学生版高考物理专题12电学实验二含答案.docx
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学生版高考物理专题12电学实验二含答案
考题1 探究导体电阻与其影响因素的定量关系
例1
在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中:
(1)某实验小组用如图1所示电路对镍铬合金和康铜丝进行探究,a、b、c、d是四种金属丝.
①实验小组讨论时,某同学对此电路提出异议,他认为,电路中应该串联一个电流表,只有测出各段金属丝的电阻,才能分析电阻与其影响因素的定量关系.你认为要不要串联电流表?
并简单说明理由.
图1
②几根镍铬合金丝和康铜丝的规格如下表所示:
电路图中三种金属丝a、b、c分别为下表中编号为A、B、C的金属丝,则d应选下表中的________(用表中编号D、E、F表示).
编号
材料
长度L/m
横截面积S/mm2
A
镍铬合金
0.30
0.50
B
镍铬合金
0.50
0.50
C
镍铬合金
0.30
1.00
D
镍铬合金
0.50
1.00
E
康铜丝
0.30
0.50
F
康铜丝
0.50
1.00
(2)该实验小组探究了导体电阻与其影响因素的定量关系后,想测定某金属丝的电阻率.
①用毫米刻度尺测量金属丝长度为L=80.00cm,用螺旋测微器测金属丝的直径如图2甲所示,则金属丝的直径d为________.
②按如图乙所示连接好电路,测量金属丝的电阻R.改变滑动变阻器的阻值,获得六组I、U数据描在图丙中所示的坐标系上.由图可求得金属丝电阻R=________Ω,该金属丝的电阻率ρ=________Ω·m(保留两位有效数字).
图2
1.某同学通过实验测量一种合金的电阻率.
(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径.为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧图3所示的部件__________(选填“A”、“B”、“C”或“D”).从图中的示数可读出合金丝的直径为________mm.
图3
(2)图4所示是测量合金丝电阻的电路,相关器材的规格已在图中标出.合上开关,将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中,发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化.由此可以推断:
电路中______(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了________(选填“短路”或“断路”).
图4
(3)在电路故障被排除后,调节滑动变阻器,读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA,由此,该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω.为了更准确地测出合金丝的阻值,在不更换实验器材的条件下,对实验应作怎样的改进?
请写出两条建议.
2.某实验小组在“测定金属丝电阻率”的实验过程中,正确操作获得金属丝的直径以及电流表、电压表的读数如图5所示,则它们的读数值依次是________、________、________.
图5
(2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为0~10Ω,电流表内阻约几欧,电压表内阻约20kΩ.电源为干电池(不宜在长时间、大功率状况下使用),电动势E=4.5V,内阻很小.则以下电路图中________(填电路图下方的字母代号)电路为本次实验应当采用的最佳电路.但用此最佳电路测量的结果仍然会比真实值偏________.
若已知实验所用的电流表内阻的准确值RA=2.0Ω,那么准确测量金属丝电阻Rx的最佳电路应是上图中的________电路(填电路图下的字母代号).此时测得电流为I、电压为U,则金属丝电阻Rx=________(用题中字母代号表示).
连接实物图要根据电路原理图,采用先串后并,如果滑动变阻器是分压式接法,一般先将电源、开关、滑动变阻器的全部电阻连接,然后将滑动变阻器的分压部分、待测电阻、电流表串联,最后并联电压表.同时注意电压表和电流表的正负接线柱以及电流表的内、外接法,还要注意量程选取是否合适.
考题2 测定电池的电动势和内阻
例2
某同学用如图6所示电路测量多用电表的内阻和内部电池的电动势.
图6
(1)多用电表右侧表笔为________(填“红表笔”或“黑表笔”).将多用电表选择旋钮调至欧姆挡“×1”,将红黑表笔短接,调节________,使指针指在右侧满刻度处.
(2)移动滑动变阻器R的触头,分别读出五组电压表(内阻较大,可视为理想电压表)和欧姆表示数U、R,并将计算得出的
、
记录在表格中,其中第四次测量时欧姆表的示数如图7,其阻值为________Ω.在如图8所示的坐标纸上作出
-
图线.
图7
2.50
1.70
1.25
1.00
0.80
0.18
0.10
0.06
0.02
图8
(3)若改用已使用较长时间的多用电表(电池电动势变小,内阻变大),但仍能调零后测电阻,其测得电阻R值与原来相比________.(填“偏大”、“不变”或“偏小”)
3.某同学用如图9所示的电路测量欧姆表的内阻和电源电动势(把欧姆表看成一个电源,且已选定倍率并进行了欧姆调零).实验器材的规格如下:
图9
电流表A1(量程200μA,内阻R1=300Ω)
电流表A2(量程30mA,内阻R2=5Ω)
定值电阻R0=9700Ω
滑动变阻器R(阻值范围0~500Ω)
(1)闭合开关S,移动滑动变阻器的滑动触头至某一位置,读出电流表A1和A2的示数分别为I1和I2.多次改变滑动触头的位置,得到的数据见下表.
