高考物理金榜一轮高频考点强化（七）

高频考点强化(七)电学中的设计性实验(45分钟100分)1.(16分)现有一电池,电动势E约为9V,内阻r在35～55Ω范围内,允许通过的最大电流为50mA。为测定该电池的电动势和内阻,某同学利用如图(a)所示的电路进行实验。图中R为电阻箱,阻值范围为0～9999Ω;R0为保护电阻。 (1)可备选用的定值电阻R0有以下几种规格,本实验应选用 ()A.20Ω,2.5W B.50Ω,1.0WC.150Ω,1.0W D.1500Ω,5.0W(2)按照图(a)所示的电路图,接好电路,闭合电键后,调整电阻箱的阻值,记录阻值R和相应的电压表示数U,取得多组数据,然后作出1U1R+R0图象,如图(b)所示,由图中所给的数据可知,电源的电动势E=V,r=【解析】(1)电路最小总电阻约为:R=EIm=90.05Ω=180Ω,(2)由图(a)所示电路图可知,在闭合电路中,电源电动势:E=U+Ir=U+UR0+Rr,则1U=rE·1R+R0+1E,则8.3V,rE=k=0.15-0.125.0×10-3Ω·答案:(1)C(2)8.350【总结提升】测定电源的电动势和内阻的基本原理是闭合电路欧姆定律,数据处理的主要思想方法是“化曲为直”,常用的方法有三种:(1)伏安法——利用电压表和电流表。闭合电路方程为E=U+Ir,利用两组数据,联立方程求解E和r;也可作出UI图象,图线的纵截距表示电源的电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻。(2)伏阻法——利用电压表和电阻箱。闭合电路方程为E=U(1+rR)。利用两组数据联立方程求解或将方程线性化,处理为1U=rE·1R+1E或U=rUR(3)安阻法——利用电流表和电阻箱。闭合电路方程为E=I(R+r),利用两组数据联立方程求解或将方程线性化,处理为1I=1E·R+rE【加固训练】某探究小组采用如图甲所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻时,发现量程为3V的电压表出现故障不能正常使用,实验台上有一个量程为500μA,内阻Rg=200Ω的灵敏电流计和一个电阻箱R(0～9999Ω)。(1)为了把灵敏电流计改装成量程为2V的电压表继续实验,电阻箱R应调整至Ω。

(2)探究小组中一个同学用灵敏电流计和电阻箱设计了如图乙所示的实验电路,同样测出了干电池的电动势和内阻。①多次调节电阻箱,记录灵敏电流计的示数I和电阻箱的阻值R,电源的电动势和内阻分别用E和r表示,则1I和R的关系式为。

②然后以1I为纵坐标,以R为横坐标,作出1IR图线为一直线,如图丙所示,测得直线在纵轴上的截距b=134,直线的斜率k=23,则该电池的电动势E=V,内阻r=【解析】(1)将电流计改装成电压表,应串联一个大电阻,根据串并联电路的规律可知:R=(2500×10-6200)(2)①根据闭合电路欧姆定律可知:I=ERg+r+R变形可得:②根据图象和公式可知:b=Rg+rE;k=答案:(1)3800(2)①1I=Rg+rE2.(16分)(2018·福州模拟)为了测量某种材料制成的特种电阻丝Rx的电阻率,提供的器材有: A.电流表Ⓖ,内阻Rg=120Ω,满偏电流Ig=3mAB.电流表Ⓐ,内阻约为10Ω,量程为100mAC.螺旋测微器,刻度尺D.电阻箱R0(0～9999Ω,0.5A)E.滑动变阻器R(5Ω,1A)F.电池组E(6V,0.05Ω)G.一个开关S和导线若干某同学进行了下列操作(1)用多用电表粗测电阻丝的阻值,当用“×1”挡时发现指针偏转角度过小,说明电阻较(选填“大”或“小”),应换为“×10”挡,并重新进行,测量时指针位置如图甲所示

(2)把电流表Ⓖ与电阻箱串联改装成量程为6V的电压表,则电阻箱的阻值应调为R0=Ω。

(3)请用改装好的电压表设计一个测量电阻Rx阻值的实验,根据提供的器材和实验需要,请将图乙中电路图补充完整。(4)电阻率的计算:测得电阻丝的长度为L,电阻丝的直径为d,电路闭合后,调节滑动变阻器的滑片到合适位置,电流表Ⓖ的示数为I1,电流表Ⓐ的示数为I2,请用已知量和测量量的字母符号(各量不允许代入数值)写出计算电阻率的表达式ρ=。

