14特殊方法测电阻实验题-等效替代法(基础常考15题)--2023-2024学年上学期九年级期末物理重难点知识突破(通用版)
一、实验题
1.小明设计的如图甲所示的电路图,其电源电压恒为4.5V,滑动变阻器上标有“20Ω 1A”的字样,利用该电路可以完成很多电学实验。
(1)图乙是其对应的实物电路,其中存在连线错误,闭合开关会导致 的示数一定超过量程,请你在接错的导线打上“×”,再把它改到正确位置上 ;
(2)修改错误后,小明先将阻值为10Ω的定值电阻接在M、N两点间,随后调节滑动变阻器,记录多组电流表和电压表的数据如表所示,可得出结论: ,但是当老师看到小明的测量结果时,指出表格中的第 组数据不可能是由该电路实际测量出的数据;
组别 1 2 3 4 5
电压U/V 3 2.4 2 1.6 1
电流I/A 0.30 0.24 0.20 0.16 0.10
(3)随后小明又将不同阻值的多个定值电阻先后接入M、N两点间,可探究“电流与导体电阻的关系”,当定值电阻由10Q更换为20Ω后,需要适当向 (选填“左”或“右”)调节滑动变阻器的滑片,这样做的目的是: ;
(4)小明将额定电流为0.3A的小灯泡接入M、N两点间时,调节滑片使灯泡正常发光时,电压表的示数如图丙所示,则该灯泡的额定功率为 W;
(5)随后小明又设计了图丁所示的电路图,测量—只额定电压为U额的小灯泡的额定功率,其中定值电阻的阻值为R0,具体测量步骤如下:
①闭合S、S1,断开S2,调节滑片直至电压表示数为U额;
②闭合S、S2,断开S1,使滑动变阻器的滑片 (选填“向左移”、“向右移”或“保持不动”),读出电压表的示数,记为U0;
③请你写出小灯泡的额定功率的表达式:P额= 。
2.在“测量小灯泡电阻”的实验中:有一个电源(电压未知且保持不变)、电流表(、),电压表(、)
(1)如图甲是小明连接的电路,闭合开关前发现导线1或2中有一根导线连接错误,请找出是 (填“1”或“2”);
(2)当电压表示数为2.5V时,电流表示数如图乙所示,则小灯泡正常发光时的阻值是 Ω;
(3)小明继续移动滑动变阻器的滑片P,记下多组对应的电压值和电流值,并绘制成图像(如图丙所示) (选填“A”“B”或“C”);
(4)同组的同学又设计了如图丁所示电路,测量另一只标有额定电流为0.3A的小灯泡的额定功率,请完成下列步骤(已知:电源电压不变,R1和R2为滑动变阻器,R1的最大电阻为20Ω):
①只闭合开关S和S2,调节滑动变阻器R1的滑片,使电流表示数为0.3A;
②只闭合开关S和S1,保持R1滑片位置不变,调节滑动变阻器R2的滑片,使电流表示数为 A;
③接着将R1的滑片P调至最左端,电流表的示数为0.45A,再将R1的滑片P调至最右端,观察到电流表的示数为0.15A;
④该小灯泡额定功率P额 W。
3.用如图甲所示的电路可以测量一个未知电阻的阻值,其中Rx为待测电阻,R为电阻箱(符号为),S为单刀双掷开关,R0为定值电阻。某同学用该电路进行实验,主要步骤有:
A.把开关S接b点,调节电阻箱,使电流表的示数为I
B.读出电阻箱的示数R
C.把开关S接a点,读出电流表的示数为I
D.根据电路图,连接实物,将电阻箱的阻值调至最大
(1)上述步骤的合理顺序是 (只需填写序号);
