高考物理二轮复习精品考点专题16 电学实验高考押题解析版.docx
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高考物理二轮复习精品考点专题16电学实验高考押题解析版
高考押题专练
1.某同学用以下器材接成如图甲所示的电路,并将原微安表盘改成如图乙所示的欧姆表盘,成功地改装了一个简易的“R×1k”的欧姆表,使用中发现这个欧姆表用来测量阻值在10~20kΩ范围内的电阻时精确度令人满意,表盘上数字“15”为原微安表盘满偏电流一半处.所供器材如下:
A.满偏电流Ig=100μA的微安表一个
B.电动势E=1.5V,电阻可忽略不计的电池
C.阻值调至14kΩ的电阻箱R
D.红、黑测试表笔和导线若干
(1)根据题中信息可知原微安表的内阻Rg=________Ω.
(2)在图甲电路的基础上,不换微安表和电池,图乙的刻度也不改变,仅增加1个电阻,就能改装成“R×1”的欧姆表.要增加的电阻应接在________之间(填a、b、c),电阻阻值为________.(保留两位有效数字)
(3)画出改装成“R×1”的欧姆表后的电路图.
【答案】
(1)1k
(2)a、c 15Ω (3)见解析图
【解析】
(1)根据“使用中发现这个欧姆表用来测量阻值在10~20kΩ范围内的电阻时精确度令人满意”说明在测阻值在10~20kΩ的电阻时欧姆表的指针在刻度盘的中间附近,由此可结合刻度盘确定此表的中值电阻,即表内总电阻约为R总=15kΩ.当表笔短接时,电流满偏,根据欧姆定律有:
Ig=
,代入E、R、Ig的值可得Rg=1kΩ.
(2)要把原表改装成“R×1”的欧姆表,就要减少表的内阻,依题意,显然只有在ac之间并联一个小电阻R′,才能使表内总电阻等于中值电阻R并=15Ω.根据R并=
,代入R以及Rg的数值可计算得R′≈15Ω.
(3)画出改装成“R×1”的欧姆表后的电路图如图所示.
2.一只小灯泡,额定功率为0.75W,额定电压值已模糊不清.A小组的同学想测定其额定电压值,于是先用欧姆表测出该灯泡的电阻约为3Ω,然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U=
=1.5V.B小组同学认为A小组测量方法有误,他们利用下面可供选择的器材设计一个电路,测量通过灯泡的电流和它两端的电压,并根据测量数据来绘制灯泡的U-I图线,进而找到灯泡的额定电压.
A.电压表V(量程3V,内阻约3kΩ)
B.电流表A1(量程1500mA,内阻约0.02Ω)
C.电流表A2(量程500mA,内阻约0.6Ω)
D.滑动变阻器R1(0~10Ω)
E.滑动变阻器R2(0~100Ω)
F.电源E(电动势4.0V,内阻不计)
G.开关S和导线若干
H.待测灯泡L(额定功率0.75W,额定电压未知)
(1)在实验过程中,B小组的同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加,在下面所给的虚线框中画出实验的电路原理图.上述器材中,电流表选________(选填“A1”或“A2”);滑动变阻器选________(选填“R1”或“R2”).
(2)当电压达到1.23V时,发现灯泡亮度很暗,当达到2.70V时,灯泡功率已超过额定功率,便立即断开开关,并将所测数据记录在下面表格中.
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.70
I/mA
80
155
195
227
255
279
310
请你根据表中实验数据在图中作出灯泡的U-I图线.
(3)由图象得出该灯泡的额定电压应为________V;显然这一结果大于1.5V,究其原因是________________________________.
【答案】
(1)见解析图 A2 R1
(2)见解析图
(3)2.5(2.4~2.6均可) 灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻(或灯泡电阻随温度升高而变大)
【解析】
(1)题目表格中电流最大310mA,考虑测量的精确度,故电流表选择A2;
要描绘小灯泡的U-I图象,电压要从零开始连续调节,故滑动变阻器用分压式接法,选择小量程的变阻器方便操作,故变阻器选择R1;电路如图所示.