【解题指导】欧姆表读数时,注意此刻度不均匀,尽量让指针在中央附近,同时乘以倍率;确定滑动变阻器与电流表的接法是正确解题的关键,测量电阻的方法除了伏安法外,还有“安安法”(即两个电流表组合)、“伏伏法”(两个电压表组合)等。掌握电阻定律,同时注意利用电流表与电阻的关系,求出电压的方法。【解析】(1)欧姆挡测量电阻时,指针从最左边开始偏转,而最左边对应无穷大,所以指针偏转角度过小说明被测电阻过大,应采用高一挡测量,调好挡位后,需要重新欧姆调零。(2)改装成电压表,需要串联一个电阻分压,故6VIgRg=IgR0,代入数据可得R0=1880Ω(3)滑动变阻器R(5Ω,1A),电源电压为6V,所以滑动变阻器使用限流式,从图甲中可得被测电阻大约70Ω,所以电流表内阻和被测电阻相接近,所以采用电流表外接法,如图所示(4)由电阻定律可知,电阻为:Rx=ρLS=ρLπ(d2)2,则电阻率为:ρ=πd2R答案:(1)大欧姆调零(2)1880(3)见解析图(4)π3.(16分)(2018·沧州模拟)小勇在探究标有“3V1.5W”字样的小灯泡的伏安特性曲线,实验室除了导线,开关,内阻不计、电动势为3V的电池组和待测小灯泡外,还有如下的实验器材供选择: A.电流表(0～0.6A、内阻为1Ω)B.电流表(0～3A、内阻为0.2Ω)C.电压表(0～3V、内阻约为2kΩ)D.电压表(0～10V、内阻约为4.5kΩ)E.滑动变阻器(0～100Ω)F.滑动变阻器(0～20Ω)(1)为了减小实验误差,电流表应选;电压表应选;滑动变阻器应选;(填器材前面的字母代号)小勇利用所选用的实验器材描绘了小灯泡的伏安特性曲线,如图甲所示,则该小灯泡的阻值随两端电压的升高而(选填“增大”“减小”或“不变”)。

(2)连接完整的实物图如图乙所示。(3)如果小勇在进行该操作时,误将a、b间的导线接在a、c间,在闭合开关后,无论小勇如何移动滑动变阻器的滑动触头,小灯泡始终发光,则小灯泡在该过程中所消耗的电功率的最小值为W。

【解析】(1)电压表选择0～3V量程的C,电流表量程应略大于电路中最大电流,灯泡的额定电流I=1.(2)滑动变阻器采用分压接法,而由于灯泡内阻较小,故灯泡采用电流表外接法,实物图如图所示:(3)小灯泡获最小功率时,电路的总电阻最大,此时滑动变阻器的两段电阻丝并联的总电阻为5Ω,把滑动变阻器两段电阻丝并联后的总电阻和电流表内阻当成电源的内阻,则短路电流I=35+1A=0.5A,在UI图象中作出路端电压与电路中电流的图象,如图所示,两图线交点坐标为(0.34,0.94),所以小灯泡消耗的电功率最小值P=0.34×0.94W≈答案:(1)ACF增大(2)见解析图(3)0.324.(16分)在测定金属丝电阻率的实验中,用螺旋测微器测量金属丝的直径时的刻度位置如图所示: (1)从图中读出金属丝的直径为mm。

(2)实验中为了减小电流表和电压表内阻引起的系统误差,采用图示电路:①闭合电键S1,将S2接2,调节滑动变阻器R1和R2,使电压表读数尽量接近满量程,读出此时电压表和电流表的示数U1和I1;②将S2接1,读出这时电压表和电流表的示数U2和I2。则金属丝电阻Rx=。

(3)若金属丝的长度为l,直径为D,电阻为Rx,则该金属丝电阻率的表达式为ρ=。

【解析】(1)由图示螺旋测微器可知,固定刻度示数是0.5mm,可动刻度示数是12.0×0.01mm=0.120mm,则螺旋测微器示数是0.5mm+0.120mm=0.620mm。(2)由题意知:Rx+RA+R2=U1I1,RA+R2=U2I2(3)根据Rx=ρlS,解得ρ=RxS答案:(1)0.620(2)U1I1【加固训练】某实验小组利用提供的器材测量某种电阻丝(电阻约为20Ω)材料的电阻率。他们首先把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上,在电阻丝上夹上一个与接线柱c相连的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度。可供选择的器材还有:电池组E(电动势为3.0V,内阻约1Ω);电流表A1(量程0～100mA,内阻约5Ω);电流表A2(量程0～0.6A,内阻约0.2Ω);电阻箱R(0～999.9Ω);开关、导线若干。他们的实验操作步骤如下:A.用螺旋测微器在三个不同的位置分别测量电阻丝的直径d;B.根据提供的器材,设计并连接好如图甲所示的电路;C.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值最大,闭合开关S;D.将金属夹夹在电阻丝上某位置,调节电阻箱接入电路中的电阻值,使电流表满偏,记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置,调节电阻箱接入电路中的电阻值,使电流表再次满偏。重复多次,记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L。F.断开开关,拆除电路并整理好器材。(1)小明某次用螺旋测微器测量电阻丝直径时其示数如图乙所示,则这次直径的测量值d=mm。