(2)步骤A中电阻箱调节好后示数如图乙所示,则它的示数为 Ω。若已知R0的阻值为10Ω,则待测电阻的阻值为 Ω;
(3)本实验采用的物理思想方法可称为 (选填“控制变量法”或“等效替代法”)。
4.用如图1所示的电路可以测量一个未知电阻的阻值,其中Rx为待测电阻,R为电阻箱,S为单刀双掷开关。某同学用该电路进行实验,主要步骤有:
A.把开关S接b点,调节电阻箱,使电流表的示数为I;
B.读出电阻箱的示数R;
C.把开关S接a点,读出电流表的示数为I;
D.根据电路图,连接实物,将电阻箱的阻值调至最大;
(1)上述步骤的合理顺序是 (只填写序号);
(2)电路中接入电阻R0的目的是 ;
(3)在步骤A中,若电阻箱调节好后示数如图2所示,则待测电阻的阻值为 Ω;
(4)本实验所采用的物理方法可称为 (选填“控制变量法”或“等效替代法”);
(5)小亮设计了图3的电路测Rx的阻值。与图1的方法比较,你觉得图3最显著的优点是: 。
5.如图乙所示的是做“用伏安法测量电阻R0的阻值”的实验时所连接的部分电路。
(1)若闭合开关S前,电流表示数如图甲所示,则出现此现象的原因是 ;
(2)如考虑到电表的内阻对实验的影响,则图乙所示的测量方法会使电阻R的测量值 (选填“偏大”、“偏小”或“不变”)
(3)若电压表坏了,又没有新的电表,再给你一个电阻箱,用如图丙所示的电路想测定未知电阻Rx的阻值。
已知电源电压恒定,当单刀双掷开关S接a时,电流表的示数为0.3A;当S接b时,调节电阻箱的旋盘,直到电流表示数为0.3A为止,电阻箱的示数如图,由此可知,Rx的阻值为 。
6.用如图甲所示的电路可以测量一个未知电阻的阻值,该电路中Rx为待测电阻,R为电阻箱(符号为),S为单刀双掷开关,R0是阻值为50Ω的定值电阻。某同学用该电路进行实验,主要步骤有:
A.把开关S接到b点,调节电阻箱,使电流表的示数为I;
B.读出电阻箱的示数R;
C.把开关S接到a点,读出电流表的示数为I;
D.根据电路图连接电路,将电阻箱的阻值调至最大。
(1)上述步骤的合理顺序是 (只填写序号);
(2)电路中接入电阻R0的目的是 ;
(3)在步骤A中,调节如图乙所示电阻箱的四个旋钮时,最先调节的是“× ”(填旋钮下方数字),并沿合理的旋转方向调节旋钮。若电阻箱调节好后示数如图乙所示,则待测电阻的阻值为 Ω;
(4)若将定值电阻R0换成最大阻值为50Ω的滑动变阻器,关于滑动变阻器的作用下列说法正确的是( )
A.若步骤A中难以使电流表示数为I,可调节滑动变阻器实现
B.仅能作为阻值为50Ω的定值电阻使用
C.可以改变步骤C中的电流表示数,便于实验读数
D.滑动变阻器接入电路中阻值最大可保护电路,步骤D中电阻箱的阻值无需调至最大
(5)根据上述测量方法,只用电压表也能测量待测电阻,请在丙图中画出电压表的连接 。
7.如图丙所示电路用的是等效替代法测量未知电阻.其中Rx是待测电阻,R是滑动变阻器,R0是电阻箱(表盘情况如图丁所示).正确连接电路后,先将开关S拨至位置 (选填“1”或“2”)处,调节滑动变阻器的滑片P至某一位置,记下此时电流表的示数I1;再将开关S拨至另一位置,调节 ,使电流表的示数恰好为I1,记下此时电阻箱的示数如图乙所示,则电阻Rx的阻值为 Ω.
