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1、熱點16 電學創(chuàng)新實驗
(建議用時:20分鐘)
1.某同學在實驗室測汽車電熱器的電功率,此電熱器額定電壓為12 V.實驗室備有下列器材.
A.輸出電壓為16 V的學生電源
B.量程為0~3 A的電流表,內(nèi)阻約0.1 Ω
C.量程為0~0.6 A的電流表,內(nèi)阻約0.5 Ω
D.量程為0~3 V的電壓表,內(nèi)阻約3 kΩ
E.量程為0~15 V的電壓表,內(nèi)阻約15 kΩ
F.0~10 Ω,額定電流為0.5 A的滑動變阻器
G.0~10 Ω,額定電流為2 A的滑動變阻器
H.導線,開關(guān)
該同學測量的數(shù)據(jù)記錄如下:
U/V
2.4
3.0
5.0
8.0
10.0
2、
12.0
I/A
0.15
0.20
0.30
0.40
0.45
0.50
(1)該電熱器的阻值是否恒定不變?答:________(填“是”或“不是”).
(2)合理選擇實驗器材:電流表選________,電壓表選________,滑動變阻器選________.(填器材前的字母)
(3)請在方框內(nèi)畫出電路圖.
(4)電熱器的額定功率為________.(保留兩位有效數(shù)字)
2.實驗室備有以下器材:電壓傳感器、電流傳感器、滑動變阻器R1(阻值變化范圍0~20 Ω)、滑動變阻器R2(阻值變化范圍0~1 000 Ω)、電動勢適當?shù)碾娫?、小燈?4 V,2 W)、開關(guān)、
3、導線若干.
(1)要完整地描繪小燈泡的U-I曲線,請在方框中畫出實驗電路圖,并標出所用滑動變阻器的符號.
(2)實驗中描繪出的小燈泡U-I曲線如圖甲所示,由圖可知,小燈泡燈絲電阻隨溫度升高而________(填“增大”“減小”或“不變”).
(3)如果用上述器材測量所給電源的電動勢和內(nèi)電阻,實驗電路如圖乙所示,圖中R0是阻值為9 Ω的保護電阻,實驗中測得多組數(shù)據(jù)并記錄在下表中,試在圖甲中畫出等效電源的U-I圖象,由圖象可求出電源自身內(nèi)阻約為________Ω.
序號
1
2
3
4
5
6
U/V
4.00
3.40
2.80
2.00
1.50
0.
4、80
I/A
0.20
0.25
0.33
0.40
0.46
0.52
(4)若將上述小燈泡直接與電源和保護電阻組成串聯(lián)電路,如圖丙所示,此時小燈泡消耗的電功率約為________W.
3.太空探測器在探索宇宙過程中,由太陽能電池板給它提供能源.光明中學物理實驗室有一塊太陽能電池板,當有光照射它時(作為電源),其路端電壓與總電流的關(guān)系圖象如圖甲中的曲線①所示;若沒有光照射它時,相當于一個只有電阻的電學器件,無電動勢.物理實驗探究小組用“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗方法,探究該太陽能電池板在沒有光照射時的伏安特性曲線,利用電壓表(內(nèi)阻約3 kΩ)、電流表(內(nèi)阻約100
5、Ω)測得的多組數(shù)據(jù)作出的圖象如圖甲中曲線②所示.
(1)分析曲線②可知,該電池板作為電阻器件時的阻值隨通過電流的增大而________(填“增大”或“減小”),若所設(shè)計的電路如圖乙所示,實驗時應將圖乙中電壓表另一端a接在________點(填“b”或“c”);
(2)圖乙電路中a端接好后還少接了一根導線,請在圖乙中畫出;
(3)分析曲線①可知,該電池板作為電源時的電動勢約為________V,若把它與阻值為1 kΩ的定值電阻連接構(gòu)成一個閉合電路,在有光照射的情況下,該太陽能電池板的效率約為________%(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).
4.在某些汽車的后擋風玻璃中會嵌入一組電阻
6、絲,可通電加熱以化解霜凍.某物理興趣小組對其進行研究,如圖甲所示,是用伏安法測量其中一根電阻絲Rx阻值的實物連線圖.儀表規(guī)格如下表所示.