(2)实验中电流表应选择(选填“A1”或“A2”)。

(3)小明用记录的多组电阻箱的电阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据,绘出了如图丙所示的RL关系图线,图线在R轴的截距为R0,在L轴的截距为L0,再结合测出的电阻丝直径d,可求出这种电阻丝材料的电阻率ρ=(用给定的物理量符号和已知常数表示)。

【解析】(1)由图示螺旋测微器可知,固定刻度是0.5mm,可动刻度是22.6×0.01mm=0.226mm,金属丝直径d=0.5mm+0.226mm=0.726mm。(2)电路中最大电流约为I=ER电阻丝+r=320+1A≈(3)由实验步骤可知,外电路电阻不变,由串联电路特点可知,外电路总电阻R总=R+R电阻丝=R+ρLS=R+ρLπ(d由题图丙可知,当电阻丝接入电路的长度为零时,电路总电阻R总=R0,则R+ρ4Lπd2=R0,R=R0ρ4Lπd2,图象斜率的绝对值|k|=答案:(1)0.726(0.725～0.727)(2)A1(3)π5.(18分)(2018·黄冈模拟)(1)为了测量电阻,现取一只已经完成机械调零的多用电表,如图1甲所示,请根据下列步骤完成电阻测量:①将K旋转到电阻挡“×100”的位置。②将插入“+”“”插孔的表笔短接,旋动部件(选填“C”或“D”),使指针对准电阻的“0”刻度线。

③将调好零的多用电表按正确步骤测量一电学元件P的电阻,P的两端分别为a、b,指针指示位置如图甲所示。为使测量比较精确,应将选择开关旋到(选填“×1”“×10”或“×1k”)的倍率挡位上,并重新调零,再进行测量。

(2)多用电表电阻挡的内部电路如图1乙虚线框中所示,电源电动势为E、内阻为r,R0为调零电阻,Rg为表头内阻,电路中电流I与待测电阻的阻值Rx的关系式为。

(3)某同学想通过多用电表中的欧姆挡去测量一量程为3V的电压表内阻。该同学将欧姆挡的选择开关拨至“×1k”的倍率挡,并将红、黑表笔短接调零后,应选用图2中(选填“A”或“B”)方式连接。在进行了正确的连接、测量后,欧姆表的读数如图3甲所示,读数为Ω,这时电压表的读数如图乙所示。若该欧姆挡内阻为24kΩ,则可算出欧姆挡内部所用电池的电动势为V(计算结果保留两位有效数字)。

【解题指导】(1)电流的流向一定是“红进黑出”。(2)欧姆表的中值电阻为R中=EI【解析】(1)②将插入“+”“”插孔的表笔短接,旋动部件D,使指针对准电阻的“0”刻度线;③指针偏转角度过大,说明所选挡位太大,应换“×10”挡。(2)根据图乙,多用电表测电阻的原理是闭合电路欧姆定律,则有:I=ERg+R0+Rx+r。(3)欧姆表的正极插孔与内部电源的负极相连,与电压表构成一闭合回路,1kΩ=30kΩ,电压表的读数为:1.60V。由题意知欧姆表的内阻为24kΩ,与电压表的内阻30kΩ串联,由欧姆定律可知:E=I(R+r)=1.6030000×(2.4×104+3×答案:(1)D“×10”(2)I=E(3)A3×1042.96.(18分)(2017·全国卷Ⅱ)某同学利用如图甲所示的电路测量一微安表(量程为100μA,内阻大约为2500Ω)的内阻。可使用的器材有:两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20Ω,另一个阻值为2000Ω);电阻箱Rz(最大阻值为99999.9Ω);电源E(电动势约为1.5V);单刀开关S1和S2。C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。(1)按原理图甲将图乙中的实物连线。(2)完成下列填空:①R1的阻值为Ω(选填“20”或“2000”)。

②为了保护