（全国通用）高考物理总复习训练 高频考点专项练（七）电学中的设计性实验（含解析）.doc

高频考点专项练(七)电学中的设计性实验(45分钟100分)1.(13分)欲测量一个电流表的内阻,根据以下要求来选择器材并设计电路：a.无论怎样调节变阻器,电流表都不会超量程;b.有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据。现备有如下器材：a.待测电流表a1(量程3 ma,内阻约为50)b.电压表v(量程3 v,内阻未知)c.电流表a2(量程15 ma,内阻为10)d.保护电阻r=120e.直流电源e(电动势2v,内阻忽略不计)f.滑动变阻器(总阻值10,额定电流0.5 a)g.开关一个,导线若干(1)在以上提供的器材中,除a、e、f、g以外,还应选择、(填字母代号)。(2)请画出符合要求的实验电路图。【解析】根据题中给出的备用器材,选择伏安法测量电流表的内阻,选择内阻已知的电流表a2作为电压表,选择保护电阻r与并联的两个电流表串联。由于电流表两端电压最大只有0.15v,滑动变阻器最大电阻只有10,所以选择分压电路,电路图如图所示。答案：(1)cd(2)见解析2.(15分)有一个额定电压为2.8v,功率约为0.8 w的小灯泡,现要用伏安法测绘这个灯泡的i -u图线,有下列器材供选用：a.电压表(03 v,内阻6 k)b.电压表(015 v,内阻30 k)c.电流表(03 a,内阻0.1)d.电流表(00.6 a,内阻0.5)e.滑动变阻器(10,5 a)f.滑动变阻器(200,0.5 a)g.蓄电池(电动势6 v,内阻不计)(1)用如图所示的电路进行测量,电压表应选用,电流表应选用,滑动变阻器应选用(用序号字母表示)。(2)通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图所示。由图线可求得此灯泡在正常工作时的电阻为。(3)若将此灯泡与电动势6v、内阻不计的电源相连,要使灯泡正常发光,需串联一个阻值为的电阻。【解析】(1)小灯泡的额定电压为2.8v,故电压表选用a;小灯泡的功率约为0.8 w,故小灯泡的电流约为0.3 a,电流表选取d;实验原理图中滑动变阻器采用分压式接法,故滑动变阻器一般选择小量程的便于调节,选择e。(2)根据i -u曲线的横坐标电压2.8v,对应的纵坐标电流为0.28 a,根据欧姆定律得电阻为10。(3)当与6v电源相连时,根据欧姆定律可得erl+r=ulrl,解得r=807,故需串联807的电阻。答案：(1)ade(2)10(3)8073.(16分)某物理实验小组利用实验室提供的器材测量一螺线管两接线柱之间金属丝的长度。可选用的器材如下：a.待测螺线管l(符号)：绕制螺线管的金属丝电阻率为,直径为d,阻值约几十欧b.电流表a1：量程10 ma,内阻r1=40c.电流表a2：量程500a,内阻r2=750d.电压表v：量程为10 v,内阻为10 ke.保护电阻r1：阻值为100f.滑动变阻器r2：总阻值约为10g.电源e,电动势约为1.5v,内阻忽略不计h.开关一个及导线若干(1)用多用电表粗测线圈的电阻,选择倍率“1”和“10”,经正确操作后,多用电表表盘示数如图所示,则金属丝的电阻约为。(2)为了尽可能准确地测量rl,要求电表的指针偏转至少要达到满刻度的13,请你设计一种适合的电路,将你设计的电路画在虚线框中,并标明所用器材的代号。(3)已知金属丝的直径为d,要测量的物理量是通过电流表a1的电流i1,通过电流表a2的电流i2。用已知量和测得量的符号表示金属丝的长度l,则l=。【解析】(1)由于欧姆表指针指在欧姆表中值电阻附近时的读数较准,所以应按“1”倍率读数,读数为r=148=48。(2)由于电源电动势为1.5v,小于电压表量程的13,所以不能使用电压表v来测量电压,由于两电流表的满偏电压分别为u1=i1mr1=0.4v,u2=i2mr2=0.375v,可将待测电阻与电流表a2串联后再与a1并联,如电路图甲所示;因电流表a2的满偏电流小于a1的满偏电流,可将待测电阻与电流表a2并联再与a1串联,如电路图乙所示;又由于滑动变阻器的最大电阻远小于待测电阻,所以变阻器应用分压式接法。(3)电路图甲：l与a2两端电压u1=i1r1,l两端电压u1=i1r1-i2r2,通过l的电流为i2,由欧姆定律及电阻率公式得金属丝的长度l=d2(i1r1-i2r2)4i2;电路图乙：l的电压与a2的电压相同,流过l的电流i2=i1-i2,由欧姆定律及电阻率公式得金属丝的长度l=d2i2r24(i1-i2)。答案：(1)48(2)见解析图甲或乙(画出其中一个即可)(3)d2(i1r1-i2r2)4i2或d2i2r24(i1-i2)4.(16分)(2015石家庄模拟)某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率,所用的器材包括：输出电压为3v的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、米尺、电阻箱、开关和导线等。(1)他们截取了一段金属丝,拉直后固定在绝缘的米尺上,并在金属丝上夹上一个小金属夹,金属夹可在金属丝上移动。请根据现有器材,在虚线框中设计实验电路,并连接电路实物图(如图)。(2)实验的主要步骤如下：正确连接电路,设定电阻箱的阻值,开启电源,合上开关。读出电流表的示数,记录金属夹的位置。断开开关,合上开关,重复的操作。(3)该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据,并据此给出了如图所示的关系图线,其斜率为a-1m-1(保留三位有效数字);图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了的电阻之和。