(2)小灯泡的U-I图象如图所示:
(3)小灯泡的额定功率为0.75W;当电压为2.5V时,电流为0.3A,此时电功率为:
P=UI=2.5×0.3W=0.75W,恰好等于额定功率,故额定电压为2.5V;显然这一结果大于1.5V,究其原因是灯泡电阻随着温度的升高而变大.
3.某同学利用如图所示的电路,测定一个自感系数很大的线圈L的直流电阻RL,实验室提供下列器材:
①待测线圈L,阻值约为2Ω,额定电流为2A
②电流表A1量程为0.6A,内阻r1为0.2Ω
③电流表A2量程为3A,内阻r2约为0.2Ω
④变阻器R1阻值为0~10Ω,变阻器R2阻值为0~1kΩ
⑤电池E,电动势为9V,内阻很小
⑥定值电阻R3=10Ω,R4=1000Ω
⑦开关S1、S2
要求实验时,改变变阻器的阻值,待电路稳定时,可使在尽可能大的范围内测得多组A1表、A2表的读数I1、I2,利用I2-I1的图象,求出电感线圈的电阻.
(1)实验中定值电阻应选用________,变阻器应选用________.(填代号)
(2)I2-I1对应的函数关系式为__________.(选用题干所给出的物理符号表示)
(3)实验结束时应先断开开关________,后断开开关________.
(4)由I2-I1图象得出
的平均值为6.0,则电感线圈的直流电阻为________.(结果保留3位有效数字)
【答案】
(1)R3 R1
(2)I2=
I1 (3)S2 S1 (4)2.04Ω
【解析】
(1)采用已知内阻的小量程电流表A1替代电压表测量电压,需要串联一个大于等于R=
Ω-0.2Ω≈6.5Ω的定值电阻,所以实验中定值电阻应选用阻值为10Ω的R3,
要用分压电路,选择较小的滑动变阻器,滑动变阻器应选用阻值为0~10Ω的R1.
(2)由I1(R3+r1)=(I2-I1)RL,得:
=
,所以:
I2=
I1
(3)实验结束时为防止烧坏电路,应先断开开关S2,将电感线圈与A1断开,然后再断开S1.
(4)由I2=
I1,代入数据得:
RL=
=
Ω=2.04Ω.
4.高电阻放电法测电容的实验,是通过对高阻值电阻放电的方法测出电容器充电电压为U时所带的电荷量Q,从而再求出待测电容器的电容C,某同学的实验情况如下:
(1)按图甲所示电路连接好实验电路.
(2)接通开关S,调节电阻箱R的阻值,使小量程电流表的指针偏转接近满刻度,记下这时电流表的示数I0=500μA、电压表的示数U0=6.0V,I0和U0分别是电容器放电的初始电流和初始电压,此时电阻箱R的阻值为8.5kΩ,则电流表的内阻为________kΩ.
(3)断开开关S,同时开始计时,每隔5s或10s读一次电流I的值,将测得数据填入预先设计的表格中,根据表格中的数据在坐标纸上标出以时间t为横坐标、电流I为纵坐标的点,如图乙中用“×”表示的点.
(4)请在图乙中描绘出电流随时间变化的图线,并根据图线估算出该电容器两端电压为U0时所带的电荷量Q0约为________C;(结果保留两位有效数字)
(5)根据公式________来计算电容器的电容.(只要求写出表达式,不要求计算结果)
【答案】
(2)3.5
(4)如图所示 8.0×10-3
(5)C=
【解析】
(2)由欧姆定律有:
U0=I0(Rg+R)
得:
Rg=
-R=
Ω-8.5×103Ω=3.5×103Ω=3.5kΩ
(4)用平滑曲线连接各点,查出所画的曲线与坐标轴所围的格数以求得面积.因ΔQ=I·Δt即为曲线与坐标轴所围的格数的面积,则利用数格子方法,估算出电容器两端电压为U0时的电量为:
Q0=32×2.5×10-4C=8.0×10-3C
(5)根据电容的定义式可知,利用C=
可求出电容C.
