届高三物理二轮复习专题五物理实验第2讲电学实验逐题对点特训.docx

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届高三物理二轮复习专题五物理实验第2讲电学实验逐题对点特训

第2讲　电学实验

1．（2017·内蒙古联考）某同学利用如图甲所示的电路测量一多用电表电阻“×1k”挡所用电源的电动势E和一电压表的内阻Rv.（约13kΩ）

（1）先将多用电表进行机械调零，再将多用电表的选择开关调到电阻“×1k”挡，之后进行欧姆调零．

（2）将图甲中多用电表的黑、红表笔分别与__A__、__B__端相连．（选填“A”或“B”）

（3）将图甲中多用电表的黑、红表笔与电压表正确连接后，调节电阻箱，使多用电表指针位于表盘中央位置，此时电阻箱的阻值为R＝1kΩ，若此时多用电表、电压表的示数分别如图乙、图丙所示，则电压表的读数为__1.40__V，电压表的内阻Rv＝__14__kΩ，多用电表内部电源的电动势E＝__3.0__V.

解析

（2）根据多用表内部电路结构，可知多用电表的黑、红表笔分别与A、B端相连．（3）多用电表欧姆调零时指针满偏（即欧姆零刻度处），由题图乙得多用电表读数为R0＝15kΩ，则电压表的内阻RV＝R0－R＝14kΩ，由题图丙得电压表的读数U＝1.40V，多用电表欧姆调零后内部的总电阻设为R1，则E＝IgR1，当多用电表表头半偏时，有E＝

（R0＋R1），U＝

RV，得E＝2U×

＝3.0V.

2．（2017·湖南长沙一模）某实验小组用如图甲所示的电路来测量定值电阻R0的阻值及电源的电动势和内阻．

（1）根据图甲电路，将图乙所示的实物图连线补充完整．

（2）实验时用U1、U2、I分别表示电表V1、V2、A的读数，定值电阻R0的计算表达式是R0＝　

　（用测得的物理量表示），若实验中的所有操作和数据处理无错误，实验中测得R0的值__大于__实际值．（选填“大于”“等于”或“小于”）

（3）将滑动变阻器的滑片P移动到不同位置时，记录了U1、U2、I的一系列值．实验小组在同一坐标上分别作出U1I、U2I图线，则所作的图线斜率绝对值较小的是__U1－I__图线（填“U1I”或“U2I”）．若用该图线来求电源电动势E和内阻r，且电表V2的内阻极大，则引起系统误差的主要原因是__电压表V1分流__．

解析

（2）定值电阻R0两端电压为U＝U1－U2，由欧姆定律可得定值电阻R0计算表达式为R0＝

.由于电压表的分流，定值电阻中的实际电流大于电流表读数，所以测量值大于真实值．（3）U1－I图线为电源的伏安特性曲线，其斜率绝对值表示电源内阻；U2－I图线为把定值电阻视为电源内阻一部分的等效电源的伏安特性曲线，其斜率绝对值表示电源内阻与定值电阻之和；所以所作图线斜率绝对值较小的是U1－I图线．若用该图线来求电源的电动势和内阻，则引起实验系统误差的主要原因是电压表V1分流．

答案

（1）如图　

3．（2017·全国卷Ⅰ）某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：

小灯泡L（额定电压3.8V，额定电流0.32A）；电压表

（量程3V，内阻3kΩ）；电流表

（量程0.5A，内阻0.5Ω）；固定电阻R0（阻值1000Ω）；滑动变阻器R（阻值0～9.0Ω）；电源E（电动势5V，内阻不计）；开关S；导线若干．

（1）实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．

（2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图甲所示．由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻__增大__（选填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率__增大__．（选填“增大”“不变”或“减小”）

（3）用另一电源E0（电动势4V，内阻1.00Ω）和题给器材连接成图乙所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为__0.39__W，最大功率为__1.17__W．（结果均保留2位小数）

