2013年全国高考物理试题分类解释：专题十七、电学创新实验

2013年全国高考物理试题分类解释：专题十七、电学创新实验

专题十七、电学创新实验 ‎1.（2013高考山东理综第21（2）题）（2）霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展。如图丙所示，在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在M、N间出现电压UH，这个现象称 为霍尔效应，UH称为霍尔电压，且满足，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数。某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数。‎ ‎①若该半导体材料是空穴（可视为带正电粒子）导电，电流与磁场方向如图丙所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“+”接线柱与_________(填“M”或“N”)端通过导线相连。‎ ‎②已知薄片厚度d=‎0.40mm，该同学保持磁感应强度B=0.10T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如下表所示。‎ 根据表中数据在给定区域内（见答题卡）画出UH—I图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为_______________×10-3VA-1T-1（保留2位有效数字）。‎ ‎③该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图丁所示的测量电路，S1、S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片（未画出）。为使电流从Q端流入，P端流出，应将S1掷向_______（填“a”或“b”）, S2掷向_______（填“c”或“d”）。‎ ‎ 为了保证测量安全，该同学改进了测量电路，将一合适的定值电阻串联在电路中。在保持其它连接不变的情况下，该定值电阻应串联在相邻器件____________和__________(填器件代号)之间。‎ 答案：①M ②如图所示。 1.5 ③b c S1 E 解析：①若该半导体材料是空穴（可视为带正电粒子）导电，由左手定则，空穴所受洛伦兹力方向指向M，M侧电势高，用电压表测量UH时，应将电压表的“+”接线柱与M端通过导线相连。‎ ‎②由可知UH---I图线的斜率等于KB/d，由UH---I图线可求得图线的斜率等于0.38，由KB/d=0.38可得：霍尔系数K=1.5×10-3VA-1T-1。‎ ‎③为使电流从Q端流入，P端流出，应将S1掷向“b”, S2掷向 “c”。 为了保证测量安全，可以将一合适的定值电阻与电源串联连接在电路中。在保持其它连接不变的情况下，该定值电阻应串联在相邻器件S1 和E之间。‎ ‎2.（2013高考福建理综第19（2）题） (2)（12分）硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件。某实验小组设计如图甲电路，给硅光电池加反向电压（硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点），探究其在无光照时的反向伏安特性。图中电压表的V1量程选用3V，内阻为6.0kΩ；电压表V2量程选用15V，内阻约为30kΩ；R0为保护电阻；直流电源电动势E约为12V，内阻不计。‎ ‎①根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路。‎ ‎②用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S，调节变阻器R，读出电压表V1、V2的示教U1、U2。‎ ‎ (ⅰ)某次测量时，电压表V1示数如图丙，则U1= V．可算出通过硅光电池的反向电流大小为 mA（保留两位小数）。‎ ‎（ⅱ）该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9组U1、U2数据，算出相应的硅光电池两端反向电压UX 和通过反向电流IX（表中“-”表示反向），并在坐标纸上建立IX-UX坐标系，标出了与表中前5组UX、IX数据对应的5个坐标点。请你标出余下的4个坐标点，并绘出IX-UX图线。‎ ‎（ⅲ）由IX-UX图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，IX与UX成____（填“线性”或 ‎“非线性”）关系。‎ 答案：①连线如图。‎ ‎②（i）1.40 0.23（ⅱ）绘出IX-UX图线如图所示。（iii）非线性 解析：电压表V1示数U1=1.4V，内阻为RV=6.0kΩ，由欧姆定律可知通过的电流为I=U1/RV=‎0.23A。根据表中数据标出余下的4个坐标点，用描点法平滑曲线绘出IX-UX图线如图所示。由IX-UX图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，IX与UX成非线性关系。‎ ‎3.（17分） （2013高考四川理综第8题）（1）（6分）在探究两电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关的实验中，一同学猜想可能与两电荷的间距和带电量有关。他选用带正电的小球A和B，A球放在可移动的绝座上，B球用绝缘丝线悬挂于玻璃棒C点，如图所示。‎ ‎　　实验时，先保持两电荷量不变，使A球从远处逐渐向B球靠近，观察到两球距离越小，B球悬线的偏角越大；再保持两球的距离不变，改变小球所带的电荷量，观察到电荷量越大，B球悬线的偏角越大。‎ ‎　　实验表明：两电荷之间的相互作用力，随其距离的____________而增大，随其所带电荷量___________而增大。‎ ‎　　此同学在探究中应用的科学方法是_________________(选填：“累积法”、“等效替代法”、“控制变量法”、“或演绎法”)‎ ‎8．(1)减小 增大 控制变量法。‎ ‎4.（8分）（2013全国新课标理综1第23题）某学生实验小组利用图(a)所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×lk”挡内部电路的总电阻。