高考物理精讲：专题14+电学实验（一）（高考定位+审题破题，含原创题组及解析）

高考物理精讲：专题14+电学实验（一）（高考定位+审题破题，含原创题组及解析）

高考定位 电学实验是高考实验考查的重点，考查的实验有测定金属丝的电阻率、描绘小灯泡的伏安特 性曲线、测定电源的电动势和内阻、多用电表的使用等．高考对电学实验的考查侧重于考查 电路设计、实物图连接、数据处理和误差分析，并且高考对电学实验的考查向着拓展实验、 创新实验的方向发展．要求考生掌握常规实验的数据处理方法，能将课本中分组实验和演示 实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用， 要求考生有较强的创新能力． 考题 1 电表读数和多用电表的使用 例 1 在练习使用多用电表时： (1)下列关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的是________． A．测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则不会影响测量结果 B．双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏大 C．测量电路中的电阻时，应该把该电阻与电路断开 D．欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但仍能调零，其测量结果与原来 相比不变 (2)用多用电表探测二极管的极性，用欧姆挡测量，黑表笔接 a 端，红表笔接 b 端时，指针向 右偏转角较大，然后黑、红表笔反接指针偏转角较小，说明________(填“a”或“b”)端是 二极管正极． (3)某同学想通过多用电表 A 中的欧姆档，直接去测量相同规格的多用电表 B 中量程为 2.5 V 的电压档的内阻，如图 1 甲连线，选择倍率为×1k 欧姆挡，测量前应对多用电表 A 进行 ______________，按正确的操作步骤测量，两表指针位置相同，如图乙所示，从 A 表读出 B 表内阻约为________________kΩ，从 B 表读出电压约为________ V. 图 1 计算出多用电表 A 的电源电动势约为________ V(已知表盘正中电阻刻度值为 15，计算结果 保留两位有效数字)． 解析 (2)当用多用电表的红表笔接触二极管 a 端、黑表笔接触二极管 b 端时，b 端电势高、a 端电势低，此时发现多用电表的指针偏转量非常小，说明此时电阻很大，说明此时二极管反 向偏压，则 a 端是二极管的正极． (3)选挡后要先进行欧姆调零，欧姆表读数＝表盘读数×倍率＝13×1 kΩ＝13 kΩ；电压表读 数为 1.32 V；欧姆表内电阻等于中值电阻，为 r＝15 kΩ；根据闭合电路欧姆定律，有：E＝ Ir＋U≈2.8 V. 答案 (1)AC (2)a (3)欧姆调零 13 1.32 2.8 1．(2014·重庆·6(1))某照明电路出现故障，其电路如图 2 所示，该电路用标称值 12 V 的蓄电 池为电源，导线及其接触完好． 维修人员使用已调好的多用表直流 50 V 挡检测故障．他将黑表笔接在 c 点，用红表笔分别探 测电路的 a、b 点． 图 2 ①断开开关，红表笔接 a 点时多用表指示如图 3 所示，读数为________ V，说明________正 常(选填“蓄电池”、“保险丝”、“开关”或“小灯”)． 图 3 ②红表笔接 b 点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用表指示仍然和图 3 相同，可 判断发生故障的器件是________．(选填“蓄电池”、“保险丝”、“开关”或“小灯”) 答案 ①11.5(11.2～11.8 的值均可) 蓄电池 ②小灯 解析 ①因用直流 50 V 挡检测，故满偏时电压为 50 V，刻度均匀，在图示位置时，读数为 11.5(11.2～11.8 之间均可)V，说明蓄电池正常． ②红表笔接 b 点，断开开关，指针不偏转，闭合开关后多用表读数与原来相同，说明保险丝、 开关均正常，发生故障的器件只能为小灯． 