2019年高考物理母题题源系列专题18电学实验（含解析）.docx

专题18 电学实验【母题来源一】2019年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国卷）【母题原题】某同学要将一量程为250 A的微安表改装为量程为20 mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1 200 ，经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图（a）所示电路对改装后的电表进行检测（虚线框内是改装后的电表）。（1）根据图（a）和题给条件，将（b）中的实物连接。（2）当标准毫安表的示数为16.0 mA时，微安表的指针位置如图（c）所示，由此可以推测出改装的电表量程不是预期值，而是_。（填正确答案标号）A18 MaB21 mAC25mAD28 mA（3）产生上述问题的原因可能是_。（填正确答案标号）A微安表内阻测量错误，实际内阻大于1 200 B微安表内阻测量错误，实际内阻小于1 200 CR值计算错误，接入的电阻偏小DR值计算错误，接入的电阻偏大（4）要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k=_。【答案】（1） （2）C （3）AC （4）【解析】（1）电表改装时，微安表应与定值电阻R并联接入虚线框内，则实物电路连接如下图所示：（2）由标准毫安表与该装表的读数可知，改装后的电流表，实际量程被扩大的倍数为：倍。故当原微安表表盘达到满偏时，实际量程为：，故本小题选C；（3）根据，得：，改装后的量程偏大的原因可能是，原微安表内阻测量值偏小，即电表实际内阻真实值，大于1200；或者因为定值电阻R的计算有误，计算值偏大，实际接入定值电阻R阻值偏小。故本小题选AC；（4）由于接入电阻R时，改装后的表实际量程为25 mA，故满足；要想达到预期目的，即将微安表改装为量程为20 mA电流表，应满足，其中，联立解得：或。【母题来源二】2019年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国卷）【母题原题】某小组利用图（a）所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中V1和V2为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻（阻值100 ）；S为开关，E为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计（图中未画出）测出。图（b）是该小组在恒定电流为50.0A时得到的某硅二极管UI关系曲线。回答下列问题：（1）实验中，为保证流过二极管的电流为50.0A，应调节滑动变阻器R，使电压表V1的示数为U1=_mV；根据图（b）可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻_（填“变大”或“变小”），电压表V1示数_（填“增大”或“减小”），此时应将R的滑片向_（填“A”或“B”）端移动，以使V1示数仍为U1。（2）由图（b）可以看出U与t成线性关系，硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为=_103V/（保留2位有效数字）。【答案】（1）5.00 变小 增大 B （2）2.8【解析】（1）U1=IR0=100 50106 A=5103 V=5 mV由，I不变，温度升高，U减小，故R减小；由于R变小，总电阻减小，电流增大；R0两端电压增大，即V1表示数变大，只有增大电阻才能使电流减小，故华东变阻器向右调节，即向B短调节。（2）由图可知，=2.8103V/【母题来源三】2019年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国卷）【母题原题】某同学欲将内阻为98.5 、量程为100 A的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15 k刻度正好对应电流表表盘的50 A刻度。可选用的器材还有：定值电阻R0（阻值14 k），滑动变阻器R1（最大阻值1 500 ），滑动变阻器R2（最大阻值500 ），电阻箱（099 999.9 ），干电池（E=1.5 V，r=1.5 ），红、黑表笔和导线若干。