高考物理二轮复习 第一部分 专题十二 电学实验限时集训-人教版高三物理试题

专题限时集训(十二)电学实验(对应学生用书第139页)(建议用时：40分钟)1．(8分)(2017·长沙一模)如图12­23所示为多用电表欧姆挡的原理示意图，其中电流表的满偏电流为300μA，内阻rg＝100Ω，调零电阻最大阻值R＝50kΩ，串联的固定电阻R0＝50Ω，电池电动势E＝1．5V，用它测量电阻Rx，能准确测量的阻值范围是()图12­23A．30～80kΩB．3～8kΩC．300～800kΩD．3000～8000kΩB[多用电表指针满偏时对应的内阻为R内＝eq\f(E,Ig)＝5kΩ，当Rx＝R内时表针指在中央，多用电表指针在表盘中央附近时误差较小，所以其测量范围是3～8kΩ，故本题答案为B．]2．(10分)(2017·辽宁模拟)一直流电压表，量程为1V，内阻为1000Ω，现将一阻值为5000～7000Ω之间的固定电阻R1与此电压表串联，以扩大电压表的量程．为求得扩大后量程的准确值，再给定一直流电源(电动势E为6～7V，内阻可忽略不计)，一阻值R2＝2000Ω的固定电阻，两个单刀开关S1、S2及若干导线．图12­24(1)为达到上述目的，将图12­24所示的电路图连成一个完整的实验电路图．(2)连线完成以后，当S1与S2均闭合时，电压表的示数为0．90V；当S1闭合，S2断开时，电压表的示数为0．70V，由此可以计算出改装后电压表的量程为________V，电源电动势为________V．【解析】在测量时，一次将改装电压表接在电源上，一次将改装电压表与定值电阻串联后接在电源上，分别根据闭合电路的欧姆定律列式，联立方程组求出改装电压表的内阻，两个开关都闭合时，E＝eq\f(U1,1000Ω)RV，当S1闭合，S2断开时，E＝eq\f(U2,1000Ω)(RV＋R2)，联立得RV＝7000Ω，E＝6．3V，改装电压表的量程为eq\f(1,1000)×7000V＝7V．【答案】(1)电路如图所示(2)76．33．(12分)在“测定金属丝的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为3Ω，实验室备有下列实验器材：A．电压表V(量程3V，内阻约为3kΩ)B．电流表A(量程0．6A，内阻约为1Ω)C．滑动变阻器R(0～10Ω，额定电流0．5A)D．电源E(电动势为3V，内阻约为0．3Ω)E．开关S，导线若干甲乙丙丁图12­25(1)为减小实验误差，应选用图12­25中__________(选填“甲”或“乙”)为该实验的电路原理图．(2)现用刻度尺测得金属丝长度为60．00cm，用螺旋测微器测得其直径示数如图丙，则直径为________mm．图丁为两电表的示数，则该金属丝的电阻率为______Ω·m．(结果保留3位有效数字)【导学号：17214192】【解析】(1)因eq\f(RV,Rx)＝eq\f(3000,3)＝1000，eq\f(Rx,RA)＝eq\f(3,1)＝3，则有eq\f(RV,Rx)>eq\f(Rx,RA)，电流表应选择外接法，因此实验电路应选乙．(2)螺旋测微器的固定刻度读数为0．5mm，可动刻度读数为0．01×10．8mm＝0．108mm，所以最终读数为0．608mm．由图示电压表可知，其量程为3V，分度值为0．1V，示数为1．20V，由图示电流表可知，其量程为0．6A，分度值为0．02A，示数为0．50A，电阻阻值：Rx＝eq\f(U,I)＝eq\f(1．20,0．50)Ω＝2．4Ω；由Rx＝ρeq\f(L,S)可知，电阻率：ρ＝eq\f(RxS,L)＝eq\f(2．4×3．14×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)×0．608×10－3))2,0．6)Ω·m≈1．16×10－6Ω·m．【答案】(1)乙(2)0．608(0．606～0．609均正确)1．16×10－6(1．15×10－6～1．17×10－6均正确)4．(12分)某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3．8V，额定电流0．32A)电压表V(量程3V，内阻3kΩ)电流表A(量程0．5A，内阻0．5Ω)固定电阻R0(阻值1000Ω)滑动变阻器R(阻值0～9．0Ω)电源E(电动势5V，内阻不计)开关S及导线若干．(1)实验要求能够实现在0～3．8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图12­26a所示．ab图12­26由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻______(填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”)．(3)用另一电源E0(电动势4V，内阻1．00Ω)和题给器材连接成图b所示的电路图，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为______W．(结果均保留两位小数)【解析】(1)因本实验需要电流从零开始调节，因此应采用滑动变阻器分压接法；因电流表内阻和灯泡内阻接近，故电流表采用外接法；另外为了保护电压表，用R0和电压表串联，故原理图如图所示；(2)I­U图象中图象的斜率表示电阻的倒数，由图可知，图象的斜率随电压的增大而减小，故说明电阻随电流的增大而增大，其原因是灯丝的电阻率随着电流的增大而增大；(3)当滑动变阻器阻值全部接入时，灯泡的功率最小，将R等效为电源内阻，则电源电动势为4V，等效内阻为10Ω；作出电源的伏安特性曲线如图中实线所示；由图可知，灯泡电压为U＝1．75V，电流I＝225mA＝0．225A，则最小功率P＝UI＝1．75×0．225W＝0．39W；当滑动变阻器接入电阻为零时，灯泡消耗的功率最大；此时电源的内阻为1．0Ω，作出电源的伏安特性曲线如图中虚线所示；由图a可知，此时电压为3．65V，电流为320mA＝0．32A；则可知最大功率Pmax＝U′I′＝3．65×0．32W＝1．17W．【答案】(1)见解析(2)增大增大(3)0．391．175．(12分)用下列器材组装成一个电路，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．