专题能力提升练(十七)　电学实验-2025版高考物理二轮复习

17专题能力提升练(十七)电学实验(40分钟50分)【核心巩固练】1.(8分)(2024·郑州一模)某实验小组测量一段粗细均匀的金属丝的电阻率。(1)用螺旋测微器测出待测金属丝的直径d。(2)用多用电表粗测金属丝的阻值。当用电阻“×10”挡时,发现指针偏转角度过大,应改用倍率(选填“×1”或“×100”)挡,在进行一系列正确操作后,指针静止时位置如图(a)所示,其读数为Ω。(2分)

答案:(2)×111【解析】(2)当用电阻“×10”挡时,发现指针偏转角度过大,表明电阻过小,为了减小读数的偶然误差,换用“×1”挡,则指针静止时位置的读数为11×1Ω=11Ω(3)为了更精确地测量金属丝的电阻率,实验室提供了下列器材:A.电流表(量程0~300mA,内阻约0.1Ω)B.电流表(量程0~3.0A,内阻约0.02Ω)C.保护电阻R0=10ΩD.保护电阻R0=100ΩE.电源(电动势E=3.0V,内阻不计)F.刻度尺、开关S、导线若干实验中电流表应选用,保护电阻R0应选用。(选填实验器材前对应的字母)(2分)

①实验小组设计的测量电路如图(b)所示,调节接线夹在金属丝上的位置,测出接入电路中金属丝的长度L,闭合开关,记录电流表的读数I。②改变接线夹位置,重复①的步骤,测出多组L与I的值。根据测得的数据,作出如图(c)所示的图像,横轴表示金属丝长度L,则纵轴应用(选填“I/A”或“1I/A-1”)表示;若纵轴截距为b,斜率为k,金属丝的电阻率为(用已知量E、k、d答案:(3)AC②1I/A-1【解析】(3)回路最大电流Im=ERx<0故电流表选择A,保护电阻R0应选用C,100Ω电阻太大导致回路电流很小,并且不易操作。根据欧姆定律有I=ERx+R0,根据电阻定律有Rx=ρLπ(d2)2整理得1I=4ρπEd2解得ρ=k2.(8分)(2024·济南三模)实验小组要测量某未知型号的锰铜合金的电阻率,他们找来一根用该材料制成的长为L的导体棒。主要实验步骤如下:(1)他们首先用多用电表测量该导体棒的电阻,测量时多用电表面板显示如图甲所示。该小组同学认为读数误差较大,他们又断开电路重新选择欧姆挡进行测量。请在下列实验步骤中选择正确的操作并按正确的顺序进行排序。(填写步骤前的字母代号)(2分)

A.使两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在最左侧刻度线B.使两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在最右侧刻度线C.断开电路,将选择开关调至“OFF”挡D.使两表笔接触导体棒两端进行测量读数E.将选择开关调至“×1”挡F.将选择开关调至“×100”挡答案:(1)EBDC【解析】(1)选择开关调至“×10”挡时测电阻,指针偏转较大,说明待测电阻阻值较小,应将选择开关调至“×1”挡,使两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在最右侧刻度线,使两表笔接触导体棒两端进行测量读数,断开电路,将选择开关调至“OFF”挡。故正确的操作顺序为EBDC。(2)为更精确地测量该导体棒的电阻,他们用实验室提供的器材再次进行测量:待测导体棒R1;电压表V(量程为0~15V,内阻约为10kΩ);电流表A1(量程为0~0.6A,内阻约为0.2Ω);电流表A2(量程为0~1.0A,内阻约为0.1Ω);电流表A3(量程为0~3.0A,内阻约为0.05Ω);滑动变阻器R2(总阻值为15Ω);电池组E(电动势为20V,内阻不计);开关、导线若干。请在如图乙所示的虚线框中将最优实验电路图补充完整,并标明所选器材的字母代号。(2分)答案:(2)见解析图【解析】(2)电压表的量程为15V,待测导体棒的电阻约为10Ω,则通过导体棒的最大电流为Im=UR1=1510A=1.5A,则通过导体棒的最大电流大于电流表A1、A2的量程,小于电流表A3的量程,由于使用电流表A3测量电流,指针偏转较小,误差较大,应将电流表A1(3)他们用游标卡尺测量该导体棒的直径d,所用游标卡尺由于多次不规范使用,测量长度为0时主尺的零刻线与游标尺的零刻线不对齐,如图丙所示。测量该导体棒直径时显示的刻度如图丁所示,则导体棒的直径d=mm。(2分)

答案:(3)9.25【解析】(3)导体棒的直径为d=(9mm+15×0.05mm)-(0+10×0.05mm)=9.25mm(4)电压表V的示数用U表示,电流表A1的示数用I1表示,电流表A2的示数用I2表示,电流表A3的示数用I3表示,则该电阻材料的电阻率ρ=(选用L、d、U、I1、I2、I3中的字母表示),由于电路的系统误差,用此表达式得出的测量值(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。(2分)

