高考电学实验教研.docx
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高考电学实验教研
2012届高三物理名校试题汇编(有详解)专题19电学实验
实验一用描迹法画出电场中平面上的等势线
1.(上海市六校2012届高三上学期12月份联考)在“DIS描绘电场等势线”的实验中,
(1)给出下列器材,ab处的电源应选用_______,传感器应选用_______。
(用字母表示)
A.6V的交流电源 B.6V的直流电源 C.100V的直流电源
D.电压传感器 E.电流传感器 F.力传感器
(2)(单选题)该实验装置如图所示,如果以c、d两个电极的连线为x轴,以c、d连线的中垂线为y轴,并将一个探针固定置于y轴上的某一点,合上开关S,而将另一探针
C.先变大后变小 D.先变小后变大
1.
(1)B;D
(2)D
解析:
(1)本实验要用直流电源形成的电流场模拟静电场,应选6V的直流电源(100V的直流电源电压已超过安全电压,不可用),即电源应选用选项B;本实验是利用传感器示数为零时,与传感器相连的探针相接触的两点电势相等的原理来寻找等势点,所以传感器要对电势敏感,即应选用电压传感器。
(2)y轴是等势线,当另一探针移到O点时,传感器示数为零,所以,当将一个探针固定置于y轴上的某一点,合上开关S,而将另一探针由O点左侧沿x轴正方向移到O点右侧的过程中,传感器示数的绝对值先变小到零,然后再逐渐增大,本题答案为D。
实验二描绘小灯泡的伏安特性
2.(广西区百所高中2012届高三(第三届)联考理综卷)在做“描绘小灯泡的伏安特曲线”的实验时,所用器材有:
电动势为6V的电源,额定电压为2.5V的小灯泡,以及符合实验要求的滑动变阻器、电流表、电压表、开关和导线,要求能测出尽可能多的数据,图示是没有连接完的实物电路。
(已连接好的导线有a、b、c、d、e、f六根)
(1)请你用笔画线代替导线,将实物电路连接完整。
(2)连好电路,闭合开关,移动滑动变阻器滑片P,发现小灯泡始终不亮,但电压表有示数,电流表几乎不偏转,则故障的原因可能是。
(3)排除故障后闭合开关,移动滑片P到某处,电压表的示数为2.2V,若要测量小灯泡的额定功率,应将滑片P向(填“左”或“右”)端滑动。
(4)通过移动滑片P,分别记下了多组对应的电压表和电流表的示数,并绘制成了如图所示的U-I图线,根据U-I图线提供的信息,可计算出小灯泡额定功率为W。
(5)图线是曲线而不是过原点的直线,原因是。
2.
(1)如图所示
(2)c段导线断路或灯泡断路(3)右(4)0.5(5)灯丝的电阻会随温度的升高而增大
解析:
(1)小灯泡的内阻很小(大约是几欧),因此采用电流表外接法;实验时,要求小灯泡两端电压从0逐渐增大到额定电压,滑动变阻器应采用分压接法。
实验电路图如上图所示。
(2)小灯泡始终不亮,表明流过灯泡的电流太小或者无电流;电压表有示数,说明a、b、c、f段导线连接完好;电流表几乎不偏转,说明流过电流表的电流太小。
综上分析,可能是c段导线断路或灯泡断路。
(3)将滑片P向右端滑动,可以增大灯泡两端的电压。
(4)根据U-I图象可知,U=2.5V时,I=0.2A,所以小灯泡额定功率为P=UI=0.5W。
(5)U-I图线上各点处切线的斜率表示灯丝的电阻,图线是曲线而不是过原点的直线,这是因为灯丝的电阻会随温度的升高而增大。
3.(江苏省南京市四校2012届高三12月月考)如图1所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变,且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。
(1)为了通过测量得到图1所示I-U关系的完整曲线,在图2和图3两个电路中应选
恒为9V,电流表读数为70mA,定值电阻R1=250Ω。
由热敏电阻的I-U关系曲线可知,热敏电阻两端的电压为V;电阻R2的阻值为Ω。
3.
