高考物理必备专题18之18 电学实验的联系实际的新情景问题（原卷版）

专题18电学实验的最新“联系实际的新情景问题”电学实验一直是高考命题的重头戏．这几年高考出现的电学实验试题，虽然形式多样，但考查的特点比较清晰，一是重基础，考查电学基本仪器的使用和读数，因为无论是实验设计，还是原理分析，往往都涉及基本仪器的使用和读数；二是重能力，电路实验及电路以新情景问题为主的实验设计是高考命题热点，考查重点包括实验原理、实验仪器选择、电路连接、实验操作（理论）、实验设计等．考查电学设计问题，由于设计类实验是考生实验能力的较高体现，通过它不仅可以考查考生完成实验的一般能力，更重要的是可以考查学生运用已学过的实验方法、原理处理新情境实验问题能力、创新能力和迁移能力。1.（2022·陕西西安中学第四次模拟）酒驾严重危害了公共交通安全，打击酒驾现象已成为日常。如题图甲为交警使用的某种酒精检测仪，核心部件为酒精气体传感器，其电阻与酒精气体浓度x的关系如图乙所示。（1）某同学自行设计了简易酒精检测仪，如图丙所示，用到的器材有酒精气体传感器、电源（电动势为，内阻未知）、电流表（满偏电流为，内阻为），闭合开关，周围无酒精气体，发现电流表刚好满偏，则电源内阻为________；用该仪器________（选填“能”“不能”）检测酒驾；驾驶员状态非酒驾酒驾酒精气体浓度标准小于0.2大于或者等于0.2检测器状态只有绿灯亮绿灯红灯都亮（2）另一位同学查阅酒精检测仪说明书时看到题表，他根据自己的理解将酒精检测仪的内部电路简化为题图丁。只有绿灯亮表示被测试者非酒驾，红绿灯一起亮表示被测试者酒驾。图丁中电源电动势为，内阻不计，为定值电阻，为酒精气体传感器，是彩色小灯泡，颜色一红一绿，小灯泡电压达到才会发光，则为________（选填“红”“绿”）灯，当红灯刚亮时通过其的电流为_________A（保留两位有效数字）。2.（2022·山东潍坊市核心素养测评，10分）（R—t（℃）)市面上有一种铜热电阻温度传感器Cu50（如图甲所示），铜热电阻封装在传感器的探头内。某物理兴趣小组查到了热电阻Cu50的阻值随温度变化的一些信息，并绘制出了如图乙所示图像。该小组想利用这种传感器制作一个温度计，他们准备的实验器材如下：干电池，电动势为1.5V，内阻不计；灵敏毫安表，量程（1）若直接将干电池、开关、灵敏毫安表、铜热电阻温度传感器Cu50串接成一个电路作为测温装置，则该电路能测的最低温度为_________℃。（2）该实验小组为了使温度从0°℃开始测量，又设计了如图丙所示的电路图，其中R为铜热电阻，R1为电阻箱，并进行了如下操作：a.将传感器探头放入冰水混合物中，过一段时间后闭合开关，调节电阻箱R1，使毫安表指针满偏，此时R1＝_____Ω；b.保持电阻箱的阻值不变，把传感器探头放入温水中，过一段时间后闭合开关，发现毫安表的读数为18.0mA，则温水的温度为________。（保留2位有效数字）c.写出毫安表的电流值I（A）和温度t（℃）的关系式_________。d.根据关系式将毫安表刻度盘上的电流值改写为温度值，这样就可以通过毫安表的表盘直接读出被测物体的温度。（3）若干电池用久了后其电动势不变，而内阻明显变大，其他条件不变。若使用此温度计前按题（2）中a步骤的操作进行了调节，仍使毫安表指针满偏；测量结果将会_______（填“偏大”“偏小”或“不变”）。3.（2022·广东广州市综合测试)利用输出电压为的恒压电源、量程为的电流表（内阻不计）、定值电阻、阻值随长度均匀变化的电阻丝（长度为，总阻值为）、弹簧（电阻不计）、开关、导线，改装成如图甲的测力计。（1）图甲的电路中，定值电阻的作用是_______，阻值至少为_______；（2）弹簧所受拉力F与其伸长量的关系如图乙。若定值电阻为，则电流表的示数I与弹簧所受拉力F的关系式_______（A），可知由电流表改装的测力汁刻度_________（选填“均匀”“不均匀”），当电流表的示数为，对应标示的力为__________N。