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推荐届高考物理专题卷12电学实验答案与解析
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高考物理专题十二
考试范围:
电学实验
1.(8分)现给出两个阻值不同的电阻R1和R2,用多用电表按正确的操作程序分别测出它们的阻值,测量R1时选用“×100”欧姆挡,其阻值如下图中指针①所示,R1=Ω;测量R2时选用“×10”欧姆挡,其阻值如下图中指针②所示,R2=Ω。
将某一小量程的电流表改装成大量程的电流表,其中改装后量程较大的是电流表与(填“R1”或“R2”)联(填“串”或“并”)的。
2.(10分)如下图甲为多用电表的示意图,现用它测量一个阻值约为20Ω的电阻,测量步骤如下:
(1)调节,使电表指针停在指针对准的“0”刻线(填“电阻”或“电流”)。
(2)将选择开关旋转到“Ω”档的位置。
(填“×1”、“×10”、“×100”或“×1”)
(3)将红、黑表笔分别插入“+”、“-”插孔,并将两表笔短接,调节,使电表指针对准的“0”刻线(填“电阻”或“电流”)。
(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触,若电表读数如下图乙所示,该电阻的阻值为Ω。
(5)测量完毕,将选择开关旋转到“OFF”位置。
3.
(8分)如下图所示是电子拉力计的示意图,金属弹簧右端和滑动触头P固定在一起(弹簧的电阻不计,P与R1之间的摩擦不计)。
定值电阻R0;电阻R1是用均匀电阻丝密绕在瓷管上做成的(类似于滑动变阻器),其长度为10cm,阻值R1=300Ω,电电动势E=3V,内阻不计。
理想电流表的量程为0~100mA。
当拉环不受拉力时,触头P刚好不与电阻R1接触(即电路断开)。
弹簧的劲度系数为10000N/m。
(1)电路中连入的R0阻值至少应为Ω。
(2)设计中需要将电流表上的电流数值改为拉力的数值,那么在原电流表的40mA处应改为N。
分析可知,拉力计的刻度是否均匀。
(填写“均匀”或“不均匀”)
(3)为了使拉力计的量程增大应采用的措施是(只填写一条)。
4.(6分)某待测电阻R(阻值约20Ω)。
现在要较准确地测量其阻值,且测量时要求两电表的读数均大于其量程的1/3,实验室还有如下器材:
A.电流表A1(量程150mA,内阻r1约为10Ω)
B.电流表A2(量程20mA,内阻r2=30Ω)
C.定值电阻R0(100Ω)
D.滑动变阻器R(0~10Ω)
E.直流电E(电动势约4V,内阻较小)
F.开关S与导线若干
(1)在右图中虚线框内画出测量电阻R的电路图,并将图中元件标上相应符号;
(2)用已知量和一组直接测得的量写出测量电阻R的表达式为。
5.(8分)
(1)为了测量电的电动势和内阻,在实验室里我们通常采取下图甲电路测量,请根据电路图甲连接实物图。
(2)由于电压表和电流表内阻的影响,下图甲所示电路存在系统误差,为了消除这一影响,某同学设计了如下的实验方案:
选择两块量程合适的电压表V1和V2,一个满足实验要求的电阻箱R,电键若干。
设计如下图乙所示的测量电路,该同学进行了如下的主要测量步骤:
①闭合电键S2,断开电键S1、S3,记下此时电压表V2的读数
②闭合S3,断开S1,S2,调节电阻箱R,当电压表V2的读数与①步骤的读数相同时,读出电阻箱的阻值为R0
③闭合S1、S2,断开S3,记下V1的示数U1
④再断开S1,记下V1和V2的示数U1′和U2′
请利用以上的测量数据写出该电的电动势和内阻的测量值表达式E=,r=。
6.(6分)如下图所示为一电学实验的原理图。
该实验可用测量待测电阻R的阻值(约500Ω)。
实物图所给两电流表量程相同,内阻都很小。
实验步骤如下:
(1)调节电阻箱,使它的阻值R0与待测电阻的阻值接近;将滑动变阻器的滑动头调到最右端;
(2)合上开关S;
(3)将滑动变阻器的滑动头向左端滑动,使两个电压表指针都有明显偏转;
(4)记下两个电流表
和
的读数I1和I2;
(5)多次改变滑动变阻器滑动头的位置,记下
和
的多组读数I1和I2;
(6)求R的平均值。
回答下面问题:
(1)不计电流表内阻的影响,用I1、I2和R0表示R的公式为R=。
(2)考虑电流表内阻的影响,用I1、I2、R0、