5.某同学为了测量金属热电阻在不同温度下的阻值,设计了如图甲所示的电路,其中R0为电阻箱,Rx为金属热电阻,电压表可看做理想电表,电源使用的是稳压学生电源(内阻不计),实验步骤如下:
①按照电路图连接好电路
②记录当前温度t
③将单刀双掷开关S与1闭合,记录电压表读数U,电阻箱阻值R1
④将单刀双掷开关S与2闭合,调节变阻箱使电压表读数仍为U,记录电阻箱阻值R2
⑤改变温度,重复②~④的步骤
(1)则该金属热电阻在某一温度下的阻值表达式为:
Rx=________,根据测量数据画出其电阻Rx随温度t变化的关系如图乙所示;
(2)若调节电阻箱阻值,使R0=120Ω,则可判断,当环境温度为________时,金属热电阻消耗的功率最大.
【答案】
(1)
(2)20℃
【解析】
(1)设电源电压为E,则将单刀双掷开关S与1闭合时,
=
;单刀双掷开关S与2闭合时:
=
;联立解得:
Rx=
;
(2)金属热电阻消耗的功率最大时,此时金属热电阻的值等于电阻箱的阻值,即Rx=R0=120Ω,根据电阻-时间关系可知:
Rx=t+100,当Rx=120Ω时,t=20℃.
6.实验室里有一只“WA200”型的二极管,但它两端的“+”“-”号被磨掉了.小王想测出它的正负极,并测量它的正向电阻、反向电阻.小王先在网上查出该型二极管的正向电阻约5Ω、反向电阻约50Ω.小王在实验室找出以下器材:
电流表A,量程0.6A,内阻rA=0.1Ω
电压表V1,量程2V,内阻rV=1kΩ
电压表V2,量程3V,内阻约为2kΩ
定值电阻R1,阻值R1=40Ω
滑动变阻器R2,阻值范围0~5Ω
电源E,电动势3V,内阻不计
开关及导线若干
(1)小王先在二极管两端标上A和B,按如图甲所示电路连接.他发现电流表、电压表的示数都几乎不随滑动变阻器R2的阻值的变化而改变(电路保持安全完好),说明哪端是二极管的正极________(填A或B).
(2)小王标出了二极管的正负极,接着他设计了如图乙所示的电路.某次测量中读出电压表读数为U、电流表的读数为I,则二极管“正向电阻”的精确计算式R=________(用读数和字母表示).
(3)请您选用上面器材,帮小王设计一个测量二极管“反向电阻”的电路,填在图丙的方框内.要求:
能够多次测量、尽量精确.
【答案】
(1)B
(2)
-rA
(3)见解析图
【解析】
(1)因电压表和电流表均不随变阻器的阻值变化而变化,说明二极管反向接入,故B端为二极管的正极;
(2)由题图乙可知,采用了电流表内接法,则由欧姆定律可知:
R=
-rA.
(3)要想多次测量应采用分压式接法,由于反向电阻较大,属于大电阻,电路中电流较小,为了能准确测量,可以将V1与R1并联后充当电流表使用,再与电压表V2并联,即可求出电阻,故原理图如图所示.
7.某同学用如图所示电路进行实验,测定电源电动势、电压表内阻及电流表量程.器材如下:
电源E(电动势大小、内阻未知);
电流表G(总刻度30小格,量程未知,内阻不计);
电阻箱R(0~9999.9Ω);
电压表V(0~3V);
单刀双掷开关S及导线若干.
实验步骤如下:
a.单刀双掷开关S接1,调节电阻箱阻值,使电流表满偏(指针偏转30格),读出此时电阻箱阻值为800.0Ω.
b.继续调节电阻箱阻值,当电流表半偏(指针偏转15格)时,读出电阻箱阻值为1800.0Ω.
c.开关S接2,把电阻箱阻值调为0,读出此时电流表指针偏转10格,电压表示数2.80V.
