2019高三物理二轮高考题型练：题型11电学实验的设计和探究(一)

题型11 电学实验设计和探究(一)
1.(2014·广东·34(1))某同学设计可调电源电路如图1(a)所示,R0为保护电阻,P为滑动变阻器滑片,闭合电键S.
图1
①用电压表测量A.B两端电压：将电压表调零,选择0～3 V挡,示数如图(b),电压值为________ V.
②在接通外电路之前,为了保证外电路安全,滑片P应先置于________端.
③要使输出电压U变大,滑片P应向________端滑动.
④若电源电路中不接入R0,则在使用过程中,存在______风险(填“断路”或“短路”).
答案①1.30 ②A ③B ④断路
解析①读数为1.30 V；②接通电路前,应该使滑片置于A端,使用电器两端电压为0,这样才能保证外电路安全；③要增大外电路电压,需要使滑片滑向B端；④如果电路中不接入保护电阻,可能造成电流过大,可调电源内电路出现断路现象,无法对外输出电压.
2.某待测电阻R x阻值在80～100 Ω之间,现要测量其阻值,实验室提供如下器材：
A.电流表A1(量程30 mA.内阻r1＝10.0 Ω)
B.电流表A2(量程60 mA.内阻r2约为15 Ω)
C.电流表A3(量程0.6 A,内阻r3约为0.2 Ω)
D.电压表(量程15 V.内阻约为20 k Ω)
E.定值电阻R 0＝90.0 Ω
F.滑动变阻器R,最大阻值约为10 Ω
G.电源E(电动势4 V,内阻很小)
H.开关S.导线若干
(1)测量要求电表读数不得小于其量程13
,要完成此实验,在上述提供器材中,应选用________(填写器材前序号).
(2)请你在虚线框内画出测量电阻R x 最佳实验电路图(图中元件用题干
中相应元件符号标注).
错误!
(3)待测电阻R x 表达式为R x ＝__________,式中各符号物理意义为
________________________________________________________________________.
答案 (1)ABEFGH
(2)如图所示
(3)I 1r 1＋R 0I 2－I 1
I 1为电流表A 1读数,I 2为电流表A 2读数,r 1为电流表A 1内阻,R 0为定值电阻
3.(2014·天津·9(3))现要测量一个未知电阻R x 阻值,除R x 外可用器材有：
多用电表(仅可使用欧姆挡)；
一个电池组E(电动势6 V)；
一个滑动变阻器R(0～20 Ω,额定电流1 A)；
两个相同电流表G(内阻R g＝1 000 Ω,满偏电流I g＝100 μA)；
两个标准电阻(R1＝29 000 Ω,R2＝0.1 Ω)；
一个电键S.导线若干.
①为了设计电路,先用多用电表欧姆挡粗测未知电阻,采用“×10”挡,调零后测量该电阻,发现指针偏转非常大,最后几乎紧挨满偏刻度停下来,下列判断和做法正确是________(填字母代号).
A.这个电阻阻值很小,估计只有几欧姆
B.这个电阻阻值很大,估计有几千欧姆
C.如需进一步测量可换“×1”挡,调零后测量
D.如需进一步测量可换“×1 k”挡,调零后测量
②根据粗测判断,设计一个测量电路,要求测量尽量准确并使电路能耗较小,画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件符号旁.
答案①AC ②见解析图
解析①用欧姆表粗测该电阻时,发现指针偏角非常大,说明欧姆表读数非常小,因此,这个电阻阻值很小,A正确.为了使欧姆表读数误差小些,应换“×1”挡,调零后再测量,C正确,故选A.C.
②要求测量电路能耗较小,因此,应使用滑动变阻器限流接法.可供选择器材中无电压表,需用电流表G和R1串联改装成电压表.由于电流表G量程太小,所以,需用R2和G并联改装成量程较大电流表.由于未知电阻阻值较小,故电路采用“外接法”.综合考虑,电路图如图.
4.测量一未知电阻阻值.
(1) 某同学首先用多用电表粗测电阻大小,将多用电表选择开关置于
“×10 Ω”挡,调零后,将红.黑表笔分别接电阻两端,发现指针读数如图2所示,则所测阻值为________ Ω.
