届高考物理二轮复习电学实验 专题卷 全国通用.docx
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届高考物理二轮复习电学实验专题卷全国通用
专题11电学实验(热点难点突破)
1.测量一个长约5cm、电阻R1约为30Ω、横截面为圆形、粗细均匀的导电材料的电阻率,所用器材如下:
游标卡尺(20分度);
螺旋测微器;
直流电源E(电动势为18V,内阻可忽略不计);
标准电流表A1(量程1.5A,内阻r1=6Ω);
电流表A2(量程2A,内阻r2约为5Ω);
滑动变阻器R2(最大阻值10Ω);
开关S,导线若干.
(1)用游标卡尺测得该材料的长度如图甲所示,读数L=____________cm;用螺旋测微器测得该材料的直径如图乙所示,读数D=____________mm.
(2)请根据给出的仪器设计测电阻的实验电路原理图,要求获得较多的实验数据.
(3)若某次测量中两电流表A1、A2的读数分别为I1、I2,则由已知量和测量量计算电阻率的表达式为ρ= W.
解析
(1)游标卡尺主尺读数为50mm,20分度游标卡尺精确度为0.05mm,第5条刻度线与主尺刻度线对齐,故游标尺读数为5×0.05mm=0.25mm,所以该材料的长度为50.25mm=5.025cm;螺旋测微器固定刻度部分读数为2.0mm,可动刻度部分读数为15.0×0.01mm=0.150mm,因此该材料直径为2.150mm.
(2)标准电流表量程为1.5A,内阻为6Ω,可当电压表使用,将其与待测材料并联,再与电流表A2串联,由于提供的滑动变阻器总电阻小于待测材料电阻,故需要将滑动变阻器接成分压式电路.
(3)通过并联电路特点,可知通过电阻R1的电流为I2-I1,其两端电压U=I1r1,所以待测材料的电阻为R1=,由电阻定律R1=ρ,S=,解得:
电阻率ρ=.
答案
(1)5.025 2.150
(2)如图所示
(3)
2.在“绘制小灯泡的伏安特性曲线”的实验中:
(1)小王同学根据实验测得的数据,描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图甲(不是过原点的直线),请你解释形成的原因:
_______________________________________________________________
(2)若把3个这样完全相同的小灯泡串联后,接到6V的恒定电源后,求每个小灯泡的电阻R= Ω,每个小灯泡上消耗的电功率P= W.
(3)若电源的电动势和内阻分别为E=1.5V、r=1.0Ω,保护电阻(与电源串联使用,防止电路中电流过大)为R=Ω,则将三个这样完全相同的小灯泡并联后,再接入电路,则三个小灯泡消耗的总功率为P总= W.(结果保留两位有效数字)
乙
解析
(1)随灯泡电压与电流的增大,灯泡实际功率增大,导致灯泡温度升高,灯丝电阻变大,I与U不成正比,因此灯泡的IU图象不是直线,是曲线.
(2)3个灯泡串联接到6V恒压电源两端,则每个灯泡分压2V,从图中看到,此时对应的电流为0.259A,则每个灯泡电阻为=7.7Ω,每个小灯泡消耗的功率P=UI=0.52W.(3)当将三个灯泡并联与电源和保护电阻相连时,三个灯泡消耗的总功率P=R并=×W=0.32W.
答案
(1)温度升高,小灯泡电阻增大
(2)7.7 0.52 (3)0.32(0.30~0.35)
3.某同学利用如图甲所示的电路来测量电阻Rx的阻值.将开关S2接a,闭合开关S1,适当调节滑动变阻器R′后保持其阻值不变.依次改变电阻箱的阻值R,读出相应电压表的示数U,得到如图乙所示的UR图象.
(1)将开关S2接b,读得电压表的示数为1.50V,利用UR图象可得Rx= Ω.
(2)若电路中使用的电源为一组新的干电池组成的电池组,其内阻可忽略不计,根据U-R图象可得该电池组的电动势为 V;滑动变阻器R′此时的阻值R′= Ω.
(3)请将图丙中的实物图按图甲所示的电路进行连线.
解析
(1)由题结合UR图象,当开关S2接b时,电阻箱的数据就相当于Rx,此时电压表示数为1.50V,在图线上找到对应此电压的点所对的横坐标,则Rx=10Ω.
(2)在图象上找两点:
(2Ω,0.5V)、(10Ω,1.5V),由闭合电路欧姆定律得:
E=R′+0.5,E=R′+1.5,解得R′=10Ω,E=3V.
(3)实物连接图见答案.
答案
(1)10
(2)3 10 (3)如图所示
4.小汽车仪表台内的鼓风机靠的是一种电动势约为10V,内阻约为30Ω的电池驱动的,已知该电池允许输出的最大电流为55mA,为了测定这个电池的电动势和内阻,某同学利用如图甲所示电路进行实验,图中电流表的内阻RA=15Ω,R为电阻箱,阻值范围为0~999.9Ω,R0为定值电阻,对电源起保护作用.
(1)该同学接入符合要求的R0后,闭合开关S,调整电阻箱的阻值,读取电流表的示数,记录多组数据,作出了如图乙所示的图线,则根据图线可求得该电池的电动势为E= V,r= Ω.
(2)冬天为了防止汽车仪表盘上的玻璃“起雾”,可用通电电阻加热,用图丙所示10根阻值皆为30Ω的电阻条和上述电池,现在要使整个电路中电阻条上的消耗的功率最大,且要求电阻条数最少,请在图丙中画出电路连线.
解析
(1)在图甲中,根据闭合电路欧姆定律有:
E=I(R+R0+RA+r),得=(R+R0)+(RA+r),再结合图乙得5=(15+r),=,联立解得E=10V,r=35Ω.