请回答下列问题:
(1)开关S闭合前应把电阻箱阻值调为________;(填“最大值”或“最小值”)
(2)由以上测量数据可推算得到电压表内阻RV=________Ω,电流表量程为________mA,电源电动势E=________V;
(3)若电流表和电阻箱中只有一个断路;该同学利用电路中的电压表来检查故障,具体做法为:
开关S断开,用一根导线一端连接2,则另一端应接电路________点(填“a”或“b”).判断依据是____________________________.
【答案】
(1)最大值
(2)2800 3.0 3.0 (3)b 若电压表有读数,则故障为电阻箱断路;若电压表无读数,则故障为电流表断路
【解析】
(1)为了让电流由最小值开始调节,故应将电阻箱的阻值调为最大值;
(2)设每一格代表电流为I,当开关接1时,电流表满偏时有:
30I=
半偏时有:
15I=
而电阻箱电阻为零时有:
10I=
,U=10IRV
联立解得:
RV=2800Ω;I=1×10-4A;E=3.0V;
则可知电流表量程为30I=3.0mA.
(3)电路断开,一根导线一端连接2,则另一端应接电路b点,可将电压表与G串联接到电源两端,若电压表有读数,则故障为电阻箱断路;若电压表无读数,则故障为电流表断路.
8.LED绿色照明技术已经走进我们的生活.某实验小组要精确测定额定电压为3V的LED灯正常工作时的电阻,已知该灯正常工作时电阻大约为500Ω,电学符号与小灯泡电学符号相同.
实验室提供的器材有:
A.电流表A1(量程为50mA,内阻RA1约为3Ω)
B.电流表A2(量程为3mA,内阻RA2=15Ω)
C.定值电阻R1=697Ω
D.定值电阻R2=1985Ω
E.滑动变阻器R(0~20Ω)
F.电压表V(量程0~12V,内阻RV=1kΩ)
G.蓄电池E(电动势为12V,内阻很小)
H.开关S
(1)部分电路原理图如图所示,请选择合适的器材,电表1为________,电表2为________,定值电阻为________.(填写器材前的字母编号)
(2)将电路图补充完整.
(3)写出测量LED灯正常工作时的电阻表达式Rx=________(用已知量和测量量表示),当表达式中的________(填字母)达到________,记下另一电表的读数代入表达式,其结果为LED灯正常工作的电阻.
【答案】
(1)F B D
(2)如图所示
(3)
I2 1.5mA
【解析】
(1)电表2与定值电阻串联,应是电流表,根据电流表示数可得LED两端的电压,由于电流表A1阻值未知,所以电表2选用A2,定值电阻R1阻值太小,因此定值电阻应选用R2;电流表A1量程太大,电压表内阻已知,可以当电流表使用,所以电流表1选用电压表.
(3)电压表示数为U,电流表示数为I2,
=I2+
,可得Rx=
;当I2(R2+RA2)=3V,即I2=1.5mA时LED灯正常工作,Rx的值为LED灯正常工作时的电阻.
9.某同学通过实验研究小灯泡的电流与电压的关系,可用的器材如下:
电源(电动势为3V,内阻为1Ω)、电键、滑动变阻器(最大阻值为20Ω)、电压表、电流表、小灯泡、导线若干.(电压表和电流表均视为理想电表)
(1)实验中得到了小灯泡的U-I图象如图甲所示,则可知小灯泡的电阻随电压增大而________.(选填“增大”“减小”或“不变”)
(2)根据图甲,在图乙中把缺少的导线补全,连接成实验的电路.
(3)若某次连接时,把AB间的导线误接在AC之间,合上电键,任意移动滑片发现都不能使小灯泡完全熄灭,则此时的电路中,小灯泡获得的最小功率是________W.(计算结果保留2位有效数字)
【答案】
(1)增大
(2)见解析图 (3)0.33
【解析】
(1)根据欧姆定律R=
知,小灯泡的电阻随电压增大而增大.
