届高考物理点拨专题讲练电学实验二含真题及解析新人教版来源学优高考网.docx

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[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]

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2015届高考物理考前三个月名师考点点拨专题讲练14电学实验

（二）（含14真题及原创解析）新人教版

考题1　测定金属丝（液体）的电阻率

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．

图1

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．

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

解析　

（1）①串联电路电流处处相等，串联电阻两端电压与电阻成正比，不需要测出电流，根据电阻两端电压大小即可比较出电阻大小．②探究影响电阻的因素，应采用控制变量法，实验已选A、B、C的金属丝，根据控制变量法的要求，应控制材料的长度与横截面积相等而材料不同，因此d应选表中的E.

（2）①由图示螺旋测微器可知，其示数为1.5mm＋10.0×0.01mm＝1.600mm；②根据坐标系内的点作出图象如图所示．

由图象可知，电阻阻值为R＝

＝

Ω＝0.5Ω；由电阻定律R＝ρ

＝ρ

可得，电阻率ρ＝

＝

Ω·m≈1.3×10－6Ω·m.

答案　

（1）①不需要，串联电路电流处处相等，电压与电阻成正比　②E　

（2）①1.600mm　②0.5　1.3×10－6

1．（2014·江苏·10）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．

答案　

（1）B　0.410　

（2）7、9　断路

（3）电流表改为内接；测量多组电流和电压值，计算出电阻的平均值．（或测量多组电流和电压值，用图像法求电阻值）

解析　

（1）螺旋测微器读数时应先将锁紧装置锁紧，即旋紧B.螺旋测微器的示数为（0＋41.0×0.01）mm＝0.410mm.

（2）电压表的示数不为零，电流表的示数几乎为零，说明连接两电表的电路是导通的．而滑动变阻器几乎不起作用，说明线路电阻很大，故可判断7、9间断路．

（3）由题知

≈0.005<

≈0.019，说明电流表的分压作用不显着，故可将电流表改为内接，并测出多组U、I值，求出Rx后，再取平均值作为实验结果．

2．

（1）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）．

答案　

（1）0.998mm（0.996～0.999mm均可）　0.42A　2.26V（2.25～2.28V均可）　

（2）A　小　B

－RA

解析　

（1）因电源不能在大功率下长时间运行，则本实验应采用限流式接法；同时电压表内阻较大，由以上读数可知，待测电阻的内阻约为5Ω，故采用电流表外接法误差较小；在实验中电压表示数准确，但电流表测量的是干路电流，故电流表示数偏大，则由欧姆定律得出的结果偏小；

（2）因已知电流表内阻的准确值，则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻，故应选B电路；待测电阻及电流表总电阻R＝

，则待测电阻Rx＝R－RA.

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　测定电源的电动势和内阻

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”）

答案　

（1）黑表笔　调零旋钮（调R0也可）

（2）30　如图所示

（3）偏大

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）

答案　

（1）1.50（1.48～1.51）　15.0（14.0～16.0）

（2）47.5（47.0～48.0）

解析　

（1）根据闭合电路欧姆定律，由图象与纵坐标的交点可求得：

欧姆表内电源的电动势E＝150μA×（300＋9700）Ω＝1.50V；

由图象的斜率绝对值可求得欧姆表内阻，内阻约为r＝

＝

＝

Ω＝15.0Ω.

（2）由闭合电路欧姆定律知E＝I1（R0＋R1）＋Ir，则I＝

＝0.024A，故欧姆表的示数R＝

＝47.5Ω.

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

解析　

（1）根据左手定则，正电荷受力向左，因此“＋”接线柱应接M点；

（2）画出图象，图象的斜率为

，将B和d代入就可以求出k值为1.5；（3）将S1掷向b，S2掷向c，电流恰好反向；应将该电阻接入公共部分，即在S1与S2之间，因此可以在S1与E之间也可以在E与S2之间．

答案　

（1）M（1分）

（2）如图所示（3分）

1．5（1.4～1.6）（1分）　（3）b（1分）　c（1分）　S1（或S2）（1分）　E（1分）

（2014·福建·19

（2））（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

答案　①1.0　②见解析图（其他正确连接同样给分）　③1.66　充分利用已测得的数据

④CD

解析　①由电流表的改装知识可知，R1＝

＝

Ω≈1.0Ω.

