高考物理系统性复习 (能力提高练) 第八节 实验：电学实验综合（附解析）

【能力提高练】第八节实验：电学实验综合1．(2022•高考河北卷)某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲，设计电路如图1所示。选用的器材有：限温开关S1(手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于103℃时自动断开，之后不能自动闭合)；保温开关S2(当锅内温度高于80℃时自动断开，温度低于70℃时自动闭合)；电饭煲的框架(结构如图2所示)。自备元件有：加热电阻丝R(阻值为60Ω，用于加热煮饭)；限流电阻R1和R2，(阻值均为1kΩ)：指示灯L1和L2(2.5V，0.6W，当电流低于30mA时可视为熄灭)；保险丝T。(1)按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是______(多选)。A．按下S1，L1和L2均发光B．当锅内温度高于103℃时，S1自动断开，L1和L2均发光C．保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换D．当锅内温度低于70℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭(2)简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常。在不增加元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件。下列操作步骤的正确顺序是______(填写各步骤前的字母)。A．将选择开关旋转到“×100”位置B．将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点C．调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度D．测量指示灯L1两端的阻值E．将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图3所示，可判断是______断路损坏；若指针如图4所示，可判断是______断路损坏。(用电路中的元件符号表示)【解析】[1]A．按下S1后L2支路被短路，则L2不会发光，A错误；B．当锅内温度高于103℃时，S1断开，而要温度降到70℃以下时S2才会闭合，则此时L2可能发光，此时电路中R与R1和L1的串联部分并联，并联的整体再和L2、R2串联，则回路中并联的整体电阻RL=10.42Ω，R并=56.64Ω，则回路总电阻R总=1067.06Ω，则回路总电流，则L2一定发光，此时并联的整体的电压为U并=I总R并=11.89V，则流过L1的电流为，则流过L1的电流小于30mA，则L1熄灭，B错误；C．由题知，S2在锅内温度高于80℃时自动断开，锅内温度降到70℃以下时S2自动闭合，C正确；D．当锅内迢度低于70℃时，S2自动闭合，L2支路被短路，则L2不会发光，此时电路中R与R1和L1的串联部分并联，则此时流过L1的电流为，则此时流过L1的电流大于30mA，则L1发光，D正确。故选CD。(2)[2]多用电表的操作步骤为：调整“指针定位螺丝”，使指什指到零刻度——机械调零；将选择开关旋转到“×100”位置——选档；将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指计指向欧姆零点——欧姆调零；测量指示灯L1两端的阻值——测量；将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡——关闭多用电表。故正确顺序为CABDE。[3]由于使用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，如图3可看出L1两端有1090Ω左右的电阻，则说明L1始终不亮的原因是L1断路损坏。[4]由于使用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，如图3可看出欧姆表的示数几乎为零，但由于RL=10.42Ω此时选用的是“×100”档则说明灯泡L1正常，则说明L1始终不亮的原因是R1断路损坏。