解析

（1）要实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，则滑动变阻器需要设计成分压接法；电压表

应与固定电阻R0串联，将量程改为4V．由于小灯泡正常发光时电阻约为12Ω，所以需将电流表外接．

（2）由小灯泡伏安特性曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻增大．根据电阻定律可知，灯丝的电阻率增大．（3）当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0Ω时，流过小灯泡的电流最小，小灯泡的实际功率最小，把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分，在题图甲中画出等效电源E′0（电动势4V，内阻1.00Ω＋9.0Ω＝10Ω）的伏安特性曲线，函数表达式为U＝4－10I（V），图线如图中Ⅰ所示，故小灯泡的最小功率为Pmin＝U1I1＝1.75×0.225W≈0.39W．当滑动变阻器接入电路中的阻值最小为零时，流过小灯泡的电流最大，小灯泡的实际功率最大，在题图甲中画出电源E0（电动势4V，内阻1.00Ω）的伏安特性曲线，函数表达为为U＝4－I（V），图线如图中Ⅱ所示，故小灯泡的最大功率为Pmax＝U2I2＝3.68×0.318W≈1.17W.

答案

（1）实验电路原理图如图所示

4．（2017·云南七校联考）某同学想在实验室测量电压表V1的内阻．

（1）他先用多用电表的欧姆“×1k”挡测量，如图甲所示，该读数为__6_kΩ__；为了更准确地测量电压表V1的内阻，实验室提供的实验器材如下：

A．待测电压表V1（量程为0～3V）

B．电压表V2（量程为0～9V，内阻约为9kΩ）

C．滑动变阻器R1（最大阻值为20Ω，额定电流为1A）

D．滑动变阻器R2（最大阻值为20kΩ，额定电流为0.1A）

E．定值电阻R3（阻值为6kΩ）

F．定值电阻R4（阻值为10kΩ）

G．电源（电动势为9V，内阻约为1Ω）

H．开关一个、导线若干

（2）若滑动变阻器采用分压接法，请你根据该同学可能的电路设计帮他连接图乙中的实物图．

（3）滑动变阻器应选择__C__，定值电阻应选择__E__.（填相应器材前字母）

（4）某次实验时电压表V1，和电压表V2的读数分别为U1和U2，则电压表V1内阻RV1的表达式为　RV1＝

　；用该表达式所得的电压表V1内阻的测量值与真实值相比__相等__．（选填“偏大”“偏小”或“相等”）

解析解决本题时应明确两点：

①电压表实质上相当于一个可以显示自身电压的大电阻；②内阻确定的电压表也可以当电流表使用．

（1）多用电表的读数为6kΩ.

（2）由题图乙可知，电压表V2测量定值电阻和电压表V1两端的电压，为测量电压表V1的内阻，应将定值电阻与电压表V1串联．（3）若采用如图所示的电路，滑动变阻器采用分压接法，应选择阻值较小的R1，这样便于调节；定值电阻应该选择阻值与电压表内阻相当的R3.（4）由电路的特点及欧姆定律可知U2＝

R3＋U1，解得RV1＝

，由于电压表V1和电压表V2所测的电压均为真实值，故电压表V1的内阻的测量值等于真实值．

答案

（2）如图所示　

5．（2017·山西名校联考）某物理兴趣小组的同学想利用实验室器材测量某一粗细均匀的金属导线的电阻率ρ，以如图甲所示的方式用毫米刻度尺测量金属导线的直径d，然后设计好电路图进行实验测其电阻Rx，已知实验室中有下列备用的器材：

A．电源E（3V，内阻约为1Ω）

B．电压表V（10V，内阻r约为5kΩ）

C．电流表A1（0.6A，内阻r1＝5Ω）

D．电流表A2（3A，内阻r2约为1Ω）

E．定值电阻R1＝5Ω，定值电阻R2＝30Ω

F．开关S，导线若干

（1）该金属导线的直径d＝__1.25（1.23～1.27均可）__mm.

（2）某同学截取了长度为L的金属导线，首先利用多用电表的欧姆挡粗测其阻值，下列操作或说法中正确的是__CD__.

