2027新高考物理复习53A版1-第十章 电路及其应用

专题十恒定电流实验11电学实验基础12.(2025陕晋青宁,12,9分)常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表(表头)改装而成的,与电源及相关元器件组合可改装为多功能、多量程的多用电表。(1)实验中使用多用电表正确测量了一个15.0Ω的电阻后,需要继续测量一个阻值大约是15kΩ的电阻。在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前,请选择以下必要的操作步骤并排序:①把选择开关旋转到“×100”位置。②把选择开关旋转到“×1k”位置。③将红表笔和黑表笔接触。④调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点。下列选项中正确的是。(单选,填正确答案标号)

A.①③④ B.②③④C.②④③ D.①④③(2)若将一个内阻为20Ω、满偏电流为1mA的表头改装为量程0~2V的电压表,需要(填“串联”或“并联”)一个Ω的电阻。

(3)如图,某同学为探究由一个直流电源E、一个电容器C、一个电阻RA及一个电阻RB(RA>RB)组成的串联电路中各元器件的位置,利用改装好的电压表分别测量各接线柱之间的电压,测得数据如表:接线柱1和22和33和41和42和41和3U/V01.5300.561.050.66根据以上数据可判断,直流电源E处于之间,电容器C处于之间,电阻RA处于之间。(填“1和2”“2和3”“3和4”或“1和4”)

答案(1)B(2)串联1980(3)2和31和41和2解析(1)用多用电表测量了一个15Ω的电阻后,在测量大约15kΩ的电阻前,应该先进行欧姆调零,操作步骤如下:将选择开关转到“×1k”位置,然后将红表笔和黑表笔接触,最后调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点,所以正确的操作步骤应该是②③④,B正确。(2)若将表头改装成电压表,需要串联一个电阻来分压,所串联电阻的阻值R=2V1mA-20Ω=1980Ω(3)因为接2和3间的电压测量值最大,所以此间一定有电源;因为1和2之间、3和4之间的电压测量值均为零,含有电容器的完整电路是断路,故电阻两端的电压均为零,电阻均在此两端间,又因为2和4之间的电压测量值大于1和3间的电压测量值,故大电阻应处于1和2之间,即RA在1和2之间,1和4之间是电容器C。题后反思处理电路黑箱问题应注意相互关联的逻辑关系,若电路中有电容器,则电容器在直流稳态下视为断路。11.(2025黑吉辽蒙,11,8分)在测量某非线性元件的伏安特性时,为研究电表内阻对测量结果的影响,某同学设计了如图(a)所示的电路。选择多用电表的直流电压挡测量电压。实验步骤如下:①滑动变阻器滑片置于适当位置,闭合开关;②表笔分别连a、b接点,调节滑片位置,记录电流表示数I和a、b间电压Uab;③表笔分别连a、c接点,调节滑片位置,使电流表示数仍为I,记录a、c间电压Uac;④表笔分别连b、c接点,调节滑片位置,使电流表示数仍为I,记录b、c间电压Ubc,计算Uac-Ubc;⑤改变电流,重复步骤②③④,断开开关。作出I-Uab、I-Uac及I-(Uac-Ubc)曲线如图(b)所示。回答下列问题:(1)将多用电表的红、黑表笔插入正确的插孔,测量a、b间的电压时,红表笔应连接点(填“a”或“b”);

(2)若多用电表选择开关旋转到直流电压挡“0.5V”位置,电表示数如图(c)所示,此时电表读数为V(结果保留三位小数);

(3)图(b)中乙是(填“I-Uab”或“I-Uac”)曲线;

