高考三轮复习物理必做专练17 电学实验

高考三轮复习物理必做专练17 电学实验

专练17　电学实验 题型33　电学基本实验 ‎1．某同学为了测量“3.8 V,2.5 W”小灯泡正常发光的电阻值．实验室有下列器材，规格如下：‎ A．两只相同的电压表(量程5 V，内阻很大)‎ B．电阻箱R1(0～999 Ω，最小调节量为1 Ω)‎ C．电阻箱R2(0～99.9 Ω，最小调节量为0.1 Ω)‎ D．滑动变阻器R3(0～50 Ω，额定电流为1.5 A)‎ E．滑动变阻器R4(0～5 Ω，额定电流为3 A)‎ F．直流电源(电动势9 V，内阻不计)‎ G．开关、导线若干、待测灯泡 利用现有器材，请你替这位同学设计本实验．‎ ‎(1)在图1方框中画出合理的实验原理图．‎ 图1‎ ‎(2)以上器材中电阻箱应选用________，滑动变阻器应选用________(填序号字母)．‎ ‎(3)根据你所设计的电路图，得出测量小灯泡正常发光时的电阻值的方法________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ 答案　(1)见解析图(变阻器画成限流式也正确)‎ ‎(2)C　E　(3)调节电阻箱和滑动变阻器，当两电压表示数都达到3.8 V，读出电阻箱的阻值即为小灯泡正常发光时的电阻，R2＝R(其他方法合理也正确)‎ 解析　(1)本实验采用的是等效替代法，电路图如图所示．‎ ‎(2)由于小灯泡的电阻R＝≈5.8 Ω，故选电阻箱R2；为方便调节选择与灯泡阻值相近的滑动变阻器R4.‎ ‎(3)电阻箱与灯泡串联电流相等，故分压相等时，阻值相等，故方法为：调节电阻箱和滑动变阻器，当两电压表示数都达到3.8 V，读出电阻箱的阻值即为小灯泡正常发光时的电阻，R2＝R(其他方法合理也正确)．‎ ‎2．要用伏安法较准确地测量一约为100 Ω的定值电阻的阻值，除待测电阻外，提供的实验器材如下：‎ 电压表V：量程为10 V，内阻约为1 kΩ 两块电流表A1、A2：量程为30 mA，内阻约为3 Ω 滑动变阻器R：阻值0～10 Ω 定值电阻R1：阻值约150 Ω 电阻箱R2：阻值0～999.9 Ω 直流电源：电动势约9 V，内阻很小 开关、导线若干 ‎(1)由于现有电流表量程偏小，不能满足实验要求，为此，先将电流表改装(扩大量程)，然后再进行测量．‎ ‎①测量电流表A2的内阻按如图2所示的电路测量A2的内阻，以下给出了实验中必要的操作：‎ 图2‎ A．闭合S1、S2‎ B．按图连接线路，将滑动变阻器R的滑片调至最左端，各开关均处于断开状态 C．调节R2，使A1的示数为I1，记录R2的阻值，断开S1‎ D．断开S2，闭合S3‎ E．调节滑动变阻器R使A1、A2的指针偏转适中，记录A1的示数I1，‎ 请按合理顺序排列实验步骤(填序号)：________.‎ ‎②将电流表A2改装成电流表A如果①步骤C中R2的阻值为3.6 Ω，现用电阻箱R2将A2改装成量程为90 mA的电流表A，应把阻值调为________ Ω与A2并联．‎ ‎(2)用图3所示电路测量Rx，当电流表A2读数为24 mA时，电压表的读数为6.84 V，则Rx的测量值为______ Ω，若考虑系统误差，可计算出Rx为________ Ω.‎ 图3‎ 答案　(1)①BAEDC　②1.8　(2)95　93.8‎ 解析　(1)①依据替代法测电流表内阻的操作流程，等效替代法测电阻的核心是“效果相同”，本题中体现为使A1的示数相同，所以需要先接通开关S1、S2，同时断开开关S3，调节出一个电流值，然后接通开关S1、S3，同时断开开关S2，调节电阻箱R2的电阻值，使电流表A1的示数与上一次相同，记录电阻箱的电阻，即为所求．所以步骤为BAEDC.②由电流表改装知识可得，量程扩大为3倍，根据并联电路分流规律可知：并接电阻应为电流表内阻的一半，即1.8 Ω.‎ ‎(2)电流表A2示数是24 mA，那么并接电阻的电流为48 mA，所以Rx的测量值为＝95 Ω，若考虑系统误差，Rx为(95－) Ω＝93.8 Ω.‎ ‎3．太阳能电池板在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件．某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池板在没有光照时(没有储存电能)的I－U特性．所用的器材包括：太阳能电池板，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干．