答案:(4)πd2【解析】(4)导体棒的电阻为R=UI1+I2,根据电阻定律R=ρLS=ρL由于电压表的分流,实际流过导体棒的电流小于电流表的示数,此表达式得出的测量值小于真实值。3.(8分)(2024·辽宁省实验中学模拟)某同学要测量量程为3V的电压表的内阻,步骤如下:(1)先用多用电表的欧姆挡粗测该电压表的内阻值,选择开关拨至“×100”挡,表盘示数如图甲所示,则阻值约为kΩ。若将多用电表换一个电动势相同,但内阻更大的电池,重新欧姆调零后测量该电压表内阻,其测量结果(选填“偏大”“偏小”或“不变”);(2分)

答案:(1)2.2不变【解析】(1)多用电表示数为RV=22×100Ω=2.2kΩ多用电表电动势不变,内阻改变,通过欧姆调零后不影响测量结果。若电动势改变则会影响测量结果。故测量结果不变。(2)该同学改用如图乙所示电路测量电压表内阻RV,实验过程如下:A.按电路图正确连接好电路,将滑动变阻器R1的滑片移到最左端B.闭合开关S1和S2并调节R1,使电压表的指针指到满刻度C.保持开关S1闭合以及滑动变阻器R1的滑片位置不变,断开S2,调整电阻箱R2的阻值,使电压表的指针指到满刻度的2D.读出此时电阻箱R2的阻值①若电阻箱R2为1.15kΩ,则RV=kΩ;(1分)

②用上述方法得到电压表内电阻的测量值R测(选填“大于”“等于”或“小于”)R真;(1分)

③若实验中测得的结果R测=2.4kΩ,要将这个电压表改装成量程为5V的电压表,则应串联一个阻值为R串=kΩ的定值电阻;(2分)

④为了使上述根据R测计算后改装的电压表能更准确地测量电压,下面做法中可行的是。(2分)

A.在R串旁边再串联一个比R串小得多的电阻B.在R串旁边再串联一个比R串大得多的电阻C.在R串两端再并联一个比R串小得多的电阻D.在R串两端再并联一个比R串大得多的电阻答案:(2)①2.3②大于③1.6④D【解析】(2)①断开开关S2,并联部分电压不变,电压表指针指到满刻度的23,可知RV=2R2=2.②断开开关S2,电压表所在支路的总电阻增大,则并联部分的总电阻增大,并联部分的电压增大。为了使电压表的指针指到满刻度的23③改装前后电压表的满偏电流是相等的,则根据欧姆定律有3V2.4kΩ=5V2④因为电压表内阻测量值偏大,改装电压表时,串联电阻阻值偏大。用改装后的电压表测电压时,所测电压偏小。为准确测电压,应减小串联电阻阻值,可以减小串联电阻阻值或在串联电阻两端并联一个比该电阻大得多的电阻,故选D。【培优创新练】4.(8分)(2024·深圳一模)某兴趣小组修复一个电流表,实验过程如下:(1)拆开电流表,取出表头G,发现表头完好无损,用标准电表测出表头G满偏电流为3mA。(2)测量表头G的内阻:按照如图1所示电路图连接电路,闭合开关前,滑动变阻器滑片应移到(选填“a端”或“b端”),先闭合开关S1,调节,直至表头G指针满偏;再闭合开关S2,保持滑动变阻器阻值不变,仅调节电阻箱阻值,直至表头G示数为满偏示数的一半,此时电阻箱的示数如图2所示,则表头G的内阻为Ω。(3分)

答案:(2)a端滑动变阻器10【解析】(2)闭合开关前,滑动变阻器接入电路电阻应最大以保护电路,即滑片应移到a端。实验过程中,先闭合开关S1,调节滑动变阻器,直至表头G指针满偏。再闭合开关S2,保持滑动变阻器阻值不变,仅调节电阻箱阻值,直至表头G示数为满偏示数的一半,此时认为干路电流仍为Ig,则有12IgRg=12IgR0,由图2可得Rg=R(3)电流表内部电路设计如图3所示,其中R1=15Ω,R3=0.10Ω,但R2已损坏,请根据电流表3A的量程,推算损坏之前R2=Ω。(结果保留两位有效数字)(2分)

答案:(3)0.025【解析】(3)由图3,根据欧姆定律有Ig(Rg+R1+R3)=(I-Ig)R2,解得R2≈0.025Ω(4)选取相应的电阻替换R2,重新安装好电表。由于步骤(2)测电阻存在一定的误差,则该修复后的电表测量出的电流值比实际值(选填“偏大”“偏小”或“准确”)。(3分)

