高中物理 加强练习第十章　105.电学实验综合

105.电学实验综合(分值：40分)1.(10分)(2025·广东湛江市期末)某实验小组为改装一电子秤，选用器材如下：电动势为3V的电源(内阻不计)、量程为0~3V的理想电压表、阻值为5Ω的定值电阻R0、阻值随长度均匀变化的电阻丝R(长度为0.05m，总阻值为25Ω)、轻弹簧(电阻不计)、托盘、开关、导线等，实验原理如图甲所示；电阻丝的滑动端与轻弹簧上端相连，当托盘中没有放重物时，滑动触头恰好指在电阻丝的最上端，此时电压表示数为零，g取10m/s2。(1)(2分)图甲中，定值电阻R0的主要作用是；

(2)(4分)弹簧所受弹力F与其形变量ΔL的关系如图乙所示，该弹簧的劲度系数为N/m；若按图甲进行实验，则电压表示数U与被测重物质量m成(选填“正比”或“反比”)关系；

(3)(2分)某同学利用相同的器材提出另一实验方案，如图丙所示，若按此方案进行实验，则U与被测重物质量m的关系式为(用m表示)；

(4)(2分)对比甲与丙两种方案，你觉得哪个方案更优，并说出你的理由：。

答案(1)防止出现短路，保护电源(2)10000正比(3)U=3mm+10(V)解析(1)定值电阻R0的主要作用是：防止电路出现短路，避免电路中电流过大，烧坏电源，从而起到保护电源的作用；(2)由图像可得，图像的斜率表示弹簧的劲度系数，即k=ΔFΔL=600-2000.06-0.02N/m=10对于题图甲，设滑动变阻器总长度为L，当托盘中放入质量为m的重物时，此时有F=kΔL=mg则ΔL=mg则电压表的示数为U=ER0+R·ΔLLR=mgk·REL(R0+R)=10×(3)若按题图丙方案进行实验，则电压表示数U与被测重物质量m的关系式为U=ER0+Rx·Rx，Rx=ΔLLR=12m(V(4)对比甲与丙两种方案，显然甲方案更优，因为甲方案中电压表示数与重物质量成正比关系，电子秤的刻度可以在电压表上均匀表示出来。2.(12分)(2024·山东淄博市一模)干电池用久后通常电动势会减小，内阻增大。某同学利用DIS系统、定值电阻R0、电阻箱R等实验器材分别研究新、旧两节干电池的电动势和内阻，实验装置如图甲所示。首先测量电池a的电动势和内阻，实验时多次改变R的阻值，用电流传感器测得对应的电流值I，在计算机上显示出如图乙所示的1I-R的关系图线a，重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻，得到图乙中的图线b(1)(2分)某次实验电阻箱调节后如图丙所示，则此时电阻箱的读数为Ω。

(2)(4分)若定值电阻R0=1.0Ω，令y=1I，x=R，由图乙中实验图线a的拟合方程可得，电池a的电动势Ea=V(可用分数表示)，内阻ra=Ω。(3)(2分)根据图乙可以判断，图线(选填“a”或“b”)对应的是新电池。

(4)(4分)根据实验测得的电池a的R、I数据，若令y=I2(R+R0)，x=R+R0，则由计算机拟合得出的y-x图线如图丁所示，则图线最高点A的坐标值应为x=Ω，y=W(结果均保留2位有效数字)。

答案(1)12.0(2)432.0(3)b(4)2.0解析(1)由电阻箱的读数规则有R=0×100Ω+1×10Ω+2×1Ω+0×0.1Ω=12.0Ω(2)由闭合电路欧姆定律有I=Eara+R0+结合题中图线a的解析式，有0.75=1Ea，解得Ea=43V，ra=2(3)由之前的分析可知，图像的斜率为电池的电动势的倒数，由题图可知，其图像a的斜率大，所以图线a的电动势小。根据题意，旧电池的电动势减小，所以图线a为旧电池，图线b为新电池。(4)分析题图中电路可知，外电路的用电器为电阻R和R0，结合题意可知，题图的y轴为电池的输出功率，题图的x轴为外电路的电阻。对电池有P=I2R外=(EaR外+ra)2结合题图有y=E由之前的分析可知，有E=43V，ra=2题图中A点为y最大值，由上述公式可知，当x=ra，即外电路电阻等于电池内阻时，取得最大值，所以x=2.0Ω，y≈0.22W3.(10分)(2025·湖南长沙市长郡中学模拟)李华同学查阅资料：某金属在0~100℃内电阻值Rt与摄氏温度t的关系为Rt=R01+αt，其中R0为该金属在0℃时的阻值，α为温度系数(为正值)。李华同学设计图甲所示电路以测量该金属的电阻R0和αA.干电池(电动势约为1.5V，内阻不计)B.定值电阻R1(阻值为1kΩ)C.定值电阻R2(阻值为800Ω)D.滑动变阻器RP1(阻值范围0~40Ω)E.滑动变阻器RP2(阻值范围0~4kΩ)F.电流计G(量程0~200μA，内阻约500Ω)G.电阻箱R(最大阻值为9999.9Ω)H.摄氏温度计I.沸水和冷水各一杯J.开关两个及导线若干请回答下列问题：(1)(4分)滑动变阻器应选用(选填“RP1”或“RP2”)，开关S1闭合前，滑动变阻器的滑片移到(选填“a”或“b”)端。