(1)2
(2)5.2;111.8(111.6-112.0均给分)
解析:
(1)要作出图1所示I-U关系的完整曲线,需要从零开始选取数据,所以滑动变阻器采用分压接法,即应选择的是图2所示电路。
(2)流过热敏电阻的电流大小为I2=I-I1=70mA-
=34mA,根据热敏电阻的I-U关系曲线可知,此时热敏电阻两端的电压为5.2V;电阻R2的阻值为R2=(9V-5.2V)/34mA=111.8Ω.
实验三测定导体电阻及金属的电阻率
4.(广西区柳铁一中2012届高三第三次月考理综卷)为了测量某待测电阻Rx的阻值(约为30Ω)。
有以下一些器材可供选择:
电流表:
A1(量程0~50mA,内阻约10Ω)A2(量程0~3A,内阻约0.12Ω)
电压表:
V1(量程0~3V,内阻很大)V2(量程0~15V,内阻很大)
电源:
E(电动势为约为3V,内阻约为0.2Ω)定值电阻R(20Ω,允许最大电流1.0A)
滑动变阻器R1(0~10Ω、允许最大电流2.0A)滑动变阻器R2(0~1kΩ、允许最大电流0.5A)
单刀单掷开关S一个,导线若干
(1)电流表应选_______,电压表应选_______,滑动变阻器应选________(填字母代号)。
(2)请在方框中画出测量电阻Rx的实验电路图(要求所测量值范围尽可能大)
(3)某次测量中,电压表示数为U时,电流表示数为I,则计算待测电阻阻值的表达式为Rx=____。
值电阻R(20Ω,允许最大电流1.0A),单刀单掷开关S一个,导线若干。
电源电动势约为3V,所以电压表选择V1(量程0~3V,内阻很大);待测电阻Rx的阻值约为30Ω,流过Rx最大电流为3V/30Ω=0.1A=100mA,如果电流表选择A2(量程0~3A,内阻约0.12Ω),指针偏转很小,测量不准确,所以只能选择A1(量程0~50mA,内阻约10Ω);滑动变阻器R2的全值电阻太大,操作不变,所以滑动变阻器应选R1(0~10Ω、允许最大电流2.0A)。
(2)因为实验要求所测量值范围尽可能大,所以滑动变阻器R1要采用分压接法;因为待测电阻Rx的阻值远小于电压表内阻,所以电流表要外接;为了使流过电流表的电流不超过其最大量程即50mA,应与待测电阻串联一个定值电阻R起保护电路。
实验原理图如答案图所示。
(3)根据欧姆定律可求得,Rx=
。
5.(湖南省宁远一中、舜德学校2012届高三上学期第四次联考)某同学欲用伏安法测定一段阻值约为5Ω左右的金属导线的电阻,要求测量结果尽量准确,现备有以下器材:
①直流电源E:
电动势约4.5V,内阻很小;
②直流电流表A1:
量程0~3A,内阻0.025Ω;③直流电流表A2:
量程0~0.6A,内阻0.125Ω;
④直流电压表V:
量程0~3V,内阻3kΩ;
⑤滑动变阻器R1:
最大阻值10Ω;⑥滑动变阻器R2:
最大阻值50Ω;
⑦电键、导线若干。
(1)在可选择的,器材中应选用的电流表是,应选用的滑动变阻器是。
(2)实验电路应采用电流表接法(填“内”、“外”);电阻的测量值真实值。
(填“大于”、“小于”、“等于”)
_端(填“左”、“右”);他闭合开关后发现电流表和电压表的均无示数,于是取下电压表,用一导线将其正接线柱与电源正极连接,用另一导线的一端接其负接线柱,导线另一端试触电流表正接线柱,电压表无示数,再试触电流表负接线柱,电压表的指针大角度偏转,并超过其量程,已知各接线柱处接触良好,故障原因是。
所以流过它的电流最大为4.5V/5Ω=0.9A,电流表只能选择“③直流电流表A2:
量程0~0.6A,内阻0.125Ω”;如果滑动变阻器选择“⑥滑动变阻器R2:
最大阻值50Ω”,因为其阻值太大,不宜采用限流接法,若采取分压接法,又不宜调节,所以滑动变阻器只能选择“⑤”。
(2)因为待测金属导线的阻值远小于“直流电压表V:
量程0~3V,内阻3kΩ”的内阻,所以电流表要外接;电流表外接时,待测金属导线两端电压的测量值等于真实值,而电流的测量值大于真实值,所以电阻的测量值小于真实值。
(3)电流表外接,滑动变阻器采用限流接法,注意电表的正确接法,即要“+”入“-”出。
实物连线图如答案所示。
(4)开关闭合前,滑动变阻器的滑动触头应置于使变阻器接入电路的阻值最大的一端,即最左端;“取下电压表,用一导线将其正接线柱与电源正极连接,用另一导线的一端接其负接线柱,导线另一端试触电流表正接线柱,电压表无示数”说明电路断路,“再试触电流表负接线柱,电压表的指针大角度偏转,并超过其量程”,说明电流表内部断路。
6.(山东省潍坊市三县2012届高三12月联考试卷)有一根长陶瓷管,其表面均匀地镀有一层很薄的电阻膜,管的两端有导电箍M和N,如图甲所示。
用多用表电阻档测得MN间的电阻膜的电阻约为1kΩ,陶瓷管的直径远大于电阻膜的厚度。
某同学利用下列器材设计了一个测量该电阻膜厚度d的实验。
A.米尺(最小分度为mm);B.游标卡尺(游标为20分度);
C.电流表A1(量程0~5mA,内阻约10Ω);D.电流表A2(量程0~100mA,内阻约0.6Ω);
E.电压表V1(量程5V,内阻约5kΩ);F.电压表V2(量程15V,内阻约15kΩ);
G.滑动变阻器R1(阻值范围0~10Ω,额定电流1.5A);
H.滑动变阻器R2(阻值范围0~100Ω,额定电流1A);
I.电源E(电动势6V,内阻可不计);J.开关一个,导线若干。
(1)他用毫米刻度尺测出电阻膜的长度为l=10.00cm,用20分度游标卡尺测量该陶瓷管的外径,其示数如图乙所示,该陶瓷管的外径D=cm.
(2)为了比较准确地测量电阻膜的电阻,且调节方便,实验中应选用电流表,电压表,滑动变阻器。
(填写器材前面的字母代号)
(3)在方框内画出测量电阻膜的电阻R的实验电路图。
(4)若电压表的读数为U,电流表的读数为I,镀膜材料的电阻率为,计算电阻膜厚度d的数学表达式为:
d=___________(用已知量的符号表示)。
解析:
(1)该陶瓷管的外径D=13mm+8×
mm=13.40mm=1.340cm。
(2)电源电动势为6V,电压表选择选项E;流过电阻膜的最大电流约为6V/1kΩ=6mA,电流表选择选项C,即“电流表A1(量程0~5mA,内阻约10Ω)”,因为另一电流表的量程太大,指针偏转太小,测量误差太大;两个滑动变阻器的最大阻值都远小于待测电阻膜的阻值,所以只能采用分压接法,而采用分压接法时要选择小阻值滑动变阻器,所以滑动变阻器选择选项G。
(3)因为待测电阻膜的阻值太大,所以电流表要内接;滑动变阻器采用分压接法。
实验电路图如答案图所示。
(4)根据R=U/I,R=
,S=πDd可得,电阻膜厚度
。
7.(浙江省瑞安市十校2012届高三上学期期中联考理综)有一待测电阻Rx(阻值约5Ω左右),实验室提供的器材有:
A.直流电流表A(0~100mA,内阻为25Ω)
B.直流电压表V(0~3V,内阻为5kΩ)
C.滑动变阻器R1(0~20Ω,1A)D.滑动变阻器R2(0~1kΩ,0.1A)
E.电源(电动势约为3V,内阻不计)F.开关和若干导线
(1)若要求在实验中待测电阻两端的电压从0开始变化,滑动变阻器应选用(填仪器代号),请画出实验电路图;
(2)实验时,某同学使用的是多用电表直流电流档来测电流,示数如图乙所示(丙为指针所在区域部分的放大图),读数为mA。
7.