的内阻r1、
的内阻r2表示R的公式为R=。
7.(8分)一微安表
的刻度盘只标注了表示量程Ig=100μA的刻度线,尚未标注其他分刻度线,请用下列全部器材测量微安表
的内阻:
待测微安表
:
内阻Rg约为2Ω
毫伏表
:
量程250mV,最小分度5mV,内阻约为1Ω
滑动变阻器R1:
0~50Ω
滑动变阻器R2:
0~3Ω
直流电E:
电动势E=1.5V,内阻r约为1Ω
单刀单掷开关S,导线若干
(1)在如右图所示的实验电路原理图上标明所选用的滑动变阻器。
(2)下面是主要的实验操作步骤,将所缺的内容填写在横线上:
第一步:
断开S,按电路原理图连接器材,将两个滑动变阻器R1、R2的触头分别置于合理的位置;
第二步:
闭合S,分别调节R1和R2至适当位置,。
(3)用已知量和测得量的符号表示微安表
的内阻Rg=。
8.(8分)某同学设计如下图所示电路用测量电的电动势和内阻,其中电流表内阻为RA。
(1)实验时,应先将电阻箱的电阻调到。
(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)
(2)改变电阻箱的阻值R,分别测出通过电流表的电流I。
下列两组R的取值方案中,比较合理的方案是(选填“1”或“2”)
方案编号
电阻箱的阻值R/Ω
1
400.0
350.0
300.0
250.0
200.0
2
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
(3)根据实验数据描点,绘出的
-R图象是一条直线。
若直线的斜率为,在
坐标轴上的截距为b,则该电的电动势E=,内阻r=。
(用、b和RA表示)
9.(10分)测量“水果电池”的电动势和内电阻的实验中,将一铜片和一锌片分别插入同一只苹果内,就构成了简单的“水果电池”,其电动势约为1.5V,可是这种电池并不能点亮额定电压为1.5V,额定电流为0.3A的手电筒上的小灯泡。
原因是流过小灯泡的电流太小了,经实验测定电流约为3mA。
现有下列器材:
待测“水果电池”
电流表
:
满偏电流3mA,电阻约10Ω
电压表
:
量程0~1.5V,电阻约1000Ω
滑动变阻器R1:
0~30Ω
滑动变阻器R2:
0~30Ω
开关、导线等实验器材
(1)本实验选用上面所示的实验原理图,应该选用哪种规格的滑动变阻器?
。
(填写仪器代号)
(2)在实验中根据电压表的示数U与电流表的示数I的值,得到U—I图象如上图所示,根据图中所给数据,则“水果电池”的电动势E=V,内电阻r=Ω。
(3)若不计测量中的偶然误差,用这种方法测量得出的电动势和内电阻的值与真实值相比较,电动势E(选填“偏大”或“相等”或“偏小”),内电阻r(选填“偏大”或“相等”或“偏小”)。
10.(8分)一个标有“2.5V,0.3A”字样的小灯泡,现要测定其在0到2.5V的范围内不同电压下的电功率,有下列器材可供选择:
A.电压表V(0~3V,内阻RV=3Ω)
B.电流表G(0~500μA,内阻RG=600Ω)
C.电阻箱R1(0~99.99Ω)
D.滑动变阻器R2(10Ω,2A)
E.滑动变阻器R3(1Ω,0.5A)
F.电(直流4V,内阻不计)
(1)为保证实验安全、准确、操作方便,应选用的器材除小灯泡、电、电流表、开关、导线外,还需要(均用器材对应的字母填写)
(2)根据你设计的实验电路,完成上面实物图的连线。
(3)根据你的设计,若从仪表盘上读到的数据分别为U、IG,则小灯泡在该条件下的功率表达式为(均用字母表示)。
表达式中除U、IG外,其他符号的意义为。
11.(10分)用下列器材组装成一个电路,既能测量出电池组的电动势E和内阻r,又能同时描绘小灯泡的伏安特性曲线。
A.电压表V1(量程6V、内阻很大)
B.电压表V2(量程3V、内阻很大)
C.电流表A(量程3A、内阻很小)
D.滑动变阻器R(最大阻值10Ω、额定电流4A)
E.小灯泡(2A、5W)
F.电池组(电动势E、内阻r)
G.开关一只,导线若干
实验时,调节滑动变阻器的阻值,多次测量后发现:
若电压表V1的示数增大,则电压表V2的示数减小。
(1)请将设计的实验电路图在下方的虚线方框中补充完整。
(2)每一次操作后,同时记录电流表A、电压表V1和电压表V2的示数,组成两个坐标点(I,U1)、(I,U2),标到U—I坐标中,经过多次测量,最后描绘出两条图线,如下图所示,则电池组的电动势E=V、内阻r=Ω。