(4)实验结果表明,当此元件阻值较小时,(填“甲”或“乙”)曲线与I-(Uac-Ubc)曲线更接近。

答案(1)a(2)0.378(±0.001)(3)I-Uac(4)甲审题指导考生在看到题目以后首先要看清楚实验的目的、实验原理、实验器材以及实验步骤,并对实验的结果作出猜想。对于电流表和电压表内阻对实验的影响,考生应快速联想到电流表内接与外接对实验结果的影响,从而根据伏安特性曲线作出判断;关于多用电表的使用和读数,学生应根据多用电表的特点选择合适的挡位,读数时应注意分度值和遵循的读数原则。解析(1)测量时,将多用电表并联在待测电路两端,注意红表笔接触点的电势应比黑表笔接触点的电势高。(2)在测量直流电压时,若选择开关对应的量程为0~0.5V,结合图(c)可确定,分度值为0.01V,估读到小数点后第3位,所以示数为0.378V。(3)由题图(b)可知,在同样电流的情况下,图线乙对应的电压值最大,说明多用电表测的电压是元件和电流表两端的电压之和,故图线乙应该是I-Uac曲线。(4)由题意可知,元件的I-U图线是图(b)中的实线,当元件阻值较小时,在图(b)中的I-U图线上的点与坐标原点连线的斜率k=IU=1R较大,由图像(b)可知,当图线上的点与坐标原点的连线的斜率k=IU=1R越大,即元件中阻值越小时,甲曲线与I-(Uac知识拓展伏安法测电阻实验中电流表的内接与外接选择电流表的内接和外接内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测=Ux+UA电压表分流I测=Ix+IV电阻测量值R测==Rx+RA>Rx测量值大于真实值R测===<Rx测量值小于真实值等效电阻相当于把电流表内阻与电阻Rx串联相当于把电压表内阻与电阻Rx并联适用条件RA≪Rx或>RARVRV≫Rx或<RARV适用于测量大阻值电阻小阻值电阻已知电流表内阻一般选择内接,R测=-RA,减去电流表内阻就能消除由电流表产生的误差实验12测量电阻的几种方法12.(2025云南,12,10分)基于铂电阻阻值随温度变化的特性,某兴趣小组用铂电阻做了测量温度的实验。可选用的器材如下:Pt1000型号铂电阻、电源E(电动势5V,内阻不计)、电流表A1(量程100μA,内阻4.5kΩ)、电流表A2(量程500μA,内阻约1kΩ)、定值电阻R1(阻值15kΩ)、定值电阻R2(阻值1.5kΩ)、开关S和导线若干。查阅技术手册可知,Pt1000型号铂电阻测温时的工作电流在0.1~0.3mA之间,在0~100℃范围内,铂电阻的阻值Rt随温度t的变化视为线性关系,如图(a)所示。完成下列填空:(1)由图(a)可知,在0~100℃范围内,温度每升高1℃,该铂电阻的阻值增加Ω;

(2)兴趣小组设计了如图(b)所示的甲、乙两种测量铂电阻阻值的电路图,能准确测出铂电阻阻值的是(填“甲”或“乙”),保护电阻R应选(填“R1”或“R2”);

图(b)(3)用(2)问中能准确测出铂电阻阻值的电路测温时,某次测量读得A2示数为295μA,A1示数如图(c)所示,该示数为μA,则所测温度为℃(计算结果保留2位有效数字)。

答案(1)3.85(2)乙R1(3)62.051解析(1)由图(a)知,温度由0℃升至100℃铂电阻的阻值由1.000×103Ω增加到1.385×103Ω则可得ΔRtΔt=((2)对于图(b)甲,有I1·RA1由于RA2未知,所以无法测出铂电阻阻值Rx对于图(b)乙,有I1·RA1已知,故选乙,由第(3)问知I2=295μA=2.95×10-4A电路总电阻R总=EI2=5V2.R总=R+RA2+RA1·RxRA1并联阻值约为1kΩ,则R≈14.9kΩ,故选R1(3)60~70μA分为10格,每一小格为1μA示数为62.0μARx=I1RA1I2-I1=62由第(1)问知ΔRtΔ可知t=ΔRxΔRtΔt=实验13测量金属丝的电阻率12.(2025四川,12,10分)某学生实验小组要测量一段合金丝的电阻率。所用实验器材有:待测合金丝样品(长度约1m)螺旋测微器学生电源E(电动势0.4V,内阻未知)米尺(量程0~100cm)滑动变阻器(最大阻值20Ω)电阻箱(阻值范围0~999.9Ω)电流表(量程0~30mA,内阻较小)开关S1、S2导线若干(1)将待测合金丝样品绷直固定于米尺上,将金属夹分别夹在样品20.00cm和70.00cm位置,用螺旋测微器测量两金属夹之间样品三个不同位置的横截面直径,读数分别为0.499mm、0.498mm和0.503mm,则该样品横截面直径的平均值为mm。