(2)由图甲可知,电压从零开始调节的,因此滑动变阻器采用的是分压式接法,由于灯泡电阻较小,因此电流表需要外接,由此可正确连接实物图如图所示:
(3)由电路图可知,把AB间的导线误接在AC之间时,滑动变阻器左右两部分电阻丝并联然后与灯泡串联,当滑动变阻器并联电阻最大,即滑片位于中点时,电路总电阻最大,通过灯泡的电流最小,灯泡功率最小,此时滑动变阻器并联阻值为5Ω,此时等效电源内阻为6Ω,在同一坐标系内作出电源的U-I图象如图所示,由图象可知,灯泡两端电压U=0.95V,电流I=0.35A,灯泡实际功率P=UI=0.95×0.35W≈0.33W.
10.要测量一节内阻较大的干电池的电动势和内阻,某同学设计了如图所示的实验电路,电路中的定值电阻R1=8Ω.
(1)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片调到最右端.闭合开关后,调节滑动变阻器,记录多组电压表的示数U1、U2,填在下表中,请根据表格数据在如图所示的坐标系中作出U2-U1的图象.
U1/V
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
U2/V
1.05
0.90
0.75
0.70
0.45
0.30
根据作出的图象可得到电池的电动势E=________V,电池的内阻r=________Ω.
(2)由于电压表________(填“V1”或“V2”)内阻的存在,测得的干电池电动势________(填“大于”“等于”或“小于”)电动势的真实值,测得的干电池内阻________(填“大于”“等于”或“小于”)内阻的真实值.
【答案】
(1)如图所示 1.20 4.0
(2)V1 等于 大于
【解析】
(1)描点画出U2-U1图象.由闭合电路欧姆定律得E=U1+U2+
,得到U2=E-U1(1+
),由此可知,图象的纵轴截距等于电动势E=1.20V,图象斜率k=
=1+
,求得r=4.0Ω.
(2)如果考虑电压表内阻,则E=U1+U2+(
+
)r,U2=E-U1(1+
+
),因此电压表V1的内阻对干电池电动势的测量没有影响,图象的斜率为k=1+
+
,因此实验测得的干电池的内阻比真实值大.
11.为了测量某种材料制成的电阻丝Rx的电阻率,提供的器材有:
A.电流表G,内阻Rg=120Ω,满偏电流Ig=6mA
B.电压表V,量程为6V
C.螺旋测微器,毫米刻度尺
D.电阻箱R0(0~99.99Ω)
E.滑动变阻器R(最大阻值为5Ω)
F.电池组E(电动势为6V,内阻约为0.05Ω)
G.一个开关S和导线若干
(1)用多用电表粗测电阻丝的阻值,当用“×10”挡时发现指针偏转角度过大,应该换用________挡(填“×1”或“×100”),进行一系列正确操作后,指针静止时位置如图甲所示.
(2)把电流表G与电阻箱并联改装成量程为0.6A的电流表使用,则电阻箱的阻值应调为R0=________Ω.(结果保留三位有效数字)
(3)为了用改装好的电流表测量电阻丝Rx的阻值,请根据提供的器材和实验需要,将图乙中电路图补画完整.
(4)测得电阻丝的长度为L,电阻丝的直径为d,电路闭合后,调节滑动变阻器的滑片到合适位置,电压表V的示数为U,电流表G的示数为I.请用已知量和测量量的字母符号,写出计算电阻率的表达式ρ=________.
【答案】
(1)×1
(2)1.21 (3)见解析图
(4)
【解析】
(1)因欧姆表不均匀,要求欧姆表指针指在欧姆表中值电阻附近时读数较准,当用“×10”挡时发现指针偏转角度过大,说明倍率较大,应选择“×1”挡.
(2)将电流表G与电阻箱并联改装成量程为0.6A的电压表,而电流表G(内阻Rg=120Ω,满偏电流Ig=6mA),因此电阻箱的阻值应调为:
R0=
=
Ω≈1.21Ω;
(3)由图甲所示可知,待测电阻阻值为:
14×1Ω=14Ω,电压表内阻很大,约为几千甚至几万欧姆,电压表内阻远大于电流表内阻,电流表应采用外接法,滑动变阻器最大阻值为5Ω,小于待测电阻阻值,为测多组实验数据,滑动变阻器应采用分压式接法,电路图如图所示:
(4)由电阻定律可知,电阻:
Rx=ρ
=ρ
,则电阻率:
ρ=
,
根据欧姆定律得:
Rx=
=
,电阻率:
ρ=
.
