高考物理二轮总复习专题分层突破练18　电学实验 Word版含解析

高考物理二轮总复习专题分层突破练18　电学实验 Word版含解析

www.ks5u.com 专题分层突破练18　电学实验 ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1.(2020北京高三一模)同学们想测量由两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r,用电压表、电阻箱、开关、若干导线和待测电池组连成电路,如图甲所示。电路中用到的器材均完好无损。‎ ‎(1)检查电路时,他们发现在开关闭合前电压表示数不为零,这是由于导线　　　(填写表示导线的字母)连接错误造成的。改正错误连接后再次闭合开关,他们发现电压表有示数,但改变电阻箱连入电路的阻值时,电压表示数保持不变,原因可能是(写出一条即可)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)排除故障后,他顺利完成实验,并根据测得的数据画出图乙所示的‎1‎U‎-‎‎1‎R图线,其中U为电压表示数,R为电阻箱连入电路的阻值。由图知:电池组的电动势E=　　　　,内阻r=　　　　　。 ‎ ‎2.(2020浙江高三月考)小明与小红想确定图中滑动变阻器(铭牌丢失)的金属丝的材料,于是进行了如下实验:‎ ‎(1)先用游标卡尺测量了陶瓷桶上未绕金属丝部分的直径d=21.00 mm;后用游标卡尺测量了陶瓷桶上绕有金属丝(金属丝直接紧密地绕在陶瓷桶上)部分的直径D=22.20 mm;再用刻度尺测得滑动变阻器滑线部分的长度L=10.50 cm。(假设上述测量值均看作多次测量的平均值)‎ ‎(2)小明用欧姆表测得该滑动变阻器全部金属丝的电阻为25 Ω;小红则向实验室借来以下器材测量该金属丝的电阻:‎ A.直流电源3 V(内阻不计)‎ B.直流电流表0~100 mA(内阻约为5 Ω)‎ C.直流电流表0~600 mA(内阻约为1 Ω)‎ D.直流电压表0~3 V(内阻约为3 kΩ)‎ E.滑动变阻器0~10 Ω(允许的最大电流为2 A)‎ F.导线和开关 则实验中电流表应选用　　　　(填字母)。 ‎ ‎(3)请帮小红设计一个最佳实验电路,并将电路图画在下面方框中(待测滑动变阻器就用普通电阻符号表示)。‎ ‎　　　　　　　　　　　　‎ ‎(4)若该滑动变阻器全部金属丝的电阻用R表示,则金属丝电阻率的表达式ρ=　　　　　(用本题中字母表示);小红通过正确的操作后测得R=25.4 Ω,请对照表格中几种导体材料的电阻率(20 ℃时)判断该金属丝的材料最有可能为　　　　(填字母)。 ‎ 材料ρ/(Ω·m)‎ 材料ρ/(Ω·m)‎ 银 ‎1.6×10-8‎ 铁 ‎1.0×10-7‎ 铜 ‎1.7×10-8‎ 锰铜合金 ‎4.4×10-7‎ 铝 ‎2.9×10-8‎ 镍铜合金 ‎5.0×10-7‎ 钨 ‎5.3×10-8‎ 镍铬合金 ‎1.0×10-6‎ A.铝 B.铜 C.含铜合金 D.镍铬合金 ‎3.(2020山东滨州高三二模)某特种玻璃厂生产的调光玻璃是一款将液晶膜复合进两层玻璃中间,经高温高压胶合后一体成型的夹层结构的新型特种光电玻璃产品。使用者改变其电压可控制玻璃的透明度。为了使玻璃的透明度随光照强度变化而变化,可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为Lx)。某光敏电阻在不同照度下的阻值如图所示:‎ ‎(1)由图像可以看出,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而　　　　(选填“增大”或“减小”); ‎ ‎(2)为了当照度上升时,调光玻璃(可视为阻值极大的电阻)两端所加电压变大,请同学根据图中提供的器材,设计并补全下面电路。为了便于调节,滑动变阻器采用分压式接法;‎ ‎(3)若光敏电阻与定值电阻串联总电压3 V,照度上升至1.0 Lx,要求玻璃两端电压上升至2 V,则定值电阻阻值应为　　　　 kΩ。 ‎ ‎4.(2020山西高三二模)将一个量程在1.5~2.5 mA(标有清晰的刻度但没有标示数)、内阻在150~250 Ω的电流表G改装成一个量程为0~30 V的电压表。为了正确改装,采用如图甲所示的电路来测量电流表G的量程和内电阻,可以使用的实验器材如下:‎ A.电源(电动势约6 V、内电阻小于1 Ω)‎ B.标准电流表A(量程为0~10 mA,内电阻约为500 Ω)‎ C.电阻箱(阻值范围0~9.9 Ω)‎ D.电阻箱(阻值范围0~999.9 Ω)‎ E.滑动变阻器(阻值范围0~1 kΩ)‎ F.