高考物理电学实验专练.docx

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高考物理电学实验专练

专练17　电学实验

题型33　电学基本实验

1．某同学为了测量“3.8V,2.5W”小灯泡正常发光的电阻值．实验室有下列器材，规格如下：

A．两只相同的电压表（量程5V，内阻很大）

B．电阻箱R1（0～999Ω，最小调节量为1Ω）

C．电阻箱R2（0～99.9Ω，最小调节量为0.1Ω）

D．滑动变阻器R3（0～50Ω，额定电流为1.5A）

E．滑动变阻器R4（0～5Ω，额定电流为3A）

F．直流电源（电动势9V，内阻不计）

G．开关、导线若干、待测灯泡

利用现有器材，请你替这位同学设计本实验．

（1）在图1方框中画出合理的实验原理图．

图1

（2）以上器材中电阻箱应选用________，滑动变阻器应选用________（填序号字母）．

（3）根据你所设计的电路图，得出测量小灯泡正常发光时的电阻值的方法________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

答案　

（1）见解析图（变阻器画成限流式也正确）

（2）C　E　（3）调节电阻箱和滑动变阻器，当两电压表示数都达到3.8V，读出电阻箱的阻值即为小灯泡正常发光时的电阻，R2＝R（其他方法合理也正确）

解析　

（1）本实验采用的是等效替代法，电路图如图所示．

（2）由于小灯泡的电阻R＝

≈5.8Ω，故选电阻箱R2；为方便调节选择与灯泡阻值相近的滑动变阻器R4.

（3）电阻箱与灯泡串联电流相等，故分压相等时，阻值相等，故方法为：

调节电阻箱和滑动变阻器，当两电压表示数都达到3.8V，读出电阻箱的阻值即为小灯泡正常发光时的电阻，R2＝R（其他方法合理也正确）．

2．要用伏安法较准确地测量一约为100Ω的定值电阻的阻值，除待测电阻外，提供的实验器材如下：

电压表V：

量程为10V，内阻约为1kΩ

两块电流表A1、A2：

量程为30mA，内阻约为3Ω

滑动变阻器R：

阻值0～10Ω

定值电阻R1：

阻值约150Ω

电阻箱R2：

阻值0～999.9Ω

直流电源：

电动势约9V，内阻很小

开关、导线若干

（1）由于现有电流表量程偏小，不能满足实验要求，为此，先将电流表改装（扩大量程），然后再进行测量．

①测量电流表A2的内阻按如图2所示的电路测量A2的内阻，以下给出了实验中必要的操作：

图2

A．闭合S1、S2

B．按图连接线路，将滑动变阻器R的滑片调至最左端，各开关均处于断开状态

C．调节R2，使A1的示数为I1，记录R2的阻值，断开S1

D．断开S2，闭合S3

E．调节滑动变阻器R使A1、A2的指针偏转适中，记录A1的示数I1，

请按合理顺序排列实验步骤（填序号）：

________.

②将电流表A2改装成电流表A如果①步骤C中R2的阻值为3.6Ω，现用电阻箱R2将A2改装成量程为90mA的电流表A，应把阻值调为________Ω与A2并联．

（2）用图3所示电路测量Rx，当电流表A2读数为24mA时，电压表的读数为6.84V，则Rx的测量值为______Ω，若考虑系统误差，可计算出Rx为________Ω.

图3

答案　

（1）①BAEDC　②1.8　

（2）95　93.8

解析　

（1）①依据替代法测电流表内阻的操作流程，等效替代法测电阻的核心是“效果相同”，本题中体现为使A1的示数相同，所以需要先接通开关S1、S2，同时断开开关S3，调节出一个电流值，然后接通开关S1、S3，同时断开开关S2，调节电阻箱R2的电阻值，使电流表A1的示数与上一次相同，记录电阻箱的电阻，即为所求．所以步骤为BAEDC.②由电流表改装知识可得，量程扩大为3倍，根据并联电路分流规律可知：

并接电阻应为电流表内阻的一半，即1.8Ω.

（2）电流表A2示数是24mA，那么并接电阻的电流为48mA，所以Rx的测量值为

＝95Ω，若考虑系统误差，Rx为（95－

）Ω＝93.8Ω.

3．太阳能电池板在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件．某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池板在没有光照时（没有储存电能）的I－U特性．所用的器材包括：

太阳能电池板，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干．

图4

（1）为了达到上述目的，实验电路应选用图4甲中的图________（填“a”或“b”）．

（2）该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙的I－U图象．由图可知，当电压小于2.00V时，太阳能电池板的电阻________（填“很大”或“很小”）；当电压为2.80V时，太阳能电池板的电阻为________Ω.

（3）当有光照射时，太阳能电池板作为电源，其路端电压与总电流的关系如图5所示，分析该曲线可知，该电池板作为电源时的电动势为__________V．若把它与阻值为1kΩ的电阻连接构成一个闭合电路，在有光照射情况下，该电池板的效率是__________%.（结果保留三位有效数字）

图5

答案　

（1）a　

（2）很大　1×103Ω　（3）2.80

64．3（64.1～64.5之间均算正确）

4．某同学要测量一个圆柱形导体的电阻率ρ.

