高三物理一轮复习 高频考点强化（六）电学中的设计性实验.doc

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: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;将s2拨向2,保持 不变,调节_,使电流表a的读数仍为i;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)滑动变阻器r2的滑片位置电阻箱r1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。导学号42722502u/v00.40.81.21.62.02.42.62.83.0i/ma00.92.34.36.812.019.024.030.037.0(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10k;电流表ma:内阻ra约为100)(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_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=3-2.50.02=25的电阻。答案:(1)(2)见解析(3)25(2228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1.0 a,此时滑动触头滑到最下端,恒流源短路,输出电流i0=1.0 a。(3)从图乙得出u=20-20i,又因为p=ui,即p=-20i2+20i,当i=0.5 a时,p有最大值5 w。答案:(1)减小(2)1.00(0.98、0.99、1.01均正确)(3)54.(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a1:200a,300电流表a2:30 ma,5定值电阻r0:9700滑动变阻器r:050导学号42722503(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/a120125130135140145i2/ma20.016.713.210.06.73.3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=_。(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=-rr0+ra1+ri2+er0+ra1+r,所以图线的斜率k=-rr0+ra1+r,截距b=er0+ra1+r,计算可得:e=1.50v,r=15.0。(3)将该欧姆表两个表笔短接,通过欧姆表的电流为i=er=1.515a=0.1a。答案:(1)见解析(2)1.515.0(3)0.15.(12分)(2017临沂模拟)有一个电压表v,其内阻为30 k、量程为2535v,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03v,内阻为3k标准电压表v2:量程06v,内阻为1k电流表a:量程03a,内阻未知滑动变阻器r:总阻值为1k稳压电源e:30v,内阻不能忽略开关、导线若干导学号42722504(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=u13 000,则待测电压表两端的电压i30000=10u1。此时指针指示的格数为n,则有:n30ug=10u1;解得量程为:ug=300u1n,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300u1nn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:待测电流表g1(05ma,内阻约300);电流表g2(010ma,内阻约100);定值电阻r1(300);定值电阻r2(10);滑动变阻器r3(01000);滑动变阻器r4(020);干电池(1.5v);开关s及导线若干。导学号42722505(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,滑动变阻器选。(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+i1r1r1=r1+r1r1i1,所以k=r1+r1r1,即r1=(k-1)r1。答案:(1)(2)见解析图(3)r1=(k-1)r17.(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,所用器材包括:a.待测合金丝ac:长度约1 m,电阻约20;b.电压表:测量范围05 v,内阻约50 k;c.电流表:测量范围00.5 a,内阻约0.3;d.滑动变阻器:电阻变化范围010;e.直流电源:电动势约9 v;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: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;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;断开开关,调节金属夹的位置,合上开关,重复的操作。(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=_m(保留两位有效数字)。【解析】(1)滑动变阻器的最大电阻为10,若采用限流式连接,电压的调控范围为69 v,采用分压式连接能把电阻丝的电压调整至5 v,电压表的读数更有效,因racrarv,电流表采用外接法,选项d正确。(2)螺旋测微器读数为d=30.00.01mm=0.300 mm。(4)对电阻丝,分别由欧姆定律和电阻定律得rx=ui和rx=ld24,联立解得u=4ild2。(5)由u-l图线可得斜率k=5-20.5v/m=6 v/m,该合金丝的电阻率=kd24i=1.210-6m。答案:(1)d(2)0.300(4)4ild2(5)1.210-6【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、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