A．测量前检查指针是否停在左端的电流“0”刻度位置，如不在，则要进行欧姆调零

B．若用欧姆表“×1”挡测量，指针恰好在刻度30～50的正中间，则待测金属导线的电阻为40Ω

C．若用欧姆表“×10”挡测量，指针偏转角度过大，应换成“×1”挡

D．每次改变不同倍率，测量前欧姆挡都要重新进行欧姆调零

（3）为了较准确地测量金属导线的电阻Rx，小组同学共同设计了如图乙所示的电路图，其中a表应选用__A1__，b表应选用__A2__.（选填“A1”或“A2”）

（4）定值电阻R0应选用__R1__.（选填“R1”或“R2”）

（5）闭合开关S，记下电表甲、乙的读数I1、I2，最后得电阻率ρ＝　

　.（用d、L及电表相关量的字母来表示）

解析

（1）由题图甲可知10匝金属导线的总长度是1.25cm，则该金属导线的直径R＝

cm＝1.25mm.

（2）测量前检查指针是否停在左端的电流“0”刻线位置，如不在，则要进行机械调零，故选项A错误；若用欧姆表“×1”挡测量，指针恰好在刻度30～50的正中间，由于欧姆表刻度线不均匀，左密右疏，故待测金属导线的电阻小于40Ω，故选项B错误；指针偏转角度过大，说明电阻挡选择过大，应换小挡位进行测量，故选项C正确；欧姆表测量电阻时，每次换挡都要重新进行欧姆调零，故选项D正确．（3）由于电流表A1内阻确定，并与待测电阻并联，可用来测待测金属导线的电阻Rx两端的电压，用电流表A2测得的电流减去电流表A1测得的电流就是流过待测金属导线的电流，根据欧姆定律就可求出其阻值，故a表应选用电流表A1，b表应选用电流表A2.（4）整个回路中电流不能超过0.6A，而电动势为3V，因此总电阻应略大于5Ω，而电源内阻约为1Ω，因此定值电阻R0应选R1，既可保证电流不超过电流表量程，也保证电流表读数准确．（5）待测金属导线两端的电压U＝I1r1，流过待测金属导线的电流I＝I2－I1，因此Rx＝

，由Rx＝ρ

，即电阻率ρ＝

.（I1为电流表A1示数，I2为电流表A2示数，r1为电流表A1内阻，L为金属导线长度）

6．（2017·陕西咸阳模拟）发光二极管（LED）是一种被广泛应用到显示器、照明等各领域的非纯电阻元器件，它把电能转化为光能和热能．某兴趣小组为探究工作电压是“1.4～4V”、最大正向直流电流是“5～20mA”的LED管的I－U曲线，并依此实验计算发光二极管效率达最大时其电阻和辐射的光功率，设计了如图甲所示的实验电路．

实验室备有以下器材

电流表A1：

量程0～25mA，内阻约为50Ω；

电流表A2：

量程0～200mA，内阻约为10Ω；

电压表V：

量程0～5V，内阻约为102kΩ；

滑动变阻器R1：

阻值范围0～15Ω，最大电流1A；

滑动变阻器R2：

阻值范围0～1kΩ，最大电流100mA；

直流电源E：

输出电压6V，内阻不计；

开关S、导线若干．

（1）为了提高实验结果的准确性，电流表应选择__A1__；滑动变阻器应选用__R1__.（以上填器材代号）

（2）实验小组根据实验得到的数据描点绘出了如图乙所示的I－U图象，而发光二极管（LED）的效率η与通过二极管的电流I的关系曲线如图丙所示．其中发光二极管的效率η是指辐射的全部光功率P与供给发光二极管的电功率的比值．则发光二极管效率达最大时其电阻RL＝__106.7___Ω，辐射的光功率P＝__5.76×10－3__W.

解析

（1）由于发光二极管中电流为5～20mA，为了提高实验结果的准确性，电流表应该选择量程为0～25mA的A1.由于实验电路采用滑动变阻器分压接法，滑动变阻器应该选择阻值范围小的R1.

（2）根据题图丙，发光二极管效率达到最大时对应的电流为6mA，根据题图乙电流为6mA对应的电压为1.6V，发光二极管输入功率P＝UI＝9.6×11－3W，由η＝

×100%，解得Φ＝P光＝P×60%＝5.76×10－3W．由于发光二极管是非纯电阻元件，故不能用R＝

求解二极管的电阻，发光二极管效率最大时P热＝P－P光＝3.84×10－3W，由P热＝I2RL，解得RL＝106.7Ω.