4.（2022·湖北重点中学五月联考，8分）（R—t（℃）)某同学用热敏电阻制作高温报警器。实验器材如下，热敏电阻、电磁继电器、蜂鸣器、小灯泡（额定电压）、保护电阻r（阻值）、变阻箱R（）、电池组两组（内阻不计）、多用电表（有温度挡）、铁架台、烧杯、开关及导线若干。（1）如图（a）所示是该热敏电阻的曲线，由图像可以得到热敏电阻的阻值随温度的升高而_______（选填“减小”、“不变”、“增大”）。（2）如图（b）是某同学设计的高温报警器电路图，左边部分是控制电路，右边部分是报警装置，实验发现控制电路电路不工作，合上开关S，用多用电表排查电路故障，则应将如图（c）所示的选择开关旋至_______（选填“A”、“B”、“C”或“D”），若只有继电器线圈断路，则应发现表笔接入继电器线圈两端时多用电表的指针________（选填“偏转”或“不偏转”），接入热敏电阻两端时多用电表的指针________（选填“偏转”或“不偏转”）。（3）根据电磁继电器的技术数据，当热敏电阻达到设定温度时，电磁继电器应自动吸合，报警装置报警．已知控制电路电池组电动势为，实测电磁继电器正常吸合时的电流为，继电器内阻为，如果设置报警温度为，至少应将变阻箱的电阻R调节到_____。想要让热敏电阻在高温报警中更加“敏感”（即温度不是太高就报警），需要________（选填“增大”“减小”或“不变”）变阻箱的电阻。5.（2022·湖南长郡中学模拟）现要组装一个酒精测试仪，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，此传感器的电阻R随酒精气体浓度的变化而变化，规律如图甲所示目前国际公认的酒驾标准是“酒精气体浓度”，醉驾标准是“酒精气体浓度”提供的器材有：A.二氧化锡半导体型酒精传感器B.直流电源（电动势为，内阻不计）C.电压表（量程为，内阻非常大，作为浓度表使用）D.电阻箱（最大阻值为）E.定值电阻（阻值为）F.定值电阻（阻值为）G.单刀双掷开关一个，导线若干（1）图乙是酒精测试仪电路图，请在图丙中完成实物连线；（）（2）电路中R应选用定值电阻_________（填或）；（3）为便于识别，按照下列步骤调节此测试仪：①电路接通前，先将电阻箱调为，然后开关向__________（填“c”或“d”）端闭合，将电压表此时指针对应的刻度线标记为__________；②逐步减小电阻箱的阻值，电压表的示数不断变大按照甲图数据将电压表上“电压”刻度线标为“酒精浓度”③将开关向另一端闭合，测试仪即可正常使用。（4）某同学将调适好的酒精测试仪靠近酒精瓶口，发现电压表指针满偏，则测量的酒精浓度__________（填“有”或“没有”）达到醉驾标准。6.（2022·山东淄博二模，10分）（Rx﹣F）某同学利用下列实验器材设计一个电路来研究某压敏电阻Rx的压阻效应，然后将该压敏电阻改装为压力传感器测量压力。已知该电阻Rx的阻值变化范围为50Ω～250Ω。供选择的实验器材如下：A．电源E（电动势为3V，内阻不计）B．电流表A1（量程为3mA，内阻r1=10Ω）C．电流表A2（量程为30mA，内阻r2约为1Ω）D．电压表V（量程为15V，内阻约为5kΩ）E．电阻箱R1（0～9999.9Ω）F．定值电阻R0=50ΩG．开关S及导线若干（1）为了较准确地测量电阻Rx，请在图甲中虚线框内将测量电阻Rx的实验电路图补充完整，并在图中标出所选器材的符号。（）（2）要测量电阻Rx，在电阻Rx上加一个竖直向下的力F，闭合开关S后，根据所设计的电路需要测量和记录的物理量有___________。A．通过电流表A1的电流I1B．通过电流表A2的电流I2C．电压表V两端的电压UD．电阻箱R1的电阻R1（3）所测电阻Rx的表达式为Rx=___________（用题目所给物理量和（2）中所选物理量的字母表示）。