【答案】①CD##DC②CABDE③L1④R12．(2022•高考山东卷)某同学利用实验室现有器材，设计了一个测量电阻阻值的实验。实验器材：干电池E(电动势1.5V，内阻未知)；电流表A1(量程10mA，内阻为90Ω)；电流表A2(量程30mA，内阻为30Ω)；定值电阻R0(阻值为150Ω)；滑动变阻器R(最大阻值为100Ω)；待测电阻Rx；开关S，导线若干。测量电路如图所示。(1)断开开关，连接电路，将滑动变阻器R的滑片调到阻值最大一端。将定值电阻R0接入电路；闭合开关，调节滑片位置。使电流表指针指在满刻度的处。该同学选用的电流表为_______(填“A1”或“A2”)；若不考虑电池内阻。此时滑动变阻器接入电路的电阻值应为________Ω。(2)断开开关，保持滑片的位置不变。用Rx替换R0，闭合开关后，电流表指针指在满刻度的处，则Rx的测量值为________Ω。(3)本实验中未考虑电池内阻，对Rx的测量值_________(填“有”或“无”)影响【解析】(1)[1]若不考虑电源内阻，且在电源两端只接R0时，电路中的电流约为，由题知，闭合开关，调节滑片位置，要使电流表指针指在满刻度的处，则该同学选到的电流表应为A1。[2]当不考虑电源内阻，根据闭合电路的欧姆定律有，计算出R=60Ω(2)[3]断开开关，保持滑片的位置不变，用Rx替换R0，闭合开关后，有，代入数据有Rx=100Ω(3)[4]若考虑电源内阻，根据闭合电路的欧姆定律有，，联立计算出的Rx不受电源内阻r的影响。【答案】①A1②60③100④无3．(2022•高考全国乙卷)一同学探究阻值约为的待测电阻在范围内的伏安特性。可用器材有：电压表V(量程为，内阻很大)，电流表A(量程为，内阻为)，电源E(电动势约为，内阻不计)，滑动变阻器R(最大阻值可选或)，定值电阻(阻值可选或)，开关S，导线若干。(1)要求通过的电流可在范围内连续可调，在答题卡上将图(a)所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图________；(2)实验时，图(a)中的R应选最大阻值为______(填“”或“”)的滑动变阻器，应选阻值为______(填“”或“”)的定值电阻；(3)测量多组数据可得的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流麦的示数分别如图(b)和图(c)所示，则此时两端的电压为______V，流过的电流为_____，此组数据得到的的阻值为______(保留3位有效数字)。【解析】(1)[1]电流表内阻已知，电流表与并联扩大电流表量程，进而准确测量通过的电流，电压表单独测量的电压；滑动变阻器采用分压式接法，电表从开始测量，满足题中通过的电流从连续可调，电路图如下(2)[2]电路中应选最大阻值为的滑动变阻器，方便电路的调节，测量效率高、实验误差小；[3]通过的电流最大为，需要将电流表量程扩大为原来的倍，根据并联分流的规律示意图如下根据并联分流，即并联电路中电流之比等于电阻的反比，可知，解得(3)[4]电压表每小格表示，向后估读一位，即；[5]电流表每小格表示，本位估读，即，电流表量程扩大倍，所以通过的电流为；[6]根据欧姆定律可知【答案】①②③④⑤⑥4．(2022•高考浙江卷)(1)探究滑动变阻器的分压特性，采用图1所示的电路，探究滑片P从A移到B的过程中，负载电阻R两端的电压变化。①图2为实验器材部分连线图，还需要______(选填af、bf、fd、fc、ce或cg)连线。②图3所示电压表的示数为_______V。③已知滑动变阻器的最大阻值R0=10Ω，额定电流I=1.0A。选择负载电阻R=10Ω，以R两端电压U为纵轴，为横轴(x为AP的长度，L为AB的长度)，得到分压特性曲线为图4中的“I”；当R=100Ω，分压特性曲线对应图4中的__(选填“Ⅱ”或“Ⅲ”)；则滑动变阻器最大阻值的选择依据是____。(2)两个相同的电流表G1和G2如图5所示连接，晃动G1表，当指针向左偏时，静止的G2表的指针也向左偏，原因是____。A．