(结果保留两位有效数字)
(3)在U—I坐标中两条图线在P点相交,此时滑动变阻器连入电路的阻值应为Ω,电池组的效率为(结果保留两位有效数字)。
12.(10分)测量一螺线管两接线柱之间金属丝的长度的器材如下:
A.待测螺线管L(符号):
绕制螺线管金属丝的电阻率为ρ,电阻RL约为100Ω
B.螺旋测微器
C.电流表A1:
量程100μA,内阻RA1=500Ω
D.电流表A2:
量程0.6A,内阻RA2=15Ω
E.电压表V1:
量程6V,内阻RV1=4Ω
F.电压表V2:
量程3V,内阻RV2=2Ω
G.定值电阻:
R0=50Ω
H.滑动变阻器R′:
全电阻约为1Ω
I.电E:
电动势9V,内阻忽略不计
J.开关S一个,导线若干
(1)实验中用螺旋测微器测得金属丝的直径如上图所示,其示数为d=mm。
(2)根据所给实验器材,电流表选用,电压表选用(填写实验器材前面的字母)。
(3)根据所给实物图,在右侧方框中作出实验原理图。
(4)若测得的金属丝直径用d表示,电流表G的读数用I表示,电压表V的读数用U表示,则由已知量和测得量的符号表示金属丝的长度L=。
专题卷物理专题十二答案与解析
1.【命题立意】本题考查多用电表读数以及电表改装。
【思路点拨】欧姆档读数时需要乘以倍率。
【答案】(每空2分)900300R2并【解析】用面板读数乘以倍率即为读数,故R1=900Ω,R2=300Ω。
把小量程的电流表改装成大量程电流表,需要并联一个小电阻。
2.【命题立意】本题考查多用电表的使用。
【思路点拨】使用多用电表测量电阻,注意倍率选择和欧姆调零。
【答案】(除标注外,每空2分)
(1)调零螺丝电流
(2)×1(3)调零旋钮(1分)电阻(1分)(4)19.0【解析】使用多用电表欧姆档,先机械调零。
中值电阻为15Ω,测量20Ω的电阻时,要使用×1的倍率,然后进行欧姆调零;由刻度盘和倍率可知,测量电阻的阻值为19.0Ω。
3.【命题立意】本题考查传感器相关知识。
【思路点拨】根据欧姆定律和胡克定律解答。
【答案】(每空2分)
(1)30
(2)850不均匀(3)更换劲度系数更大的弹簧【解析】
(1)当P移动到R1的最右端时,电流表恰好满偏,则有
。
(2)
,
,解得=8.5cm,F==850N;由于电流与拉力不成正比,所以刻度不均匀。
(3)换劲度系数更大的弹簧,弹簧伸长相同的长度时,需要的拉力更大。
4.【命题立意】本题考查电阻的测量。
【思路点拨】本题没有电压表,要把电流表改装成电压表使用。
【答案】
(1)如右图所示(4分)
(2)
(2分)【解析】从题给出的器材中知,这里对电阻R的测量可用伏安法设计电路。
由于题给出的器材中没有电压表,而电流表A2的内阻r2已知,因此电压表可由电流表A2和固定电阻R0(100Ω)串联。
通过计算我们不难发现,这种设计完全符合题中的测量要求。
考虑到题给出的其它器材规格与要求,控制电路宜采用分压式控制电路。
完整的实验电路设计成如右图所示。
进行实验时在某次合适的测量中,记下A1表与A2表的示数分别为I1与I2,则有(I1-I2)R=I2(r2+R0),故
。
5.【命题立意】本题考查电电动势的测量。
【思路点拨】根据实验电路,连接实物图。
根据欧姆定律列方程求解电动势和内阻。
【答案】
(1)如右图所示(4分)
(2)
(2分);
(2分)
【解析】
(1)略
(2)设电的电动势为E、内阻为r,电压表V2的电阻为R。
由步骤①②可知,电压表V1的电阻为R0。
由步骤③可知电压表V1和电构成闭合电路,则
。
由步骤④可知,电压表V1、电压表V2和电构成闭合电路,则
,
,联立解得
;
。
6.【命题立意】本题考查电流表内阻的测量。
【思路点拨】根据欧姆定律和并联知识求解。
【答案】
(1)
(3分)
(2)
(3分)【解析】
(1)若不计电流表内阻,则有:
I1R0=I2R,故
(2)若考虑电流表内阻,则有:
I1(r1+R0)=I2(r2+R),故有:
7.【命题立意】本题考查电表内阻的测量。
【思路点拨】微安表只有满偏电流刻度线,必须使微安表满偏从而测电流。
把毫伏表与微安表串联,从而测量微安表两端的电压。
需要注意两个滑动变阻器,一个作粗调,一个作细调。
【答案】
(1)如右图所示(3分)
