2014年高考物理复习 第7章 专题7 电学设计性实验的处理训练题（含解析） 新人教版

1 专题七专题七 电学设计性实验的处理电学设计性实验的处理 考纲解读 1 掌握设计创新型实验的一般方法 2 能根据题目给的实验目的 器材 设计出 合理的实验方案 实验步骤及数据处理的方法 考点一 设计性实验的答题思路与方法 1 明确实验目的 审题时要看清题目要求测定什么物理量 验证 探究什么物理规律 或 者要求设计达到何种标准的电路 2 广泛联系 寻找原型 确定实验原理 3 根据实验原理与实验器材 迁移实验方法 确定实验方案 4 实验电路的选择 1 2 控制电路的选择 控制电路即滑动变阻器在电路中的连接 常有两种不同的形式 图 1 甲为限流式 图乙为分压式 2 图 1 在具体实验中 滑动变阻器是采用分压式还是限流式 可按以下标准进行判断 负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器总电阻R 需用分压式电路 要求负载上电压或电流变化范围较大 且从零开始连续可调 需用分压式电路 负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不多 并且电压 电流表示数 变化不要求从零起调 可采用限流式 两种电路均可使用的情况下 应优先采用限流式接法 因为限流式接法消耗的的总功 率较小 例 1 中国机器人农民发明家吴玉禄 被誉为中国的特斯拉 只有小学文化 为了给他的机 器人吴老二找一个可充电电池 他在废品站找到了一个像电池一样有两个电极的装置 上面标有 TNT 字样 他高兴地拿回去充电 结果差点丢了性命 如果你是他的儿女 为了安全起见 你能给他提出一些建议或帮助吗 1 经上网查找这是只工业电雷管 由电能转化成热能而引发爆炸的 利用了电流的热 效应 给你一个多用电表你会选择 直流电流 直流电压 电阻 挡来判断它是 否为电池 可保证既安全又方便 2 经核实该电雷管全电阻阻值为 6 其中电热丝阻值为 5 引脚线长 2 m 阻值 为 1 当通以 0 45 A 电流时约 6 s 钟爆炸 若吴玉禄用 5 4 V 的电压给它充电时理论 上约 s 钟爆炸 3 某兴趣小组发扬吴玉禄精神 用伏安法设计了一实验精确测量上述单只电雷管电阻 的电路 准备了以下实验器材 待测电雷管Rx 炸药桶 保护作用 防爆破 电流表 A1 量程 0 5 A 内阻约 0 5 电流表 A2 量程 30 mA 内阻约 30 电压表 V1 量程 30 V 内阻约 10 k 电压表 V2 量程 2 V 内阻约 3 k 滑动变阻器R 0 10 电阻箱R0 0 999 9 0 1 A 干电池E 电动势E 1 5 V 内阻r约 0 1 电键 S 及导线若干 3 请设计一个较合理的电路原理图 画在规定的虚线框内 要求通过电雷管的电流不超 过 27 mA 电压能从零调节 尽可能减小误差 写出Rx的计算公式Rx 说明公式中各物理量的意义 解析 1 由直流电压挡的内阻较大 如是电池 能显示电压 电流较小 如是 TNT 直流电压挡不会给它供电 也是安全的 如用电阻挡测试 多用电表内部电池会给 TNT 供电 可能有危险 所以应选直流电压挡 2 由焦耳定律 I Rt1 2Rt 解得t 1 5 s 2 1 U R总 3 由于要求电雷管的电流不超过 27 mA 因此电流表应选 A2 且应给待测电雷管串 联电阻箱作限流电阻 电压表 V1量程过大 应选 V2 且电流表应外接 滑动变阻器应 用分压式 电路图如图所示 由欧姆定律知Rx R0 其中 U为电压表示数 I为电流表示数 R0为电阻箱读 U I 数 答案 1 直流电压 2 1 5 3 见解析图 R0 U为电压表示数 I为电流表 U I 示数 R0为电阻箱读数 实验设计流程 4 5 例 2 在 描绘小灯泡的伏安特性曲线 的实验中 现除了有一个标有 5 V 2 5 W 的小 灯泡 导线和开关外 还有 A 直流电源 电动势约为 5 V 内阻可不计 B 直流电流表 量程 0 3 A 内阻约为 0 1 C 直流电流表 量程 0 600 mA 内阻约为 5 D 直流电压表 量程 0 15 V 内阻约为 15 k E 直流电压表 量程 0 5 V 内阻约为 10 k F 滑动变阻器 最大阻值 10 允许通过的最大电流为 2 A G 滑动变阻器 最大阻值 1 k 允许通过的最大电流为 0 5 A 实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据 1 实验中电流表应选用 电压表应选用 滑动变阻器应选用 均用序号字母表示 