高考一轮复习高频考点强化六电学中的设计性实验.docx
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高考一轮复习高频考点强化六电学中的设计性实验
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高频考点强化（六）
电学中的设计性实验
（45分钟 100分）
1.（20分）（2017·泉州模拟）利用如图甲所示电路测量未知电阻Rx的阻值,其中R1为电阻箱,R2为滑动变阻器。
（1）根据图甲所示的电路,完成图乙实物图的连接。
（2）请完善下列实验步骤:
①闭合开关S1,先将S2拨向1,调节滑动变阻器R2的滑片,使电流表A有适当的读数,并记下其数值I;
②将S2拨向2,保持 不变,调节________,使电流表A的读数仍为I;
③电阻Rx的阻值等于__________。
（3）电阻Rx的测量值与真实值可能不相等,若不考虑偶然误差的因素,则可能的原因是 __________________________________________。
【解析】
（1）如图所示:
（2）在实验过程中,要始终保持滑动变阻器R2的滑片位置不变,调节电阻箱R1的阻值与待测电阻Rx相等,则开关S2分别位于1和2时,电流表读数相等。
（3）由于电阻箱R1的阻值不连续,因而可能导致电阻箱R1的阻值与待测电阻Rx的阻值并不完全相等。
答案:
（1）见解析
（2）②滑动变阻器R2的滑片位置 电阻箱R1 ③电阻箱R1的示数
（3）电阻箱R1的阻值不连续
2.（12分）（2017·唐山模拟）发光晶体二极管是用电器上做指示灯用的一种电子元件。
它的电路符号如图甲所示,正常使用时,带“+”号的一端接高电势,“-”号的一端接低电势。
某同学用实验方法测得它两端的电压U和通过它的电流I的关系数据如表所示。
U/V
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
2.6
2.8
3.0
I/mA
0
0.9
2.3
4.3
6.8
12.0
19.0
24.0
30.0
37.0
（1）在图乙中的虚线框内画出该同学的实验电路图。
（除电源、开关、滑动变阻器外,实验用电压表V:
内阻RV约为10kΩ;电流表mA:
内阻RA约为100Ω）
（2）在图丙中的小方格纸上用描点法画出二极管的伏安特性曲线。
（3）若发光二极管的最佳工作电压为2.5V,而电源是由内阻不计、电动势为3V的供电系统提供的。
请根据所画出的伏安特性曲线上的信息,分析应该串联一个阻值为________Ω的电阻再与电源接成闭合电路,才能使二极管工作在最佳状态。
（结果保留二位有效数字）
【解析】
（1）测量二极管两端的电压U和通过它的电流I的关系,需要设计成滑动变阻器分压接法电路,由于二极管电阻较小,设计成电流表外接电路。
（2）根据表中数据描点连线,如图所示。
（3）根据画出的二极管伏安特性曲线,2.5V对应的电流为20mA,由欧姆定律,应该串联一个阻值R=
Ω=25Ω的电阻。
答案:
（1）
（2）见解析 （3）25（22～28都对）
3.（12分）如图甲所示的电路中,恒流源可为电路提供恒定电流I0,R为定值电阻,
电流表、电压表均可视为理想电表。
某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗的电功率。
改变RL的阻值,记录多组电流、电压的数值,得到如图乙所示的U-I关系图线。
回答下列问题:
（1）滑动触头向下移动时,电压表示数________（选填“增大”或“减小”）。
（2）I0=______________A。
（3）RL消耗的最大功率为__________W（保留一位有效数字）。
【解题指导】解答本题时应从以下两点进行分析:
（1）恒流源就是输出电流恒定,不必追究恒流源的内部结构。
（2）电阻上的电压、电流都要变化,要注意用二次函数求极值。
【解析】
（1）恒流源总电流不变,滑动触头向下移动,RL分得的电流增加,R上分得的电流减小,所以电压表读数减小。
（2）从图乙看出,电压表读数U=0时,电流为1.0A,此时滑动触头滑到最下端,恒流源短路,输出电流I0=1.0A。
（3）从图乙得出U=20-20I,又因为P=UI,即P=-20I2+20I,当I=0.5A时,P有最大值5W。
答案:
（1）减小
（2）1.00（0.98、0.99、1.01均正确） （3）5
4.（16分）某同学用如图甲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）,实验器材的规格如下:
电流表A1:
200μA,300Ω
电流表A2:
30mA,5Ω
定值电阻R0:
9700Ω
滑动变阻器R:
0～50Ω
（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I1和I2。
多次改变滑动触头的位置,得到的数据如表所示:
I1/μA
120
125
130
135
140
145
I2/mA
20.0
16.7
13.2
10.0
6.7
3.3
在图乙所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标,画出所对应的I1-I2曲线。
（2）利用所得曲线求得欧姆表内电源的电动势E=________V,欧姆表内阻r=________Ω。
（3）将该欧姆表两个表笔短接,欧姆表的电流为I=________A。
【解析】
（1）将各点依次描出,连线如图所示。
（2）由电路图分析可知
I1×（R0+RA1）=E-（I1+I2）r,
所以I1=-
I2+
所以图线的斜率k=-
截距b=
计算可得:
E=1.50V,r=15.0Ω。
（3）将该欧姆表两个表笔短接,通过欧姆表的电流为I=
=
A=0.1A。
答案:
（1）见解析
（2）1.5 15.0 （3）0.1
5.（12分）（2017·临沂模拟）有一个电压表V,其内阻为30kΩ、量程为25～35V,共有30个均匀小格,但刻度数值已经模糊。
