8. 探究黑盒子问题:

3]某同学要测定电源B的电动势E和内阻r，除了一只安培表外(内阻很小可忽略不计)，又找到两个电阻，其中一个电阻的阻值R₁是已知的，另一个电阻的阻值R₂是未知的，一个单刀双掷开关K，一个单刀单掷开关S以及若干导线。他利用仅有的器材设计出如下图所示的测量电路。

①将实物图中的实物连接成测量所用的电路。

②　　 该同学先测量电阻R₂的大小。方法是将开关S闭合，然后必须记录的数据是(步骤用简要的文字说明，测量的量用字母表示)______________________________________。

用记录的数据表示R₂的公式为R₂=__________________。

③若要测出电源的电动势E和内阻r，除②中记录的数据外，还必须记录的数据是(步骤用简要的文字说明，测量的量用字母表示)：_________________________________________。列出方程(不要求写出最终结果)：_________________________________。(在写出的方程中若出现R₂，可直接使用该字母。)

[解析]①图略 ②将K掷于b，记下电流表示数I₁；再将K掷于a，记下电流表示数I₂。

③将K掷于空档，记下电流表示数I₃；方程：E=I₃R₁+ I₃r；

2]在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：　

? A．干电池E(电动势约为1.5V，内阻小于1.0Ω)

　 B．电流表A₁(满偏电流3mA，内阻r₁=10Ω)

　 C．电流表A₂(0-0.6A，内阻0.1Ω)

　D．滑线变阻器R₁(0-20Ω，10A)　

　E．滑线变阻器R₂(0-100Ω，10A)

　F．定值电阻R₃(990Ω)　

　G．开关和导线若干　

(1)为方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑线变阻器是______________(填字母代号)　

(2)请在虚线框内画出利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻的实验电路图．

(3)如图为某一同学根据他所设计的实验给出的I₁、I₂图线(I₁为A₁的示数，I₂为A₂的示数)，由图线可求得被测电池的电动势E＝______________V，内阻r =_____________Ω．

[解析]　 (1)R₁

(2) 电路如图所示　　

(3)1.4 8，0.8　

1]用电压表和电阻箱测量电源电动势和内阻，可用的实验器材有：

被测电源：电动势约为8V，内阻约为2Ω；

电压表V：量程10V，内阻RV约为10kΩ；

电阻箱R：阻值范围：0~999.9Ω，允许最大电流1.0A；

开关2只、导线若干。

①在右边的方框内画出实验电路图。

②实验中，在开关闭合前，电阻箱各个旋钮应该放在____位置。在测量过程中，为保证电路的安全，应使电阻箱的电阻不得小于某一阻值，该阻值约为_____Ω。

③简要说明测量的主要步骤和测量量_________________________________________。

④用测量量计算电源电动势的表达式为E=________，计算电源内阻的表达式为r=________。

[解析]①如右图 ②9，6 ③闭合S₁，断开S₂，记下电压表示数U₁；闭合S₁和S₂，记下电压表示数U₂和电阻箱读数R。④U₁，

7.电源电动势和内阻的测量：

1]小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压)：　

(1)在左下框中画出实验电路图．可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器(变化范围0-10Ω)、电源、小灯泡、电键、导线若于．

(2)在图中画出小灯泡的U-I曲线．

(3)若将该小灯泡接在电动势是1.5V，内阻是2.0Ω的电池两端，小灯泡的实际功率是多少?(简要写出求解过程，若需作图，可直接画在图中)

[解析](1)由于小灯泡灯丝的电阻值远小于电压表的内阻(如：电压为2.00V时，其阻值R_灯=)，为减少由于电表接入电路引起的系统误差，应采用电流表外接法．为使小灯泡两端的电压的变化范围尽可能大，滑线变阻器应连接成分压电路，实验电路如图所示．　

(2)根据实验得到的数据在U-I坐标系中描点，并将这些数据点连接成一条平滑的曲线，如图所示．

(3)根据作出电源的U-I图线，它与小灯泡的伏安特性曲线的交点坐标就是小灯泡的工作点，即工作电流I=0.35A，工作电压U=0.08V，故小灯泡的实际功率P=IU=0.28W．

[点评] 本题主要考查独立完成实验的能力．主要包括①实验原理及电路；②用图象法处理实验数据，并得出实验结论．其中利用图线确定小灯泡与电源连接后的工作点是解答本题第(3)问的关键．

6.伏安特性曲线的描绘：

5.电路故障分析:

如图所示是一个电热器电路。指示灯、电键、电热丝构成串联回路，接在电源上发现该电路有一个元件断路、有一个元件短路，但不知道是哪个元件上有故障，今用一个校验电灯分别依次接在各处进行检测，得到如下表所示的结果，请根据表格回答下列问题：