(2)该小组采用限流电路,则图1中电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱(选填“a”或“b”)相连。闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于端(选填“左”或“右”)。

(3)断开S2、闭合S1,调节滑动变阻器使电流表指针恰好指到15.0mA刻度处。断开S1、闭合S2,保持滑动变阻器滑片位置不变,旋转电阻箱旋钮,使电流表指针仍指到15.0mA处,此时电阻箱面板如图2所示,则该合金丝的电阻率为Ω·m(取π=3.14,结果保留2位有效数字)。

(4)为减小实验误差,可采用的做法有(有多个正确选项)。

A.换用内阻更小的电源B.换用内阻更小的电流表C.换用阻值范围为0~99.99Ω的电阻箱D.多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率,再求平均值答案(1)0.500(2)a左(3)1.3×10-6(4)CD解析(1)直径的平均值D=D1+D2+D(2)滑动变阻器限流接法必须一上一下接入电路,故电流表的“+”接线柱需要和滑动变阻器的接线柱a相连;在闭合开关前,滑动变阻器接入电路的阻值应最大,保证电路接通时电路电流最小,电路安全,故滑动变阻器滑片应置于左端。(3)由题意知合金丝接入电路的长度l=70.00cm-20.00cm=50.00cm,因合金丝与电阻箱等效替代,当电流相等时,二者电阻相等,由题图2所示的电阻箱读数可知合金丝接入电路中的电阻为3.2Ω,合金丝的横截面积S=πD22,根据R=ρlS,得ρ=RSl=πR(D)24l=1.256×10-6Ω·(4)本实验通过等效替代法测电阻,电源内阻对本实验无直接影响,换用内阻更小的电源,不能减小误差,A错误;电流表内阻不影响电阻测量结果,B错误。换用0~99.99Ω的电阻箱,电阻箱测量阻值时更精确,能减小误差,C正确;多次测量合金丝不同区间相等长度样品的电阻率,再求平均值,可减小偶然误差,D正确。关键点拨(1)电路连接易错点:电流表“+”接线柱需与电源正极相连。限流电路中滑动变阻器连接方式应采用“一上一下”原则,若误将滑动变阻器接成“两下”(即定值电阻),会导致无法调节电流。(2)等效替代法核心逻辑:两次实验电流相同,则合金丝接入电路的电阻R=R箱,与电流表内阻无关(因为两次内阻影响相同,可抵消)。实验14测量电源的电动势和内阻11.(2025湖北,11,8分)某实验小组为测量一节干电池的电动势E和内阻r,设计了如图(a)所示电路,所用器材如下:干电池、智能手机、电流传感器、定值电阻R0、电阻箱、开关、导线等。按电路图连接电路,将智能手机与电流传感器通过蓝牙无线连接,闭合开关S,逐次改变电阻箱的阻值R,用智能手机记录对应的电流传感器测得的电流I。回答下列问题:(1)R0在电路中起(填“保护”或“分流”)作用。

(2)1I与E、r、R、R0的关系式为1I=(3)根据记录数据作出1I-R图像,如图(b)所示。已知R0=9.0Ω,可得E=V(保留三位有效数字),r=Ω(保留两位有效数字)(4)电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果(填“有”或“无”)影响。