（1）欧姆表设计将图（a）中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为_：滑动变阻器选_（填“R1”或“R2”）。（2）刻度欧姆表表盘通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图（b）所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为_、_。（3）校准红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向_k处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量。若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图（c）所示，则电阻箱接入的阻值为_。【答案】（1） 900 R1 （2）45 5 （3）0 35 000.0【解析】（1）连线如图：根据欧姆表的改装原理，当电流计满偏时，则，解得R=900；为了滑动变阻器的安全，则滑动变阻器选择R1；（2）在a处，解得Rxa=45k；在b处，则，解得Rxb=5k；（3）校准：红黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指到0 k处；由图可知，电阻箱接入的电阻为：R=35 000.0 。【母题来源四】2019年普通高等学校招生全国统一考试物理（天津卷）【母题原题】现测定长金属丝的电阻率。（1）某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示，其读数是_。（2）利用下列器材设计一个电路，尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻约为，画出实验电路图，并标明器材代号。电源（电动势，内阻约为）电流表（量程，内阻）电流表（量程，内阻约为）滑动变阻器（最大阻值，额定电流）开关及导线若干（3）某同学设计方案正确，测量得到电流表的读数为，电流表的读数为，则这段金属丝电阻的计算式_。从设计原理看，其测量值与真实值相比_（填“偏大”、“偏小”或“相等”）。【答案】（1）（均可） （2） （3） 相等【解析】（1）根据螺旋测微器的读数法则可知读数为。因该实验没有电压表，电流表A1的内阻已知，故用A1表当电压表使用，为了调节范围大，应用分压式滑动变阻器的接法，则点如图如图由电路图可知流过电流为，电阻两端的电压为，因此电阻该实验的电流为真实电流，电压也为真实电压，因此测得值和真实值相等。【命题意图】考查电流表量程的改装关键是电压相等，各支路电流之和等于总量程。若量程扩大N倍，则并联一个阻值为的电阻。描绘小灯泡的伏安特性曲线实验，涉及电路原理图的绘制、电表的读数和数据的处理，意在考查考生对电路基础知识、电表读数的掌握情况及简单的推理能力。做此类实验，一定要注意实验原理，根据实验要求，选择合适的器材，在读取电表数据时，一定要注意选取的量程和分度值。本题要求考生根据四个表盘来判断电表的类别及彼此的对应关系，考查了考生简单的推理能力。【考试方向】与电阻测量有关的电学实验仍是高考命题的热点，同进伴随对基本仪器的读数能力的考查，命题形式可能为填空、选择性填空、电路图或实物连线、图象图表分析等；重视对实验操作能力的考查；实验器材的选择，包括滑动变阻器、电阻箱、电表量程的选择。【得分要点】1、多用电表测电阻使用“五步”法（1）选档：选倍率，一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率，如估计值为200 就应该选10的倍率；（2）调零：进行欧姆调零；（3）测量：将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量；（4）读数：将指针示数乘以倍率，得测量值；（5）整理：测量结束后，将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。特别注意：用欧姆挡测电阻时，如果指针偏转角度太小（即指针所指的欧姆刻度值太大），应该适当增大倍率重新调零后再测量；如果指针偏转角度太大（即指针所指的欧姆刻度值太小），应该适当减小倍率重新调零后再测量。