图6

（1）用20分度的游标卡尺测量其长度如图6甲所示，由图可知其长度为________cm.

（2）用多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱形导体的电阻，表盘的示数如图乙所示，则该电阻的阻值约为________Ω.

（3）该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R，现有的器材及其代号和规格如下：

待测圆柱形导体（电阻为R）

电流表A1（量程为4mA，内阻约为50Ω）

电流表A2（量程为10mA，内阻约为30Ω）

电压表V1（量程3V，内阻约为10kΩ）

电压表V2（量程15V，内阻约为25kΩ）

直流电源E（电动势4V，内阻不计）

滑动变阻器R1（阻值范围0～15Ω，额定电流2.0A）

滑动变阻器R2（阻值范围0～2kΩ，额定电流0.5A）

开关S，导线若干

为减小实验误差，要求测得多组数据进行分析，请在虚线框中画出合理的测量电路图，并标明所用器材的代号．

答案　

（1）5.015　

（2）220　（3）如图

5．用如图7甲所示电路，测定一节电池的电动势和内阻．电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用．除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：

图7

a．电流表（量程0.6A）

b．电压表（量程3V）

c．定值电阻（阻值1Ω、额定功率5W）

d．滑动变阻器（阻值范围0～10Ω、额定电流2A）

e．滑动变阻器（阻值范围0～1000Ω、额定电流1A）

那么：

（1）R应选择阻值范围是________（选填“d”或“e”）的滑动变阻器．

（2）为使电压表读数增大，滑动变阻器滑动端应向______（选填“a”或“b”）滑动，电流表的内阻对测量结果是否有影响________（填“有”或“无”）．

（3）根据实验记录，画出的U－I图线如图乙所示，从中可求出待测电池的电动势为______V，内电阻为______Ω（结果保留到小数点后二位）．

（4）若因电池的内阻较小，调节过程电压表的变化不明显，影响测量的准确度，为使测量的准确度提高，请你按原有的实验器材对电路进行改进并在图8中画出电路图．

图8

答案　

（1）d　

（2）b　无　（3）1.48　0.63　（4）见解析图

解析　

（1）由于电源是一节干电池（1.5V），所选量程为3V的电压表；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍即可，取0～10Ω能很好地控制电路中的电流和电压，若取0～1000Ω会出现开始几乎不变最后突然变化的现象．

（2）为了使电压表读数增大，滑动变阻器接入电阻应增大使电流减小，故滑动变阻器滑片应向b端滑动；本实验中引起该实验系统误差的主要原因是电压表的分流作用，

导致电流表的示数总小于真实的干路电流值．电流表的内阻对实验结果没有影响．

（3）由图示电源的U－I图象可知，电源的电动势为E＝1.48V，图象斜率的绝对值等于电源的内阻，内阻为r＝

＝

Ω≈0.63Ω.

（4）因电源内阻较小，实验误差较大，为了减小误差可以采用等效的方法增大等效内阻，即将R0直接与电源相连，如图所示．

题型34　电学创新实验

1．利用如图1所示电路，测量一个电源（电动势约为9V，内阻不计）的电动势和一个电阻Rx（阻值约为2kΩ）的准确值．实验室除了待测电源、导线和开关外，还有以下一些器材可供选择：

图1

A．电流表A1（量程为0～0.6A，内阻RA1＝1Ω）

B．灵敏电流表A2（量程为0～3mA，内阻RA2＝800Ω）

C．灵敏电流表A3（量程为0～300μA，内阻未知）

D．电阻箱R1（最大阻值999.9Ω）

E．电阻箱R2（最大阻值9999.9Ω）

F．定值电阻R0（阻值1kΩ）

（1）实验中应选择的电流表是______，电阻箱是________（填器材前的字母代号）．

（2）将电阻箱阻值调到适当值，闭合开关S，多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R，以

为纵坐标，

为横坐标，作出

－

图线（用直线拟合）；用E表示电源的电动势，则

与

的关系式为________________________________（用题目中的符号表示）．

（3）求出直线的斜率k和纵轴上的截距b，则E＝______________，Rx＝______________（结果用k、b和题目中的符合表示）．

答案　

（1）B　E　

（2）

＝

·

＋

　（3）

解析　

（1）由题意可知，电路中电动势约为9V，最小电阻约为3000Ω，最大电流约为Imax＝

mA＝3mA，故电流表选择B；电阻箱最大阻值应大于R0，故选E.

（2）由闭合电路欧姆定律可知：

I＝

·

变形得：

＝

·

＋

.

（3）由数学规律可知，函数图象的斜率k＝

；b＝

；联立解得：

E＝

，

Rx＝

.

