学生实验小组要测量量程为3V 的电压表 V 的内阻 R_…——2024 高考物理第 10 题答案解析

2024_新课标卷 (2024·物理)

2024 全国 第 10 题 填空题 区分题
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10.学生实验小组要测量量程为3V 的电压表 V 的内阻 $R_{\mathrm{V}}$ 。可选用的器材有:多用电表,电源 E(电动势5V),电压表 $\mathrm{V}_{1}$(量程5V),内阻约 $3 \mathrm{k} \Omega$ ),定值电阻 $R_{0}$(阻值为 $800 \Omega$ ),滑动变阻器 $R_{1}$(最大阻值$50 \Omega$ ),滑动变阻器 $R_{2}$(最大阻值 $5 \mathrm{k} \Omega$ ),开关 S ,导线若干。

完成下列填空:

(1) 利用多用电表粗测待测电压表的内阻。首先应 $\_\_\_\_$(把下列实验步骤前的字母按正确操作顺序排列);
A. 将红、黑表笔短接
B. 调节欧姆调零旋钮,使指针指向零欧姆
C. 将多用电表选择开关置于欧姆挡"$\times 10$"位置

再将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的 $\_\_\_\_$填"正极、负极"或"负极、正极")相连,欧姆表的指针位置如图(a)中虚线I所示。为了减少测量误差,应将选择开关旋转到欧姆挡 $\_\_\_\_$(填"$\times 1$""$\times 100$"或"$\times 1 \mathrm{k}$")位置,重新调节后,测量得到指针位置如图(a)中实线II所示,则组测得到的该电压表内阻为 $\_\_\_\_$$\mathrm{k} \Omega$(结果保留 1 位小数);


图(a)


图(b)

(2) 为了提高测量精度,他们设计了如图(b)所示的电路,其中滑动变阻器应选 $\_\_\_\_$(填"$R_{1}$"或"$R_{2}$"),闭合开关 S 前,滑动变阻器的滑片应置于 $\_\_\_\_$(填"a"或"b")端;
(3) 闭合开关 S,滑动变阻器滑片滑到某一位置时,电压表 $\mathrm{V}_{1}$ ,待测电压表的示数分别为 $U_{1}$ 、 $U$ ,则待测电压表内阻 $R_{V}=$ $\_\_\_\_$(用 $U_{1} , U$ 和 $R_{0}$ 表示);
(4) 测量得到 $U_{1}=4.20 \mathrm{~V}, U=2.78 \mathrm{~V}$ ,则待测电压表内阻 $R_{V}=$ $\_\_\_\_$$\mathrm{k} \Omega$(结果保留 3 位有效数字)。

参考答案

(1) ①.CAB; (2) 负极、正极; (3) $\times 100$; (4) 1.6 (2) (1).$R_{1}$(2).a (3) $\frac{U R_{0}}{U_{1}-U}$ (4) 1.57

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这道题真正考什么?

核心知识
多用电表与电表改装
核心考法
受力分析图像法正交分解
关键能力
应用实验题
最容易错
读数未估读有效数字不规范
难度
区分题
下一步

别只看答案,试试你是不是真的会

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同知识点

同一个知识,换种问法

匹配依据:实验设计与器材选择

同考法

换个题面,方法仍然适用

匹配依据:受力分析 · 正交分解

完整解析 · 逐步详解

【答案】(1) ①.CAB ②.负极、正极 ③.$\times 100$ (4). 1.6
(2) (1).$R_{1}$(2).a
(3) $\frac{U R_{0}}{U_{1}-U}$
(4) 1.57

【解析】
【小问 1 详解】

[1]利用多用电表粗测待测电压表的内阻。首先应选择欧姆档即 C 选项:将多用电表选择开关置于欧姆挡"$\times 10$"位置;接着将红、黑表笔短接即 A 选项;进行欧姆调零即 B 选项:调节欧姆调零旋钮,使指针指

