19届高考物理二轮复习讲义 专题10实验及拓展创新 第2课时 直流电路和交流电路.docx

19届高考物理二轮复习讲义 专题10实验及拓展创新 第2课时 直流电路和交流电路.docx

《19届高考物理二轮复习讲义 专题10实验及拓展创新 第2课时 直流电路和交流电路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《19届高考物理二轮复习讲义 专题10实验及拓展创新 第2课时 直流电路和交流电路.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

19届高考物理二轮复习讲义专题10实验及拓展创新第2课时直流电路和交流电路

第2课时　电学实验

高考题型1　电表改装　多用电表原理和使用

例1

　（2018·全国卷Ⅱ·22）某同学组装一个多用电表．可选用的器材有：

微安表头（量程100μA，内阻900Ω）；电阻箱R1（阻值范围0～999.9Ω）；电阻箱R2（阻值范围0～99999.9Ω）；导线若干．

要求利用所给器材先组装一个量程为1mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3V的直流电压表．组装好的多用电表有电流1mA和电压3V两挡．

图1

回答下列问题：

（1）在图1虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱．

（2）电阻箱的阻值应取R1＝______Ω，R2＝________Ω.（保留到个位）

答案　

（1）见解析图

（2）100　2910

解析　

（1）如图所示．

（2）接a时改装成量程为1mA的电流表，有

IgRg＝（I－Ig）R1

解得R1＝100Ω

接b时改装成量程为3V的电压表，有

U＝IgRg＋IR2

解得R2＝2910Ω.

拓展训练1

　（2018·湖南省衡阳市第二次联考）

（1）如图2甲是多用电表简化电路图，A插孔应接________表笔（填“红”或“黑”）；作为欧姆表使用时，选择开关应接________．（填“1”“2”或“3”）

（2）利用多用电表直流电流挡和电阻箱测量电源的电动势和内阻的电路如图乙所示．调节电阻箱，记录多组电阻箱示数R和多用电表示数I，作出的图线如图丙．由图丙可求得电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.（多用电表直流电流挡内阻忽略不计，结果均保留2位有效数字）

图2

答案　

（1）红　2　

（2）2.9（2.8～3.0均可）　1.2（1.1～1.3均可）

解析　

（1）题图甲的多用电表，A插孔应接红表笔；作为欧姆表使用时，内部有电源，选择开关应接2.

（2）根据闭合电路欧姆定律得：

E＝IR＋Ir，解得：

R＝E·

－r，可知R－

，图线斜率表示电动势，纵轴截距的绝对值表示内阻，则有：

E＝

V＝2.9V，内阻为：

r＝1.2Ω.

高考题型2　“电阻测量类”实验

例2

　（2018·全国卷Ⅲ·23）一课外实验小组用如图3所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值．图中R0为标准定值电阻（R0＝20.0Ω）；

可视为理想电压表；S1为单刀开关，S2为单刀双掷开关；E为电源；R为滑动变阻器．采用如下步骤完成实验：

（1）按照实验原理线路图（a），将图（b）中实物连线．

图3

（2）将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合S1.

（3）将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表

的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表

的示数U2.

（4）待测电阻阻值的表达式Rx＝________（用R0、U1、U2表示）．

（5）重复步骤（3），得到如下数据.

1

2

3

4

5

U1/V

0.25

0.30

0.36

0.40

0.44

U2/V

0.86

1.03

1.22

1.36

1.49

3.44

3.43

3.39

3.40

3.39

（6）利用上述5次测量所得

的平均值，求得Rx＝________Ω.（保留1位小数）

答案　

（1）实物连线如图

（4）

R0　（6）48.2

解析　

（1）根据原理图，沿电流的流向依次连接．

①先将E、R、S1连接起来，组成闭合回路．

②将R0、Rx与R连接起来．

③将

、S2与Rx连接起来．

（4）由于

为理想电压表，故S2接1、或接2时流过R0、Rx的电流相等．

根据部分电路欧姆定律和串联电路的特点得

＝

解得Rx＝

R0

（6）根据表中数据可得

的平均值为3.41，代入可得Rx＝48.2Ω.