1．欧姆表的原理 (1)欧姆表内有电源，红表笔与内部电源负极相连，黑表笔与内部电源的正极相连，故其电流 方向为“红表笔流进，黑表笔流出”． (2)测电阻的原理是闭合电路欧姆定律．当红、黑表笔短接时，调节滑动变阻器 R0(即欧姆调 零)，使灵敏电流计满偏，Ig＝ E Rg＋R0＋r ，此时中值电阻 R 中＝Rg＋R0＋r，当两表笔接入电阻 Rx 时 I＝ E Rg＋R0＋r＋Rx ，电阻 Rx 与电路中的电流相对应，但不是线性关系，故欧姆表刻度不 均匀． 2．欧姆表使用六注意 (1)选挡接着调零；(2)换挡重新调零；(3)待测电阻与电路、电源要断开；(4)尽量使指针指在 表盘中间位置附近；(5)读数之后要乘以倍率得阻值；(6)用完后，选择开关要置于“OFF”挡 或交流电压的最高挡． 考题 2 测量电阻的实验 例 2 (2014·四川·8(2))图 4 是测量阻值约几十欧的未知电阻 Rx 的原理图，图中 R0 是保护电 阻(10 Ω)，R1 是电阻箱(0～99.9 Ω)，R 是滑动变阻器，A1 和 A2 是电流表，E 是电源(电动势 10 V，内阻很小)． 图 4 在保证安全和满足需求的情况下，使测量范围尽可能大．实验具体步骤如下： (ⅰ)连接好电路，将滑动变阻器 R 调到最大； (ⅱ)闭合 S，从最大值开始调节电阻箱 R1，先调 R1 为适当值，再调节滑动变阻器 R，使 A1 示数 I1＝0.15 A，记下此时电阻箱的阻值 R1 和 A2 的示数 I2； (ⅲ)重复步骤(ⅱ)，再测量 6 组 R1 和 I2 的值； (ⅳ)将实验测得的 7 组数据在如图 5 所示坐标纸上描点． 图 5 根据实验回答以下问题： ①现有四只供选用的电流表 A．电流表(0～3 mA，内阻为 2.0 Ω) B．电流表(0～3 mA，内阻未知) C．电流表(0～0.3 A，内阻为 5.0 Ω) D．电流表(0～0.3 A，内阻未知) A1 应选用________，A2 应选用________． ②测得一组 R1 和 I2 值后，调整电阻箱 R1，使其阻值变小，要使 A1 示数 I1＝0.15 A，应让滑 动变阻器 R 接入电路的阻值________(选填“不变”、“变大”或“变小”)． ③在坐标纸上画出 R1 与 I2 的关系图． ④根据以上实验得出 Rx＝________ Ω. 答案 ①D C ②变大 ③关系图线如图所示 ④31 解析 ①该实验测 Rx 电阻的原理为并联电路两支路电压相等，即(Rx＋r2)I2＝(R0＋R1＋r1)I1， 其中 r1、r2 分别为 A1、A2 两表的内阻．又因为 Rx 的阻值约几十欧，与 R0＋R1 在同一数量级， A1 示数为 I1＝0.15 A，表示电流表 A1 只能从 C、D 中选择，A2 电流值的数量级与 A1 相同．由 测量原理可知：(Rx＋r2)I2＝(R0＋R1＋r1)I1，因 Rx 未知，故 r2 阻值应已知，故 A1 选 D，A2 选 C. ②因 A1 示数 I1＝0.15 A 不变，R1 变小，(R0＋R1＋r1)I1 变小，滑动变阻器所分电压变大，R 应 变大． ③该图线为一条直线，离线较远的一组数据为错误数据，应舍去，其他点应对称分布在直线 两侧． ④由实验原理得： (R0＋R1＋r1)I1＝(Rx＋r2)I2 其中 R0＝10 Ω，r2＝5.0 Ω，I1＝0.15 A，从图线上选择两组 R1、I2 代入不同数值可解得 Rx 约 为 31 Ω. 2．(2014·新课标Ⅱ·22)在伏安法测电阻的实验中，待测电阻 Rx 约为 200 Ω，电压表 的内阻 约为 2 kΩ，电流表 的内阻约为 10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图 6(a)或(b)所示，结 果由公式 Rx＝U I 计算得出，式中 U 与 I 分别为电压表和电流表的示数．