2．测定一卷阻值约为30Ω的金属漆包线的长度，实验室提供下列器材：

A．电流表A：

量程0.6A，内阻RA约为20Ω

B．电压表V：

量程15V，内阻RV约为4kΩ

C．学生电源E：

可提供0～30V直流电压

D．滑动变阻器R1：

阻值范围0～10Ω

E．滑动变阻器R2：

阻值范围0～500Ω

F．电键S及导线若干

（1）为了较准确地测量该漆包线的电阻，滑动变阻器应选择________（选填“R1”或“R2”），并将如图2所示方框中的电路图补画完整．

图2

图3

（2）根据正确的电路图进行测量，某次实验中电压表与电流表的示数如图3甲、乙所示，则电压表的示数U为________V，电流表的示数I为________A.

（3）已知这种漆包线金属丝的直径为d，材料的电阻率为ρ，则这一卷漆包线的长度L＝________（用U、I、d、ρ表示）．

答案　

（1）R1　如图所示　

（2）13.5　0.46　（3）

解析　

（1）题目中给出的电源电压为30V，而给出的电压表量程为15V，为了便于控制，采用滑动变阻器分压接法，故滑动变阻器选小电阻R1.

（2）电压表量程为15V，最小分度为0.5V，故读数为13.5V，电流表量程为0.6A，最小分度为0.02A，则指针示数为：

0.46A.

（3）由电阻定律可知：

RL＝

＝ρ

＝ρ

，漆包线的长度：

L＝

.

3．2013年12月14日晚上9点14分左右，嫦娥三号月球探测器平稳降落在月球虹湾，并在4分钟后展开太阳能电池帆板，如图4甲．太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电动势为零的电学器件．

图4

探究一：

某实验小组用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究太阳能电池被不透光黑纸包住时的I－U特性曲线．

（1）根据实验原理图乙，图丙中滑动变阻器上需用导线连接的是________（用A、B、C、D、E表示）．

（2）通过实验获得如下数据：

U/V

0

0.70

1.20

1.51

1.92

2.16

2.47

I/μA

0

20.5

56.1

97.6

199.9

303.3

541.3

请在图5上作出太阳能电池的I－U特性曲线．

图5

探究二：

在稳定光照环境中，取下太阳能电池外黑纸，并按图丁电路：

“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”．

（3）该小组通过本实验练习使用螺旋测微器，某次测量如图戊所示，读数为________mm.

（4）开关闭合后，电压表与电流表示数分别为U、I，则下列说法正确的是________．

A．电压表分流使R测偏大

B．电压表分流使R测偏小

C．电流表分压使R测偏大

D．电流表分压使R测偏小

（5）实验中测得电压表示数为U，电流表示数I，金属丝横截面积为S、长度为L，则金属丝电阻率为________．

答案　

（1）ABC（或ABD）　

（2）见解析图　（3）0.790　（4）B　（5）

解析　

（1）本实验采用的是分压式接法，故应先将滑动变阻器全部电阻接入电路，再取某一部分为测量电路供电，故应接ABC（或ABD）．

（2）根据描点法作出图象如图所示，注意不能画成直线．

（3）螺旋测微器固定部分读数为0.5mm，转动部分为29.0，故最终读数为：

0.5＋29.0×0.01＝0.790mm.

（4）本实验中采用的是电流表的外接法，故由于电压表的分流使电流表示数偏大，故测量结果偏小，故选B.

（5）由欧姆定律可知：

R＝

，则由电阻定律可知：

ρ＝

.

4．为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx）．

（1）某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在如图6所示的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线．由图象可求出照度为1.0lx时的电阻约为________kΩ.

照度/lx

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

电阻/kΩ

5.8

3.7

2.8

2.3

1.8

图6

（2）如图7所示是街道路灯自动控制模拟电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________（填“AB”或“BC”）之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件．

图7

图8

（3）用多用电表“×10Ω”挡，按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图8所示，则线圈的电阻为________Ω.已知当线圈中的电流大于或等于2mA时，继电器的衔铁将被吸合．图中直流电源的电动势E＝6V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：

R1（0～10Ω，2A），R2（0～200Ω，1A），R3（0～1750Ω，0.1A）．要求天色渐暗照度降低至1.0lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________（填R1、R2或R3）．为使天色更暗才点亮路灯，应适当地________（填“增大”或“减小”）滑动变阻器的电阻．

答案　

（1）2.0　

（2）AB　见解析图　（3）140　R3　减小

解析　

（1）根据图象直接读出对应的照度为1.0lx时的电阻约为2.0kΩ.

（2）光敏电阻的电阻值随光照强度的增大而减小，所以白天时光敏电阻的电阻值小，电路中的电流值大，电磁铁将被吸住，静触点与C接通；晚上时的光线暗，光敏电阻的电阻值大，电路中的电流值小，所以静触点与A接通．所以要达到晚上灯亮，白天灯灭，则路灯应接在AB之间，电路图如图：

（3）欧姆表的读数是先读出表盘的刻度，然后乘以倍率，表盘的刻度是14，倍率是“×10Ω”，所以电阻值是：

14×10Ω＝140Ω；天色渐暗照度降低至1.0lx时点亮路灯，此时光敏电阻的电阻值是2.0kΩ，电路中的电流是2mA，R＝

－R光＝

Ω－2000Ω＝1000Ω，所以要选择滑动变阻器R3，由于光变暗时，光敏电阻变大，

分的电压变大，所以为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地减小滑动变阻器的电阻．