(1)C;实验电路图略
(2)72.0mA
解析:
(1)因为实验要求待测电阻两端的电压从0开始变化,所以滑动变阻器要采用分压接法,应选取小阻值的滑动变阻器,即滑动变阻器选择选项C;待测电阻的阻值较小,电流表应外接;实验电路图略。
(2)多用电表的选择开关指在“mA”挡中的“×100”挡位,表示测量的是量程为100mA的直流电流,根据表头指针位置可知,待测电流的读数为72.0mA。
8.(湖南省衡阳市2012届高三12月六校联考试题)在“测定金属丝的电阻率”的实验中,某同学进行了如下测量:
(1)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,测量3次,求出其平均值l。
其中一次测量结果如图甲所示,金属丝的另一端与刻度尺的零刻线对齐,图中读数为___cm;用螺旋测微器测量金属丝的直径,选不同的位置测量3次,求出其平均值d,其中大”或“偏小”);最后由公式ρ=______计算出金属丝的电阻率(用直接测量的物理量表示).
8.
(1)24.12~24.14;0.518~0.519
(2)偏小;
解析:
(1)注意毫米刻度尺要精确到0.1mm或0.01cm,图中读数为24.12cm;螺旋测微器的读数为0.5mm+1.8×0.01mm=0.518mm。
(2)采用图丙所示的电路测量金属丝的电阻时,金属丝两端电压的测量值等于真实值,电流的测量值大于真实值,根据欧姆定律有
,即电阻的测量值比真实值偏小;根据R=U/I,R=
,S=πd2/4可得,金属丝的电阻率
。
实验四测定电池的电动势和内电阻
9.(江苏省南京市四校2012届高三12月月考)某研究性学习小组利用图1所示电路测量电池组的电动势E和内阻r。
根据实验数据绘出如图2所示的
图线,其中R为电阻箱读数,I为电流表读数,由此可以得到E=V,r=Ω。
9.2.9或3.0;0.8或0.9
解析:
根据闭合电路欧姆定律有
,所以R=
,可见,图2所示的
图线的斜率表示电源电动势E,图线与纵轴的截距表示-r,所以E=k=3.0V,r=0.8Ω。
10.(福建省四地六校2012届高三第三次联考试卷)为了测定一节干电池的电动势和内电阻,某实验小组按图甲所示的电路连好实验电路图,合上开关,电流表和电压表的读数正常,当将滑动变阻器的滑动触头由A端向B端逐渐滑动时,发现电流表的示数逐渐增大,而电压表的示数接近1.5V且几乎不变,直到当滑动触头滑至临近B端时电压表的示数才急剧变化,这种情况很难读出电压数值分布均匀的几组不同的电流、电压值,出现上述情况的原因是________ __;改进的办法是__________________;改进后,测出几组电流、电压的数值,并画出图像如图乙所示,由图像可知,这个电池的电动势E=________V,
10.滑动变阻器总阻值过大,远大于电源内阻;将滑动变阻器换成总阻值较小的;E=1.47V~1.49V;r=2.6Ω~2.8Ω
解析:
路端电压
,可见,当外电路电阻R远大于电源内阻r时,路端电压U接近于电源电压E,所以出现题述现象的原因是滑动变阻器总阻值过大,远大于电源内阻。
改进的办法是将滑动变阻器换成总阻值较小的。
U-I图线与纵轴的截距表示电源电压E,图线斜率的绝对值表示电源内阻r,所以E=1.47V~1.49V;r=
2.6Ω~2.8Ω。
11.(山东省潍坊市三县2012届高三12月联考)在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中,备有下列器材:
A.待测的干电池(电动势约为1.5V,内电阻小于1.0Ω)
B.电流表G(满偏电流3mA,内阻Rg=10Ω)C.电流表A(0~0.6A,内阻0.1Ω)
D.滑动变阻器R1(0~20Ω,10A)
E.滑动变阻器R2(0~200Ω,lA)
F.定值电阻R0(990Ω)G.开关和导线若干
(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表,但给出了两个电流表,于是他设计了如图所示中甲的(a)、(b)两个参考实验电路,其中合理的是图所示的电路;在该电路中,为了操作方便且能准确地进行测量,滑动变阻器应选(填写器材前的字母代号).