(2)现要使整个电路中电阻条上消耗功率最大,则知此时有R外=r=35Ω,又知每根电阻条电阻为30Ω,且要求电阻条数最少,则可把6根电阻条并联(总电阻值为5Ω),然后再串联一根电阻条,如答案图所示.
答案
(1)10 35
(2)如图所示
5.某同学利用伏安法测量某未知电阻Rx的精确电阻(阻值恒定),进行了如下实验:
(1)他先用万用电表欧姆挡测该未知电阻的阻值.将开关置于×1挡位,指针示数如图,若想更准确一些,下面操作正确的步骤顺序是 (填序号)
A.将两表笔短接进行欧姆调零
B.将两表笔短接进行机械调零
C.将开关置于×1k挡
D.将开关置于×100挡
E.将两表笔接未知电阻两端,待指针稳定后读数
(2)然后用以下器材用伏安法尽可能精确地测量该电阻:
A.直流电源E(电动势3V,内阻忽略)
B.电流表A1(量程0.3A,内阻约为0.1Ω)
C.电流表A2(量程3mA,内阻约为10Ω)
D.电压表V1(量程3V,内阻约为3kΩ)
E.电压表V2(量程15V,内阻约为50kΩ)
F.滑动变阻器R1(最大阻值10Ω)
G.滑动变阻器R2(最大阻值1000Ω)
H.开关S,导线若干
①为较准确测量该电阻的阻值,要求各电表指针能有较大的变化范围,以上器材中电流表应选 (填“B”或“C”),电压表应选 (填“D”或“E”),滑动变阻器应选 (填“F”或“G”)
②请在下面的虚线方框中画出实验电路原理图.
解析
(1)欧姆表的指针偏角过小说明待测电阻阻值较大,应换较大的倍率×100,调零以后再进行测量,正确的步骤应是DAE;
答案
(1)DAE
(2)①C、D、F ②见解析图
6.利用如图甲所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率,所用电阻丝的电阻约为20Ω.带有刻度尺的木板上有a和b两个接线柱,把电阻丝拉直后固定在接线柱a和b上.在电阻丝上夹上一个带有接线柱c的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度.可供选择的器材还有:
电池组E(电动势为3.0V,内阻约为1Ω);
电流表A1(量程0~100mA,内阻约为5Ω);
电流表A2(量程0~0.6A,内阻约为0.2Ω);
电阻箱R(0~999.9Ω);
开关、导线若干.
实验操作步骤如下:
A.用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径.
B.将选用的实验器材,按照图甲连接实验电路.
C.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大.
D.将金属夹夹在电阻丝上某位置,闭合开关,调整电阻箱的阻值,使电流表满偏,然后断开开关.记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L.
E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置,闭合开关,调整电阻箱的阻值,使电流表再次满偏.重复多次,记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L.
F.断开开关,整理好器材.
(1)某次测量电阻丝直径d时,螺旋测微器示数如图乙所示,则d= mm;
(2)实验中电流表应选择 (选填“A1”或“A2”);
(3)用记录的多组电阻箱的阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据,绘出了如图丙所示的RL关系图线,图线在R轴的截距为R0,在L轴的截距为L0,再结合测出的电阻丝直径d,写出电阻丝的电阻率表达式ρ= (用给定的物理量符号和已知常数表示).
(4)本实验中,电流表的内阻对电阻率的测量结果 (选填“有”或“无”)影响.
解析
(1)螺旋测微器的读数d=0.5mm+23.0×0.01mm=0.730mm;
(2)根据闭合电路欧姆定律可知,电路中的最大电流Imax==A=143Ma,所以电流表应选A1;(3)根据闭合电路欧姆定律得Ig=,则R=-r-Rx,根据电阻定律应得Rx=ρ,联立以上两式可得R=-L+-r,根据函数斜率的概念得=,解得ρ=;(4)本题中若考虑电流表内阻RA,可将电流表内阻看作电源内阻的一部分,则有R=
-L+-(r+RA),对图象的斜率没有影响,即电流表内阻对电阻率的测量结果无影响.
答案
(1)0.728~0.732
(2)A1 (3)R0 (4)无
7.某学习小组通过实验来研究用电器Z的导电规律。
他们在实验中测得用电器Z两端的电压与通过Z的电流的数据如下表:
U/V
0.0
0.2
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
I/A
0.000
0.050
0.100
0.150
0.180
0.195
0.205
0.215
(1)请根据上述表格中的数据,在图a中用笔连线补充完成该电路的实物图;
(2)请根据题中信息,在方框内画出电路图;
(3)利用这些数据绘出的用电器Z的伏安特性曲线如图b所示.若把该用电器Z接入图c所示的电路中时,电流表的读数为0.100A,已知A、B两端电压恒为1.5V,则定值电阻R0的阻值为 Ω.
解析
(1)
(2)由实验数据可知用电器Z的电压和电流均从零开始增加,所以滑动变阻器应使用分压式接法,实物连接图及电路图见答案.(3)当通过Z的电流为0.100A时,从图b中可得此时Z两端电压为0.5V,则R0两端电压U0=1.5V-0.5V=1V,R0==10Ω.
答案
(1)如图甲所示
(2)如图乙所示 (3)10
8.物理学习小组在测定某电源的电动势E和内阻r时,找来一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝ab替代滑动变阻器,设计了如图甲所示的实验,其中R0是阻值为2Ω的保护电阻,滑动片P与电阻丝始终接触良好.实验时闭合开关,调节P的位置,测得aP的长度x和对应的电压U、电流I数据,并分别绘制了如图乙所示的UI图象和如图丙所示的x图象.
(1)由图乙可得电源的电动势E= V;内阻r= Ω.
(2)根据测得的直径可以算得电阻丝的横截面积S=0.12×10-6m
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