I1(μA)
120
125
130
135
140
145
I2(mA)
20.0
16.7
13.2
10.0
6.7
3.3
依据表中数据,作出I1—I2图线如图10所示;据图可得,欧姆表内电源的电动势为E=________V,欧姆表内阻为r=________Ω.(结果保留3位有效数字)
图10
(2)若某次电流表A1的示数是114μA,则此时欧姆表示数约为________Ω.(结果保留3位有效数字)
测量电源的电动势和内阻的基本原理是闭合电路欧姆定律,数据处理的主要思想方法是“化曲为直”,常用的方法有三种:
1.伏安法——利用电压表和电流表,闭合电路方程为E=U+Ir,利用两组数据,联立方程求解E和r;也可作出U—I图象,图线的纵截距表示电源的电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻.
2.伏阻法——利用电压表和电阻箱.闭合电路方程为E=U(1+
).利用两组数据联立方程求解或将原方程线性化,处理为
=
·
+
或U=-r
+E,作
—
图象或U—
图象,利用图线的截距和斜率求E和r.
3.安阻法——利用电流表和电阻箱.闭合电路方程为E=I(R+r),利用两组数据联立方程求解或将方程线性化,处理为
=
·R+
,作
-R图象,利用图线的截距和斜率求E和r.
考题3 从原理迁移中突破电学实验
例3
霍尔效应是电磁基本现象之一,近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展.如图11所示,在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,在M、N间出现电压UH,这个现象称为霍尔效应,UH称为霍尔电压,且满足UH=k
,式中d为薄片的厚度,k为霍尔系数.某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数.
图11
(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电,电流与磁场方向如图11所示,该同学用电压表测量UH时,应将电压表的“+”接线柱与________(填“M”或“N”)端通过导线相连.
(2)已知薄片厚度d=0.40mm,该同学保持磁感应强度B=0.10T不变,改变电流I的大小,测量相应的UH值,记录数据如下表所示.根据表中数据在图12中画出UH—I图线,利用图线求出该材料的霍尔系数为______×10-3V·m·A-1·T-1(保留2位有效数字).
I(×10-3A)
3.0
6.0
9.0
12.0
15.0
18.0
UH(×10-3V)
1.1
1.9
3.4
4.5
6.2
6.8
图12
(3)该同学查阅资料发现,使半导体薄片中的电流反向再次测量,取两个方向测量的平均值,可以减小霍尔系数的测量误差,为此该同学设计了如图13所示的测量电路,S1、S2均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄片(未画出).为使电流从Q端流入,P端流出,应将S1掷向________(填“a”或“b”),S2掷向________(填“c”或“d”).为了保证测量安全,该同学改进了测量电路,将一合适的定值电阻串联在电路中.在保持其它连接不变的情况下,该定值电阻应串联在相邻器件________和________(填器件代号)之间.
图13
(9分)某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻,实验原理图如图14甲所示,其中,虚线框内为用灵敏电流计
改装的电流表
,
为标准电压表,E为待测电池组,S为开关,R为滑动变阻器,R0是标称值为4.0Ω的定值电阻.
图14
①已知灵敏电流计
的满偏电流Ig=100μA、内阻rg=2.0kΩ,若要改装后的电流表满偏电流为200mA,应并联一只________Ω(保留一位小数)的定值电阻R1;
②根据如图14甲,用笔画线代替导线将图乙连接成完整的电路;
③某次实验的数据如下表所示:
测量次数
1
2
3
4
5
6
7
8
电压表
读数U/V
5.26
5.16
5.04
4.94
4.83
4.71
4.59
4.46
改装表
读数I/mA
20
40
60
80
100
120
140
160
该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法),计算出电池组的内阻r=________Ω(保留两位小数);为减小偶然误差,逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是____________________________.