‎ 图4‎ ‎(1)为了达到上述目的，实验电路应选用图4甲中的图________(填“a”或“b”)．‎ ‎(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙的I－U图象．由图可知，当电压小于2.00 V时，太阳能电池板的电阻________(填“很大”或“很小”)；当电压为2.80 V时，太阳能电池板的电阻为________ Ω.‎ ‎(3)当有光照射时，太阳能电池板作为电源，其路端电压与总电流的关系如图5所示，分析该曲线可知，该电池板作为电源时的电动势为__________ V．若把它与阻值为1 kΩ 的电阻连接构成一个闭合电路，在有光照射情况下，该电池板的效率是__________%.(结果保留三位有效数字)‎ 图5‎ 答案　(1)a　(2)很大　1×103 Ω　(3)2.80‎ ‎64．3(64.1～64.5之间均算正确)‎ ‎4．某同学要测量一个圆柱形导体的电阻率ρ.‎ 图6‎ ‎(1)用20分度的游标卡尺测量其长度如图6甲所示，由图可知其长度为________ cm.‎ ‎(2)用多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱形导体的电阻，表盘的示数如图乙所示，则该电阻的阻值约为________ Ω.‎ ‎(3)该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R，现有的器材及其代号和规格如下：‎ 待测圆柱形导体(电阻为R)‎ 电流表A1(量程为4 mA，内阻约为50 Ω)‎ 电流表A2(量程为10 mA，内阻约为30 Ω)‎ 电压表V1(量程3 V，内阻约为10 kΩ)‎ 电压表V2(量程15 V，内阻约为25 kΩ)‎ 直流电源E(电动势4 V，内阻不计)‎ 滑动变阻器R1(阻值范围0～15 Ω，额定电流2.0 A)‎ 滑动变阻器R2(阻值范围0～2 kΩ，额定电流0.5 A)‎ 开关S，导线若干 为减小实验误差，要求测得多组数据进行分析，请在虚线框中画出合理的测量电路图，并标明所用器材的代号．‎ 答案　(1)5.015　(2)220　(3)如图 ‎5．用如图7甲所示电路，测定一节电池的电动势和内阻．电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用．除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：‎ ‎　‎ 图7‎ a．电流表(量程0.6 A)‎ b．电压表(量程3 V)‎ c．定值电阻(阻值1 Ω、额定功率5 W)‎ d．滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω、额定电流2 A)‎ e．滑动变阻器(阻值范围0～1 000 Ω、额定电流1 A)‎ 那么：‎ ‎(1)R应选择阻值范围是________(选填“d”或“e”)的滑动变阻器．‎ ‎(2)为使电压表读数增大，滑动变阻器滑动端应向______(选填“a”或“b”)滑动，电流表的内阻对测量结果是否有影响________(填“有”或“无”)．‎ ‎(3)根据实验记录，画出的U－I图线如图乙所示，从中可求出待测电池的电动势为______ V，内电阻为______ Ω(结果保留到小数点后二位)．‎ ‎(4)若因电池的内阻较小，调节过程电压表的变化不明显，影响测量的准确度，为使测量的准确度提高，请你按原有的实验器材对电路进行改进并在图8中画出电路图．‎ 图8‎ 答案　(1)d　(2)b　无　(3)1.48　0.63　(4)见解析图 解析　(1)由于电源是一节干电池(1.5 V)，所选量程为3 V的电压表；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍即可，取0～10 Ω能很好地控制电路中的电流和电压，若取0～1 000 Ω会出现开始几乎不变最后突然变化的现象．‎ ‎(2)为了使电压表读数增大，滑动变阻器接入电阻应增大使电流减小，故滑动变阻器滑片应向b端滑动；本实验中引起该实验系统误差的主要原因是电压表的分流作用，‎ 导致电流表的示数总小于真实的干路电流值．电流表的内阻对实验结果没有影响．‎ ‎(3)由图示电源的U－I图象可知，电源的电动势为E＝1.48 V，图象斜率的绝对值等于电源的内阻，内阻为r＝＝ Ω≈0.63 Ω.