8.物理课上老师请同学们设计一个测量未知电阻Rx的实验,各组同学都提出了自己的设计方案,下列是两组同学的设计情况。
(1)甲组同学决定采用伏安法,请你在虚线方框内帮他画出实验电路图 。并说明所需测量的物理量:
① ;
② ;
(2)乙组同学设计了不同的方案,经讨论后同学们达成共识,设计的电路如图,以下是他们的实验操作步骤:
①按电路图连接好实物电路。
② 。
③ 。
(3)请你用所测物理量写出两种方案未知电阻Rx的数学表达式:
甲组:Rx= 。
乙组:Rx= 。
9.小明家里有一个待测电阻Rx,一个标准的电阻箱(元件符号 ),若干开关、干电池、导线和一个电流表,请你利用这些器材测量电阻Rx的值。
(1)画出你设计的实验电路图;( )
(2)将下面的实验步骤补充完整,并用字母表示需要测出的物理量:
第一步:开关断开,并按设计的电路图连接电路;
( )
(3)写出Rx的表达式: 。
10.如图是能巧测R2阻值的实验电路。图中R为电阻箱,R0为定值电阻(阻值未知)。要求仅利用电阻箱读数表达R2的阻值,请你设计实验步骤并写出实验结果表达式。
11.图甲是小罗设计的测量待测电阻RX阻值的电路图(电源电压保持不变)。
测量步骤如下:
第1步:闭合开关S和 ,调节 (选填“RX”或“R0”),使电压表的示数为2V,断开全部开关;
第2步:闭合开关S和 ,调节 (选填“RX”或“R0”),使电压表的示数仍为2V,此时电阻箱R0接入电路中的阻值如图乙所示,则待测电阻Rx的大小为 Ω。
12.小华利用如图所示的电路来“测量未知电阻”的阻值。电源电压保持不变,S是单刀双掷开关、R'是电阻箱、RP是滑动变阻器、Rx是待测电阻。
(1)在连接电路时,开关应 ,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于 端(选填“A”或“B”);
(2)正确连好电路,将开关S拨到a,移动滑片P到适当位置,电流表的示数为I;
(3)再将开关S拨到b,调节 ,使电流表的示数仍然为I,读出电阻箱的阻值为R,则待测电阻Rx的值为 ;
(4)这种测量电阻的方法叫做 法。
13.如图是能巧测R2阻值的实验电路。图中R为电阻箱,R0为定值电阻(阻值未知)。要求仅利用电阻箱读数来表达R2的阻值,请你设计实验步骤并写出实验结果表达式。
(1) ;
(2) ;
(3) 。
14.现有一个电压约为9V的电源,一个量程为0~0.6A的电流表,一个阻值为30Ω的定值电阻R0,两个开关及若干导线,请利用上述器材测出阻值约为10Ω的未知电阻Rx的阻值。要求:
(1)画出实验电路图(电路连好后不可拆分);
(2)写出主要的实验步骤和需要测量的物理量;
(3)写出待测电阻Rx的数学表达式(用已知量和测量量表示)
15.中学阶段,通常将电流表视为理想电表(即不考虑电流表内阻),实际上电流表有内阻。为测量电流 表 A1的内阻,某同学设计了如图所示的电路,图中 A0是标准电流表,R0和 R1分别是滑动变阻器和电阻箱,S 和 S1分别是单刀双掷开关和单刀开关,E 是电池。请完成下列实验:
(1)将 S 拨向接点1,接通 S1,调节 ,使待测电表指针偏转到适当位置,记下此时标准电表 A0的读数 I;
(2)然后将 S 拨向接点2,调节 ,使 ,记下此时 R1的读数;
(3)多次重复上述过程,计算 R1读数的平均值,此值即为待测电表 A1内阻的测量值。
(4)此实验运用了以下哪一种物理研究方法?( )
A.控制变量 B.等效替代 C.理想模型
试卷第1页,共3页
试卷第1页,共3页
参考答案:
1. 电压表 电阻不变时,电流与电压成正比 5 右 控制电阻两端电压不变 0.75 保持不动
【详解】(1)[1]图乙中滑动变阻器同时接了金属杆两端的接线柱,电压表测电源电压,因为电源电压恒为4.5V,所以闭合开关会导致电压表的示数超过量程。
[2]根据[1]可知,应该将滑动变阻器改为一上一下的接法,由图甲滑动变阻器滑片左侧的电阻丝接入电路,故滑动变阻器左下接线柱连入电路中,如图所示:
(2)[3]根据表中数据可知:电压增大为原来的几倍,通过的电流也增大为原来的几倍,所以得出的结论:在导体的电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比。
[4]当滑动变阻器接入电路阻值最大时的电流
所以表中第5组数据不可能是由该电路实际测量出的数据。
(3)[5][6]根据串联电路的分压原理可知,将定值电阻由10Ω改接成20Ω的电阻,电阻增大,其分得的电压增大;探究电流与电阻的实验中,应控制电压不变,根据串联电路电压的规律可知,为了保持定值电阻两端电压不变,应增大滑动变阻器分得的电压,由串联分压的分压原理可知,应增大滑动变阻器连入电路中的电阻,所以,滑片应向右端移动,使电压表的示数保持不变,即控制定值电阻两端电压不变。
(4)[7]如图丙所示,电压表选用小量程,分度值为0.1V,示数为2.5V,则灯泡的额定电功率为
(5)[8][9]①闭合S、S1,断开S2,调节滑片直至电压表示数为U额,此时灯泡正常发光;②闭合S、S2,断开S1,使滑动变阻器的滑片保持不动,读出电压表的示数,记为U0;③在②中,开关转换后,灯泡、R、滑动变阻器的连接没有发生改变,所以灯仍正常工作,根据串联电路电压的规律可知,此时定值电阻的电压为
由串联电路的电流规律和欧姆定律可知,灯的额定电流
所以小灯泡的额定功率
2. 2 1 12.5 0.3 0.9
【详解】(1)[1]电压表应并联在灯泡两端,且滑动变阻器应选择“一上一下”两个接线柱串联使用,应将滑动变阻器的左下接线柱和电流表的“﹣”接线柱相连,正确连线如下图所示:
(2)[2]电流表选用小量程,分度值为0.02A,根据欧姆定律可知,小灯泡正常发光时的阻值
(3)[3]因为灯泡的电阻随温度的升高而增大,所以,图中能准确反映小灯泡图像是C。
(4)①只闭合开关S和S2,调节滑动变阻器R1的滑片,使电流表示数为0.3A;
②[4]只闭合开关S和S1,保持滑动变阻器R2滑片位置不变,调节滑动变阻器R2,使电流表示数仍为0.3A,此时,滑动变阻器R2等效于小灯泡;
③[5]接着将R1的滑片P调至最左端,滑动变阻器R1被短路,记下电流表的示数为0.45A,则电源电压是
再将R1的滑片P调至最右端,滑动变阻器R1和滑动变阻器R2串联在电路中,滑动变阻器R1接入最大阻值,记下电流表的示数为0.15A,则电源电压是
根据电源电压不变,联立①和②可得,滑动变阻器R2的阻值
④则滑动变阻器R2的功率为
滑动变阻器R2等效于小灯泡,则小灯泡的额定功率
3. DCAB 60 60 等效替代法
【详解】(1)[1]根据电路图,连接实物,将电阻箱的阻值调至最大;然后把开关S接a点,读出电流表的示数为I(此电流为Rx、R0共同作用的效果);再把开关S接b点,调节电阻箱,使电流表的示数仍变为原来的数值I(此电流为R、R0共同作用的效果);最后读出电阻箱的示数R,故顺序为DCAB。
(2)[2][3]根据图乙可知,电阻箱的示数为
因为Rx和R0共同作用的效果与R、R0共同作用的效果相同,所以
即
(3)[4]该同学的实验采用等数值测量法,是先测得接入待测电阻时的电流值,再接入电阻箱,使接入电阻箱时的电流值与接入待测电阻时的电流值相等。其本质是使用电阻箱替代待测电阻取得相等的电流值,因此,本实验所采用的物理思想方法可称为等效替代法。
4. DCAB 保护电路 2010 等效替代法 能多次测量求平均值减小误差
【详解】(1)[1]本题的测量思路是等效替代的思想,即先把开关S接a点,读出电流表的示数为I(此电流为Rx、R0共同作用的效果);然后再把开关S接b点,调节电阻箱,使电流表的示数仍变为原来的数值I(此电流为R、R0共同作用的效果),既然Rx和R0共同作用的效果与R、R0共同作用的效果相同,则
即,这里用电阻箱R等效替代了待测电阻Rx,故正确的顺序应为DCAB。
(2)[2]电路中若没有R0,待测电阻的阻值较小时,会造成电路中电流过大,烧坏电流表和电源,故电路中接入电阻R0的目的是保护电路。
(3)[3]根据图2的指针位置可知