2 请按要求将图 2 中所示的器材连成实验电路 图 2 3 某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图 3 所示 现把实验中使用的 小灯泡接到如图 4 所示的电路中 其中电源电动势E 6 V 内阻r 1 定值电阻 R 9 此时灯泡的实际功率为 W 结果保留两位有效数字 图 3 图 4 6 解析 1 由灯泡标识 5 V 2 5 W 知 I 0 5 A 因此电流表选 C 电压表选 E 由 P U 于电路接成分压式 滑动变阻器选 F 2 如图所示 3 把定值电阻作为电源的内阻 则该电源短路时的电流为Imax 0 6 A 在题图 E R r 中的U I图中 作出此电源的U I图线如图中虚线所示 两图线交点即表示该灯泡的实际工作点 由图知 U 2 2 V I 0 38 A 所以P UI 2 2 0 38 W 0 84 W 答案 1 C E F 2 见解析图 3 0 84 0 81 0 87 皆可 考点二 实验方法及数据处理方法的迁移运用 1 实验方法迁移 基本的实验方法包括 实验原理的设计方法 实验误差的控制方法和实验数据的处理方 法 将基本的实验方法和物理原理合理迁移 可设计出测量不同的物理量 可探究不同 问题的实验方案 教材中所学过的物理规律 物理公式中只要含有某一物理量 则该规 律 公式就可作为研究或测定该物理量的原理基础而进行相应的实验方法设计 如用伏 安法测电阻 R 也可迁移到测电压表内阻和电流表内阻上去 U I 2 实验数据的迁移 数据探究性实验的主要功能是通过实验提供的数据信息 分析各数据中的内在联系 找 出数据中所包含的物理规律 常用的数据处理方法 如平均值法 图象法 逐差法 比 较法等 和误差分析方法应该掌握 7 例 3 常用的电流表有内阻 现要测量电流表 G1的内阻r1 电路如图 5 所示 供选择的仪 器如下 图 5 A 待测电流表 G1 0 5 mA 内阻约 300 B 电流表 G2 0 10 mA 内阻约 100 C 定值电阻R1 30 D 定值电阻R2 300 E 定值电阻R3 3 k F 滑动变阻器R4 0 20 G 电源 电动势 6 0 V 内阻不计 H 开关 S 及导线若干 1 电路中与电流表 G1并联的电阻应选 保护电阻应选用 请填写器 材前的字母序号 2 根据电路图在图 6 中连接实物图 要求闭合开关前滑动变阻器的滑动触头P处于正 确位置 图 6 3 补全实验步骤 图 7 按电路图连接电路 8 闭合开关 S 移动滑动触头P至某一位置 记录 G1 G2的读数I1 I2 以I1为纵轴 I2为横轴 作出相应图象如图 7 所示 4 根据I1 I2图线的斜率k及定值电阻 写出电流表 G1内阻的表达式r1 解析 1 由于 G2的量程为 0 10 mA 而 G1的量程为 0 5 mA 则与 G1并联的电阻分 流大约是 0 5 mA 应与 G1的内阻相当 因此应选R2 即 D 保护电阻如过大 则导致 G1 G2示数很小 或指针不偏转 因此应选R1 即 C 2 3 多次移动滑动触头 记录相应的 G1 G2读数I1 I2 4 从电路可知 I2 I1 R2 I1r1 即I1 I2 即 k 所以r1 R2 R2 R2 r1 R2 R2 r1 1 k k 答案 1 D C 2 见解析图 3 多次移动滑动触头 记录相应的 G1 G2读数I1 I2 4 R2 1 k k 9 限时 45 分钟 1 某同学将完好的仪器连接成如图 1 所示电路 其中滑动变阻器的连线没有画出 用来探 究小灯泡电阻与电压的关系 图 1 1 闭合开关进行实验时发现 无论怎样移动滑片P 电压表和电流表的示数都不为零 但始终没有变化 则该同学把滑动变阻器接入电路中的方式可能是 填写选项 代号 a G与C相连 F与H相连 b G与C相连 D与H相连 c G与E相连 F与H相连 d G与E相连 D与H相连 2 在图中将滑动变阻器正确接入电路中 要求 灯泡两端的电压可以从零开始进行调 节 3 在正确操作下 该同学得到灯丝两端电压U和对应电阻R的数据如下表 U V1 02 03 04 06 08 010 012 0 R 2 13 03 84 45 25 65 96 0 根据表中数据在图 2 中描出R U图线 图 2 根据图线 可以得到灯丝在未通电时的阻值约为 答案 1 bc 10 2 如图所示 3 如图所示 1 0 0 9 1 2 均可 2 某同学想利用所学知识测量某种圆柱形材料的电阻率 实验要求必须精确测出该段材料 的阻值 除了导线和开关外 实验室还备有以下器材可供选用 电流表 A1 量程 1 