答案:(4)偏小【解析】(4)由于步骤(2)测电阻时,实际干路电流大于Ig,则通过电阻箱的电流大于12Ig5.(9分)(2024·汕头一模)科技实践小组的同学们应用所学电路知识,对“一抽到底”的纸巾盒进行改装,使纸巾剩余量可视化。同学们使用的器材有:电源(E=1.5V,内阻不计)、定值电阻(R0=6Ω)、多用电表、铅笔芯如图中AB所示、导线若干、开关。(1)用多用电表测量一整根铅笔芯的电阻,选用“×10”倍率的欧姆挡测量,发现多用电表指针的偏转角度很大,因此需选择(选填“×1”或“×100”)倍率的欧姆挡,并需(填操作过程)后,再次进行测量,若多用电表的指针如图所示,测量结果为Ω。(3分)

答案:(1)×1欧姆调零12【解析】(1)电表指针的偏转角度很大,说明读数很小,倍率较高,则需选择“×1”倍率的欧姆挡,并需要重新欧姆调零后进行测量,测量结果为12Ω。(2)将铅笔芯固定在纸巾盒侧边,截取一段导线固定在挡板C,并保证导线与铅笔芯接触良好且能自由移动,请完成电路图连接。(2分)答案:(2)图见解析【解析】(2)将多用电表选择开关调至合适的直流电流挡,红表笔接C,黑表笔接电源负极,如图所示(3)不计多用电表内阻,多用电表应该把选择开关打在“mA挡”,量程为(选填“2.5”“25”或“250”)mA。(2分)

答案:(3)250【解析】(3)纸巾没有使用时,铅笔芯电阻视为零,则最大电流为I=ER0=0(4)将装置调试完毕并固定好,便可通过电表读数观察纸巾剩余厚度,设铅笔芯总电阻为R,总长度为L,不计多用电表内阻,则多用电表示数I与纸巾剩余厚度h的关系式为I=(用题中物理量符号表示)。依次实验将剩余纸巾厚度和对应电表读数一一记录下来,并进行标识,从而完成“一抽到底”纸巾盒的可视化改装探究。(2分)

答案:(4)EL【解析】(4)根据欧姆定律I=ER0【加固训练】(2024·湛江一模)酒驾严重危害交通安全,“喝酒不开车”已经成为准则。酒精检测仪核心部件为酒精气体传感器,其电阻R与酒精气体浓度c的关系如图甲所示。某同学想利用该酒精气体传感器及实验室如下器材设计一款酒精检测仪。A.干电池组(电动势E=3.0V,内阻r=1.3Ω)B.电压表V(满偏电压0.6V,内阻未知)C.电阻箱R1(最大阻值9999.9Ω)D.电阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)E.多用电表F.开关及导线若干(1)该同学用选择开关指向欧姆挡“×100”挡位且已经欧姆调零的多用电表测量电压表V的内阻大小时,发现指针的偏转角度太大,这时他应将选择开关换成欧姆挡的(选填“×1k”或“×10”)挡位,然后进行欧姆调零,再次测量电压表V的内阻值,其表盘及指针所指位置如图乙所示,则测量的电压表V的内阻为Ω(结果保留两位有效数字)。该同学进一步用其他方法测得其准确值与多用电表测得的电压表内阻值相等;

答案:(1)×1080【解析】(1)电阻挡从左到右读数逐渐减小,测量时发现指针向右偏转角度太大,说明电阻太小,选择的挡位太大,所以换成挡位×10Ω,表盘上的读数为8.0,倍数为×10Ω,所以测量的电压表内阻为8.0×10Ω=80Ω;(2)该同学设计的测量电路如图丙所示,他首先将电压表V与电阻箱R1串联改装成量程为3V的电压表,则应将电阻箱R1的阻值调为Ω;

答案:(2)320.0【解析】(2)电压表V与电阻箱R1串联改装成量程为3V的电压表,则有R1=3080Ω-80Ω=320Ω(3)该同学想将酒精气体浓度为零的位置标注在电压表上0.4V处,则应将电阻箱R2的阻值调为Ω;

答案:(3)32.0【解析】(3)由电表改装可知改装后的电压表内阻为RV=400Ω,由图甲可知,当酒精气体浓度为零时,该酒精气体传感器电阻R=80Ω,并联电阻为R并=RRVR+RV=2003Ω,电压表读数为0.4V,则并联电压为0.40.6(4)完成步骤(3)后,某次在实验室中测试酒精浓度时,电压表指针如图丁所示。已知酒精气体浓度在0.2~0.8mg/mL之间属于饮酒驾驶;酒精气体浓度达到或超过0.8mg/mL属于醉酒驾驶,则该次测试的酒精气体浓度在(选填“酒驾”或“醉驾”)范围内;