答案(1)保护(2)R+R0+rE(3)1.50(1.47~1.52审题指导电流传感器有电阻,可看作灵敏电流计与电阻并联。第(2)(3)问涉及理想情况,不需要考虑其电阻,根据闭合电路欧姆定律列式求解。解析(1)定值电阻R0在电路中起保护传感器的作用,其与电流传感器串联,无法起到分流作用。(2)不考虑电流传感器电阻,当串联回路电流为I时,由闭合电路欧姆定律得E=I(R+R0+r),整理可得1I=R(3)从题图(b)中选取相距最远的两个数据点(21Ω,21A-1)和(6Ω,11A-1),代入第(2)问关系式中有21A-1=30Ω+rE,11A-1=15Ω+rE,联立解得E=1.50V,r=1.5Ω。[易错点:若代入的是题图(b)(4)由于电流传感器有电阻,用图像法处理数据,电流传感器有无电阻不改变图线斜率,则对干电池的电动势测量值无影响,但测得的电源内阻数据实际为电源的内阻与电流传感器的电阻之和,使干电池内阻的测量值偏大。实验15用多用电表测量电学中的物理量12.(2025安徽,12,10分)某同学设计了一个具有两种挡位(“×1”挡和“×10”挡)的欧姆表,其内部电路如图甲所示。电源为电池组(电动势E的标称值为3.0V,内阻r未知),电流表G(表头)的满偏电流Ig=20mA,内阻Rg=45Ω,定值电阻R0=5Ω,滑动变阻器R的最大阻值为200Ω。设计后表盘如图乙所示,中间刻度值为“15”。(1)测量前,要进行欧姆调零:将滑动变阻器的阻值调至最大,闭合开关S1、S2,此时欧姆表处于“×1”挡,将红表笔与黑表笔,调节滑动变阻器的阻值,使指针指向(选填“0”或“∞”)刻度位置。

(2)用该欧姆表对阻值为150Ω的标准电阻进行试测,为减小测量误差,应选用欧姆表的(选填“×1”或“×10”)挡。进行欧姆调零后,将电阻接在两表笔间,指针指向图乙中的虚线位置,则该电阻的测量值为Ω。

(3)该同学猜想造成上述误差的原因是电源电动势的实际值与标称值不一致。为了测出电源电动势,该同学先将电阻箱以最大阻值(9999Ω)接在两表笔间,接着闭合S1、断开S2,将滑动变阻器的阻值调到零,再调节电阻箱的阻值。当电阻箱的阻值调为228Ω时,指针指向“15”刻度位置(即电路中的电流为10mA);当电阻箱的阻值调为88Ω时,指针指向“0”刻度位置(即电路中的电流为20mA)。由测量数据计算出电源电动势为V。(结果保留2位有效数字)

答案(1)直接接触(或短接)0(2)×10160(3)2.8解析(1)欧姆调零时,需先将红表笔与黑表笔直接接触(短接),调整欧姆调零旋钮,即调节本题中滑动变阻器滑片,使表头指针指向欧姆挡的“0”刻度位置。(2)使用多用电表的欧姆挡测电阻时,如果事先知道电阻的大致数值,应该选择适当倍率的欧姆挡,使测量时指针落在刻度盘的中间区域。该刻度盘中间数值为“15”,故测量150Ω的电阻时选择“×10”挡。读数时,指针所指刻度乘以倍率为测量电阻阻值。(3)分析电路状态,根据闭合电路欧姆定律列出关系式E=I(R1+Rg+r),根据题意有E=0.01A×(228Ω+45Ω+r)①E=0.02A×(88Ω+45Ω+r)②联立①②解得E=2.8V含传感器的电学创新实验12.(2025广东,12,8分)科技小组制作的涡流制动演示装置由电磁铁和圆盘控制部分组成。图1(a)是电磁铁磁感应强度的测量电路,所用器材有:电源E(电动势15V,内阻不计);电流表(量程有0.6A和3A,内阻不计);滑动变阻器RP(最大阻值100Ω);定值电阻R0(阻值10Ω);开关S;磁传感器和测试仪;电磁铁(线圈电阻16Ω);导线若干。图1(b)是实物图,图中电机和底座相固定,圆形铝盘和电机转轴相固定。请完成下列实验操作和计算。(1)量程选择和电路连接。①由器材参数可得电路中的最大电流为A(结果保留2位有效数字),为减小测量误差,电流表的量程选择0.6A挡。