12.某探究活动小组自主设计了实验装置来测量物体的带电量。
如图所示是一个外表面镀有金属膜的空心带电小球,用绝缘丝线悬挂于O点,O点固定一个可测量丝线偏离竖直方向角度θ的量角器,M、N是两块相同的、正对着竖直平行放置的金属板(金属板间电场可看做匀强电场).另外还要用到的器材有天平、刻度尺、电压表、电流表(已知内阻rA=1Ω)、开关、滑动变阻器R及导线若干.已知重力加速度为g。
根据题意回答下列问题:
(1)实验电路如图甲已接好,在实验中能够准确读出多组相应的电压表示数U、电流表示数I和丝线偏离竖直方向的角度θ;探究小组同学以电压U为纵坐标,以tanθ为横坐标,建立直角坐标系.通过绘制图线得到一条倾斜直线(题中未画出),得出斜率为k.为了求出小球所带电荷量q,该小组同学还必须测量的物理量有________、________(写出物理量名称及其符号),则小球的带电荷量q=________(用题目中给出的和测量的物理量符号表示);
(2)实验探究过程中,有同学提出用此电路可以测电源电动势和内阻,通过改变滑动变阻器的位置,从而改变电表的示数,他设计出以电压U为纵坐标,以电流I为横坐标,建立直角坐标系,作出U-I图线如图乙所示,由此可求得电动势为E=________,内阻r的准确测量值为________.
【答案】
(1)小球的质量m 金属板间距离d
(2)2.8V 1Ω
【解析】
(1)
小球在电场力、拉力以及重力作用下保持静止状态,则可知电场力与拉力的合力等于重力;受力分析如图所示;
则有:
Eq=mgtanθ
根据板间电压与场强间的关系有:
U=Ed
联立可得:
U=
则由数学规律可知,画出的U-tanθ图象中,图象的斜率k=
;
则可知q=
;实验中需要测量的物理量有:
小球的质量m、金属板间距离d.
(2)根据闭合电路欧姆定律可知:
U=E-Ir
由图象可知,图象与纵坐标的交点为电源的电动势,故E=2.8V;
因电路图采用相对电源内接法,故图象的斜率表示电源内阻与电流表内阻之和,则可知电源内阻与电流表内阻之和r′=
Ω=2Ω;
则电源内阻r=r′-rA=2Ω-1Ω=1Ω.
13.采用伏安法测量电源电动势E和内阻r时,由于电表因素带来了实验的系统误差.某研究性学习小组对此进行探究实验,设计出如图所示的测量电源电动势E和内电阻r的电路,E′是辅助电源,A、B两点间有一灵敏电流计G.
(1)请你补充实验步骤:
①闭合开关S1、S2,调节R和R′使得灵敏电流计G的示数为零,这时,A、B两点的电势φA、φB的关系是φA________φB(选填“远大于”“远小于”或“等于”).读出电流表和电压表的示数I1和U1;
②改变滑动变阻器R、R′的阻值,重新使得________,读出________.
(2)由上述步骤中测出的物理量,可以得出电动势E表达式为________、内电阻r的表达式________.
(3)该实验方案的优点是消除了________误差.
【答案】
(1)①等于 ②G读数为零 电压表读数U2、电流表读数I2
(2)
(3)系统
【解析】
(1)①闭合开关S1、S2,调节R和R′使得灵敏电流计G的示数为零,这时,A、B两点的电势φA、φB的关系是φA等于φB,读出电流表和电压表的示数I1和U1,电流表测量的是干路上的电流,其中I1等于通过电源E的电流.
②改变滑动变阻器R、R′的阻值,重新使得灵敏电流计示数为零.读出电流表和电压表的示数I2和U2.
(2)根据闭合回路欧姆定律得:
E=I1r+
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