的滑动端c应滑动至              端。

(3)开关S闭合后,调节滑动变阻器的滑动端,使电流表满偏;若此时电流表的读数为,则的量程=     

(4)若测量时,未调到满偏,两电流表的示数如图3所示,从图中读出的示数 =       的示数 =         ;由读出的数据计算得=    。(保留3位有效数字)

(5)写出一条提高测量准确度的建议:                             

正确答案

⑴连线如图 

⑵阻值最大

⑷6.05mA

⑴连线如图

⑵在滑动变阻器的限流接法中在接通开关前需要将滑动触头滑动到阻值最大端

⑶闭合开关调节滑动变阻器使待测表满偏,流过的电流为Im。根据并联电路电压相等有

⑷待测表未满偏有,将A2的示数0.66mA和其他已知条件代入有

Ma

但图中A1的示数3.0mA量程为5.0mA,根据电流表的刻度是均匀的,则准确量程为6.05mA

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为了测量某电池的电动势E(约为3V)和内阻r,可供选择的器材如下:

A.电流表G1(2mA  100Ω)            B.电流表G2(1mA 内阻未知)

C.电阻箱R1(0~999.9Ω)                     D.电阻箱R2(0~9999Ω)

E.滑动变阻器R3(0~10Ω 1A)        F.滑动变阻器R4(0~1000Ω 10mA)

G.定值电阻R0(800Ω  0.1A)        H.待测电池

I.导线、电键若干

(1)采用如图甲所示的电路,测定电流表G2的内阻,得到电流表G1的示数I1、电流表G2的示数I2如下表所示:

 

根据测量数据,请在图乙坐标中描点作出I1I2图线.由图得到电流表G2的内阻等于  ▲ Ω.

(2)在现有器材的条件下,测量该电池电动势和内阻,采用如图丙所示的电路,图中滑动变阻器①应该选用给定的器材中  ▲ ,电阻箱②选 ▲ (均填写器材代号).

(3)根据图丙所示电路,请在丁图中用笔画线代替导线,完成实物电路的连接.

正确答案

(1)如图乙(2分)  200(2分)  (2)R3(2分) R2(2分)

(3)如图丁(2分)

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(10分)某实验小组要测量一节干电池的电动势和内阻,实验室提供的实验器材如下:

A.待测的干电池(电动势约为1.5V,内电阻约为2Ω)

B.电压表V1(0—2V,内阻Rr1=4000Ω)

C.电压表V2(0—2V,内阴Rr2约为3500Ω)

D.电流表A(0—3A,内阻0.1Ω)

E.电阻箱R1(0—9999Ω)

F.滑动变阻器R2(0—200Ω,1A)

G.电键和导线若干

该小组根据以上实验器材设计了如图所示的电路来测量电源的电动势和内阻。

(1)请你根据实验电路补充完整主要的实验步骤:

a.闭合开关        ,记下V1的读数U1

b.闭合开关         ,断开开关     ,记下          

(2)请你根据以上步骤记录的物理量和已知的物理量写出该干电池的电动势和内阻的表达式:E=           ,r=         

(3)在现有器材的条件下,请你选择合适的实验器材,并设计出另一种测量干电池电动势和内阻的方案,在下边实践方框中画出实验电路图。

(4)如果要求用图象法处理你设计的实验的数据,并能根据图象较直观地求出电动势和内阻,则较适合的函数表达式是        ,请你在下边虚线方框中画出此表达式对应的大致图象。

正确答案

(1)a S1和S2(1分)

b S1,S2,V1的读数和V2的读数U2(每空1分)

(2)(1分)(1分)

(3)电路图如图所示(2分,只要有一处错误(含器材选择)不得分)

(4)下列两种情况答出任意一种给满分

(1分) 对应的图像如图(1分)

或者(1分) 对应的图象如图(1分)

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某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现,里面除了一节1.5 V的干电池外,还有一个方形的电池(层叠电池).为了测定该电池的电动势和内电阻,实验室中提供有下列器材:

A.电流表G(滿偏电流10 mA,内阻为10 Ω)

B.电流表A(0 ~ 0.6 A ~ 3 A,内阻未知)   

C.滑动变阻器R0(0 ~ 100 Ω,1 A)    

D.定值电阻R(阻值990 Ω)

E.开关与导线若干

(1)该同学根据现有的实验器材,设计了如图甲所示的电路,请你按照电路图在乙图上完成实物连线.

(2)丙图为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I1 - I2图线(I1为电流表G的示数,I2为电流表A的示数),则由图线可以得到被测电池的电动势E =   V,内阻r =      Ω.(结果保留两位有效数字)

正确答案

(1)请你按照电路图在乙图上完成实物连线.

(2)电动势E =  9.0 V,内阻r =  10  Ω.   (结果保留两位有效数字)

(1)略(2)延长倾斜直线,当I2=0时,根据图像的特殊点代入公式求解

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在探究电磁感应现象的实验中,电流表刻度盘上的零刻度线在正中间,当电池的正极接电流表的右接线柱、电池的负极与电流表的左接线柱相碰时,指针向右偏转.如图5所示电路,原线圈A放在副线圈B中,在合上电键S的瞬间,电流表指针应向____偏转;将原线圈A从副线圈B中拔出时,电流表指针应向____偏转.

正确答案

左,右

当开关闭合时,穿过线圈B的磁通量增大,产生的感应电流的磁场与原磁场方向相反,由穿过线圈A的电流方向以及右手螺旋定则可知,线圈A的下端为S极,穿过线圈B的原磁场方向向上,感应电流的磁场向下由右手螺旋定则可知电流从电流表左端流入,由题干可知电流从右接线柱流入时指针右偏,所以在合上电键S的瞬间,电流表指针应向左偏转,将原线圈A从副线圈B中拔出时,磁通量减小,感应电流磁场与原磁场方向相同,同理可知电流表指针应向右偏转.