②如下图．

③根据闭合电路欧姆定律结合逐差法可知

r1＝

－R0，r2＝

－R0，

r3＝

－R0，r4＝

－R0.

故r＝

＝

－R0＝

[

－4.0]Ω≈1.66Ω.

逐差法在计算中体现的主要优点是：

充分利用已测得的数据．

④根据题意可知，内阻的测量值为r测＝

－R0，因此，电压表的内阻、滑动变阻器的阻值对测量结果无影响．若R1的实际值比计算值偏小，则改装后的电流表示数偏小，导致内阻测量值偏大．根据内阻测量值的表达式可知，R0的实际值比标称值偏大，也会导致内阻测量值偏大．故选C、D.

知识专题练　训练14

题组1　测定金属丝（液体）的电阻率

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

答案　

（1）D　H　G　

（2）见解析图　（3）

解析　

（1）在用螺旋测微器测电阻丝的直径时，先转动粗调旋钮，使测微螺杆F接近被测电阻丝，再转动微调旋钮夹住被测物，直到棘轮发出声音为止，拨动止动旋钮使F固定后读数．

（2）根据电路图，连接实物图

（3）根据R＝ρ

，得ΔR＝ρ

，而S＝

，代入得：

ρ＝

.

题组2　测定电源的电动势和内阻

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.

答案　

（1）

＝

R＋

（5.0＋r）

（2）①0.110（0.109～0.111均正确）

②9.09（9.01～9.17均正确）

（3）见解析图　1.0（0.96～1.04均正确）

6．0（5.9～6.1均正确）

（4）3.0（2.7～3.3均正确）　1.0（0.6～1.4均正确）

解析　

（1）根据闭合电路欧姆定律可知：

E＝IRA＋（I＋

）（R＋R0＋r）

将R0＝3.0Ω，R1＝3.0Ω，RA＝6.0Ω代入上式得

＝

R＋

（5.0＋r）

（2）从读数上，有效数字要一致，即读数是0.110A，倒数是9.09A－1.

（3）由

－R关系式可知k＝

，截距b＝

（5.0＋r）；由给出的数据作出图像，连线时尽可能使多的点在同一直线上，不在直线上的点要均匀分布在直线两侧如图所示．

由图像可知，k＝1.0A－1·Ω－1，b＝6.0A－1.

（4）电源电动势E＝3.0V，电源内阻r＝1.0Ω.

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________________．

答案　

（1）③　⑥　

（2）见解析图　（3）左端　（4）r1＝（k－1）R1

解析　

（1）因电流表G1的内阻约为300Ω，故定值电阻选择R1；为调节方便滑动变阻器选择R4.

（2）根据电路图连接实物如图所示：

（3）为保护测量电路，闭合开关时，测量电路应处于短路状态，故滑片移至最左端．

（4）由电路图知I2＝I1＋

，可得图象的斜率k＝1＋

，解得r1＝（k－1）R1.

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：

________________.

答案　

（1）乙　

（2）见解析图　（3）

U2　N：

V1的总格数，N1：

V1的读出格数，U2：

V2的读数，r1：

V1表内阻，r2：

V2表内阻

解析　

（1）由于待测电压表的满偏电流与标准电压表的满偏电流接近，大约是0.1mA，所以可将两电压表串联使用，由于滑动变阻器的全电阻远小于电压表内阻，所以滑动变阻器应用分压式接法，所以选择乙电路图进行测量．

（2）根据图乙所示电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示．

（3）待测电压表V1的指针偏转格数为N1，每格表示电压值为ΔU，

由欧姆定律可得：

＝

所以电压表V1的量程为U1＝N·ΔU

联立解得U1＝

U2

其中r1＝150kΩ，r2＝30kΩ，U2为某次测量时标准电压表V2的读数，N1为某次测量时待测电压表V1的指针偏转格数．