拓展训练2

　（2018·山东省青岛市二模）某实验探究小组利用半偏法测量电压表内阻，实验室提供了下列实验器材：

A．待测电压表V（量程为3V，内阻约为3000Ω）

B．电阻箱R1（最大阻值为9999.9Ω）

C．滑动变阻器R2（最大阻值为10Ω，额定电流为2A）

D．电源E（电动势为6V，内阻不计）

E．开关两个，导线若干

（1）图4虚线框内为探究小组设计的部分测量电路，请你补画完整；

图4

（2）根据设计的电路图，连接好实验电路，进行实验操作，请你补充完善下面操作步骤．首先闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R2的滑片，使电压表达到满偏；保持________不变，断开开关________（选填“S1”或“S2”），调节______的阻值，使电压表示数达到半偏，读取并记录此时电阻箱的阻值R0；

（3）实验测出的电压表内阻R测＝________，它与电压表内阻的真实值RV相比，R测________RV（选填“>”“＝”或“<”）．

答案　

（1）如图所示

（2）R2的滑片位置　S2　R1　（3）R0　>

解析　

（1）根据半偏法测电压表内阻的原理，滑动变阻器应接成分压式电路，所以电路如图所示．

（2）闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R2的滑片，使电压表达到满偏；保持R2的滑片位置不变，使R2左半部分的电压不变，断开开关“S2”，使电压表和电阻箱串联，调节电阻箱接入电路的阻值，使电压表示数达到半偏，读取并记录此时电阻箱的阻值R0；

（3）依据上述操作，被测电压表和电阻箱分得电压相等，即电压表内阻和此时电阻箱接入电路部分电阻相等，可通过读取电阻箱接入电路部分电阻，得到被测电压表内阻，R测＝R0；因为，断开开关“S2”后总电阻增大，使R2左半部分得电压增大，即R0两端电压大于被测电压表两端电压，R0的阻值大于被测电压表的内阻，则R测>RV.

例3

　（2018·广东省广州市4月模拟）为测量某金属丝的电阻率，某同学设计了如图5（a），所示的实验电路．请完成下列实验相关内容：

图5

（1）为粗测金属丝的总电阻值，该同学用如图（b）所示的多用电表在连接好的电路上进行测量：

①机械调零后将选择开关拨到“×1Ω”挡；

②将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使____________________________；

③__________________________，将红表笔接在P，黑表笔接在Q，多用电表指针指示如图（c），则金属丝总电阻值R0＝________Ω.

（2）用螺旋测微器测金属丝直径，示数如图（d）所示，则金属丝直径d＝________mm.

（3）闭合开关S，保持电流表示数不变，改变并记录电阻箱的阻值R和对应接入电路中电阻丝长度L的数据．在R－L图线上描点连线，作出R－L的图线如图（e）．

（4）根据测得金属丝的直径d及R－L图线，求得金属丝的电阻率ρ＝________.（计算结果保留三位有效数字）

答案　

（1）②指针指在0Ω处（或指针指在右端零刻度处、指针指在电流满偏的位置）　③断开开关S，取下线夹（或断开开关S，将线夹夹到Q端）　5　

（2）0.360（0.358～0.362均可）　（4）1.02×10－6Ω·m

解析　

（1）②将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在0Ω处（或指针指在右端零刻度处、指针指在电流满偏的位置）；

③断开开关S，取下线夹，将红表笔接在P，黑表笔接在Q，多用电表指针指示如题图（c），则金属丝总电阻值R0＝5Ω.

（2）用螺旋测微器测金属丝直径，则金属丝直径d＝0.01mm×36.0＝0.360mm.

（4）电流表的示数不变，则电路中总电阻为定值，设为k，则R＋

＝k，解得R＝k－

L，由图象可得：

＝

＝10，解得ρ≈1.02×10－6Ω·m.

例4

　（2018·山西省吕梁市第一次模拟）热敏电阻包括正温度系数电阻器（PTC）和负温度系数电阻器（NTC），某实验小组选用下列器材探究某热敏电阻R1的伏安特性．

A．电流表A（最程0.6A，内阻为0.6Ω）

B．电压表V（量程3.0V，内阻约2kΩ）

C．滑动变阻器R（最大阻值为10Ω）

D．滑动变阻器R′（最大阻值为500Ω）

E．电源E（电动势4V，内阻较小）

F．开关、导线若干

图6

（1）要求实验中改变滑动变阻器滑片的位置，使加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大，

①请补充完成图6甲中实物间的连线；

②其中应选择的滑动变阻器是________（填写器材前面的代号）．

（2）该小组测出热敏电阻R1的U－I图线如图乙中曲线Ⅰ，又通过查阅资料得出了热敏电阻R2的U－I图线如图中曲线Ⅱ，用电流表A和热敏电阻R1、R2测量某电池组的电动势和内阻，采用的电路如图丙，将单刀双掷开关接“1”，电流表A的示数如图7，则通过R1的电流为________A．将单刀双掷开关接“2”时测得通过R2的电流为0.60A，则该电池组的电动势为________V，内阻为________Ω.（结果均保留两位有效数字）

