2015高考物理拉分题专项训练57.doc

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电学设计性实验的处理
1．一细而均匀的导电材料，截面为同心圆环，如图1所示，此材料长约3cm，电阻约为100Ω，已知这种材料的电阻率为ρ.欲测量该样品的内径，但内径太小，无法直接测量．现提供以下实验器材：
A．20分度的游标卡尺；
B．螺旋测微器；
C．电流表A1(量程50mA，内阻r1＝100Ω)；
D．电流表A2(量程100mA，内阻r2约为40Ω)；
E．滑动变阻器R1(0～10Ω，额定电流2A)；
F．直流电源E(电动势为12V，内阻很小)；
G．上述导电材料R2(长约为3cm，电阻约为100Ω)；
H．开关一只，导线若干．
请用上述器材设计一个尽可能精确地测量该样品内径d的实验方案，回答下列问题：
(1)用游标卡尺测得该样品的长度如图2所示，其示数L＝________cm，用螺旋测微器测得该样品的外径如图3所示，其示数D＝________mm.

(2)在所给的方框中画出设计的实验电路图，并标明所选择器材的物理量符号．

(3)用已知的物理量和所测得的物理量的符号表示样品的内径d＝________.
解析(1)由游标卡尺主尺读得30mm，游标尺上第3条刻度线与主尺刻度线对齐，由游标尺读得3×0.05mm＝0.15mm，则该样品的长度L＝30mm＋
0.15mm＝30.15mm＝3.015cm.螺旋测微器固定刻度上最小刻度为0.5mm，可动刻度每旋转一圈，测微螺杆前进或后退0.5mm.由固定刻度读得3mm，由可动刻度读得0.205mm.该样品的外径为3mm＋0.205mm＝3.205mm.

(2)采用分压式电路，用已知内阻的电流表A1作为电压表，电流表A2外接可以消除系统误差．电路图如图所示．
(3)由测量时两电流表读数可得待测电阻R2＝I1r1/(I2－I1)．样品横截面积S＝π(D2－d2)/4，由电阻定律可得R2＝ρL/S，联立解得样品的内径d＝eq\r(D2－\f(4ρLI2－I1,πI1r1)).
答案(1)3.0153.205(2)如解析图所示
(3)eq\r(D2－\f(4ρLI2－I1,πI1r1)).
2．某电流表的内阻约50Ω，现要测量其内阻，可选用的器材有：
A．待测电流表(量程2mA)
B．电压表(量程3V和15V)
C．滑动变阻器R1(最大阻值10Ω)
D．电阻箱R2(阻值0.1～999.9Ω)
E．电源E(电动势4V，内阻很小)
F．开关S及导线若干

图4
(1)请在图4甲中完成实验电路图；
(2)请将图乙的实物连线连接完整；
(3)计算电流表内阻的表达式为：RA＝________，式中各符合的物理意义：______________________________________________________________.
解析电流表满偏电压约0.1V，电压表3V的量程远大于0.1V，若直接用电压表测量电流表的电压，由于示数大小，偶然误差对测量结果影响很大．把电流表与电阻箱串联，用电压表测其串联后的总电压，可以增大电压表的读数以减小偶然误差的影响，则电流表内阻rA＝eq\f(U,I)－R2，U是电压表的读数，I是电流表的读数，R2是电阻箱的电阻．由于滑动变阻器总阻值只有10Ω，因此采用分压电路供电．
答案(1)如图甲
(2)如图乙

(3)eq\f(U,I)－R2U是电压表的读数，I是电流表的读数，R2是电阻箱的电阻
3．某实验探究小组为了测定滑动变阻器上金属丝的电阻率，除待测滑动变阻器Rx(总阻值约25Ω)外，在实验室还找到了下列器材．
A．学生电源，有三个输出端，分别是：交流输出(可输出电压2V、4V、6V、8V、10V，额定电流1A)，直流输出(可输出电压约2V、4V、6V、8V、10V，额定电流1A)，直流稳压(电压6V，额定电流0.6A)
B．电流表A1(0～0.6A～3A，内阻约1Ω、0.5Ω)
C．电流表A2(0～100mA，内阻约10Ω)
D．电压表V(0～3V～15V，内阻约1kΩ、3kΩ)
E．螺旋测微器
F．电阻箱R1(0～999.9Ω，1A)
G．电阻箱R2(0～9999Ω，1A)
H．单刀双掷开关S一只

(1)选择适当的器材，设计一个电路，要求能较准确地测出Rx和电流表内阻的值，在虚线框内画出电路图，并标明所选学生电源的输出端、器材代号和电表量程．
(2)用螺旋测微器测得滑动变阻器瓷管直径为d1，绕有金属丝部分的直径为d2，则金属丝的半径为r＝________；金属丝共N匝，则其长度为L＝________.
(3)根据你的设计，简要说明实验步骤，写出Rx和电流表内阻RA的表达式：
A．___________________________________________________