【导学号：17214193】A．电压表V1(量程6V、内阻很大)B．电压表V2(量程3V、内阻很大)C．电流表A(量程3A、内阻很小)D．滑动变阻器R(最大阻值10Ω、额定电流4A)E．小灯泡(2A、5W)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．(1)请将设计的实验电路图在图12­27甲的虚线方框中补充完整．甲乙图12­27(2)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U­I坐标中，经过多次测量，最后描绘出两条图线，如图乙所示，则电池组的电动势E＝________V、内阻r＝________Ω．(结果保留两位有效数字)(3)在U­I坐标中两条图线在P点相交，此时滑动变阻器连入电路的阻值应为________Ω．【解析】(1)伏安法测电源电动势与内阻的实验中，电压表测路端电压，电压表示数随滑动变阻器接入电路阻值的增大而增大；描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中，电流表测流过灯泡的电流，灯泡两端电压随滑动变阻器接入电路电阻的增大而减小；调节滑动变阻器时，电压表V1的示数增大，则电压表V2的示数减小，则V1测路端电压，V2测灯泡两端电压，电路图如图所示．(2)电源的U­I图象是一条倾斜的直线，由图象可知，电源电动势E＝4．5V，电源内阻r＝eq\f(ΔU,ΔI)＝eq\f(4．5V－2．5V,2．0A)＝1．0Ω．(3)由图乙所示图象可知，两图象的交点坐标，即灯泡电压UL＝2．5V，此时电路电流I＝2．0A，电源电动势E＝Ir＋UL＋IR滑，即4．5V＝2．0A×1Ω＋2．5V＋2．0A×R滑，则R滑＝0Ω．【答案】(1)见解析(2)4．51．0(3)06．(12分)一个小灯泡的额定电压为2．0V，额定电流约为0．5A，选用下列实验器材进行实验，并利用实验数据描绘和研究小灯泡的伏安特性图线．【导学号：17214194】A．电源E：电动势为3．0V，内阻不计B．电压表V1：量程为0～3V，内阻约为1kΩC．电压表V2：量程为0～15V，内阻约为4kΩD．电流表A1：量程为0～3A，内阻约为0．1ΩE．电流表A2：量程为0～0．6A，内阻约为0．6ΩF．滑动变阻器R1：最大阻值为15Ω，额定电流为1．0AG．滑动变阻器R2：最大阻值为150Ω，额定电流为1．0AH．开关S，导线若干实验得到如下数据(I和U分别表示通过小灯泡的电流和加在小灯泡两端的电压)：I/A0．000．160．250．300．340．400．450．50U/V0．000．200．400．600．801．201．602．00(1)实验中电压表应选用______________；电流表应选用________________；滑动变阻器应选用______________(请填写选项前对应的字母)．(2)不改动已连接导线，在实物连接图12­28甲中把还需要连接的导线补上．闭合开关前，应使滑动变阻器的滑片放在最________(选填“左”或“右”)端．(3)在坐标图12­28乙中画出小灯泡的U­I曲线．甲乙图12­28【解析】(1)灯泡额定电压是2V，则电压表选B；灯泡额定电流为0．5A，则电流表选E；为方便操作，滑动变阻器选F；(2)灯泡正常发光时电阻R＝eq\f(U,I)＝4Ω，4Ω远小于电压表内阻，则电流表采用外接法；由表中数据可知，电压与电流从零开始变化，则滑动变阻器应采用分压式接法，电路图如图甲所示；闭合开关前，为保护电路，应使滑动变阻器的滑片放在最左端；(3)根据表中实验数据，在坐标系中描出对应的点，然后作出灯泡的U­I图象，如图乙所示．甲乙【答案】(1)BEF(2)见解析图左(3)见解析图7．(14分)利用如图12­29所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：待测电源，电阻箱R(最大阻值为999．9Ω)，电阻R0(阻值为3．0Ω)，电阻R1(阻值为3．0Ω)，电流表Ⓐ(量程为200mA，内阻为RA＝6．0Ω)，开关S．图12­29实验步骤如下：①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；③以eq\f(1,I)为纵坐标，R为横坐标，作eq\f(1,I)­R图线(用直线拟合)；④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b．回答下列问题：(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则eq\f(1,I)与R的关系式为________．(2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3．0Ω时电流表的示数如图12­30甲所示，读出数据，完成下表．答：①________；②________．R/Ω1．02．03．04．05．06．07．0I/A0．1430．125①0．1000．0910．0840．077eq\f(1,I)/A－16．998．00②10．011．011．913．0甲乙图12­30(3)在图12­30乙的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k＝____________A－1·Ω－1，截距b＝____________A－1．(4)根据图线求得电源电动势E＝______________V，内阻r＝________Ω．【解题关键】本题要首先利用闭合电路欧姆定律得出I与R的函数关系，然后变形成y＝kx＋b这样的一次函数．【解析】本题是用伏安法测电源电动势和内阻的实验，可根据闭合电路欧姆定律分析．(1)根据闭合电路欧姆定律可知：E＝IRA＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(I＋\f(IRA,R1)))(R＋R0＋r)将R0＝3．0Ω，R1＝3．0Ω，RA＝6．0Ω代入上式得eq\f(1,I)＝eq\f(3．0,E)R＋eq\f(3．0,E)(5．0＋r)．(2)从读数上，有效数字要一致，即读数是0．110A，倒数是9．09A－1．(3)由eq\f(1,I)­R关系可知k＝eq\f(3．0,E)，截距b＝eq\f