④该小组在前面实验的基础上,为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响,用一已知电动势和内阻的标准电池组,通过上述方法多次测量后发现:
电动势的测量值与已知值几乎相同,但内阻的测量值总是偏大.若测量过程无误,则内阻测量值总是偏大的原因是________.(填选项前的字母)
A.电压表内阻的影响
B.滑动变阻器的最大阻值偏小
C.R1的实际阻值比计算值偏小
D.R0的实际阻值比标称值偏大
知识专题练 训练12
题组1 探究导体电阻与其影响因素的定量关系
1.用伏安法测定电阻约为5Ω的均匀电阻丝的电阻率,电源是两节干电池.如图1甲所示,将电阻丝拉直后两端固定在带有刻度尺的绝缘底座两端的接线柱上,底座的中间有一个可沿电阻丝滑动的金属触头P,触头上固定了接线柱,按下P时,触头才与电阻丝接触,触头的位置可从刻度尺上读出.实验采用的电路原理图如图乙所示,测量电阻丝直径所用螺旋测微器如图丙所示.
图1
(1)用螺旋测微器测电阻丝的直径时,先转动________使测微螺杆F接近被测电阻丝,再转动________夹住被测物,直到棘轮发出声音为止,拨动________使F固定后读数.(填仪器部件的字母符号)
(2)根据电路原理图乙,用笔画线代替导线,将图2所示实物图连接成实验电路.
图2
(3)闭合开关后,滑动变阻器触头调至一合适位置后不动,多次改变P的位置,得到几组U、I、L的数据,用R=
计算出相应的电阻值后作出R—L图线如图3所示.取图线上两个点间数据之差ΔL和ΔR,若电阻丝直径为d,则电阻率ρ=________.
图3
题组2 测定电池的电动势和内阻
2.(2014·新课标Ⅰ·23)利用如图4所示电路,可以测量电源的电动势和内阻,所用的实验器材有:
图4
待测电源,电阻箱R(最大阻值为999.9Ω),电阻R0(阻值为3.0Ω),电阻R1(阻值为3.0Ω),电流表
(量程为200mA,内阻为RA=6.0Ω),开关S.
实验步骤如下:
①将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;
②多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R;
③以
为纵坐标,R为横坐标,作
-R图线(用直线拟合);
④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.
回答下列问题:
(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻,则
与R的关系式为
____________________________________.
(2)实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻R=3.0Ω时电流表的示数如图5所示,读出数据,完成下表.
答:
①__________,②__________.
R/Ω
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
I/A
0.143
0.125
①
0.100
0.091
0.084
0.077
/A-1
6.99
8.00
②
10.0
11.0
11.9
13.0
图5
(3)在图6的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,根据图线求得斜率k=________A-1·Ω-1,截距b=________A-1.
图6
(4)根据图线求得电源电动势E=________V,内阻r=________Ω.
题组3 从原理迁移中突破电学实验
3.实际电流表有内阻,测量电流表G1内阻r1的电路如图7所示.
图7
供选择的仪器如下:
①待测电流表G1(0~5mA,内阻约300Ω)
②电流表G2(0~10mA,内阻约100Ω)
③定值电阻R1(300Ω)
④定值电阻R2(10Ω)
⑤滑动变阻器R3(0~1000Ω)
⑥滑动变阻器R4(0~20Ω)
⑦干电池(1.5V)
⑧电键S及导线若干.
(1)定值电阻应选________,滑动变阻器应选________.(在空格内填写序号)
(2)对照电路图用笔连线连接如图8所示实物图.
图8
(3)补全实验步骤:
①按如图7所示电路图连接电路,将滑动变阻器的触头移至最________(填“左端”或“右端”);
②闭合电键S,移动滑动触头至某一位置,记录G1和G2的读数I1和I2;
③多次移动滑动触头,记录G1和G2的读数I1和I2;
④以I2为纵坐标,I1为横坐标,作出相应图线,如图9所示.
图9
(4)根据I2-I1图线的斜率k及定值电阻,写出待测电流表内阻的表达式________________.
4.现有一刻度盘总共有N小格、且刻度均匀,量程未准确确定的电压表V1,已知其量程在13~16V之间,内阻r1=150kΩ.为测定其准确量程U1,实验室提供了如下表所列的器材,要求方法简捷,尽可能减少误差,并能测出多组数据.
器材(代号)
规格
标准电压表V2
量程3V,内阻r2=30kΩ
电流表A
量程3A,内阻r3=0.01Ω
滑动变阻器R
总阻值1kΩ
稳压电源E
20V,内阻很小
开关S、导线若干
(1)某同学设计了如图10所示的甲、乙、丙三种电路图
图10
你认为选择________电路图测量效果最好.(填“甲”、“乙”或“丙”)
(2)根据测量效果最好的那个电路图,将如图11所示有关器材连接成测量电路.
图11
(3)若选择测量数据中的一组来计算V1的量程U1,则所用的表达式U1=________________,式中各符号表示的物理量是:
________________.
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- 学生 高考 物理 专题 12 电学 实验 答案