(4)[4]本实验中利用了电阻箱R阻值等效替代了待测电阻Rx,应用了等效替代法。
(5)[5]小亮设计电路中有滑动变阻器,可以进行多次测量,求平均值,可以减小误差。
5. 电流表没有调零 偏小 3608
【详解】(1)[1]若闭合开关S前,没有电流经过电流表,电流表示数如图甲所示,发现反偏,说明电流表的指针没有调零。
(2)[2]如考虑到电表的内阻对实验的影响,则图乙所示的测量方法,电压表分担一部分的电流,导致电流变大,定值电阻两端的电压是准确的,因为电流偏大,根据可知,测量的电阻值偏小。
(3)[3]已知电源电压恒定,当单刀双掷开关S接a时,待测电阻与定值电阻串联,电流表的示数为0.3A;当S接b时,电阻箱与定值电阻串联,调节电阻箱的旋盘,直到电流表示数为0.3A为止,此电路对电流的阻碍作用相同,那么电阻箱可以等效替代待测电阻,那么待测电阻的阻值为3608Ω。
6. DCAB 保护电路 1000 47 C
【详解】(1)[1]连接电路时,应将变阻箱旋钮旋到阻值最大处,保护电路,电源电压不变,闭合开关,先测量流过未知电阻的电流,再将开关连接到b点,调节变阻箱的阻值,使流过电阻箱的电流与流过未知电阻的电流相等,则电阻箱的阻值为未知电阻的阻值,所以合理的顺序是DCAB
(2)[2]电路中接入电阻R0的目的是保护电路,为了避免开关闭合时,电路中电流过大,烧坏用电器,所以闭合开关前将电阻箱调到阻值最大处,保护电路,同时为了避免调节变阻箱时,电路中电流过大,在电路中接入电阻R0保护电路。
(3)[3]调节变阻箱的原则是先大后小,所以最先调节“×1000”的旋钮。
[4]由图可知,变阻箱的阻值为47Ω。
(4)[5]A.步骤A中,电流表的示数是根据步骤C中电流表的示数调节的,要通过调节电阻箱的阻值大小使电流表的示数为I,故A错误;
B.可以通过调节滑动变阻器的阻值,使电路中电流表方便读数,故B错误;
C.开关S接a时,电流表测电路中的电流,可以通过调节滑动变阻器的阻值,使开关S接b时,方便电流表读数,减小误差,故C正确;
D.在开关闭合前,滑动变阻器要调到阻值最大处,故D错误;
故选C。
(5)[6]开关S接a时,未知电阻Rx与R0串联,电压表测量电阻Rx的电压,记录此时电压表的示数为U',将开关S接b,未知电阻Rx与R0串联,电压表测量电阻箱的电压,调节电阻箱的旋钮,使电压表的示数与U'相同,则此时电阻箱的阻值就是未知电阻的阻值。电路连接如图所示:
7. 2 电阻箱 427
【详解】解答:正确连接电路后,先将开关S拨至位置2,调节滑动变阻器的滑片P至某一位置,记下此时电流表的示数I1;再将开关S拨至另一位置,保持滑动变阻器的阻值不变,调节变阻箱的阻值,使电流表的示数恰好为I1,此时变阻器的阻值就是待测电阻的阻值.电阻箱的示数为:R=427Ω;即待测电阻的阻值为427Ω.
8. 电阻Rx两端的电压U 电阻Rx中的电流I 断开开关读出电流表的示数I1 闭合开关读出电流表的示数I2
【详解】(1)[1]电压表与电阻并联,电流表与电阻串联,然后与滑动变阻器、开关、电源组成电路,如下图所示:
[2][3]所需测量的物理量:①要用电压表测出电阻Rx两端的电压U
②用电流表测出通过电阻Rx中的电流I;
(2)实验步骤:
①按电路图连接好实物电路;
[4]②断开开关读出电流表的示数I1;
[5]③闭合开关读出电流表的示数I2;
(3)[6]甲组利用伏安法时,由计算电阻值;
[7]乙组利用安阻法,要断开开关S时,读出电流表的示数I1,则电源电压U=I1R0,闭合开关S,读出电流表的示数I2,则Rx中的电流
则
9. 见解析
【详解】测Rx的阻值,没有电压表,但有能表示阻值的电阻箱和电流表,可采用等效替代的方法,首先把Rx与电流表串联在电源上,电流表示数为I,再把电阻箱和电流表串联在电源上,调节电阻箱,使电流表的示数也为I,则Rx的阻值与电阻箱的阻值相等。
(1)[1]电阻箱和待测电阻并联,分别用两个开关控制,电流表接在干路上,如图所示:
(2)[2]实验步骤为:
第一步:开关断开,按电路图连接电路。
第二步:闭合开关S1,断开开关S2,记下电流表的示数I;