‎ ‎(4)因电源内阻较小，实验误差较大，为了减小误差可以采用等效的方法增大等效内阻，即将R0直接与电源相连，如图所示．‎ 题型34　电学创新实验 ‎1．利用如图1所示电路，测量一个电源(电动势约为9 V，内阻不计)的电动势和一个电阻Rx(阻值约为2 kΩ)的准确值．实验室除了待测电源、导线和开关外，还有以下一些器材可供选择：‎ 图1‎ A．电流表A1(量程为0～0.6 A，内阻RA1＝1 Ω)‎ B．灵敏电流表A2(量程为0～3 mA，内阻RA2＝800 Ω)‎ C．灵敏电流表A3(量程为0～300 μA，内阻未知)‎ D．电阻箱R1(最大阻值999.9 Ω)‎ E．电阻箱R2(最大阻值9 999.9 Ω)‎ F．定值电阻R0(阻值1 kΩ)‎ ‎(1)实验中应选择的电流表是______，电阻箱是________(填器材前的字母代号)．‎ ‎(2)将电阻箱阻值调到适当值，闭合开关S，多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R，以为纵坐标，为横坐标，作出－图线(用直线拟合)；用E表示电源的电动势，则与的关系式为________________________________(用题目中的符号表示)．‎ ‎(3)求出直线的斜率k和纵轴上的截距b，则E＝______________，Rx＝______________(结果用k、b和题目中的符合表示)．‎ 答案　(1)B　E　(2)＝·＋　(3)　 解析　(1)由题意可知，电路中电动势约为9 V，最小电阻约为3 000 Ω，最大电流约为Imax＝ mA＝3 mA，故电流表选择B；电阻箱最大阻值应大于R0，故选E.‎ ‎(2)由闭合电路欧姆定律可知：I＝·变形得：＝·＋.‎ ‎(3)由数学规律可知，函数图象的斜率k＝；b＝；联立解得：E＝，‎ Rx＝.‎ ‎2．测定一卷阻值约为30 Ω的金属漆包线的长度，实验室提供下列器材：‎ A．电流表A：量程0.6 A，内阻RA约为20 Ω B．电压表V：量程15 V，内阻RV约为4 kΩ C．学生电源E：可提供0～30 V直流电压 D．滑动变阻器R1：阻值范围0～10 Ω E．滑动变阻器R2：阻值范围0～500 Ω F．电键S及导线若干 ‎(1)为了较准确地测量该漆包线的电阻，滑动变阻器应选择________(选填“R1”或“R2”)，并将如图2所示方框中的电路图补画完整．‎ 图2‎ 图3‎ ‎(2)根据正确的电路图进行测量，某次实验中电压表与电流表的示数如图3甲、乙所示，则电压表的示数U为________ V，电流表的示数I为________ A.‎ ‎(3)已知这种漆包线金属丝的直径为d，材料的电阻率为ρ，则这一卷漆包线的长度L＝________(用U、I、d、ρ表示)．‎ 答案　(1)R1　如图所示　(2)13.5　0.46　(3) 解析　(1)题目中给出的电源电压为30 V，而给出的电压表量程为15 V，为了便于控制，采用滑动变阻器分压接法，故滑动变阻器选小电阻R1.‎ ‎(2)电压表量程为15 V，最小分度为0.5 V，故读数为13.5 V，电流表量程为0.6 A，最小分度为0.02 A，则指针示数为：0.46 A.‎ ‎(3)由电阻定律可知：RL＝＝ρ＝ρ，漆包线的长度：L＝.‎ ‎3．2013年12月14日晚上9点14分左右，嫦娥三号月球探测器平稳降落在月球虹湾，并在4分钟后展开太阳能电池帆板，如图4甲．太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电动势为零的电学器件．‎ 图4‎ 探究一：某实验小组用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，‎ 探究太阳能电池被不透光黑纸包住时的I－U特性曲线．‎ ‎(1)根据实验原理图乙，图丙中滑动变阻器上需用导线连接的是________(用A、B、C、D、E表示)．‎ ‎(2)通过实验获得如下数据：‎ U/V ‎0‎ ‎0.70‎ ‎1.20‎ ‎1.51‎ ‎1.92‎ ‎2.16‎ ‎2.47‎ I/μA ‎0‎ ‎20.5‎ ‎56.1‎ ‎97.6‎ ‎199.9‎ ‎303.3‎ ‎541.3‎ 请在图5上作出太阳能电池的I－U特性曲线．‎ 图5‎ 探究二：在稳定光照环境中，取下太阳能电池外黑纸，并按图丁电路：“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”．