图7

答案　

（1）①见解析图　②C　

（2）0.40　3.0　2.9

解析　

（1）为方便实验操作，滑动变阻器应选C；实物连线如图所示．

（2）电流表量程为0.6A，则最小分度为0.02A，故读数为0.40A；由曲线Ⅰ可知，电流为0.40A时，R1两端的电压为1.6V；当开关接2时，电流为0.60A，由曲线Ⅱ可知，电流为0.60A时，R2两端的电压为0.9V；则由闭合电路欧姆定律可知：

1.6＝E－0.40（r＋RA），0.9＝E－0.60（r＋RA），联立解得：

E＝3.0V，r＝2.9Ω.

高考题型3　测定电源电动势和内阻

例5

　（2018·四川省雅安市第三次诊断）某实验小组设计如图8甲所示电路图来测量电源的电动势及内阻，其中待测电源电动势约为2V、内阻较小．所用电压表量程为3V，内阻非常大，可看作理想电压表．

图8

（1）按实验电路图在图乙中补充完成实物连线．

（2）先将电阻箱电阻调至如图丙所示，其读数为______Ω.闭合开关S，将S1拨到b端，读出电压表的读数为1.10V；然后将S1拨到a端，此时电压表读数如图丁所示，其读数为________V．根据以上测量数据可得R0＝________Ω.

（3）将S1拨到b端，不断调节电阻箱电阻，得到多组电阻箱读数R值与相应的电压表读数U值，作出

－

图如图戊所示，则通过图象可以得到该电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.（计算结果保留两位有效数字）

答案　

（1）如图所示

（2）11.0　1.50（1.48～1.51均可）　4.0（3.8～4.1均可）

（3）2.0　0.60

解析　

（1）按实验电路图在连接实物图如图所示．

（2）电阻箱读数为11.0Ω.闭合开关S，将S1拨到b端，读出电压表的读数为1.10V，电流I＝

A＝0.1A，然后将S1拨打到a端，此时电压表读数为1.50V，根据以上测量数据可得电阻R0＝

Ω－11.0Ω＝4.0Ω；

（3）在闭合电路中，电源电动势：

E＝U＋I（r＋R0）＝U＋

（r＋R0），

＝

＋

·

，由题图戊所示图象可知纵截距b＝

＝0.5，E＝2.0V，图象斜率k＝

＝2.3，电源内阻r＝kE－R0＝0.60Ω.

拓展训练3

　（2018·河南省驻马店市第二次质检）甲、乙、丙三位同学协作测定某电池的电动势和内阻，他们设计的电路原理图如图9，其中R为电阻箱，电流表A的内阻为RA＝5.0Ω，他们改变R的阻值，记下多组R和电流表示数I.甲同学以IR为纵坐标，以I为横坐标作图处理数据；乙同学以I（R＋RA）为纵坐标，以I为横坐标作图处理数据．他们在同一张坐标纸上画出的图如图10所示．

图9　　　　　　　　图10

图11

（1）由图10可知，甲同学绘制的是图线________（填“a”或“b”），电源电动势为________V，内阻为________Ω.

（2）丙同学打算以

为纵坐标，以R为横坐标，请根据

（1）中计算的结果将丙同学所作图线在图11中画出．

（3）分析可知，在电路中，当电阻箱的阻值R＝________Ω时，电阻箱消耗的电功率最大．

答案　

（1）a　1.5　10

（2）如图所示

（3）15

解析　

（1）在闭合电路中，由闭合电路的欧姆定律有：

E＝I（R＋RA＋r），整理得：

IR＝E－I（RA＋r），I（R＋RA）＝E－Ir，则IR－I图象的斜率绝对值大于I（R＋RA）－I图象的斜率绝对值，由题图可知，甲绘制的是图线a，E－100×10－3×（5.0＋r）＝0，E－150×10－3×r＝0，解得：

E＝1.5V，r＝10Ω；

（2）在闭合电路中：

E＝I（R＋RA＋r），整理得：

＝

·R＋

，故

－R图象如图所示．

（3）把电流表与电源整体当作等效电源，此时等效电源的内阻为r′＝r＋RA＝15Ω；故当电阻箱阻值等于等效电源的内阻时电阻箱消耗的功率最大，故此时电阻箱阻值为15Ω.