2、控制电路的设计技巧（1）滑动变阻器控制电路的方式有分压式和限流式两种，下列几种情况必须选用分压式接法：要求被控制电路的电流（或电压）从零开始可连续调节时（如：测绘导体的伏安特性曲线等实验）；被控制电路的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0时；实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时；若采用限流式接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过电表或电器的额定值时。（2）若测量电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且被控制电路的电阻RL与滑动变阻器的最大值R0接近或RL略小于R0，则应该采用限流式接法。测定电源的电动势和内阻实验必须采用限流式接法。3、电学仪器的选择（1）电源的选择：一般可以根据待测电路的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。（2）电表的选择：一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表；根据待测电流的最大电流选择电流表；选择的电表的量程应使电表的指针偏转的幅度较大，一般应使指针能达到半偏以上，以减小读数的偶然误差，提高精确度。4、实物图连接注意（1）一般先从电源正极开始，须看电流的方向，将干路元件依次连线；（2）最后并接电压表；（3）连线时要注意电表的正、负接线柱，要使电流从正接线柱流入，负接线柱流出。5、器材选择的一般步骤是：（1）找出唯一性的器材；（2）草画电路图（暂不把电表接入）；（3）估算最大值（在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值）；（4）考虑能否都使电表达到满偏的1/3以上，且不超过电表的量程。1（2019天津高考模拟）某实验小组要研究小灯泡在不同电压下的工作特点，进行了如下的实验。（1）首先测量某电源的电动势和内阻。由于担心电源内阻过小，因此给电源串联了一个定值电阻R0，然后进行实验。电路如图（a）所示，缺失的导线应该是_和_相连（填“a”、“b”或“c”）。电路补充完整后，多次测量记录数据，并做出如图（b）所示的UI图像，由图像可得该电源电动势为E=_V。（结果保留两位有效数字）（2）小灯泡规格为“3.0 V，0.6 A”，测得其伏安特性曲线如图（c）所示。取三个这种小灯泡，与（1）中电源按如图（d）所示电路连接，A灯恰好正常发光。由此，可求得电源内阻r=_，（1）中定值电阻R0=_。（结果保留两位有效数字）【答案】（1）a c 4.8 （2）1 3.8【解析】（1）由于电源的内阻较小，为了减小测量误差，所以电流表应内接，即a、c相连；图象与纵轴交点即为电动势，所以电动势为4.8 V；（2）由A灯恰好正常发光可知，B、C灯泡中的电流为0.3 A，由图（c）可知，B、C灯泡两灯电压为1.2 V，所以电源内阻上的电压为：，流过电源的电流与A灯中的电流相同即为0.6 A，所以电源的内阻，由图（b）可知，短路电流为1 A，即有：，解得：。2（2019重庆南开中学高考模拟）某物理兴趣小组准备测量一节干电池的电动势和内阻实验室提供了如下器材：A电流表（量程，内阻为）B电流表（量程，内阻为）C电压表（量程，内阻很大）D滑动变阻器（阻值范围，额定电流）E滑动变阻器（阻值范围，额定电流）F定值电阻G定值电阻以及待测干电池，开关、导线若干。同学们根据提供的器材，设计了如图的实验电路图。（1）请根据电路图，将实物图中连线补充完整。（2）为了尽量减小误差且方便操作，图中电流表应选择_（填或），滑动变阻器应选择_（填或），定值电阻应选择_（填或）。（3）同学们利用上述实验装置测得了多组实验数据，并将电流表的读数作为横坐标，电压表的读数作为纵坐标，选取合适的标度，绘制了如图的图线。则该小组同学测定的干电池电动_，内阻_。（填含有、的表达式）【答案】（1） （2） （3） 【解析】（1）实物连线图如图：（2）因测量一节干电池的电动势，干电池的电阻约为，因此电路的最大电流约为500 mA，因此选A2量程过大，因此要选择A1并联电阻改装电流表即可；则电流表选择A1即可；滑动变阻器R2阻值过大，不方便操作，则滑动变阻器选择R1即可；定值电阻选择R3以后可将电流表A1改为600 mA量程，满足实验要求，因此选R3即可；（3）若设电流表的读数为I，电压表读数为U，则电路中的总电流为200I，由闭合电路的欧姆定律：，由图像可知E=a；，解得。