量程
內(nèi)阻
電流表A
0~0.6 A
等于0.20 Ω
電壓表V
0.3 V
約為1 kΩ
(1)將單刀雙擲開關(guān)S2置于位置b,閉合開關(guān)S1,電壓表和電流表指針如圖乙所示,則可讀數(shù)電壓表的示數(shù)U=________V,電流表的示數(shù)I=________A;計算得出電阻絲的阻值Rx=________Ω(保留兩位有效數(shù)字).
(2)若將單刀雙擲開關(guān)置于位置a,則通過電阻絲的電流________(選填“大于”或“小于”)此時電流表的讀數(shù)
7、.
(3)現(xiàn)有6根與Rx同型號的電阻絲和一個內(nèi)阻為2.0 Ω的電源,為了達到最快的化霜效果,請選用幾根電阻絲,并用筆畫線代替導線,在圖丙中進行設(shè)計連接.
熱點16 電學創(chuàng)新實驗
1.解析:(1)由該同學記錄的數(shù)據(jù)可知,電熱器的阻值不是恒定不變的.
(2)因?qū)嶒炛须姛崞髯畲箅妷簽?2 V,最大電流為0.5 A,故選擇量程為0~15 V的電壓表,量程為0~0.6 A的電流表;如果采用滑動變阻器的限流接法,則當滑動變阻器阻值調(diào)到最大時,電熱器上的電壓仍然會大于2.4 V,所以采用分壓式接法,由于電熱器的最大電流為0.5 A,采用分壓式時,滑動變阻器的一部分處在干路,故滑動變阻器能承受的最大電
8、流必須大于0.5 A,故選滑動變阻器G.
(3)由于電熱器的電阻在20 Ω左右,<,故采用電流表外接法,電路圖如圖所示.
(4)P=UI=12.0×0.5 W=6.0 W.
答案:(1)不是 (2)C E G (3)見解析圖
(4)6.0 W
2.解析:(1)描繪小燈泡的伏安特性曲線,電壓與電流應從零開始變化,滑動變壓器要采用分壓式接法,由于燈泡的阻值較小,電流傳感器應采用外接法,電路圖如圖所示.
(2)由題圖甲所示的燈泡的U-I圖象可知,隨電壓和電流的增大,燈泡的實際功率增大,燈絲溫度升高,電壓與電流的比值增大,由此可知,燈泡燈絲電阻隨溫度升高而增大.
(3)根據(jù)表中數(shù)
9、據(jù)作出電源的U-I圖象如圖中直線所示,由圖示圖象可知,電源內(nèi)阻r=-R0= Ω-9 Ω=1 Ω.
(4)由上圖可知,燈泡直接與電源和保護電阻組成串聯(lián)電路時,燈泡兩端電壓約為2.1 V,電流約為0.39 A,燈泡的電功率為P=UI≈2.1×0.39 W≈0.82 W.
答案:(1)圖見解析 (2)增大
(3)圖見解析 1 (4)0.82
3.解析:(1)由圖線②可知,無光照時太陽能電池板的阻值遠大于電流表內(nèi)阻,所以采用電流表內(nèi)接法,即a端接b點.
(2)描繪伏安特性曲線要求電壓從零開始調(diào)節(jié),即滑動變阻器要采用分壓式接法,故應該將滑動變阻器右端與電源正極用導線相連,如圖1所示.
10、
(3)太陽能電池板的電動勢由圖線①與縱軸的交點直接讀出,即2.75 V;在題圖甲中作1 kΩ 電阻的伏安特性曲線③如圖2所示,圖線③與圖線①的交點即電路的工作點,其坐標為(1.80,1.80),電池板的效率η=×100%=×100%=×100%=×100%≈65%.
答案:(1)減小 b (2)如解析圖1所示
(3)2.75 65
4.解析:(1)如題圖乙所示,電流表選取的量程為0~0.6 A,故讀數(shù)為0.50 A;電壓表的量程為0~3 V,故讀數(shù)為1.60 V,當開關(guān)S2接b時,電流表內(nèi)接,電阻Rx=-RA=3.20 Ω-0.20 Ω=3.0 Ω.
(2)當開關(guān)S2接a時,電流表外接,由于電壓表分流,所以此時電流表讀數(shù)為流過電壓表電流與流過電阻絲電流之和,故通過電阻絲的電流小于電流表讀數(shù).
(3)當外電路電阻和內(nèi)電路電阻相等時,電源輸出功率最大,化霜最快,即外電路電阻需為2.0 Ω,如圖(a)、圖(b)所示.
答案:(1)1.60 0.50 3.0 (2)小于
(3)見解析
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