7．（2017·河北保定调研）某同学从下列给出的实验器材中选择了部分器材，设计了能够测量电流表G1内阻r1的电路，如图甲所示．可供选择的器材如下：

A．待测电流表G1（量程为0～1mA，内阻约为300Ω）

B．电流表G2（量程为0～10mA，内阻约为30Ω）

C．定值电阻一（阻值为30Ω）

D．定值电阻二（阻值为200Ω）

E．滑动变阻器一（阻值范围为0～1000Ω）　

F．滑动变阻器二（阻值范围为0～20Ω）

G．干电池E（电动势约为1.5V，内阻很小）

H．开关S及导线若干

（1）为尽可能准确地测量电流表G1的内阻并能测得多组数据，电路中定值电阻R0应选__C__，滑动变阻器R应选__F__.（填写器材前面的字母序号）

（2）请根据电路图甲用笔画线代替导线，在图乙中将实物图补充完整．

（3）实验步骤如下：

①连接电路；（为电路安全，先将滑动变阻器滑片P调到左端）　

②闭合开关S，移动滑片P至某一位置，记录G1和G2的示数，分别记为I1和I2；

③多次移动滑片，记录各次G1和G2的读数I1和I2；实验过程中某次电流表G1的示数如图丙所示，请将其读数填在下面的表格中；

I1/mA

0

0.15

0.24

0.40

0.55

0.64

_0.75__

I2/mA

0

1.6

2.5

4.0

5.6

6.5

7.6

④以I1为纵轴，I2为横坐标，将最后一个点描绘在图丁的坐标纸中并作出I1I2图线（用直线拟合）．根据图线斜率k及定值电阻R0，得到待测电流表G1的内阻表达式为r1＝　

R0　（用k、R0表示），其数值大小为__270__Ω.（计算结果保留三位有效数字）

解析

（1）电流表G2的满偏电流为10mA，G1的满偏电流为1mA，内阻约为300Ω，由串并联电路的特点可知R0约为30Ω，则R0应选C；由于滑动变阻器以分压式接入电路，因此滑动变阻器应选择阻值较小的F.

（2）根据电路图将实物连接，如图甲所示．（3）由电流表的读数规则可知该电表的读数为0.75mA；将表中的数据描绘在坐标系中，连接的图线如图乙所示；由电路连接特点可知I1＝

I2，则k＝

，解得r1＝

R0，由图线可知斜率k＝0.1，则r1＝270Ω.

答案

（2）如图甲所示　（3）④如图乙所示

8．（2017·河北石家庄二中模拟）在某次实验大赛中，需要设计一电路来测量“金属丝的电阻率”，提供的器材如下表所示．实验要求方法简捷，且尽可能提高测量精度.

序号

器材

说明

①

金属丝（L）

长度为L0，直径为D，阻值约10Ω

②

电流表（A1）

量程10mA，内阻r1＝30Ω

③

电流表（A2）

量程500μA，内阻r2＝800Ω

④

电压表（V）

量程为10V，内阻为10kΩ

⑤

电阻（R1）

阻值为100Ω，起保护作用

⑥

滑动变阻器（R2）

总阻值约10Ω

⑦

电源（E）

电动势1.5V，内阻很小

⑧

开关（S）

⑨

导线若干

（1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图甲所示，读数为__0.400__mm.

（2）该同学设计了如图乙所示的电路，并测得金属丝直径D，长度为L0，接入电路后，电压表示数为U，电流表示数为I，则该金属丝的电阻率的表达式为ρ＝　

　.

（3）实验时，该同学发现自己设计的电路无法实现要求，请你帮他设计电路，除了序号为①⑥⑦⑧⑨的器材外，还需要的器材为__②③⑤__（填写序号），请在方框中画出你所设计的实验电路图．

解析

（1）根据螺旋测微器的读数规则，测量金属丝的直径读数为0.400mm.