3（2019福建高考模拟）为测定待测电阻Rx的阻值（约为200 ），实验室提供如下器材：电池组E：电动势3 V，内阻不计；电流表A1：量程015 mA，内阻约为100 ；电流表A2：量程0300 A，内阻为1 000 ；滑动变阻器R1：阻值范围020 ，额定电流2 A；定值电阻R2，阻值为9 000 ，额定电流10 mA；定值电阻R3，阻值为200 ，额定电流0.1 A；开关S、导线若干。实验中要求准确地测量Rx的阻值，请回答下列问题：（1）正确选取器材，在下面方框内画出测量Rx阻值的电路图，并在图中标明所选器材的符号。（2）调节滑动变阻器R1，两表的示数如上图所示，可读出电流表A1的示数是_mA，电流表A2的示数是_A，则待测电阻Rx的阻值是_（计算结果保留一位小数）。（3）仅从实验原理产生系统误差的角度分析，Rx的测量值_真实值（选填“”“”或“”）。【答案】（1） （2）8.0 150 191.1 （3）=【解析】（1）电源电动势为3 V，可以用已知内阻的电流表与定值电阻串联组成电压表测电压，即用电流表A2与定值电阻R2，阻值为9 000 串联，所测得电压为：，即可满足测量电压的要求，电流用另一个电流表测电流，因此需要选择的电表为：A1、A2。待测电阻阻值约为200 ，滑动变阻器最大阻值为20 ，待测电阻阻值远大于滑动变阻器最大阻值，为进行多次测量，滑动变阻器应采用分压接法，电流表A2与定值电阻串联组成电压表测电压，电压表内阻为：1 000+9 000=10 000 ，远大于待测电阻阻值，所以电流表应采用外接法，实验电路图如图所示。（2）由图所示电流表A1可知，其量程为15 mA，分度值为0.5 mA，示数为8.0 mA；由图所示电流表A2可知，其量程为300 A，分度值为10 A，示数为150 A；阻值为：。（3）测量Rx阻值是根据定义求得的，因为A2所在的路与Rx并联，所以电压一定相等，在计算Rx的电流时，利用两个电流表的差值来求出的，也没有存在误差，所以Rx的测量值等于真实值。4（2019南昌市第一中学高考模拟）为了测量一个量程03 V、内阻约3 k的电压表的内电阻，提供的实验器材有：A待测电压表V1；B电流表A1（00.6 A，内阻约0.2 ）；C电压表V2（量程010 V，内电阻约10 k）；D滑动变阻器R1（050 ，额定电流0.5 A）；E定值电阻R=5 k；F电源E（电动势8 V，内阻较小）；G开关一个、导线若干。（1）在线框内画出正确的实验电路图。（要求测量值尽可能精确、测量值的变化范围尽可能大一些，所用器材用对应的符号标出）（2）在图中完成实物连线。（3）实验时需要测得的物理量有_。（用符号表示并说明其物理意义）（4）待测电压表内电阻表达式为_。（用（3）中符号表示）【答案】（1） （2） （3）电压表的读数，电压表的读数 （4）【解析】（1）待测电压表量程只为电压表量程的，所以应将待测电压表扩大量程，与R串联，然后再将其电压表并联；由于滑动变阻器的全电阻远小于待测电压表内阻，所以变阻器应采用分压式接法，又待测电压表与定值电阻R串联后再与电压表并联，电路图如图所示：（2）注意导线不要交叉，如图所示：（3、4）根据串并联规律应有：，解得：，需要测量电压表的读数，电压表的读数。5（2019安徽高考模拟）当今人工智能技术迅猛发展，电池是新型人工智能机器人的重要部分，某新型机器人上的一节电池的电动势约为3 V，内阻约为27 ，为测量该电池的电动势和内阻，实验室可供选用的器材如下：A待测电池B定值电阻R0（R0=1.8 ）C电压表V（量程3 V，内阻约2 k）D电流表A（量程0.6 A，内阻RA=1.2 ）E电阻箱（099.99 ，额定电流1.5 A）F开关一个、导线若干（1）甲、乙两位同学为测量出该电池的电动势和内阻，各自想出了自己的测量方法，设计电路分别如图1、图2所示，则你认为合理的是_。A甲的设计B乙的设计C误差几乎一样，都可以D两人的设计都不行（2）如果按甲同学所设计的电路进行测量得到电阻箱的电阻R和电流表的读数I以及计算出的多组数据后，作出了如图3所示的R图象。请你帮助他分析计算电池的电动势E=_V，内阻r=_。