使用的器材有:‎ 多用电表；‎ 电压表:里程5V，内阻十儿千欧;‎ 滑动变阻器：最大阻值5kΩ 导线若干。‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)将多用电表挡位调到电阻“×lk”挡，再将红表笔和黑表笔 ，调零点 ‎(2)将图((a)中多用电表的红表笔和 （填“‎1”‎或“2）端相连，黑表笔连接另一端。‎ ‎(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图(b)所示，这时电压表的示数如图(c)所示。多用电表和电压表的读数分别为 kΩ和 V 。‎ ‎(4)调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表和电压表的读数分别为12.0kΩ和4.00 V。从测量数据可知，电压表的内阻为 kΩ。‎ ‎(5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图(d)所示。根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为 9.00 V，电阻“×lk”挡内部电路的总电阻为 15.0 kΩ。‎ ‎【命题意图】本题考查多用电表、闭合电路欧姆定律等基础知识点，意在考查考生应用相关知识定量分析物理问题，解决问题的能力。‎ 答案：（1）短接 （2）1 （3）15.0 3.60‎ ‎（4）12.0（5）9.00 15.0‎ 解析：（1）多用电表选档后，要将两表笔短接后，欧姆调零。‎ ‎（2）多用电表内部电池的正极相连的是黑表笔，所以多用电表的红表笔和1端相连，黑表笔连接另一端。‎ ‎（3）多用电表的读数为15.0kΩ，电压表的读数为3.60V 。‎ ‎（4）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表的读数等于电压表内阻，即电压表内阻为12.0kΩ。‎ ‎（5）根据（3）中测量数据可知电阻“×lk”挡内部电路的总电阻为r=15.0 kΩ。根据（4）中测量数据。由闭合电路欧姆定律， E=U2+U2r/R2，代入数据得： E=4.00+4.00r/1200；解得：E= 9.00V。‎ ‎5. （2013全国新课标理综II第23题）（7分）某同学用量程为1mA、内阻为120Ω的表头按照图（a）所示电路改装成量程分别为1V和‎1A的多用电表。图中R1和R2为定值电阻，S为开关。回答下列问题：‎ ‎（1）根据图（a）所示的电路，在图（b）所示的实物图上连线。‎ ‎（2）开关S闭合时，多用电表用于测量 （填“电流”、“ 电压” 或“电阻”）； 开关S断开时，多用电表用于测量 （填“电流”、“ 电压” 或“电阻”）。‎ ‎（3）表笔A应为 色（填“红”或“黑”）。‎ ‎（4）定值电阻的阻值R1= Ω，R2= Ω ‎.(结果取3位有效数字)‎ ‎（7分）【答案】（1）连线如图所示。（2分）（2）电流（1分） 电压（1分）。（3）黑（1分）（4）1.00（1分）880（1分）‎ ‎【命题意图】 本题主要考查多用电表的原理、使用和电流表电压表的原理和改装，意在考查考生应用相关电路知识分析解决问题能力。‎ ‎【解题思路】（1）根据图a的电路图连线。‎ ‎（2）开关S闭合时，电阻R1与电流表并联，多用电表用于测量电流。开关S断开时，电阻R2与电流表串联，多用电表用于测量电压。‎ ‎（3）根据电流表、电压表电流从电表正接线柱进，从电表负接线柱出，表笔A出，表笔A应为黑色，表笔B应为红色。‎ ‎（4）开关S断开时，由串联电路知识，Ig(R2+Rg)=U，解得R2=880Ω；开关S闭合时，由并联电路知识，Ig(R2+Rg)=（I- Ig）R1,解得R1=1.00Ω。‎ ‎【易错点拨】解答此题的易错点是：没有分清开关闭合和断开状态是串联电路还是并联电路，不能正确应用串联电路或并联电路的相关规律解答。‎ ‎6．（2013高考上海物理第26题）(3分)演示地磁场存在的实验装置(由环形线圈，微电流传感器，DIS等组成)如图所示。首先将线圈竖直放置，以竖直方向为轴转动，屏幕上的电流指针＿＿＿＿(填：“有”或“无”)偏转；然后仍将线圈竖直放置，使其平面与东西向平行，并从东向西移动，电流指针＿＿＿＿(填：“有”或“无”)偏转；最后将线圈水平放置，使其从东向西移动，电流指针＿＿＿＿(填：“有”或“无”)偏转。‎ 答案：有 无 无 解析：首先将线圈竖直放置，以竖直方向为轴转动，线圈中磁通量变化，屏幕上的电流指针有偏转。然后仍将线圈竖直放置，使其平面与东西向平行，并从东向西移动，线圈中磁通量不变化，电流指针无偏转。最后将线圈水平放置，使其从东向西移动，线圈中磁通量不变化，电流指针无偏转。‎ ‎7．(2013高考江苏物理第10题)（8分）为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用P=UI得到电功率。 实验所使用的小灯泡规格为“3.0V，8W”，电源为12V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10Ω。‎ ‎（1）准备使用的实物电路如题10-1图所示。 请将滑动变阻器接入电路的正确位置。 （用笔画线代替导线）‎ ‎（2）现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻，电路中的电阻R1 应选_______Ω的定值电阻。‎ ‎（3）测量结束后，应先断开开关，拆除_______两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。 ‎ ‎（4）小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如题10-2图所示。 请指出图象中不恰当的地方。‎ 答案：(1)(见右图) ‎ ‎(2)10‎ ‎(3)电池 ‎(4)图线不应画为直线;横坐标的标度不恰当.‎ 解析：探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小灯泡的电压从零开始逐渐增大，应该设计成分压电路。电路中的电阻R1为保护电阻，应选10Ω的定值电阻。测量结束后，应先断开开关，拆除电池两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。由于小灯泡的电阻随温度的升高而增大，小灯泡的电阻随电压的增大而增大，P随U2变化关系不是直线，应该把横坐标的标度取的大一些，图线为向下弯曲的，图线不应画为直线。‎