(2)(2分)将电阻箱的阻值调为500Ω，闭合开关S1，将滑动变阻器调到合适的阻值，读出电流计G的示数，再闭合开关S2，调节电阻箱的阻值，当电阻箱的示数为360.0Ω时，此时发现闭合开关S2前、后电流计G的示数相等，则电流计G的内阻为Ω。

(3)利用上述电流计G及电路测量该金属的电阻R0和α值的步骤如下：①断开开关S1、S2，将R2取下换成该金属电阻，并置于沸水中；②闭合开关S1，读出电流计G的示数；闭合开关S2，调节电阻箱的阻值，直至闭合开关S2前、后电流计G的示数没有变化，记下此时电阻箱的示数R和水的温度t；③多次将冷水倒一点到热水中，重复步骤②，可获得电阻箱的示数R和温度t的多组数据。(4)(4分)以电阻箱的示数R为纵轴，温度t为横轴，作出的图像如图乙所示，则该金属电阻在0℃时的阻值为Ω，温度系数为℃-1(结果用a、b、c表示)。

答案(1)RP2a(2)450(4)209a解析(1)S1闭合、S2断开时，干路中的最大电流约为I=Ig+Ig(R滑动变阻器两端的电压最小值约为UPmin=1.5V-1kΩ+0.5kΩ×0.2mA=1.2V滑动变阻器的最小电阻约为Rmin=1.2V0.575mA≈2kΩ，滑动变阻器应选用RP2为了保护电流计G不被损坏，开关S1闭合前，应将滑动变阻器的滑片向下移动到a端。(2)闭合S2前、后电流计G的示数没有变化，则电流计G中的电流与R1的电流相等，R中的电流与R2中的电流相等，R1与R2两端的电压相等，电流计G与R两端的电压相等，可得电流计的内阻Rg=R1R2R=10.8×360(4)将R2取下换成该金属电阻的情况下，同理可得Rt=R1RgR由题图乙得R=b-act+a，即Rt=20(b又Rt=R0(1+αt)=R0αt+R0则R0α=20(b-a)9c解得α=b4.(8分)(2025·山西省三模)从玩具车上拆下一个小电动机M，用一节5号干电池为它直接供电，发现电动机并不转动。将两节5号电池串联起来为该电动机直接供电，这时电动机转动起来了，但是转速较低。为较完整地描绘该电机通电后电流与电压的关系，某同学设计了图甲的电路进行实验，图中各器材的规格如下：A.电压表V(量程0~1V，内阻1.0kΩ)；B.电流表A(量程为0~1A，内阻约0.2Ω)；C.滑动变阻器R(最大阻值20Ω，额定电流2.0A)；D.电阻箱R0(最大阻值9999.9Ω)(1)(2分)为完成实验，电阻箱R0的阻值应调为(填“2000.0Ω”或“4000.0Ω”)。

(2)(2分)正确选择R0的值后，调节R的滑片使电动机两端的电压逐渐变大，记录电压表V的示数U与电流表A的示数I并描在了图乙中，请在图乙中作出该电动机的I-U图线。(3)(2分)由图乙可知该电动机线圈的电阻为Ω(保留2位有效数字)。

(4)(2分)若两节5号电池串联的电动势为3.0V，内阻为0.5Ω，用它为该电机直接供电时，电动机输出的机械功率约为W(保留2位有效数字)。

答案(1)4000.0Ω(2)见解析图(3)2.5(4)0.61(0.53~0.65)解析(1)由题意知，将两节5号电池串联起来为该电动机直接供电，电动机转动但转速较低，说明该电动机额定电压大于3V。由电表扩程知识易知，R0的阻值调为2000.0Ω，改装后电压表和电阻箱两端最大电压为3.0V，R0的阻值调为4000.0Ω，改装后电压表和电阻箱两端最大电压为5.0V。因此，探究该额定电压大于3V的电机通电后电流与电压的关系，电压表串联电阻箱后两端最大电压应大于3V，故选4000.0Ω。(2)作出该电动机的I-U图线如图(a)。(3)由题图乙可知，当电压表的电压小于0.45V时，电动机不转为纯电阻，由欧姆定律得该电动机内线圈的电阻为R=UI=0.45×50.90(4)若两节5号电池串联的电动势为3.0V，内阻为0.5Ω，由闭合电路欧姆定律得