向零欧姆。
故首先操作顺序为 CAB。
[2]多用电表使用时电流"红进黑出"的规则可知:测量电阻时电源在多用电表表内,故将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的"负极、正极"相连。
[3]读数时欧姆表的指针位置如图(a)中虚线I所示,偏转角度较小即倍率选择过小,为了减少测量误差,应将选择开关旋转到欧姆挡倍率较大处,而根据表中数据可知选择"$\times 1 \mathrm{k}$"倍率又过大,故应选择欧姆挡"$\times 100$"的位置;
[4]测量得到指针位置如图(a)中实线II所示,则组测得到的该电压表内阻为

$$ R=16.0 \times 100 \Omega=1.6 \mathrm{k} \Omega $$

【小问 2 详解】
[1]图(b)所示的电路,滑动变阻器采用的是分压式连接,为了方便调节,应选最大阻值较小的滑动变阻器即 $R_{1}$ ;
[2]为保护电路,且测量电路部分电压从零开始条件,闭合开关 S 前,滑动变阻器的滑片应置于 a 端。
【小问3详解】
通过待测电压表的电流大小与定值电阻电流相同为

$$ I=\frac{U_{1}-U}{R_{0}} $$

根据欧姆定律得待测电压表的阻值为

$$ R_{\mathrm{V}}=\frac{U}{I}=\frac{U R_{0}}{U_{1}-U} $$

【小问 4 详解】
测量得到 $U_{1}=4.20 \mathrm{~V}, U=2.78 \mathrm{~V}$ ,带入待测电压表的阻值表达式 $R_{\mathrm{V}}=\frac{U R_{0}}{U_{1}-U}$ 则待测电压表内阻

$$ R_{\mathrm{v}}=\frac{2.78 \times 800}{4.20-2.78} \Omega \approx 1566 \Omega \approx 1.57 \mathrm{k} \Omega $$

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图(a)


图(b)

(1)先用欧姆表"$\times 100$"挡粗测 $R_{F}$ 的阻值,示数如图(b)所示,对应的读数是 $\_\_\_\_$$\Omega$ ;
(2)适当调节 $R_{1} , R_{2} , R_{3}$ ,使电压传感器示数为 0 ,此时,$R_{F}$ 的阻值为 $\_\_\_\_$(用 $R_{1} , R_{2} , R_{3}$ 表示);
(3)依次将 0.5g 的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小),读出电压传感器示数 $U$ ,所测数据如下表所示:

次数123456
砝码质量 $m / \mathrm{g}$0.00.51.01.52.02.5
电压 $U / \mathrm{mV}$057115168220280

根据表中数据在图(c)上描点,绘制 $U-m$ 关系图线 $\_\_\_\_$;


(4)完成前面三步的实验工作后,该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力 $F_{0}$ ,电压传感器示数为 200 mV ,则 $F_{0}$ 大小是 $\_\_\_\_$N(重力加速度取 $9.8 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^{2}$ ,保留2位有效数字);

(5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量 $C , D$ 间电压,在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力$F_{1}$ ,此时非理想毫伏表读数为 200 mV ,则 $F_{1}$ $\_\_\_\_$$F_{0}$(填">""="或"<")。

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A. 把柱塞快速地向下压
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C. 在橡胶套处接另一注射器,快速推动该注射器柱塞
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图(a)

(1)将图(a)中的实验器材间的连线补充完整 $\_\_\_\_$,使其能对传感器定标;
(2)连接好实验器材,把氧气含量为 $1 \%$ 的气瓶接到气体入口;
(3)把滑动变阻器的滑片滑到 $\_\_\_\_$端(填"$a$"或"$b$"),闭合开关;
(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置,使毫安表的示数为 1 mA ,记录电压表的示数 $U$ ;
(5)断开开关,更换气瓶,重复步骤(3)和④;
(6)获得的氧气含量分别为 $1 \% , 5 \% , 10 \%$ 和 $15 \%$ 的数据已标在图(b)中;氧气含量为 $20 \%$ 时电压表的示数如图(c),该示数为 $\_\_\_\_$V(结果保留2位小数)。
现测量一瓶待测氧气含量的气体,将气瓶接到气体入口,调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1 mA ,此时电压表的示数为 1.50 V ,则此瓶气体的氧气含量为 $\_\_\_\_$%(结果保留整数)。


图(b)


图(c)

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