滑动变阻器(阻值范围0~20 Ω)‎ G.开关S和导线若干 ‎(1)该实验中电阻箱应选　　　,滑动变阻器应选　　　(填题中仪器前面的字母序号); ‎ ‎(2)该同学的实验操作过程为:‎ ‎①将滑动变阻器的滑片P移至最右端,将电阻箱的阻值调至最大;‎ ‎②闭合开关S,向左移动滑动变阻器滑片P、调节电阻箱阻值使电流表G指针指到满刻度,记录标准电流表A的读数I及此时电阻箱的阻值R;‎ ‎③再次向左移动滑动变阻器滑片P、调节电阻箱阻值至电流表G指针指到满刻度,记录第二组标准电流表A的读数I及此时电阻箱的阻值R;‎ ‎④重复步骤3~5次;‎ ‎⑤该同学利用实验中所记录的五组标准电流表A的示数I和电阻箱的阻值R数据,画出I-‎1‎R图像如图乙所示。根据图线可以求得电流表G的量程为　　　　 A;内电阻为　　　　 Ω。 ‎ ‎(3)将电流表G与一个阻值为　　　　 Ω的电阻串联就可以组成量程为0~30 V的电压表。 ‎ ‎5.(2020辽宁高三一模)某学习小组同学利用图甲所示的实验电路测量平行板电容器的电容。‎ ‎(1)图甲中电流表A1量程为300 μA,无法满足实验需要,需并联一电阻箱R1使其量程扩大为600 μA。由于电流表A1内阻未知,无法确定电阻箱R1的阻值,该小组同学设计了图乙所示的电路,已知电流表A2与A1量程相同。实验操作步骤如下:‎ ‎①按照图乙连接电路,电阻箱R1和滑动变阻器R2的阻值调到最大;‎ ‎②断开开关S1,闭合开关S2。调节R2,使电流表A1和A2读数均为200 μA;‎ ‎③闭合开关S1,调节R1和R2,保证电流表A2读数不变,则当电流表A1读数是　　　　μA时,电流表A1与R1并联即可做量程为600 μA的电流表使用。 ‎ ‎(2)完成电流表的改装后,继续测量平行板电容器的电容,具体实验操作步骤如下:‎ ‎①按图甲接好实验电路,请在图丙中将缺失的导线用笔画线补充完整;‎ ‎②先将图丙中开关S4闭合,再将单刀双掷开关S3接“a”,记下此时电压表读数6.2 V;‎ ‎③调节图丙中滑动变阻器的滑片P至阻值最大,将单刀双掷开关S3接“b”同时开始计时,每5 s或10 s读一次电流表A1的示数i,记录数据;‎ ‎④以电流表A1的示数i为纵轴、时间t为横轴,在坐标纸上绘制点,请用平滑曲线在图丁中画出i-t图线;‎ ‎⑤根据实验结果和图像信息,估算电容器的电容C=　　　　 F。(结果保留2位有效数字) ‎ ‎6.在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中,操作步骤如下:‎ ‎①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上;‎ ‎②闭合电源开关,用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压;‎ ‎③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上,另一个作为副线圈,接上小灯泡;‎ ‎④将原线圈与副线圈对调,重复以上步骤。‎ ‎(1)以上操作的合理顺序是　　　　(只填步骤前数字序号); ‎ ‎(2)如图所示,在实验中,两线圈的匝数n1=1 600,n2=400,当将n1做原线圈时,U1=16 V,副线圈两端电压U2=4 V;原线圈与副线圈对调后,当U1'=8 V时,U2'=32 V,那么可初步确定,变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是　　　　。 ‎ 参考答案 专题分层突破练18　电学实验 ‎1.答案(1)c　导线a或导线d与其他元件连接时接触不好导致断路 ‎(2)‎‎1‎a‎1‎‎　‎a‎2‎‎-‎a‎1‎a‎1‎b‎1‎ 解析(1)由于电压表与电源直接相连,造成了闭合开关前电压表的示数不为0,故是导线c接在了开关与电源的正极之间,应该接在开关与电阻箱之间;若闭合开关后发现电压表有示数,但改变电阻箱连入电路的阻值时,电压表示数保持不变,说明电压表测量的一直是电源电压,也就说明与电压表并联的那部分出现了断路,即导线a或导线d与其他元件连接时接触不好导致断路;‎ ‎(2)根据闭合电路的欧姆定律E=U+URr,即‎1‎U‎=rE·‎1‎R+‎‎1‎E 则由图像可知‎1‎U‎-‎‎1‎R图像的斜率k=rE‎=a‎2‎‎-‎a‎1‎b‎1‎,‎‎1‎E=a1,解得E=‎1‎a‎1‎,r=a‎2‎‎-‎a‎1‎a‎1‎b‎1‎。‎ ‎2.