【解析】(1)本题以创新型实验的形式考查了电阻率的测量,对利用图像获取信息的能力有较高的要求。依据实验器材和实验目的“测量金属丝的电阻率”,电路图如图甲所示：电路实物图如图乙所示：(2)读出接入电路中的金属丝的长度,改变金属夹位置。(3)依据闭合电路欧姆定律得e=i(ra+r0+rx),参照题目给出的图像可得1i=ra+r0e+les,依据直线可得其斜率为10.0a-1m-1,截距为ra+r0e,则图线纵轴截距与电源电动势的乘积为电流表的内阻与电阻箱的电阻之和。答案：(1)见解析图(2)读出接入电路中的金属丝的长度,改变金属夹位置(3)10.0电流表的内阻与电阻箱5.(20分)(2014福建高考)某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻,实验原理如图甲所示,其中,虚线框内为用灵敏电流计改装的电流表,为标准电压表,e为待测电池组,s为开关,r为滑动变阻器,r0是标称值为4.0的定值电阻。(1)已知灵敏电流计的满偏电流ig=100a、内阻rg=2.0k,若要改装后的电流表满偏电流为200ma,应并联一只(保留一位小数)的定值电阻r1。(2)根据图甲,用笔画线代替导线将图乙连接成完整电路。(3)某次实验的数据如下表所示：测量次数12345678电压表读数u/v5.265.165.044.944.834.714.594.46改装表读数i/ma20406080100120140160该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法),计算出电池组的内阻r=(保留两位小数);为减小偶然误差,逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是 。(4)该小组在前面实验的基础上,为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响,用一已知电动势和内阻的标准电池组,通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同,但内阻的测量值总是偏大。若测量过程无误,则内阻测量值总是偏大的原因是。(填选项前的字母)a.电压表内阻的影响b.滑动变阻器的最大阻值偏小c.r1的实际阻值比计算值偏小d.r0的实际阻值比标称值偏大【解析】(1)据(i-ig)r1=igrg可得r1=1.0。(2)依电路图连接实物图如图所示(3)借鉴逐差法有r内+r0=|u5-u1+u6-u2+u7-u3+u8-u4i5-i1+i6-i2+i7-i3+i8-i4|=5.66,电池组的内阻r内=r-r0=5.66-4.0=1.66,逐差法的优点是充分利用已测得的数据,减小偶然误差。(4)若考虑电压表内阻的影响,则内阻的测量值比真实值小,滑动变阻器的最大值对测量结果无影响,a、b错误;据r内=r-r0可知r0的实际阻值比标称值大,则内阻的测量值总是偏大,d正确;r1的实际阻值比计算值小,则实际通过电流表的电流大于示数,据r=|ui|可知内阻的测量值偏大,c正确。答案：(1)1.0(2)见解析图(3)1.66充分利用已测得的数据,减小偶然误差(4)c、d6.(20分)某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻,考虑到水果电池组的内阻较大,为了提高实验的精确度,需要测量电压表的内阻。实验中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表,该同学便充分利用这块电压表,设计了如图所示的实验电路,既能实现对该电压表的内阻的测量,又能利用该表完成水果电池组电动势和内阻的测量。他用到的实验器材有：待测水果电池组(电动势约4 v,内阻约50)、双向电压表(量程为2 v,内阻约为2 k)、电阻箱(09 999)、滑动变阻器(0200),一个单刀双掷开关及若干导线。(1)该同学按如图所示电路图连线后,首先测出了电压表的内阻。请完善测量电压表内阻的实验步骤。将r1的滑动触片滑至最左端,将s拨向1位置,将电阻箱阻值调为0;调节r1的滑动触片,使电压表示数达到满偏;保持不变,调节r2,使电压表的示数达到;读出电阻箱的阻值,记为r2,则电压表的内阻rv=。(2)若测得电压表内阻为2k,可分析此测量值应(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。(3)接下来测量电源电动势和内阻,实验步骤如下：将开关s拨至(选填“1”或“2”)位置,将r1的滑动触片移到最端,不再移动;调节电阻箱的阻值,使电压表的示数达到一个合适值,记录下电压表的示数和电阻箱的阻值;重复第二步,记录多组电压表的示数及对应的电阻箱的阻值。(4)若将电阻箱与电压表并联后的阻值记录为r,作出1u-1r图像,则可消除系统误差,如图所示,其中截距为b,斜率为k,则电动势的表达式为,内阻的表达式为。【解析】(1)由题图可知,将s拨向1位置,滑动变阻器r1在电路中为分压式接法,利用电压表的半偏法得：调节r1使电压表满偏,保持r1不变,r2与电压表串联,调节r2使电压表的示数达到半偏(或最大值的一半),电压表的内阻rv与电阻箱示数r2相同。(2)由闭合电路欧姆定律可知,调节r2变大使电压表达到半偏的过程中,总电阻值变大,干路总电流变小,由e=ir+u外得：u外变大,由电路知：u外=u并+u右,变阻器的滑动触片右侧电压u右=i