第三步:断开开关S1,闭合开关S2,调节电阻箱到适当位置,使电流表的示数等于I,记下此时电阻箱的阻值R。
(3)[3]因为前后两次的电流都是一样的,所以根据欧姆定律,Rx的阻值与电阻箱的阻值相等,即Rx的表达式:RX=R。
10.见解析
【详解】实验步骤:
①按照电路图连接电路,将开关接a,此时电阻箱和定值电阻串联,调节电阻箱的阻值到适当的位置,记下电流表的示数I和电阻箱的阻值RA;
②将开关接b,此时电阻箱、定值电阻和R2的阻值串联,调节电阻箱,直到电流表示数为I,记下电阻箱R的阻值RB;
③根据串联电路电阻特点,等效替代法,则
故
11. S1 R S2 R0 50
【详解】[1][2][3][4][5]本题是利用了等效替代法,用电阻箱所调节的电阻来代替所要测量的待测电阻RX,最终使电路中的电流电压电阻都保持一致,因而电阻箱的阻值就可以代替待测电阻的阻值。因而第1步:闭合开关S和S1,调节滑动变阻器R,使电压表的示数为2V,断开全部开关;第2步:闭合开关S和S2,滑动变阻器滑片不动,调节R0,使电压表的示数也保持为2V,此时电阻箱接入电路中的阻值即为待测电阻的阻值,即
12. 断开 B 电阻箱R' R 等效替代
【详解】(1)[1][2]为了保护电路,在连接电路时,开关应断开,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于阻值最大的一端,即B端。
(2)当S接a时,电阻Rx与滑动变阻器Rp串联,电流为I,总电阻为Rx+Rp,则电源电压
U=I(Rx+Rp)
(3)[3][4]当S接b时,电阻箱R′与电阻Rp串联,调节电阻箱R',使电流为I,总电阻为R+R0,则电源电压
U=I(R+Rp)
所以
I(Rx+Rp)=I(R+Rp)
解得:Rx=R。
(4)[5]等效替代法是常用的科学思维方法,等效是指不同的物理现象、模型、过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的,它们之间可以相互替代,而保证结论不变。这种测量电阻的方法就是等效替代法。
13. 见解析 见解析 R2=R-R′
【详解】(1)[1]将开关接a,电阻箱和R0串联,调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱R的电阻R。
(2)[2]将开关接b,电阻箱、R2和R0串联,调节电阻箱,保持电流表的示数I不变,记下电阻箱R的电阻R′。
(3)[3]两次电流表的示数相同,所以
R2=R-R′
14.(1);(2)见解析;(3)
【详解】(1)利用题干所给的器材将定值电阻R0、未知电阻Rx、0~0.6A的电流表以及其中一个开关(S)串联在电源两端;再将另一个开关(S0)并联在未知电阻Rx两端。如图所示
(2)具体的实验步骤如下:
①根据设计的电路图连接实物图,同时闭合开关S和S0,读出此时电流表的示数为I1;
②闭合开关S,断开S0,读出此时电流表的示数为I2。
(3)步骤①中同时闭合开关S和S0,此时未知电阻Rx被短路,电路中只有定值电阻R0,则有
即
①
步骤②中闭合开关S,断开S0,定值电阻R0与未知电阻Rx串联,则有
即
②
联立①②则有
则
15. R0 R1 标准电流表A0的读数仍为 I B
【详解】(1)[1]将 S 拨向接点1,接通 S1,调节R0,改变电路的电阻,使待测电表指针偏转到适当位置以减小测量误差,记下此时标准电表 A0的读数 I。
(2)[2][3]然后将 S 拨向接点2,调节R1,使标准电流表A0的读数仍为 I,则此时的R1阻值替代了待测电流表的内阻,记下此时 R1的读数即为待测电表 A1的 内阻。
(4)[4]实验中,当通过开关的切换,用电阻箱来替换待测电流表后,使标准电流表A0的读数仍为 I时,则此时的R1阻值和待测电流表的内阻相等,所以实验采用了等效替代法。
故选B。
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