高考题型4　拓展创新实验

例6

　（2018·全国卷Ⅰ·23）某实验小组利用如图12所示的电路探究在25℃～80℃范围内某热敏电阻的温度特性．所用器材有：

置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻RT，其标称值（25℃时的阻值）为900.0Ω；电源E（6V，内阻可忽略）；电压表

（量程150mV）；定值电阻R0（阻值20.0Ω），滑动变阻器R1（最大阻值为1000Ω）；电阻箱R2（阻值范围0～999.9Ω）；单刀开关S1，单刀双掷开关S2.

图12

实验时，先按图连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0℃.将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数．逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0℃.实验得到的R2－t数据见下表.

t/℃

25.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

R2/Ω

900.0

680.0

500.0

390.0

320.0

270.0

240.0

回答下列问题：

（1）在闭合S1前，图中R1的滑片应移动到________（填“a”或“b”）端．

（2）在图13的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2－t曲线．

图13

图14

（3）由图可得到RT在25℃～80℃范围内的温度特性．当t＝44.0℃时，可得RT＝________Ω.

（4）将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图14所示，该读数为________Ω，则手心温度为________℃.

答案　

（1）b　

（2）如图所示

（3）450　（5）620.0　33.0

解析　

（1）闭合开关S1前，应让滑片移动到b端，使滑动变阻器连入电路的阻值最大．

（3）由图象可知t＝44.0℃时，电阻的阻值为450Ω.

（4）由题图可得电阻箱阻值为620.0Ω，由图象可得温度约为33.0℃.

拓展训练4

　（2018·辽宁省锦州市质量检测二）硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件．某同学用如图15所示电路探究硅光电池的路端电压U与总电流I的关系．图中R0为已知定值电阻．电压表视为理想电压表．S闭合后：

图15

（1）若电压表V2的读数为U0，则I＝____________.（用题中所给字母表示）

（2）实验一：

用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U－I曲线a，如图16所示．由此可知电池内阻________（填“是”或“不是”）常数，短路电流为____________mA，电动势为________V.

图16

（3）实验二：

减小“实验一”中光的强度，重复实验，测得U－I曲线b.当滑动变阻器的电阻为某值时，若“实验一”中的路端电压为1.5V．那么实验二中外电路消耗的电功率为________mW（计算结果保留两位有效数字）．

答案　

（1）

（2）不是　0.295（0.293～0.297均可）　2.65（2.62～2.68均可）　（3）0.068（0.060～0.070均可）

专题强化练

1．（2018·广东省惠州市第三次调研）如图1甲为多用电表的电路原理图．已知选用的电流表内阻Rg＝10Ω、满偏电流Ig＝10mA，当选择开关接3时为量程250V的电压表．该多用电表表盘如图乙所示，下排刻度均匀，C为上排刻度线的中间刻度，由于粗心，上排刻度线对应数值没有标出．

图1

（1）若指针指在图乙所示位置，选择开关接1时其读数为________；选择开关接3时其读数为________．

（2）为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势，某同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如下实验：

①将选择开关接2，红黑表笔短接，调节R1的阻值使电表指针满偏；

②将多用电表红黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使多用电表指针指在C处，此时电阻箱如图丙所示，则C处刻度应为________．

③计算得到多用电表内电池的电动势为________V．（保留2位有效数字）

答案　

（1）6.9mA　173V（171～175V均可）

（2）②150　③1.5

解析　

（1）选择开关接1时测电流，其分度值为0.2mA，示数为6.9mA；选择开关接3时测电压，其分度值为5V，其示数为173V；

（2）②由题图丙所示电阻箱可知，电阻箱示数为0×1000Ω＋1×100Ω＋5×10Ω＋0×1Ω＝150Ω；③由题图乙所示可知，指针指在C处时，电流表示数为5mA＝0.005A，C处电阻为中值电阻，则电表内阻为150Ω，电源电动势E＝I（R＋R内）＝0.005×（150＋150）V＝1.5V.

2．（2018·广东省茂名市第二次模拟）有一新型圆柱形的导电材料，电阻阻值在8～10Ω之间，为了测量该导电材料的电阻率，实验室提供了以下实验器材：

A．20分度的游标卡尺

B．螺旋测微器

C．电流表A1（0～100mA，内阻约为10Ω）

D．电流表A2（0～0.6A，内阻约为0.1Ω）

E．电压表V1（0～3V，内阻约为3kΩ）

F．电压表V2（0～15V，内阻约为15kΩ）

G．直流电源E（4V，内阻不计）

H．滑动变阻器R（0～10Ω，2A）

I．开关及导线若干

（1）用游标卡尺测得该样品的长度L.其示数如图2甲所示，其读数为________mm；用螺旋测微器测得该样品的外径D，其示数如图乙所示，其读数为________mm.