两表都是“发电机”B．G1表是“发电机”，G2表是“电动机”C．G1表和G2表之间存在互感现象D．G1表产生的电流流入G2表，产生的安培力使G2表指针偏转【解析】(1)[1]依原理图可知，还需要af、fd、ce连线；[2]依题意，所示电压表的示数为1.50V，考虑到偶然误差也可；[3]假定AP部分的电阻为，分别与10Ω与100Ω并联再与BP部分的电阻串联；由于相同的与100Ω并联后的电阻较与10Ω并联后的电阻大，则根据闭合电路的欧姆定律可知，滑片在相同位置下，负载电阻越大，其两端电压越大；即在相同横坐标下，此时负载100Ω时，电压表的示数应该较曲线为图4中的“I”来得大，故应该选“Ⅱ”。[4]由上述分析可知，对于不同的负载电阻，调节滑动触头时负载两端的电压变化规律不同，当负载电阻小于滑动变阻器最大阻值时，负载电阻两端电压随滑动触头的变化而更迅速变化；当负载电阻大于滑动变阻器最大阻值时，负载电阻两端电压随滑动触头的变化而更加平稳变化，从而获得更多的实验数据。所以，在保证电路安全的情况下，滑动变阻器最大阻值的选择依据是相比负载电阻越小越好，即。(2)[5]据题意可知：电流表主要部件是永久磁铁和带有指针的线圈，G1和G2用导线连接起来．当晃动动G1时，相当于G1中的线圈做切割磁感线运动，电路中会产生感应电流；由于两个电表构成了闭合电路，则电流会通过G2表中的线圈，而该线圈处于磁场中，由于通电导线在磁场中受力的作用，G2的指针也会偏转；则G1表相当于“发电机”，G2表相当于“电动机”，故AC错误，BD正确。故选BD。【答案】①af、fd、ce②③Ⅱ④⑤BD##DB5．(2022•湖南省长沙市第一中学高三第六次月考)为测量两个电压表的内阻，要求操作方便，并可进行多次测量以尽可能地提高测量的精度，杨老师依据实验室提供的下列器材，设计了如下电路。A.待测电压表，量程为3V，内阻约为12kΩ；B．待测电压表，量程为6V，内阻约为24kΩ；C．电阻箱，阻值范围0~9999.99Ω；D．电阻箱，阻值范围0~99.9Ω；E．滑动变阻器，阻值范围0~1500Ω，额定电流1.5A；F.电池组，电动势为12V，内电阻为0.5Ω；此外还有单刀开关和导线若干供选用。杨老师没有标明图中a、b、c是什么元件。请你依据电路图，完成后续工作：(1)a应选取电压表______(填待测电压表前面的字母“A”或“B”)；(2)c应选取电阻箱______(填电阻箱前面的字母“C”或“D”)；(3)开关闭合，断开，、的读数分别是、；调节电阻箱的读数为R，和均闭合，适当调节，测得、的读数分别是、，可得到待测电压表的内阻表达式为______，______。【解析】(1)(2)[1][2]估算两表满偏电流，均约为0.25mA，设想a表满偏，则c不能选电阻箱，否则b表无论选或，其电流均远远无法使表b达到满偏的，故c只能选取。确定c后，要使表b达到满偏的，则表b只能选取，故表a为。(3)[3][4]开关闭合，断开时，测得电压表的示数和，有，和均闭合时，调节电阻箱的阻值为R时，测得电压表的示数和，有，解得，【答案】①B②C③④6．(多选)(2022•湖南师范大学附属中学一模)电学实验中可将电源E1与电源E2及灵敏电流计G连成如图甲所示电路，若灵敏电流计G示数为0，说明此时两电源的电动势相等。根据这一原理，某同学设计如图乙所示电路，测量某电源C的电动势Ex。其中A为工作电源(内阻不计)，B为电动势恒定的标准电源，其电动势为EN。R1、R2为电阻箱，R3为滑动变阻器，G为灵敏电流计，S1、S3为单刀单掷开关，S2为单刀双掷开关。实验过程如下：①实验开始之前，将R1和R2的阻值限定在1000Ω到3000Ω之间；②将S2置于1处。闭合开关S1、S3，通过调节R1、R2，使R3阻值为0时，灵敏电流计G示数为0。记录此时的R1与R2的阻值，分别为R1、R2；③将开关S2置于2处，保持通过R1、R2的电流不变，重复上述操作，使R3的阻值为0时，灵敏电流计G的示数为0，记录此时的R1与R2的数值，分别为R1'、R2'。根据上述实验过程回答问题：(1)实验步骤①中，为保护灵敏电流计，开始时滑动变阻器触头应处在最端___________(填“左”或“右”)；(2)在步骤③中，为保持实验过程中流过R1与R2的电流不变，调整R1、R2时需要使R1、R2与R1'、R2'满足的关系是___________(用题中所给物理量符号表示)；(3)待测电源C的电动势E=______。