(I1为电流表G的示数,I2为电流表A的示数),则由图线可以得被测电池的电动势E=V,内阻r=Ω。
11.
(1)b;D或R1
(2)1.48(士0.02);0.84Ω(士0.03)
解析:
(1)a、b两图都是用定值电阻与电流表串联来代替电压表,但a图会烧坏电流表G,所以选择b图所示电路合适;滑动变阻器起限流作用,不宜太大,太大会使电流变化不明显,所以选择D或R1。
(2)电流表G和定值电阻串联后相当于一个内阻为R=1000Ω的“等效电压表”,因为其内阻较大,可以忽略其分流作用,那么根据闭合电路欧姆定律有E=I1R+I2r,变形整理后得
,可见,I1-I2图线与纵轴的截距表示
,斜率的绝对值表示
;根据图乙可得
,
,所以E=1.48V,r=0.85Ω。
12.(浙江省五校2012届高三上学期第一次联考)某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中,串联了一只2.8Ω的保护电阻R0,实验电路如图1所示.
(1)连好电路后,当该同学闭合电键,发现电流表示数为0,电压表示数不为0,检查各接线柱均未接错,且接触良好;他用多用电表的电压挡检查电路,把两表笔分别接a、b;b、c;d、e时,示数均为0,把两表笔接c、d时,示数与电压表示数相同,由此可推断故障是______________________________.
(2)按电路原理图1及用多用电表的电压挡检查电路,把两表笔分别接c、d时的实物电路图2以画线代导线将没连接的线连接起来.
(3)排除故障后,该同学顺利完成实验,测得下列数据且根据数据在下面坐标图中描出对应的点,请画出U-I图,并由图求出:
电池的电动势为________,内阻为________.
I/A
0.10
0.17
0.23
0.30
0.40
U/V
1.20
1.00
0.80
0.60
0.55
(4)考虑电表本身电阻对测量结果的影响,造成本实验的系统误差的原因是:
____________。
12.
(1)R断路
(2)如下图左图所示;(3)如下图右图所示;1.5V(1.45-1.55);0.09Ω(4)电压表内阻分流
解析:
(1)电流表示数为0,说明电路断路;又由电压表示数不为0,可知断路出现在从e→d→c→b这条线路上;“用多用电表的电压挡检查电路,把两表笔分别接a、b;b、c;d、e时,示数均为0,把两表笔接c、d时,示数与电压表示数相同”,说明是c、d间断路,即R断路。
(2)根据图1从电源的正极依此连接各元件,注意多用电表的“+”接线柱要靠近电源的正极连接。
(3)根据已知数据进行描点,然后用平滑的曲线或直线连接各点,在连线时应让尽可能多的点落在线上(偏差较大的点舍去),不在线上的点尽量平均分配在线的两侧,如答案图所示;
U-I图线与纵轴截距表示电源电动势E,斜率的绝对值表示r+R0,所以,E=1.5V,r=
-R0=0.09Ω。
(4)本实验将电表视为理想电表,即忽略了电压表的分流作用,存在系统误差。
13.(广西柳铁一中2012届高三第四次月考理综卷)在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中,备有下列器材:
A.干电池E(电动势约为1.5V、内电阻大约为1.0Ω)B.电压表V(0~15V、内电阻大约为15kΩ)
C.电流表A(0~0.6A、内阻RA=0.1Ω)D.电流表G(满偏电流3mA、内阻Rg=10Ω)
E.滑动变阻器R1(0~10Ω、10A)F.滑动变阻器R2(0~100Ω、1A)
G.定值电阻R3=990ΩH.开关、导线若干
(1)为了方便且能较准确地进行测量,其中应选用的滑动变阻器是_____(填写“R1”或“R2”);
(2)请画出你所设计的实验电路图,并在图中标上所选用器材的符号。
解析:
(1)本实验中,滑动变阻器起限流作用,阻值不宜太大,太大会使电流变化不明显,所以选择R1。
(2)题给实验器材中电压表量程太大,不可采用,但有两个电流表和定值电阻,那么我们就可以用一个电流表与定值电阻串联来代替电压表;因为流过阻值为990Ω的定值电阻的电流很小,数量级是mA,所以选用电流表G与定值电阻R3串联当作“等效电压表”;滑动变阻器采用限流接法。
实验电路图如答案图所示。
14.(黑龙江省哈三中2012届高三上学期期末考试物理试题)某课外小组计划用水果制作水果电池,并测量水果电池的电动势(E)和内阻(r)。
他们将铜片、锌片插入水果中,制成了“水果电池”。
某同学连接如图所示的实物图。
(1)实物图中有两处导线连接错误,分别是导线_______和导线________。
(用“A”~“F”表示)
(2)更正电路后,改变滑动变阻器的阻值,记录电压表和电流表的读数,利用作图法做得U-I图像,经数据处理得:
水果电池的电动势E=7.30V、内阻r=420Ω。
之后经检查发现,由于粗心,每次记录电压和电流的数据分别是仪表实际读数的10倍,则该水果电池的电动势和内阻的测量值应为:
E=_______V、r=________Ω。
(结果保留三位有效数字)
14.