（2）由欧姆定律知金属丝电阻R＝

，由电阻定律，R＝ρ

，S＝π

2，联立解得该金属丝的电阻率的表达式为ρ＝

.（3）由于电压表量程太大，故电压表不可用．又两电流表满偏时，两侧电压过低，分析可知电阻R1应用于限流，将金属丝与电流表A1串联后再与电流表A2并联，由并联电路电压相等即可求出金属丝的电阻，除了序号为①⑥⑦⑧⑨的器材外，还需要的器材为②③⑤.

答案（3）电路图如图所示

9．（2017·山东潍坊统考）某兴趣小组要精确测定电源的电动势和内阻，他们找来了如下器材：

A．电流表G（量程为30mA、内阻未知）

B．电阻箱R（0～999.9Ω）

C．滑动变阻器R1（0～20Ω）

D．滑动变阻器R2（0～1kΩ）

E．开关、导线若干

F．电源E（电动势约10V）

（1）要完成实验，首先需测量电流表G的内阻．测量电流表G内阻的实验电路如图甲所示：

①将下述实验过程补充完整．

a．选择器材，滑动变阻器R′应该选取__R2__（选填“R1”或“R2”）；

b．连接好电路，R′的滑片应调到__a__（选填“a”或“b”）端；

c．断开S2，闭合S1，调节R′，使电流表G满偏；

d．保持R′不变，闭合S2，调节电阻箱R的阻值，当R＝10Ω时，电流表G的示数为20mA；

②如果认为闭合S2前后干路上电流不变，则电流表G的内阻Rg＝__5__Ω.

（2）在测出电流表内阻Rg后，测定该电源的电动势和内阻的电路如图乙所示．闭合开关S，调整电阻箱R，读取相应的电流表示数I，记录多组数据（R，I），得到如图丙所示的

－R图线，则电源的电动势E＝__9__V，内阻r＝__40__Ω.

解析

（1）电源的电动势约为10V，电流表的满偏电流为30mA，则电路总电阻的最小值为Rmin＝

＝

Ω＝333.3Ω，则滑动变阻器应选择R2；闭合开关S1前，应将滑动变阻器接入电路的电阻值调到最大，因此连接好电路后，滑动变阻器的滑片应调到a端；闭合S2后，由并联电路的特点可知，（Ig－I）R＝IRg，则Rg＝5Ω.

（2）根据题图乙，由闭合电路欧姆定律可知E＝I（R＋r＋Rg），则

＝

R＋

，则图象的斜率k＝

，图象的截距为b＝

，又由图象可得k＝

、b＝5，由以上可解得E＝9V、r＝40Ω.

10．（2016·全国卷Ⅱ）某同学利用图甲所示电路测量量程为2.5V的电压表

的内阻（内阻为数千欧姆），可供选择的器材有：

电阻箱R（最大阻值99999.9Ω），滑动变阻器R1（最大阻值50Ω），滑动变阻器R2（最大阻值5kΩ），直流电源E（电动势3V），开关1个，导线若干．

实验步骤如下：

①按电路原理图甲连接线路；

②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图甲中最左端所对应的位置，闭合开关S；

③调节滑动变阻器，使电压表满偏；

④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00V，记下电阻箱的阻值．

回答下列问题：

（1）实验中应选择滑动变阻器__R1__.（选填“R1”或“R2”）

（2）根据图甲所示电路将图乙中实物图连接．

（3）实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为__2_520__Ω.（结果保留到个位）

（4）如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为__D__.（选填正确答案标号）

A．100μA　　B．250μA

C．500μA　　D．1mA

解析

（1）由半偏法测电阻原理可得，滑动变阻器应选阻值小的，因为只有这样，才能保证当滑动触头不动时，电路并联部分的电压基本不变．

（2）如图所示．

（3）因并联部分电压不变，故U并＝2.5V，当电压表的示数为2V时，电阻箱分得电压0.5V，因此电压表的内阻为电阻箱的4倍，故RV＝630.0×4Ω＝2520.0Ω.（4）由欧姆定律得，Ig＝

＝

A≈1×10－3A＝1mA，故选项D正确．

答案

（2）见解析