(4)若工作电源A的内阻不可忽略，则待测电源C的电动势E测量值将___________(填“偏大”或“不变”或“偏小”)。【解析】(1)[1]在开关闭合前，接入的阻值应为最大，保护G，则触头应在最左端；(2)[2]改用待测电源替换标准电源的位置，其前提条件是工作电源A所在电路电流I要保持不变，电源A的输出电压固定不变，采取的措施是使与的阻值之和为某一固定阻值，使和的阻值之和也为该固定阻值，即满足的关系是(3)[3]根据部分电路欧姆定律，有，，可知，当满足时，有(4)[4]若考虑工作电源内阻，则有，，因之前有，考虑到了工作电源内阻后，则有，故整理后依旧为，故测量值将不变。【答案】①左②③④不变7．(2022•重庆市西南大学附属中学高三(下)全真一)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。【解析】(1)[1]电路中接入定值电阻的目的是对电流表起保护作用，防止当P移动到电阻丝的最右端时电流表被烧坏。[2]当电路中电流达到最大0.6A时，电路中的总电阻最小值为，所以定值电阻至少为5Ω。(2)[3]由图乙可知，，设定值电阻为R，电阻丝总电阻为RL，移动距离为，由闭合电路欧姆定律，又，联立可得[4]由上式可得：拉力F与I是非线性关系，所以由电流表改装的测力计刻度不均匀。[5]当电流表的示数为，带入，可得F=0，所以对应标示的力为0。【答案】①对电流表起保护作用②5③④不均匀⑤08．(2022•重庆市第八中学第六次月考)力敏电阻被广泛应用于汽车电子、医疗设备以及工业机器人等领域，现有一型号为FSR408的力敏电阻(视为纯电阻)，它的电阻值随着表面所受压力的增大而减小，已知其工作电压为4V，作用力范围：0.2N~40N，电阻阻值在一百多欧到几千欧之间变化；小明同学计划测定该力敏电阻在受到0.2N和40N压力时的具体阻值，实验器材见下表：类型名称(参数)电压表V1(量程3V，内阻为1kΩ)；V2(量程15V，内阻为15kΩ)电流表A1(量程3mA，内阻为12Ω)；A2(量程0.6A，内阻为0.1Ω)滑动变阻器R1(最大阻值10Ω，额定电流3A)；R2(最大阻值1kΩ，额定电流0.5A)定值电阻R3(阻值为1Ω)；R4(阻值为20Ω)；R5(阻值为2kΩ)电源E(电动势为6V，内阻不计)小明同学设计如图所示实验电路：(1)a应选取___________，b应选取___________，c应选取___________，d应选取_________。(用表格所给的物理量符号表示)(2)在某个测量环节中，小明给FSR408施加0.2N压力的时候，开关S2需要处于__________(填“断开”或“闭合”)状态。(3)在给FSR408施加0.2N压力时，若电压表读数为1.00V，电流表读数为2.00mA，对应的阻值为___________Ω。(4)在给FSR408施加40N压力时，若电压表读数为2.00V，电流表读数为2.00mA，对应的阻值为___________Ω。【解析】(1)[1][2][3][4]由电路图可知，滑动变阻器采用分压接法，为方便实验操作，滑动变阻器应选择R1，因力敏电阻的工作电压为4V，电压表V2的量程太大，只能将V1电压表与定值电阻R5串联，进行扩程；力敏电阻的最大电流约为，电流表A2的量程太大，可将定值电阻R3并联，扩大其量程；(2)[5]由题意可知，力敏电阻阻值随着表面所受压力的增大而减小，作用力范围：0.2N～20N，电阻阻值在一百多欧到几千欧之间变化，则当压力为0.2N时力敏电阻阻值约为几千欧姆，小明给FSR408施加0.2N压力的时候，FSR408阻值较大，通过的电流较小，则不用扩大电流表量程，则开关S2断开。(3)[6]在给FSR408施加0.2N压力时，开关S2断开，电压表读数为1.00V，则流过电压表的电流，c为电阻R5，则FSR408两端的电压，电流表读数为2.00mA，则流过FSR408的电流IR=I-IV=1mA，则FSR408的电阻，(4)[7]在给FSR408施加40N压力时，开关S2闭合，d为R3，电流表读数为2.00mA，则流过R3的电流为24mA，由(3)分析可知，FSR408两端的电压为6V，流过FSR408的电流I′=I+I3-IV=24mA，则FSR408的电阻【答案】①R1②V1③R5④R3⑤断开⑥3000⑦2509．