若将图(a)和图(b)中电 路测得的电阻值分别记为 Rx1 和 Rx2，则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实 值，且测量值 Rx1________(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值，测量值 Rx2________(填 “大于”、“等于”或“小于”)真实值． 图 6 答案 Rx1 大于 小于 解析 根据题意知Rx RA >RV Rx ，电压表的分流作用较显著，故 Rx1 更接近待测电阻的真实值．题图 (a)的测量值是 Rx 与 RA 串联的电阻阻值，故 Rx1>Rx 真；题图(b)的测量值是 Rx 与 RV 并联的电阻 阻值，故 Rx2RV Rx ，则应把电流表内接；若Rx RA ”或“<”)；若 RV 越大，则|R 测－R 真| R 真 越________(填“大”或“小”)． 答案 (1)1.0 (2)①c d ②> 小 解析 (1)欧姆表的中值电阻即为其内阻值．由欧姆挡中央刻度值为“15”可知欧姆表内阻为 1.5×103 Ω ， 根 据 电 阻 分 压 原 理 可 知 ， 电 压 表 的 示 数 U ＝ E RV＋R 内 ·RV ＝ 1.5 3×103＋1.5×103 ×3×103 V＝1.0 V. (2)①明确半偏法测电阻的实验原理．由半偏法测电阻和滑动变阻器的分压接法可知，滑动变 阻器的阻值应远小于电表内阻，故滑动变阻器选 c.电阻箱的最大阻值应与电压表内阻相近或 大于电压表内阻，故电阻箱选 d. ②接入电阻箱后，电路总电阻阻值变大，干路电流变小，变阻箱 R0 和电压表分担的电压变大， 则 UR0>URV，故 R 测>R 真．RV 越大，R 测越接近真实值，故|R 测－R 真| R 真 越小． 3．为了较准确地测量某电子元件的电阻，某实验小组做如下测量： (1)用多用表测量该元件的电阻，选用“×10”倍率的电阻挡测量，发现多用表指针偏转很小， 因此需选择________(填“×1”或“×100”)倍率的电阻挡，并____________，再进行测量， 若多用表中的电池旧了，用它测得的电阻值将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)． (2)若用多用表测得该元件的电阻大约为 1 500 Ω，现在要进一步精确测量其电阻，有以下器 材： A．待测元件 R(阻值约为 1500 Ω) B．电流表(量程 5 mA，内阻约 5 Ω) C．电阻箱(9 999.9 Ω，0.02 A) D．直流电源(电动势约为 20 V，内阻约 0.5 Ω) E．单刀双掷开关一个，导线若干 实验小组有同学设计了如图 4 所示电路进行测量． 图 4 在闭合S前，先把R调至________(填“最大值”或“最小值”)，然后把K打到1，___________ _______________________________，再把 K 打到 2, ____________，则 Rx＝____________(用 实验中获得的物理量来表示)． (3)两只完全相同的表头 G，分别改装成一只电流表和一只电压表，一位同学不小心做实验时 误将两只表串起来连接在一闭合电路中，接通电路后两只表的指针可能出现下列哪种现象 ( ) A．电流表的指针偏转，电压表的指针不偏转 B．两表指针偏转角度相同 C．两表指针都偏转，电压表的指针偏转角度比电流表大得多 D．两表指针都偏转，电流表的指针偏转角度比电压表大得多 答案 (1)×100 让红黑表笔短接，重新欧姆调零 偏大 (2)最大值 调节 R，当其阻值为 R1 时，电流表示数为 I0 调节 R，当其阻值为 R2 时，电流表 示数为 I0 R2－R1 (3)C 解析 (1)用欧姆表测量电阻，若指针偏转较小，则电阻较大，应换大倍率的电阻挡，即×100. 换挡后需重新进行欧姆调零，即让红黑表笔短接，重新欧姆调零．若电池用旧了，则电动势 变小，内阻增大，测量相同电阻时，闭合电路中电流变小，指针偏转角度变小，则欧姆表中 电阻读数增大． (2)电阻箱串联接入电路，闭合开关前，应使电阻箱的阻值达到最大．