图2

（2）本次实验的电流表选用的是______，电压表选用的是______（填写所提供器材前的字母）．

（3）测量新型圆柱形的导电材料的电阻R.应采用图3中的________（选填“甲”“乙”“丙”或“丁”）电路图．

图3

答案　

（1）41.75　3.627（3.626～3.629均可）　

（2）D　E　（3）甲

解析　

（1）长度为L＝41mm＋15×0.05mm＝41.75mm；外径为D＝3.5mm＋12.7×0.01mm＝3.627mm.

（3）因为电流表内阻和导电材料电阻相接近，故采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，故选甲图．

3．（2018·四川省攀枝花市第二次统考）某兴趣小组的同学为了测量某电压表的内阻，设计了如图4所示的电路．可供选择的器材如下

图4

A．待测电压表V1（量程3V，内阻约为几千欧）

B．电压表V2（量程5V，内阻约为3kΩ）

C．定值电阻R1，阻值为200Ω

D．定值电阻R2，阻值为2000Ω

E．滑动变阻器R3（阻值范围0～10Ω）

F．滑动变阻器R4（阻值范围0～10kΩ）

G．直流电源，电动势6V，内阻不计

H．开关一个，导线若干

实验主要步骤如下：

①选择恰当的实验器材，按实验电路将实物图连接好；

②闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片到某一位置，记录V1、V2的读数分别为U1、U2；

③移动滑动变阻器的滑片，多次记录V1、V2的读数；

④以U1为纵坐标，U2为横坐标，作出U1－U2关系图象；

⑤分析U1－U2关系图象，得到待测电压表的内阻．

请回答下列问题：

（1）步骤①中定值电阻R0最好选用________；滑动变阻器R最好选用________．（填写器材前面的序号）

（2）步骤①中实物图的连接还有两根导线没有连好，请在图5甲中补充完整．

图5

（3）步骤②中V1示数如图乙所示，则V1的读数为________V.

（4）步骤④中得到的U1－U2关系图象如图丙所示．步骤⑤分析得出U1－U2关系图象的斜率为k，定值电阻的阻值为R0，则可得待测电压表的内阻为________．

答案　

（1）D　E

（2）如图所示

（3）1.90　（4）

R0

解析　

（1）因为待测电压表的内阻约为几千欧，故定值电阻R0的阻值不能太小，否则分的电压太小，影响实验结果的准确性，故选D；该实验中，因为要求电压表的示数从0开始，并且要多测几组数据，故滑动变阻器采用分压式接法，为方便实验操作，要选择最大阻值较小的滑动变阻器，选择E.

（2）连接的实物图如图所示．

（3）V1的量程是3V，故题图乙中的读数为1.90V；

（4）定值电阻R0与V1串联，电流相等，则有：

＝

，变形得：

U1＝

U2，由U1－U2关系图象可知斜率k＝

，解得：

RV1＝

R0.

4．（2018·广东省惠州市模拟）某同学利用图6甲电路测量自来水的电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞（活塞电阻可忽略），右活塞固定，左活塞可自由移动．实验器材还有：

电源（电动势约为3V，内阻可忽略），电压表V1（量程为3V，内阻很大），电压表V2（量程为3V，内阻很大），定值电阻R1（阻值4kΩ），定值电阻R2（阻值2kΩ），电阻箱R（最大阻值9999Ω），单刀双掷开关S，导线若干，游标卡尺，刻度尺．实验步骤如下：

图6

A．用游标卡尺测量玻璃管的内径d；

B．向玻璃管内注满自来水，并用刻度尺测量水柱长度L；

C．把S拨到1位置，记录电压表V1示数；

D．把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1示数相同，记录电阻箱的阻值R；

E．改变玻璃管内水柱长度，重复实验步骤C、D，记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R；

F．断开S，整理好器材．

（1）测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙，则d＝________mm.

（2）玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为：

Rx＝________（用R1、R2、R表示）．

（3）利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据，绘制出如图7所示的R－

关系图象．自来水的电阻率ρ＝________Ω·m（保留两位有效数字）．

图7

（4）本实验中若电压表V1内阻不是很大，则自来水电阻率测量结果将___