答案(2)B ‎(3)‎ ‎(4)R(D-d‎)‎‎3‎‎32DL或R(D-d‎)‎‎3‎‎32dL或R(D-d‎)‎‎3‎‎16(D+d)L　C 解析(2)电路中能达到的最大电流为I=ERx‎=‎‎3‎‎25‎A=0.12A=120mA,‎ 则直流电流表选择B;‎ ‎(3)因电压表的内阻远大于待测电阻阻值,可知选用电流表外接电路;滑动变阻器电阻小于待测电阻的阻值,则采用分压电路,则电路图如图;‎ ‎(4)待测金属丝横截面的半径r=‎D-d‎4‎ 金属丝横截面积S=‎π(D-d‎)‎‎2‎‎16‎ 每匝金属丝的长度为πD或者πd、或者πD+d‎2‎ 则线圈匝数n=‎L‎2r‎=‎‎2LD-d 金属丝的总长度为‎2πDLD-d或者‎2πdLD-d或者πL(D+d)‎D-d 根据R=ρLS可得ρ=RSL‎=‎R(D-d‎)‎‎3‎‎32DL或者ρ=R(D-d‎)‎‎3‎‎32dL或者ρ=‎R(D-d‎)‎‎3‎‎16(D+d)L 将R=25.4Ω,D=22.20mm,d=21.00mm,L=10.50cm代入解得ρ≈6.2×10-7Ω·m 由表中数据可知,可能是含铜合金,故选C。‎ ‎3.答案(1)减小 ‎(2)‎ ‎(3)4.0‎ 解析(1)由图像可以看出,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小;‎ ‎(2)当照度上升时,光敏电阻的阻值变小,电路中的总电阻变小,根据欧姆定律可知电路中的电流变大,定值电阻两端的电压变大;根据串联分压可知光敏电阻两端的电压变小,而调光玻璃(可视为阻值极大的电阻)两端所加电压变大,所以调光玻璃与定值电阻并联;题中要求滑动变阻器采用分压式接法,所以电路图如图所示 ‎(3)由图像可以看出,照度上升至1.0Lx时,光敏电阻的阻值为2.0kΩ,根据串联分压可知光敏电阻两端的电压为1V,所以定值电阻阻值应为4.0kΩ。‎ ‎4.答案(1)D　E　(2)⑤2×10-3　200　(3)14 800‎ 解析(1)因为待测电流表G的估计值为150~250Ω之间,电源电动势E=6V,标准电流表A的量程为0~10mA,内电阻约为500Ω,故电阻箱应选择D,以获得较大的测量范围,为了保证电表的安全,应限制干路的电流,应选择阻值范围较大的滑动变阻器,故滑动变阻器应选E。‎ ‎(2)设电流表G的满偏电流为Ig,内电阻为Rg,根据支路电流之和等于干路电流可得I=Ig+‎IgRgR 根据图乙可知 IgRg=‎(10-2)×1‎‎0‎‎-3‎‎2×1‎‎0‎‎-2‎V=0.4V 截距Ig=2×10-3A 联立可得Rg=200Ω ‎(3)设改装量程为0~30V的电压表,需要串联的电阻为R',根据欧姆定律可得 Umax=Ig(Rg+R')‎ 即30=2×10-3×(200+R')‎ 解得R'=14800Ω ‎5.答案(1)③100‎ ‎(2)①‎ ‎④‎ ‎⑤1.4×10-3(1.1×10-3~1.5×10-3均可)‎ 解析(1)③把电流表A1量程为300μA,需要并联一电阻箱R1使其量程扩大为600μA。并联的电阻箱的阻值要与电流表A1内阻相等,电流表A2读数是200μA,当电流表A1读数是100μA时,通过电流表A1和变阻箱的电流相同,两者电阻相等,电流表A1与R1并联即可做量程为600μA的电流表使用;‎ ‎(2)①根据电路原理图,实物连线如图所示;‎ ‎④以电流表A1的示数i为纵轴、时间t为横轴,在坐标纸上绘制点,请用平滑曲线在图丁中画出i-t图线如图所示;‎ ‎⑤由分流作用可知,由电流定义式有2i=‎qt‎=‎CUt 整理得C=‎‎2itU i-t图像与坐标轴所围的面积,即为it的积 则C=‎2itU‎=‎‎2×34×25×5×1‎‎0‎‎-6‎‎6.2‎F≈1.4×10-3F(1.1×10-3~1.5×10-3均可)‎ ‎6.答案(1)①③②④　(2)‎U‎1‎U‎2‎‎=‎n‎1‎n‎2‎ 解析(1)在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中,首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上;再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上,另一个作为副线圈,接上小灯泡;闭合电源开关,用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压;最后将原线圈与副线圈对调,重复以上步骤,顺序为①③②④。‎ ‎(2)两线圈的匝数n1=1600,n2=400,当将n1做原线圈时,U1=16V,副线圈两端电压U2=4V;当原线圈与副线圈对调后,U1'=8V时,U2'=32V,由以上数据可得:U‎1‎U‎2‎‎=‎n‎1‎n‎2‎。‎