（4）该同学根据实验测量结果，作出压敏电阻Rx随所加外力F的Rx﹣F图像，如图乙所示。该同学将这种压敏电阻Rx与一个量程为3V的理想电压表按如图丙所示电路改装成测量压力的仪表，已知电源E=4V，内阻不计，为了使改装后的压力表的量程为0～100N，压力为100N时对应电压表3V的刻度，则定值电阻R=___________Ω，电压表2V刻度对应压力表___________N的刻度。这样改装的压力表的压力刻度___________（选填“均匀”或“不均匀”）。7.（2022·广东省揭阳市与丰顺3月联考）小明家里有一台小型的风扇灯，额定电压5.0V，额定功率约为2.5W，他想利用实验室的器材描绘出这台风扇灯的伏安特性曲线。在实验室中找到了导线、开关，还有以下器材：A.电源E：电动势为6.0VB.电流表：量程0～0.6A，内阻约为0.5ΩC.电流表：量程150，内阻为D.定值电阻E.定值电阻F.滑动变阻器：最大阻值100ΩG.滑动变阻器：最大阻值10Ω（1）为了便于调节，且能够实现在0～5.0V范围内对风扇灯两端电压进行测量，实验中滑动变阻器应选用_________；为尽可能精确测量实验数据，应选用定值电阻_________，将电流表_________改装成电压表使用。（均选填器材前的字母序号）（2）请帮助小明根据题中所给实验器材设计实验电路，并在甲图中将电路设计图补充完整________（风扇灯用M表示）（注意请在图中标上所用元件相应的符号）（3）该同学在实验过程中发现，小风扇灯在电流表读数小于0.15A时灯亮但风扇不能转动。他通过实验描绘出图象如图乙所示，其中为电流表的读数、为电流表的读数。由实验数据可得：为0.10A时为10。则灯亮但风扇不能转动时小风扇灯的电阻为___________。（计算结果保留两位有效数字）8.（2022·广东广州市综合测试)利用输出电压为的恒压电源、量程为的电流表（内阻不计）、定值电阻、阻值随长度均匀变化的电阻丝（长度为，总阻值为）、弹簧（电阻不计）、开关、导线，改装成如图甲的测力计。（1）图甲的电路中，定值电阻的作用是_______，阻值至少为_______；（2）弹簧所受拉力F与其伸长量的关系如图乙。若定值电阻为，则电流表的示数I与弹簧所受拉力F的关系式_______（A），可知由电流表改装的测力汁刻度_________（选填“均匀”“不均匀”），当电流表的示数为，对应标示的力为__________N。9.（2022·山东济南模拟）实验小组在实验室中测量一段金属丝（电阻约为）的电阻率。本次实验提供的器材如下：电流表A：量程1mA，内阻；电池组E：电动势3V，内阻不计；电压表V：量程0~3V，内阻约为；定值电阻R0：阻值为；滑动变阻器R1：最大阻值，额定电流为2A；滑动变阻器R2：最大阻值，额定电流为2A；开关一个、导线若干。（1）小组同学某次用10分度游标卡尺测得金属丝的长度时，不小心使部分刻度被污迹遮住了，如图甲所示，则该次测量的读数为______cm。（2）小组同学调节滑动变阻器滑片时，使电压表示数能够从零开始连续变化并尽可能减少误差，滑动变阻器应该选用_____（选填“R1”、“R2”），根据提供的器材在答题纸方框内画出实验的电路图，并在电路图中标出所选器材的符号________；（3）按照电路图连接好电路后，该小组多次改变滑动变阻器触头位置，得到了多组U，I数据，并作出U—I图像，如图乙所示，根据图像可知，金属丝的电阻为______。（计算结果保留两位有效数字）10（2022·湖北省常德市高三下学期高考模拟）电磁血流量计是基于法拉第电磁感应定律，运用在心血管手术和有创外科手术的精密监控仪器，可以测量血管内血液的流速。如图甲所示，某段监测的血管可视为规则的圆柱体模型，其前后两个侧面a、b固定两块竖直正对的金属电极板（未画出，电阻不计），匀强磁场方向竖直向下，血液中的正负离子随血液一起从左至右水平流动，则a、b电极间存在电势差。