为了测量其量程并重新标刻度,现提供下列器材可以选用:
标准电压表V1:
量程0～3V,内阻为3kΩ
标准电压表V2:
量程0～6V,内阻为1kΩ
电流表A:
量程0～3A,内阻未知
滑动变阻器R:
总阻值为1kΩ
稳压电源E:
30V,内阻不能忽略
开关、导线若干
（1）根据上述器材,有一位同学设计了如图所示的实验电路图,请指出此电路中测量部分存在的问题:
___________________________。
（2）请设计一个合理的电路图,画在虚线方框内,将所选用的器材用相应的符号表示（要求测量多组数据,并尽可能提高测量的精确度）;选用记录数据中任一组,写出计算量程的表达式Ug=______________;式中各字母的意义是:
_________。
【解析】
（1）此电路设计存在的问题:
电流表A的量程太大,电压表的内阻较大,电压表与其串联时实际流过电流表的电流太小,即电流表的指针偏转不明显。
（2）由题意可知,待测电压表的内阻已知,则将两电压表串联接入电路,两表中的电流相等,由标准电压表可求得电流值,通过计算可求得待测电压表的量程;因两电压表阻值较大,而滑动变阻器阻值较小,故滑动变阻器采用分压接法;故电路图如图所示。
由欧姆定律可求得,通过两电压表的电流:
I=
则待测电压表两端的电压I×30000Ω=10U1。
此时指针指示的格数为N,则有:
×Ug=10U1;
解得量程为:
Ug=
其中N为待测电压表V指针所指格数,U1为标准电压表V1的读数。
答案:
（1）电流表量程太大,电压表与电流表串联时实际流过电流表的电流太小,电流表的指针偏转不明显
（2）电路图见解析
N为待测电压表V指针所指格数,U1为标准电压表V1的读数
6.（12分）（2017·漳州模拟）实际电流表有内阻,可等效为理想电流表与电阻的串联。
测量实际电流表G1内阻r1的电路如图甲所示。
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开关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）用笔画线连接如图乙所示的实物图。
（3）测量多组电流表G1、G2的读数I1、I2,以I2为纵坐标,I1为横坐标,作出相应图线,如图丙所示。
根据I2-I1图线的斜率k及定值电阻（选定）,写出待测电流表内阻的表达式:
_________________________________。
【解析】
（1）根据电路的原理图,定值电阻应适当大一些,滑动变阻器采用分压接法时,应选用阻值适当小一些的,故定值电阻选③,滑动变阻器选⑥。
（2）实物连线如图所示,连线时要注意电表的正负接线柱不能接反。
（3）根据串、并联电路规律可知:
I2=I1+
=
I1,所以k=
即r1=（k-1）R1。
答案:
（1）③ ⑥
（2）见解析图
（3）r1=（k-1）R1
7.（16分）某实验小组利用实验室提供的器材探究一种合金丝的电阻率ρ,所用器材包括:
A.待测合金丝ac:
长度约1m,电阻约20Ω;
B.电压表
:
测量范围0～5V,内阻约50kΩ;
C.电流表
:
测量范围0～0.5A,内阻约0.3Ω;
D.滑动变阻器:
电阻变化范围0～10Ω;
E.直流电源:
电动势约9V;
F.螺旋测微器、米尺、开关,导线若干。
（1）将合金丝ac拉直后固定在绝缘米尺上,其中a端点固定在米尺的零刻度上,c端点固定在米尺的另一端,并在合金丝上夹上一个可移动的小金属夹,b是金属夹与合金丝的接触点。
根据现有器材,图甲中实验电路应该选用的是________。
（2）用螺旋测微器测量合金丝的直径D,示数如图乙,则D=__________mm。
（3）实验的主要步骤如下:
①正确连接电路,调节金属夹的位置,将滑动变阻器触头调到适当位置,合上开关;
②反复调节滑动变阻器,让电流表的示数为I=0.360A,读出电压表的示数U,同时记录ab间合金丝对应的长度L;
③断开开关,调节金属夹的位置,合上开关,重复②的操作。
（4）依据原理可知,U与L应遵从的关系是U=__________。
（用测得量和已知量的字母表示）
（5）该小组依据测得的多组U与L的数据,作出了如图丙所示的U-L图线,由图可求得该合金丝的电阻率为ρ=__________Ω·m（保留两位有效数字）。
【解析】
（1）滑动变阻器的最大电阻为10Ω,若采用限流式连接,电压的调控范围为6～9V,采用分压式连接能把电阻丝的电压调整至5V,电压表的读数更有效,因Rac<
电流表采用外接法,选项D正确。
（2）螺旋测微器读数为
D=30.0×0.01mm=0.300mm。
（4）对电阻丝,分别由欧姆定律和电阻定律得Rx=
和Rx=ρ
联立解得U=
。
（5）由U-L图线可得斜率k=
V/m=6V/m,该合金丝的电阻率
ρ=
=1.2×10-6Ω·m。
答案:
（1）D
（2）0.300 （4）
（5）1.2×10-6
【加固训练】
有一根圆台状匀质合金棒如图甲所示,某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率ρ、长度L和两底面直径d、D有关。
他进行了如下实验:
（1）测量该合金棒电阻的实物电路如图乙所示（相关器材的参数已在图中标出）,该合金棒的
电阻约为几欧姆。
图中有一处连接不当的导线是____________________（用标注
在导线旁的数字表示）。
（2）改正电路后,通过实验测得合金棒的电阻R=5.72Ω。
根据电阻定律计算电阻率为ρ、
长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为Rd=13.3Ω、RD=3.38Ω。
他发现:
在误差允许范围内,电阻R满足R2=Rd·RD,由此推断该圆台状合金棒的电阻R=____________________________。
【解析】
（1）合金棒的电阻为几欧,所以
<
应外接,故⑥连接不当。
（2）Rd=
RD=
R=
=
。
答案:
（1）⑥
（2）
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