‎ ‎(3)该小组通过本实验练习使用螺旋测微器，某次测量如图戊所示，读数为________ mm.‎ ‎(4)开关闭合后，电压表与电流表示数分别为U、I，则下列说法正确的是________．‎ A．电压表分流使R测偏大 B．电压表分流使R测偏小 C．电流表分压使R测偏大 D．电流表分压使R测偏小 ‎(5)实验中测得电压表示数为U，电流表示数I，金属丝横截面积为S、长度为L，则金属丝电阻率为________．‎ 答案　(1)ABC(或ABD)　(2)见解析图　(3)0.790　(4)B　(5) 解析　(1)本实验采用的是分压式接法，故应先将滑动变阻器全部电阻接入电路，再取某一部分为测量电路供电，故应接ABC(或ABD)．‎ ‎(2)根据描点法作出图象如图所示，注意不能画成直线．‎ ‎(3)螺旋测微器固定部分读数为0.5 mm，转动部分为29.0，故最终读数为：0.5＋29.0×0.01＝0.790 mm.‎ ‎(4)本实验中采用的是电流表的外接法，故由于电压表的分流使电流表示数偏大，故测量结果偏小，故选B.‎ ‎(5)由欧姆定律可知：R＝，则由电阻定律可知：ρ＝.‎ ‎4．为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关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)．‎ ‎(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在如图6所示的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线．由图象可求出照度为1.0 lx时的电阻约为________ kΩ.‎ 照度/lx ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ 电阻/kΩ ‎5.8‎ ‎3.7‎ ‎2.8‎ ‎2.3‎ ‎1.8‎ 图6‎ ‎(2)如图7所示是街道路灯自动控制模拟电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填“AB”或“BC”)之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件．‎ 图7‎ 图8‎ ‎(3)用多用电表“×10 Ω”挡，按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图8所示，则线圈的电阻为________ Ω.已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的衔铁将被吸合．图中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1(0～10 Ω，2 A)，R2(0～200 Ω，1 A)，R3(0～1 750 Ω，0.1 A)．要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________(填R1、R2或R3)．为使天色更暗才点亮路灯，应适当地________(填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻．‎ 答案　(1)2.0　(2)AB　见解析图　(3)140　R3　减小 解析　(1)根据图象直接读出对应的照度为1.0 lx时的电阻约为2.0 kΩ.‎ ‎(2)光敏电阻的电阻值随光照强度的增大而减小，所以白天时光敏电阻的电阻值小，电路中的电流值大，电磁铁将被吸住，静触点与C接通；晚上时的光线暗，光敏电阻的电阻值大，电路中的电流值小，所以静触点与A接通．所以要达到晚上灯亮，白天灯灭，则路灯应接在AB之间，电路图如图：‎ ‎(3)欧姆表的读数是先读出表盘的刻度，然后乘以倍率，表盘的刻度是14，倍率是“×10 ‎ Ω”，所以电阻值是：14×10 Ω＝140 Ω；天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，此时光敏电阻的电阻值是2.0 kΩ，电路中的电流是2 mA，R＝－R光＝ Ω－2 000 Ω＝1 000 Ω，所以要选择滑动变阻器R3，由于光变暗时，光敏电阻变大，‎ 分的电压变大，所以为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地减小滑动变阻器的电阻．‎