（结果均保留一位小数）（3）已知某个小灯泡的UI图象如图4所示，把三只这样的相同的小灯泡并联后与R1一起接在第（2）问中已经测量的电池上，电路图如图5所示。已知R1=2 ，则闭合开关电路稳定后，其中一个小灯泡的电阻为_，功率为_W。（结果均保留三位有效数字）【答案】（1）A （2）3.0 3.0 （3）10.0 0.144【解析】（1）由于甲同学所设计的电路中电流表内阻已知，可减小测量误差，故甲同学的实验电路更合理些；（2）根据E=I（R+r+RA+R0），得到：，结合图象斜率和截距得到：E=3.0 V，r=3.0 ；（3）设每个小灯泡的电压、电流分别为U、I，结合电路，可得U=E3I（r+R1），即U=15I+3（V），在UI图象中做出此图线，如图所示，交点（0.12 A，1.2 V）即为一个小灯泡的工作状态，则得到一个小灯泡的电阻RL=1.2 V0.12 V=10.0 ，一个小灯泡的工作时的功率为：PL=1.2 V0.12 A=0.144 W。6（2019广西高考模拟）某同学要将一个满偏电流为150 A的电流表G改装成3 V量程的电压表并进行校准。（1）电流表G的内阻未知（大约几百欧），该同学设计了一个测量电流表G内阻的电路如图甲所示，请根据电路图将图乙中的电路连接完整。（2）图甲电路中G为待测电流表，R1为电阻箱，调节电阻箱使其接入电路的阻值为R0，闭合电键S，调节滑动变阻器R，使电流表G、A指针均有较大角度的偏转，示数分别为I1、I2，则被测电流表G的内阻Rg=_（用测得的物理量的字母表示）。（3）若测得电流表G的内阻为800 ，将其改装成3 V量程的电压表，需要串联一个定值电阻R2，其阻值应该为_。（4）对改装的电压表进行校准，其中V为标准电压表，校准电路应选用_（填“丙”或“丁”），理由是_。（5）用校准后的改装电压表测量某段电路两端的电压，电流计上的指针所指的位置如图戊所示，则被测电路两端的电压值为_V。（计算结果保留三位有效数字）【答案】（1） （2） （3）19 200 （4）丙 因为电压可以从零开始调节，电压测量范围较大，能充分校准 （5）2.80【解析】（1）实物连接图如图所示；（2）由实验原理图可知，通过电阻箱电流为I0=I2I1，又电阻箱和G并联，故两端电压相等，根据欧姆定律，得电流表G的内阻；（3）由题意，电流表G的满偏电压为：UG=IGRG串联电阻分担电压为：U2=UUG故需串联电阻：联立，代入数据得R2=19 200 。（4）在校准时，应采用图丙，因为电压可以从零开始调节，电压测量范围较大，能充分校准。（5）电压表使用的是03 V的接线柱，每一个大格代表1 V，每一个小格代表0.1 V，示数为2.80 V。7（2019湖南高考模拟）指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器，请回答下列问题：（1）在使用多用电表测量时，若选择开关找至“25 V“挡，指针的位置如图（a）所示，则测量结果为_V。（2）多用电表测量未知电阻阻值的电路如图（b）所示，电源的电动势为E，R0为调零电阻。某次将待测电阻用电阻箱代替时，电路中电流I与电阻箱的阻值Rx关系图象如图（c）所示，则此时多用电表的内阻为_，该电池的电动势E_V。（3）下列判断正确的是_。A在图（b）中、电表的左、右插孔处分别标注着“”、“+”B由图线（c）的特点可知，欧姆表的刻度盘上的数字左小右大C欧姆表调零的实质是通过调节R，使Rx0时电路中的电流达到满偏电流D电阻Rx的变化量相同时，Rx越小，则对应的电流变化量就越小（4）如果随着使用时间的增长，该多用电表内部的电源电动势减少，内阻增大，但仍然能够欧姆调零，如仍用该表测电阻，则测量结果是_。（填“偏大”“偏小”或“不变”）【答案】（1）11.5 （2）1.5104 12 （3）AC （4）偏大【解析】（1）选择开关置于“25 V”时，选择表盘第二排刻度进行读数，分度值为0.5 V，对应刻度示数为：11.5 V。（2）根据闭合电路的欧姆定律得：，由题图可得Ig0.8 mA，当I0.3 mA时，Rx15 k，解得R内15 k1.5104 ，E12 V。（3）根据电流红进黑出，在题图b中，电表的右、左插孔处分别标注着“+”“”，故A正确；函数图象是非线性变化，导致欧姆表刻度不均匀，欧姆表的刻度盘上的示数左大右小，由于外电阻增大电路电流减小造成的，故B错误；欧姆表调零通过调节滑动变阻器R0，调节至待测电阻Rx为零（即两表笔短接）时，电流表满偏，对应欧姆表示数为零，故C正确；欧姆表刻度不均匀的原因是待