②图1(b)中已正确连接了部分电路,请在虚线框中完成RP、R0和间的实物图连线。图1(2)磁感应强度B和电流I关系测量。①将图1(a)中的磁传感器置于电磁铁中心,滑动变阻器RP的滑片P置于b端。置于b端目的是使电路中的电流,保护电路安全。

②将滑片P缓慢滑到某一位置,闭合S,此时的示数如图2所示,读数为A。分别记录测试仪示数B和I。断开S。

③保持磁传感器位置不变,重复步骤②。④图3是根据部分实验数据描绘的B-I图线,其斜率为mT/A(结果保留2位有效数字)。

(3)制动时间t测量。利用图1(b)所示装置测量了t。结果表明B越大,t越小。答案(1)①0.58②实物图连线见解析(2)①最小②0.48④30(29~31都算对)解析(1)①当滑动变阻器接入电路的阻值为0时,闭合电路中的电流最大,则电路中的最大电流为I=ER0+R电=1510+16A≈0.58A。(2)①滑动变阻器RP的滑片P置于b端时,滑动变阻器接入电路的阻值最大,此时电路中的电流最小。②由电流表的读数规则可得,读数为24×0.02A=0.48A。④在图线上取相距较远的两点,计算可得图线的斜率k=16.8-4.40.56-0.1412.(2025湖南,12,9分)车辆运输中若存在超载现象,将带来安全隐患。由普通水泥和导电材料混合制成的导电水泥,可以用于监测道路超载问题。某小组对此进行探究。(1)选择一块均匀的长方体导电水泥块样品,用多用电表粗测其电阻。将多用电表选择开关旋转到“×1k”挡,正确操作后,指针位置如图1所示,则读数为Ω。

(2)进一步提高实验精度,使用伏安法测量水泥块电阻,电源E电动势6V,内阻可忽略,电压表量程0~6V,内阻约10kΩ,电流表量程0~600μA,内阻约100Ω。实验中要求滑动变阻器采用分压接法,在图2中完成余下导线的连接。(3)如图2,测量水泥块的长为a,宽为b,高为c。用伏安法测得水泥块电阻为R,则电阻率ρ=(用R、a、b、c表示)。

(4)测得不同压力F下的电阻R,算出对应的电阻率ρ,作出ρ-F图像如图3所示。(5)基于以上结论,设计压力报警系统,电路如图4所示。报警器在两端电压大于或等于3V时启动,R1为水泥块,R2为滑动变阻器,当R2的滑片处于某位置,R1上压力大于或等于F0时,报警器启动。报警器应并联在两端(填“R1”或“R2”)。

(6)若电源E使用时间过长,电动势变小,R1上压力大于或等于F1时,报警器启动,则F1F0(填“大于”“小于”或“等于”)。

答案(1)8000(2)如图所示(3)bcaR(5)R2(6)解析(1)由多用电表的读数规则可得,示数为8×1kΩ=8kΩ=8000Ω。(2)滑动变阻器采用分压接法,故滑动变阻器采用“下下接法”,水泥块电阻与电压表内阻相近,故电流表采用内接法,即电压表正接线柱与电流表正接线柱相连,导线连接见答案。(3)由电阻定律可得R=ρabc,解得ρ=bca(5)由图3可知,水泥块受到的压力越大,电阻率越小,其电阻越小,滑动变阻器R2上分得的电压越大;当水泥块R1受到的压力大于或等于F0时,报警器两端的电压大于或等于3V,可知报警器并联在R2两端。(6)若电源使用时间过长,电