两次电流相同，则 Rx ＋R1＝R2，Rx＝R2－R1. (3)电流表为表头 G 和小电阻并联，电压表为表头 G 和大电阻并联，当两者串联时，流过电 压表表头的电流约等于流过电流表表头的电流与流过并联电阻的电流之和，因此电压表表头 指针偏转角度大，C 正确． 题组 3 描绘小灯泡(或者其他元件)的伏安特性曲线 4．某探究小组要描绘一个标有“4 V,1 W”的小灯泡的 R－U 曲线，所供选择的器材除了导 线和开关外，还有以下一些器材可供选择： A．电压表 V(量程 5 V，内阻约为 5 kΩ) B．直流电源 E(电动势 4.5 V，内阻不计) C．电流表 A1(量程 150 mA，内阻约为 2 Ω) D．电流表 A2(量程 300 mA，内阻约为 1 Ω) E．滑动变阻器 R1(阻值 0～10 Ω) F．滑动变阻器 R2(阻值 0～200 Ω) (1)实验中要求小灯泡电压从零逐渐增大到额定电压，测量误差尽可能小且方便调节，电流表 应选用________，滑动变阻器应选用________(填写仪器符号)．请在虚线框中画出该实验的 电路图． (2)根据实验数据，计算并描绘出了 R—U 图象，如图 5 所示．由图象可知，当所加电压为 3.0 V 时，小灯泡实际消耗的电功率为________ W(计算结果保留两位有效数字)． 图 5 (3)小灯泡的 P－U 图象及 I－U 图象如图 6 甲、乙所示．则小灯泡的电功率 P 随电压 U 变化 的曲线是________；小灯泡的伏安特性曲线是________．(填“a”、“b”、“c”、“d”) 图 6 答案 (1)A2 R1 见解析图 (2)0.75 (3)b c 解析 (1)待测小灯泡为“4 V,1 W”，故其额定电流 I＝P U ＝0.25 A＝250 mA，故电流表只能 选择 A2；要描绘小灯泡 RL 的 R－U 曲线，电压要从 0 开始连续可调，故滑动变阻器采用分 压式接法，为方便实验操作滑动变阻器应选 R1.灯泡正常发光时的电阻 R＝U I ＝ 4 0.25 Ω＝16 Ω， 电压表内阻约为 5 kΩ，电流表内阻约为 1 Ω，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外 接法；描绘灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法， 实验电路图如图所示． (2)当电压为 3 V 时，由题图可知小灯泡的电阻为 12 Ω，故此时小灯泡消耗的实际功率 P＝U2 R ＝32 12 W≈0.75 W. (3)灯泡电功率 P＝U2 R ，由于灯泡电阻随温度的升高而增大，由小灯泡的 R－U 图象可知，U 变大，I 变大，而 P＝IU，因此 P－U 图象的斜率应随电压的增大而增大，故 b 正确；由小灯 泡的 R－U 图象可知随电压的增大灯泡的电阻增大，故1 R 逐渐减小，故 I－U 图象的斜率随电 压的增大而减小，故 c 正确． 5．要描绘一个标有“3 V，0.8 W”小灯泡的伏安特性曲线，已选用的器材有： 电源(电动势为 4.5 V，内阻约 1 Ω) 电流表(量程为 0～300 mA，内阻约 5 Ω) 电压表(量程为 0～3 V，内阻约 3 kΩ) 滑动变阻器(最大阻值 10 Ω，额定电流 1 A) 开关一个和导线若干． (1)为便于实验操作，并确保实验有尽可能高的精度，则实验的电路图应选用下图中的 ________(填字母代号)． (2)图 7 是实验器材实物图，图中已连接了部分导线．请根据在(1)问中所选的电路图补充完成 图中实物间的连线(用笔画线代替导线)． 图 7 (3)测量结束后，先把滑动变阻器滑片移到________(填“左端”或“右端”)，然后断开开关， 接着拆除导线，整理好器材． (4)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图 8 所示．由图象可知小灯泡的电阻值随工作电压的增 大而________ (填“不变”、“增大”或“减小”)． 图 8 答案 (1)C (2)如图所示 (3)左端 (4)增大