	校验次序	1	2	3	4	5	6
校验接入点	af	ab	cd	ef	ad	cf
发光情况	常发光	不发光	发光 不正常	不发光	发光 不正常	正常发光

(1)由前两次检测可以知道： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

(2)由第三次检测可以知道：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　.　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　

(3)由以上检测可以知道：　　　　　　　　　　 断路；　　　　　　　　　　 　短路。

[解析]　 (1)电源正常，电键或电热丝断路

(2)指示灯、电热丝未断路　

(3)　 电键　 断路；　 指示灯　 短路。

注：本人觉得“电路故障分析类”实验试题确实反映学生电学实验能力，但每年这类题在高考物理题中很少，实验题考查老是老面孔，缺少创新！今年的期待不知如何？

4.测量表的满偏电流：

有以下可供选用的器材及导线若干条,要求使用个数最少的仪器尽可能精确地测量一个电流表的满偏电流．　

A．被测电流表A₁：满偏电流约700-800，内阻约100Ω，刻度均匀、总格数为N

B．电流表A₂：量程0.6A，内阻0.1Ω

C．电压表V：量程3V，内阻3kΩ?　

D．滑动变阻器R₁：最大阻值200Ω

E．滑动变阻器R₂：最大阻值1kΩ?　

F．电源E：电动势3V、内阻1.5Ω

G．开关一个

(1)在虚线框内画出实验电路图,并在每个选用的仪器旁标上题目所给的字母序号．

(2)测量过程中测出多组数据,其中一组数据中待测电流表A的指针偏转了n格，可算出满偏电流I_g=___________，式中除N、n外,其他字母符号代表的物理量是______________．

[解析](1)首先来分析电路的测量部分．由于电流表A₂量程与待测电流表A₁量程相差太大，从实验测量精度考虑，不能直接将电流表A₂与电流表A₁串联来测量电流．注意到电压表内阻已知，而允许通过电压表的最大电流为，跟待测电流表的量程接近，因此，可将电压表与电流表A₁串联，利用其读数来计算通过电流表A₁的电流．　

再来分析电路的控制部分．若将滑动变阻器接成限流式，则通过待测电流表的最小电流大约为，显然，不能保证电表安全,也无法通过调节测量多组数据．因此，应采用分压式控制电路，为了便于调节，应选用最大阻值20Ω的滑动变阻器．　

综合以上分析，选用的器材应为A、C、D、F、G其实验电路如图所示．　

(2)实验过程中，调节滑动变阻器滑动触头，使待测电流表A₁的指针偏转n格，读出此时电压表V的示数U，则通过待测电流表的电流由此可得,电流表的满偏电流，式中U为电压表的读数，R_V为电压表的内阻．

3]为了测量量程为3V的电压表V的内阻(内组约2000Ω)。实验室中可以提供的器材有：

电流表A₁，量程为0.6A，内组约0.1Ω　　　　

电压表V₂，量程为5V，内组约3500Ω

电阻箱R₁阻值范围为0－9999　　 　　　

电阻箱R₂阻值范围为0－99.9

滑动变阻器R₃，最大阻值约为100Ω，额定电流1.5A

电源E，电动势6V，内阻约0.5Ω　

单刀单掷开关K，导线若干。

(1)请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V的内阻的实验电路，画出原理图(原理图中的元件要用题中相应的英文字母标注)，要求测量尽量准确。

(2)说明实验所要测量的量：　　　　　　　　；

写出计算电压表V的内阻R_V的计算公式为R_V＝_________________。

[解析] (1)如图所示：

　 　(2)电阻箱R₁的阻止；电压表V和电压表V₂的测量示数

　 　(3)R_V=U R₁/(U₂-U)

[4]把一个满偏电流Ig=100μA、内阻未知的电流表改装为量程是3V的电压表。先用如图所示的电路测定电流表的内阻。图中的R用电位器(一种旋转滑动的变阻器)，R^/用电阻箱，且R比R^/大很多。实验时要进行的步骤有：

A．合上开关S₁；

B．合上开关S₂；

C．将R的阻值调到最大；

D．调整R的阻值，使电流表指针偏转到满刻度；

E．记下R^/的阻值；

F．调整R^/的阻值，使电流表指针偏转到正好是满刻度的一半。

实验步骤的合理顺序为___________________(填字母代号)。

在上述的步骤中，若记下的R^/=2000Ω，则电流表的内阻r_g=_______Ω。测出的r_g比真实值_____(填“偏大”或“偏小”)。

将此电流表改装为量程是3V的电压表。改装的方法是给电流表_____(填“串联”或“并联”)一个阻值为______Ω的电阻。

[解析]CADBFE；2000；偏小；串联；2.8×10⁴