(1)FD或FC
(2)0.730;420
解析:
(1)电压表的“+”接线柱应该接电源的正极,即导线F连接错误;滑动变阻器起限流作用,应该选择“一上一下”两个接线柱接入电路,所以C、D两条导线中需要更改一条。
(2)U-I图线与纵轴截距表示电源电动势E,图线斜率的绝对值表示内阻r的大小,根据题意,当把U-I图象的纵轴和横轴的单位同时缩小10倍时,图线与纵轴的截距也缩小10倍,而其斜率不变,所以,该水果电池的电动势和内阻的测量值应为E=0.730V,r=420Ω。
实验五电表的改装
15.(广西南宁二中2012届高三上学期12月月考理综卷)现要测量某小量程电流表的内阻,其内阻在5Ω~8Ω之间,可选用的器材如下:
A.待测电流表A(量程10mA)
B.电压表V1(量程0.3V,内阻约500Ω)C.电压表V2(量程3V,内阻约3kΩ)
D.滑动变阻器R1(最大电阻10Ω)E.滑动变阻器R2(最大电阻500Ω)
F.定值电阻R3(阻值10Ω)G.电源E(电动势3V)H.开关S及导线若干
请设计出实验所用的电路,要求测量结果尽可能精确且电流表、电压表的示数能从零开始调节。
(1)器材应选用(填器材序号字母);
(2)在方框内画出实验电路图并标明符号;
(3)电流表A内阻的表达式为:
RA=,式中各符号的物理意义为。
15.
(1)ABDFGH
(2)如图所示(3)
;U为电压表的读数,I为电流表的读数
解析:
(1)先选择唯一性器材:
AFGH;实验要求测量结果尽可能精确且电流表、电压表的示数能从零开始调节,所以滑动变阻器采用分压接法,选择阻值较小的,即选择选项D;待测电流表A的量程和内阻都很小,需要使用定值电阻与其串联起来以起保护作用,即使如此,允许加在它们两端的最大电压值为为18Ω×10mA=0.18V,所以电压表选择选项B。
综上可知,器材应选用ABDFGH。
(2)利用伏安法测电阻,滑动变阻器采用分压接法,待测电流表本身可以测量电流值,将定值电阻与待测电流表串联起来。
电路原理图如答案图所示。
(3)根据闭合电路欧姆定律有U=I(R3+RA),所以
,其中U为电压表的读数,I为电流表的读数。
16.(浙江省名校新高考研究联盟2012届高三上学期第一次联考)实验室有一破损的双量程电压表,两量程分别是3V和15V,其内部电路如图所示,因电压表的表头G已烧坏,无法知道其电学特性,但两个精密电阻R1、R2完好,测得R1=2.9kΩ,R2=14.9kΩ。
现有两个表头,外形都与原表头G相同,已知表头G1的满偏电流为1mA,内阻为70Ω;表头G2的满偏电流0.5mA,内阻为100Ω,又有两个定值电阻r1=40Ω,r2=30Ω。
若保留R1、R2的情况下,对电压表进行修复,则:
(1)原表头G满偏电流I=________,内阻r=_________.
(2)用于修复电压表的器材有:
______________________(填器材符号)。
器材及规格为:
电流表A量程0~5mA,内阻未知