答案:(4)醉驾【解析】(4)电压表指针如图丁所示,并联电压为0.20.6×3V=1V,由串联分压原理可知2R并'=r+R2,而R并'=R'R(5)使用较长时间后,干电池组电动势不变,内阻增大,若直接测量,则此时所测的酒精气体浓度与真实值相比(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

答案:(5)偏大【解析】(5)使用较长时间后,干电池组电动势不变,内阻增大,若在0.4V处酒精气体浓度为0,则需要酒精气体传感器与改装后的电压表所并联的电阻也增大,酒精气体传感器的电阻也增大,则同样的示数对应酒精气体传感器的电阻小于真实的电阻,即所测的酒精气体浓度比真实值偏大。6.(9分)交警某次拦截进行例行检查过程中,用酒精检测仪进行检测,结果显示驾驶人小王驾驶小型轿车,体内酒精含量为48mg/100mL,属于“酒驾”;而另一名驾驶人小李驾驶二轮摩托车,体内酒精含量为110mg/100mL,属于“醉驾”。现代社会,喝酒不开车已经成为基本行为准则。某款酒精检测仪如图甲所示,核心部件为酒精气体传感器,其电阻R与酒精气体浓度c的关系如图乙所示。某同学想利用该酒精气体传感器设计一款酒精检测仪,除酒精气体传感器外,在实验室中找到了如下器材:A.蓄电池(电动势E=2V,内阻r=0.6Ω)B.表头(满偏电流6.0mA,内阻未知)C.电流表(满偏电流10mA,内阻未知)D.电阻箱R1(最大阻值999.9Ω)E.电阻箱R2(最大阻值999.9Ω)F.开关及导线若干(1)该同学设计的测量电路如图丙所示,为将表头的量程扩大为原来的10倍,他进行了如下操作:先断开开关S1、S2、S3,将R1、R2调到最大值。合上开关S1,将S3拨到2处,调节R2,使表头满偏,电流表示数为I。此时合上开关S2,调节R1和R2,当电流表仍为I时,表头示数如图丁所示,此时R1为108.0Ω,则改装电表时应将R1调为Ω,改装结束后断开所有开关。(2分)

答案:(1)6.0【解析】(1)合上开关S1,将S3拨到2处,调节R2,使表头满偏,电流表示数为I。则表头与电流表串联,可知I=Ig=6.0mA,合上开关S2,调节R1和R2,当电流表仍为I时,表头与R1并联,由图丁可知表头的示数I'=4mA,则R1中的电流I1=I-I'=2mA,由I'Rg=I1R1,解得表头的内阻Rg=12R1=54.0Ω将表头的量程扩大为原来的10倍,则与表头并联的电阻R1中的电流为IR1=(10-1)Ig=9I则由IgRg=IR1R1',解得改装电表时应将R1调为R1'=19Rg(2)该同学若将图中开关S1、S2合上,而将S3拨到1处,电阻箱R2的阻值调为14.0Ω,酒精气体浓度为零时,表头的读数为mA。(3分)

答案:(2)2.0【解析】(2)改装电流表的内阻Rg'=RgR1由图乙可知酒精气体浓度为零时,传感器的电阻为R=80Ω由闭合电路欧姆定律可得电路中总电流I2=Er+R则表头的读数为I2'=110I2=2.0mA(3)完成步骤(2)后,某次在实验室中测试酒精浓度时,表头指针指向5.0mA。已知酒精浓度在0.2~0.8mg/mL之间属于“酒驾”;酒精含量达到或超过0.8mg/mL属于“醉驾”,则该次测试的酒精浓度属于(选填“酒驾”或“醉驾”)范围。(2分)

答案:(3)醉驾【解析】(3)某次在实验室中测试酒精浓度时,表头指针指向5.0mA,电路中总电流I3=10×5.0mA=50.0mA=0.05A由闭合电路欧姆定律可得I3=E解得传感器的电阻R'=20Ω由图乙可知酒精浓度为0.8mg/mL,所以该次测试的酒精浓度属于醉驾范围。(4)使用较长时间后,蓄电池电动势降低,内阻增大,可调整(选填“R1”或“R2”),则此时所测的酒精气体浓度仍为准确值。(2分)

答案:(4)R2【解析】(4)由闭合电路欧姆定律可知I=E使用较长时间后,蓄电池电动势降低,内阻增大,要想所测的酒精气体浓度仍为准确值,则电路中电流不变,则需要把R2调小,使电路中总电阻减小。【加固训练】(2024·济宁一模)某学习小组用放电法测量电容器的电容,所用器材:电池(电动势为3V,内阻不计);待测电容器(额定电压为5V,电容值未知);微安表(量程为0~200μA,内阻未