A 内阻r1约 0 5 电流表 A2 量程 30 mA 内阻r2约 200 电压表 V1 量程 6 V 内阻RV1等于 20 k 电压表 V2 量程 10 V 内阻RV2约 30 k 滑动变阻器R1 0 20 额定电流 2 A 滑动变阻器R2 0 2 000 额定电流 1 mA 电源E 电动势为 12 V 内阻r约 2 1 请选择合适的器材 设计出便于精确测量的电路图画在虚线框中 其中滑动变阻器 应选 2 若选用其中一组电表的数据 设该段圆柱形材料的长为L 直径为d 由以上实验得 出这种材料电阻率的表达式为 式中符号的含义为 答案 1 电路图见解析图 R1 2 U1表示电压表 V1的示数 d2 U2 U1 RV1 4U1L U2表示电压表 V2的示数 解析 1 由于 V1的阻值已知 可当电流表使用 故可以采用将待测材料与 V1串联再与 11 V2并联 由于滑动变阻器阻值远小于待测电阻的阻值 故滑动变阻器应采用分压式接法 为调节方便选用小阻值的R1 电路图如图所示 2 由电路图知 Rx IV1 又Rx 联立得 U2 U1 IV1 U1 RV1 L S 式中U1表示电压表 V1的示数 U2表示电压表 V2的示数 d2 U2 U1 RV1 4U1L 3 现有一特殊电池 它的电动势E约为 9 V 内阻r约为 40 已知该 电池允许输出的最大电流为 50 mA 为了测定这个电池的电动势和内阻 某同学利用如图 3 所示的电路进行实验 图中电流表的内阻RA已经测 图 3 出 阻值为 5 R为电阻箱 阻值范围为 0 999 9 R0为定值电阻 对电路起保 护作用 1 实验室备有的定值电阻R0共有以下几种规格 A 10 B 50 C 150 D 500 本实验选用哪一种规格的定值电阻最好 2 该同学接入符合要求的R0后 闭合开关 S 调整电阻箱的阻值 读取电流表的示数 记录多组数据 作出了如图 4 所示的图线 则根据该同学作出的图线可求得该电池的电 动势E V 内阻r 图 4 答案 1 C 2 10 45 解析 1 当R 0 时 应该有R0 r RA 即R0 135 时 可保证 9 5 10 2 电路中电流不超过最大允许电流 R0应该选择 C 2 由E I r R0 RA R 得 R R0 r RA 结合图象可得 r RA 5 1 I 1 E 1 E 1 E A 1 斜率 V 1 解得E 10 V r 45 1 E 45 15 400 100 4 将一铜片和一锌片分别插入一个苹果内 就构成了简单的 水果电池 其电动势约为 12 1 5 V 可是这种电池并不能点亮额定电压为 1 5 V 额定电流为 0 3 A 的手电筒上的 小灯泡 原因是流过小灯泡的电流太小了 经实验测得还不足 3 mA 为了较精确地测定 该水果电池的电动势和内阻 提供的实验器材有 A 电流表 A1 量程 0 3 mA 内阻约为 0 5 B 电流表 A2 量程 0 0 6 A 内阻约为 0 1 C 电压表 V 量程 0 1 5 V 内阻约为 3 k D 滑动变阻器R1 阻值 0 10 额定电流为 1 A E 滑动变阻器R2 阻值 0 3 k 额定电流为 1 A F 电键 导线若干 G 水果电池 1 实验中电流表应选用 滑动变阻器应选用 均用序号字母表示 2 请在虚线框内画出实验电路图 3 根据实验记录的数据 经描点 连线得到水果电池的路端电压随 电流变化的U I图象如图 5 所示 由图可知 水果电池的电动势 E V 内阻r 答案 1 A E 2 如图所示 图 5 3 1 35 450 解析 由图象知电源内阻较大 因此电流表应外接 误差较小 同时滑动变阻器应选 R2 电流表才会有明显的示数变化 5 用下列器材组装成一个电路 要求既能测量出电池组的电动势E和内阻r 又能同 时描绘小灯泡的伏安特性曲线 A 电压表 V1 量程 6 V 内阻很大 B 电压表 V2 量程 3 V 内阻很大 C 电流表 A 量程 3 A 内阻很小 D 滑动变阻器R 最大阻值 10 额定电流 4 A 13 E 小灯泡 2 A 5 W F 电池组 电动势E 内阻r G 开关一只 导线若干 实验时 调节滑动变阻器的阻值 多次测量后发现 若电压表 V1的示数增大 则电压 表 V2的示数减小 请将设计的实验电路图在如图 6 所示的虚线框中补充完整 图 6 1 每一次操作后 同时记录电流表 A 电压表 V1和电压表 V2的示数 组成两个坐标点 I1 U1 I2 U2 标到U I坐标系中 经过多次测量 最后描绘出两条图线 如图 7 所示 则电池组的电动势E V 内阻r 结果保留两位有效数字 图 7 2 在U I坐标系中两