(2)使微安表满偏,记下这时毫伏表的示数U(2分)(3)
(3分)【解析】
(1)微安表
内阻比较大,因而把阻值较小的滑动变阻器用作分压接法,从而粗调电压;而阻值较大的滑动变阻器用作限流接法,从而微调电压。
而微安表和毫伏表的内阻比较接近,因而两者并联,所作电路图如右图所示。
(2)因要使用微安表的刻度,故而必须使微安表满偏,记下此时毫伏表的示数。
(3)根据欧姆定律可知,微安表的内阻为
。
8.【命题立意】本题考查测量电的电动势和内阻的实验。
【思路点拨】在闭合开关时需要保护电流表不被烧坏,因而需要调节电阻箱,使其阻值最大。
根据欧姆定律,把表达式变换成题中需要的函数形式,在根据数学知识求解即可。
【答案】(每空2分)
(1)最大值
(2)2(3)
【解析】
(1)为保护电流表,将电阻箱的电阻调到最大值;
(2)实验时,若电阻箱的阻值太大,电流很小,实验误差大,所以比较合理的是方案2;(3)由闭合电路的欧姆定律有:
,整理得
,所以
,
,解得
,
。
9.【命题立意】本题考查电电动势和内阻的测量,同时考查误差分析。
【思路点拨】根据教材上测量电内阻和电动势的原理分析,但是要注意电流表和电压表的位置关系。
【答案】(每空2分)
(1)R2
(2)1.5V500Ω(3)相等偏大
【解析】
(1)“水果电池”电动势约为1.5V,电流约为3mA,估算其内阻约为500Ω,要使电路电流变化范围大一些,需要选用与电内阻接近的滑动变阻器,故选用R2。
(2)根据图象可知:
纵截距表示电动势,斜率绝对值表示内阻。
故电动势为1.50V,内电阻为500Ω。
(3)根据欧姆定律可得
,
,由此可知电动势E测量值等于真实值,而内电阻测量值大于真实值,因为还包含电流表内阻。
10.【命题立意】本题考查实验器材的选取、实物图的连接和功率的计算。
【思路点拨】根据小灯泡的额定电压和电流确定电压表和电流表,再根据题意确定滑动变阻器的选择。
【答案】
(1)ACD(2分)
(2)实物连线图如右图所示(4分)
(3)
(2分);其中RG、RV分别是电流表G、电压表V的内阻,R1是把电阻箱作为分流电阻提供的有效电阻(2分)
【解析】
(1)由于要测量小灯泡在不同电压下的电功率,需要测量小灯泡的电压和电流,但电流表量程太小,需要并联电阻箱改装,故选A、C。
电压要从0开始变化,滑动变阻器采用分压接法,选用阻值较小的,故选D。
(2)控制电路采用滑动变阻器分压接法,测量电路由于小灯泡电阻较小,改装后的电流表采用外接法。
实物电路图如上图所示。
(3)电压表和小灯泡并联,故通过小灯泡的电流为
,故小灯泡的功率为
。
11.【命题立意】本题考查双测电路,既能测量电电动势和内阻,又能测量小灯泡的伏安特性曲线。
【思路点拨】在双测电路中有两种形式:
一种是通过单刀双掷开关实现,其本质就是两个测量电路测量不同的物理量;另一种形式就是通过多个电表测量多个物理量,然后根据电路知识得到不同的物理量。
在具体解答时根据不同题目选择解题思路。
【答案】(每空2分)
(1)如右图所示;
(2)4.51.0(3)056%【解析】
(1)先作出测量电内阻和电动势的电路图,然后在此基础上增加伏安特性曲线电路,需要注意,小灯泡额定电压为2.5V,且电阻较小,故伏特表
直接与小灯泡并联,而电压表
则测量路端电压,电路如右图所示。
(2)根据图象可知,倾斜的直线为计算电电动势和内阻的图线,该图线的纵截距为电动势大小,图线斜率的绝对值为电内阻大小。
据此可知电动势E=4.5V,r=1.0Ω(3)由图象可知,小灯泡两端电压为2.5V,电内电压为2V,故滑动变阻器连入电路阻值为0。
电的效率为
×100%=56%。
12.【命题立意】本题考查实验器材的选取、螺旋测微器读数和电阻的测定。
【思路点拨】根据电阻定律可得导线的长度。
【答案】
(1)1.125±0.001(2分)
(2)C(1分)E(1分)(3)如右图(4分)
(4)
(2分)
【解析】
(1)读数为1.125±0.001
(2)由于电电动势为9V,故电压表采用E。
估算电流最大为0.09A,故电流表选C。
(3)实验原理如右图所示(4)电压表V通过的电流为
,R0两端的电压为
,RL两端的电压为
,又由电阻定律
可解得,
。
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