（1）若用电压表监测a、b电极板间的电势差，则与电压表“+”接线柱相连的是图甲中__________电极板（选填“a”或“b”）。（2）某次监测中，用电压表测出a、b电极间的电势差U，已知a、b电极板间的距离d，磁感应强度B，血管壁厚度不计，则用上述物理量表示血流速度的表达式为_________；若，d=3.0mm，B=0.12T，根据数据可估算出血流速度为_________m/s（结果保留两位有效数字）。（3）为了测量动脉血流接入电路的电阻，某研究性学习小组在a、b间设计了如图乙所示的测量电路。闭合开关S，调节电阻箱的阻值，由多组灵敏电流计G的读数I和电阻箱的示数R，绘制出—R图像为一条倾斜的直线，且该直线的斜率为k，纵截距为b，如图丙所示。已知灵敏电流计G的内阻为Rg，则血液接入电路的电阻为_________（用题中的字母k、b、Rg表示）。11.要选择。充电宝可视为与电池一样的直流电源。一充电宝的电动势约为5V，内阻很小，最大放电电流为2A；某实验小组测它的电动势和内阻时，将充电宝连接线的外绝缘层剥开，里面红导线为充电宝的正极，黑导线为充电宝的负极，另有滑动变阻器R用于改变电路中的电流。已知定值电阻，电流表A的内阻约为0.1Ω，电压表V的内阻约为3kΩ，将以上器材与开关S相连接成如图所示电路。（1）老师发现该电路中有一根导线接线错误，请你找出是哪根线___________（选填“a”或“b”）；（2）改正后，请在下面的方框中画出对应的电路图；___________（3）调节滑动变阻器，测得多组I、U数据，并在坐标纸上描点如下图，请根据描出的点作出U-I图像；___________依据U-I图像，可求得该充电宝的电动势为___________V，内阻为___________Ω。（计算结果均保留2位小数）12.（2022·福建福州市高三下学期三月质检）某研究小组用实验测量水果电池的电动势和内阻，把铜片和锌片相隔约1cm插入一个柠檬中，就可制成一个水果电池，查阅资料后得该水果电池的电动势约为1V，内阻约为5000Ω。（1）该小组设计了如下两种测量方案，如图甲所示，为减少测量误差，应选用方案________（填“一”或“二”）（2）某同学选用方案二测量电路进行测量。闭合开关S，改变电阻箱R的阻值，并记录电阻箱阻值R和对应的电流表的示数I，然后作出R-图像，就可以求出水果电池电动势E和内阻r。（i）已知电流表量屋为150μA，某次测量，电流表的示数如图乙所示，则电流表的示数为________μA（ii）把测量数据标在R-坐标中，获得如图丙所示图像，根据图像可得水果电池的电动势为________V（保留2位有效数字），同时可以求得水果电池内阻；（iii）若考虑电流表的内阻，则水果电池电动势的测量值________真实值（填“大于”“等于”或“小于”）。.13.（2022·河北石家庄市高三下学期二模）一多用电表的内部电路如图甲所示，已知表头G的内阻为，满偏电流为2mA，，，，，，。（1）将选择开关S置于“6”时，多用电表测量的是______（选填“电流”或“电压”），其量程为______；（2）现将选择开关S置于“3”，将红黑表笔短接进行欧姆调零后，多用电表的内阻为______，断开两表笔，将一定值电阻接入两表笔间，表盘指针位置如图乙所示，则该电阻的阻值为______；（3）为进一步精确地测量该电阻的阻值，将多用电表的选择开关S置于“2”，根据图丙所示的电路图正确连接实验电路，已知电源的电压U恒定，多次改变电阻箱的阻值，并记录流经电阻箱的电流I及对应的电阻箱的阻值R，得到的关系如图丁所示，则______（结果保留3位有效数字）。14.（2022·广东省茂名市高州市第二次模拟）如现要测量某电源的电动势和内阻。可利用的器材有：电流表A，内阻很小；