(2022•云南省巴蜀中学第八次月考)国内广泛使用的电热丝的主要材料是铁铬铝、镍铬电热合金两类，它们各具优点。某同学在测定一根废旧电热丝的电阻实验中：(1)首先用螺旋测微器测量该电热丝的直径，其中某一次测量结果如图甲所示，其读数应为________。(2)接着用欧姆表粗测其电阻值，选用“×10”倍率的电阻挡测量时，发现欧姆表指针偏转角较小，因此需选择________(填“×1”或“×100”)倍率的电阻挡，重新欧姆调零后再进行测量时示数如图乙所示，则待测电阻值为________Ω。(3)用伏安法准确测量其电阻，备选器材有：电源E，电动势约为5.5V，内阻可忽略不计；电压表，量程为0-0.5V，内阻；电压表，量程为0~6V，内阻约为10；电流表A，量程为0~0.6A，内阻约为0.5Ω；定值电阻，；滑动变阻器R，最大阻值为20Ω；单刀单掷开关S一个，导线若干。①测量中要求所用电表的读数都不小于其量程的，并尽可能多测量多组数据，请合理选择器材并在图所示虚线框中画出测量电阻的实验电路图(图中标明所选器材的符号)。()②若电压表、电压表、电流表A示数分别用符号、、I表示，则由实验电路图选用的两个电表对应示数的符号和题中已知量的代表符号计算的表达式为________。【解析】(1)[1]螺旋测微器读数是固定刻度读数(0.5mm的整数倍)加可动刻度(0.5mm以下的小数)读数，图中读数为(2)[2]用欧姆表粗测其电阻值，选用“×10”倍率的电阻挡测量时，发现欧姆表指针偏转角较小，说明待测电阻偏大，因此需选择“×100”倍率的电阻挡进行测量；[3]根据欧姆表的示数可得读数为(3)[4]测量电阻的实验，为尽可能的多测几组数据，故滑动变阻器选用分压式连接；待测电阻约为550Ω，电源电动势5.5V，故电路中最大电流小于电流表量程的，故不选择电流表，而是选择两个电压表来测量电阻的电阻，根据电压表量程与定值电阻的关系，将小量程电压表测量定值电阻的电压，综上所述，电路设计如图：[5]根据并联分流，串联分压和欧姆定律可得，其中为电压表的读数；为电压表的读数；为定值电阻的阻值；为电压表的内阻。【答案】①0.750②×100③500④⑤10．(2022•云南省巴蜀中学第七次月考)近年来，我国全面打响了蓝天、碧水。净土三大保卫战，检测组在某化工厂的排污管末端安装了如图甲所示的流量计，用此装置测量污水(有大量的正、负离子)的电阻，测量管由绝缘材料制成，其直径为D，左右两端开口，匀强磁场的磁感应强度为B，方向竖直向下(未画出)，在前后两个内侧面A、C上固定有竖直正对的金属板作为电极(未画出，电阻不计)，金属板电极与开关S、电阻箱R和灵敏电流计连接，管道内始终充满污水，污水以恒定的速度v自左向右通过。(1)由于图甲中的灵敏电流计G的内阻未知，利用图乙中的电路测量灵敏电流计G的内阻，实验过程包含以下步骤：a、分别将和的阻值调至最大；b、合上开关；c、调节，使G的指针偏转到满刻度，记下此时的示数；d、合上开关；e、反复调节和的阻值，使的示数仍为，G的指针偏转到满刻度的三分之一处，此时的读数为。则灵敏电流计内阻为___________。灵敏电流计内阻的测量值______(填“大于”“小于”或“等于”)的真实值。(2)用游标卡尺测量测量管的直径D，如图丙所示，则________。(3)图甲中与A极相连的是灵敏电流计的________(填“正”或“负”)接线柱。(4)闭合图甲中的开关S，调节电阻箱的阻值，记下电阻箱接入电路的阻值R与相应灵敏电流计G的读数I，绘制图像，如图丁所示，则污水接入电路的电阻为____________。(用题中的字母a、B、c、v、D、表示)。【解析】(1)[1]由欧姆定律可知，则灵敏电流计内阻为[2]因为总电流不变，所以通过的电流等于，灵敏电流计的真实值等于，故灵敏电流计内阻的测量值等于真实值；(2)[3]由游标尺读数原理可得直径(3)[4]由左手定则可得正离子往A极方向运动、负离子往C极方向运动，所以与A极相连的是灵敏电流