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(10分)要测定一个自感系数很大的线圈L的直流电阻,实验室提供些列器材:

(1)待测线圈L:阻值约为2Ω,额定电流为2A

(2)电流表A1:量程为0.6A,内阻为0.2Ω

(3)电流表A2:量程为3A,内阻约为0.2Ω

(4)变阻器R1阻值为0~10Ω

(5)变阻器R2阻值为0~1kΩ

(6)电源E:电动势为9V,内阻很小

(7)定值电阻R3=10Ω

(8)定值电阻R4=100Ω

(9)开关两个S1S2

要求实验时,改变变阻器的阻值,可使在尽可能大的范围内测得多组A1A2的读数I1I2,然后利用I1I2图象求出电感线圈电阻RL

(1)实验中定值电阻应该选      ,变阻器应选择      

(2)请在方框内画出电路图。

(3)实验结束时应先断开开关       

(4)实验测得数据如图II所示,则电感线圈的直流电阻值为      。(保留两位有效数字)

正确答案

(1)R3、R1(2)见下图(3)S2(4)2.0Ω

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(7分)在“DIS测电源的电动势和内阻”的实验中

(1)将待测电池组、滑动变阻器、电流传感器、电压传感器、定值电阻、电建及若干导线连接成电路如图(a)所示。图中未接导线的A端应接在     点(选填:“B”、“C”、“D”或“E”)。

(2)实验得到的U-I关系如图(b)中的直线Ⅰ所示,则电池组的电动势为   V,内电阻阻值为      

(3).为了测量定值电阻的阻值,应在图(a)中将“A”端重新连接到     点(选填:“B”、“C”、“D”或“E”),所得到的U-I关系如图(b)中的直线Ⅱ所示,则定值电阻阻值为      

正确答案

(1)C(2)2.8,2  (3)D,3

试题分析:(1)分析图(a),共有两个传感器其中一个已经串联在电路,说明为电流传感器,那么没有连接完整的就是电压传感器,测量路端电压,并联在电路中,所以a端接入C接线柱。(2)根据串并联电路路端电压和电流电动势关系可得图像与纵轴的截距即电动势,所以,斜率即内阻即。(3)由于电压传感器左端已经接入电源负极,所以电压传感器右端接入C则电压表等于路端电压,无法测量定值电阻,又无法测量定值电阻电压,所以改而滑动变阻器电压,接入D接线柱。此时,电压表示数图像斜率即,可得定值电阻阻值

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请你设计一个电路来测量电流A1的内阻r1(约50W),要求方法简捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据.可共选择器材如下:

E.甲电池E=1.5V,内阻很小

F.电键S及导线若干

①据题意画出电路图,并标明所用器材代号;

②若选测量数据中的一组来计算r1.表达式应为r1=           

正确答案

①电路如图;②

①电路如图;②

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(9分)

现代化养鸡场使用孵化室来孵化小鸡,为使孵化室保持适当的温度,可采用触发开关控制加热系统,如图所示。触发开关可采用热敏电阻来控制其1、2两端所加电压,当1、2两端所加电压上升至8.0V时,触发开关自动启动加热系统,当1、2两端所加电压下降至7.0V时,触发开关自动切断加热系统。请利用下列器材设计一个孵化室内的控制电路,给1、2两端提供电压(不考虑触发开关对所设计电路的影响)。提供的器材如下:

(1)如下图(3分)

(2)14(3分)    15(3分)

据魔方格专家权威分析,试题“(9分)现代化养鸡场使用孵化室来孵化小鸡,为使孵化室保持适当的温..”主要考查你对  实验:伏安法测电阻,实验:练习使用示波器,实验:测绘小灯泡的伏安特性曲线,实验:探究影响导体电阻的因素  等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下:

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因为篇幅有限,只列出部分考点,详细请访问

实验:伏安法测电阻实验:练习使用示波器实验:测绘小灯泡的伏安特性曲线实验:探究影响导体电阻的因素

考点名称:实验:伏安法测电阻

考点名称:实验:练习使用示波器

考点名称:实验:测绘小灯泡的伏安特性曲线

考点名称:实验:探究影响导体电阻的因素

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正确答案

(1)如下图(3分)

(2)14(3分)    15(3分)

(1)如下图(3分)

(2)14(3分)    15(3分)

(1)如下图(3分)

(2)14(3分)    15(3分)

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(11分)某同学想测量某导电溶液的电阻率,先在一根均匀的长玻璃管两端各装了一个电极(接触电阻不计),两电极相距,其间充满待测的导电溶液。用如下器材进行测量:电压表(量程l5 V,内阻约30)、电流表(量程300,内约)、滑动变阻器(,1 A)、电池组(电动势,内阻)、单刀单掷开关一个、导线若干。表1是他测量通过管中导电液柱的电流及两端电压的实验数据。实验中他还用游标卡尺测量了玻璃管的内径,结果如图2所示。

根据以上所述请回答下面的问题:

(1)玻璃管内径d的测量值为     cm;

(2)根据表1数据在图3坐标中已描点,请作出图象,根据图象求出电阻

             (保留两位有效数字);

(3)请在虚线框内画出该实验的电路图,并在(图l)中补画出未连接的导线;

(4)由以上测量数据可计算导电溶液的电阻率      Ωm(保留两位有效数字)。

正确答案

(1)3.075±0.005 (2分)

(2)如下图(2分)   4.4×104~4.8×104(1分)

(3)如下图(电路图与连线各2分)

(4)48±4 (2分)

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