图2
(2)接着该同学计划用伏安法准确测量电阻阻值,提供实验器材有：8 V 直流电源；电压表(0～10 V,内阻约20 kΩ)；电流表(0～50 mA,内阻约10 Ω)；滑动变阻器(0～20 Ω,1 A)；开关和导线.
请根据实验要求和提供器材,参考下面未完全连接好实物电路在下面虚线方框内画出实验电路图,并完成如图3所示实物电路未连接导线.
图3
(3)在上述(2)实验中,连接好电路后,闭合开关,发现电流表和电压表皆没有读数,该同学用多用电表检查电路故障.他操作如下：选用多用电表直流电压挡,将红.黑表笔分别接在：电源正.负极间；变阻器电阻丝两端；电流表“－”接线柱和电压表“＋”接线柱之间,结果多用电表指针均发生偏转,则可能是连接____________________之间导线发生了断路.
(4)实验中移动变阻器滑动头,记下多组电流表.电压表读数(U,I),然后在坐标纸上作出U－I图线,图线____________大小表示待测电阻阻值.在这个实验中,测量值____真实值.(填“＞”.“＝”或“＜”) 答案(1)200 (2)见解析图(3)电流表和电压表(4)斜率＜
解析(1)由题图可知,所测电阻阻值为：20×10 Ω＝200 Ω.
(2)由于滑动变阻器最大阻值为20 Ω,远小于待测电阻阻值200 Ω,如果滑动变阻器采用限流式接法,移动滑动变阻器滑片时,电路电流及待测电阻电压变化范围较小,不能进行多次测量,因此滑动变阻器应采用分压式接法；电压表内阻约20 kΩ,
电流表内阻约10 Ω,待测电阻阻值约为200 Ω,相对来说电压表内阻远大于待测电阻阻值,因此电流表应采用外接法,实验电路图如图所示.
根据实验电路图连接实物电路图,实物电路图如图所示.
(3)闭合开关,发现电流表和电压表皆没有读数,说明电路存在断路；用电压表测：电源正负极间.变阻器电阻丝两端.电流表“－”接线柱和电压表“＋”接线柱之间,结果多用电表指针均发生偏转,说明各测试点之间不存在断路,因此电路断路位置为连接电流表和电压表之间导线.
(4)根据欧姆定律得：U＝IR,则U－I图线斜率大小表示待测电阻阻值,因为电流表采用外接法,由于电压表分流,使电阻测量值小于真实值.
5. (1)实验室新进了一批低电阻电磁螺线管,课外活动小组同学设计了一个实验来测算螺线管使用金属丝长度(金属丝材料已知).他们选择了多用电表.电流表.电压表.开关.滑动变阻器.螺旋测微器.导线和学生电源等.
(1)使用多用电表粗测金属丝电阻,操作过程分以下三个步骤：
a.机械调零后,将红.黑表笔分别插入多用电表“＋”.“－”插孔,选择“×1”欧姆挡；
b.__________________________________________________________ ______________
(填写b步骤操作)；
c.把红.黑表笔分别与螺线管金属丝两端相接,多用电表示数如图4所示,测得金属丝电阻为________ Ω；
图4
(2)利用电路更准确测量金属丝R x电阻,为了减少实验误差,应选用图5中________(选填“甲”或“乙”)电路；
图5
图6
(3)如图6所示,使用螺旋测微器测得金属丝直径为________ mm.
由以上测得实验数据及查表得到金属丝电阻率值,可测算出金属丝长度.
答案(1)红.黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指0 Ω 4 (2)乙
(3)0.260
解析(1)使用多用电表测电阻时,选挡后要先进行欧姆调零,具体操作是：红.黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指0 Ω；欧姆表读数等于表盘示数乘以倍率：4×1 Ω＝4 Ω.
(2)由多用电表知被测电阻阻值约为 4 Ω,被测电阻为小电阻,用电流表外接法.由题意要求在实验中获得较大电压调节范围,故滑动变阻器采用分压式接法,故电路图应选乙.
(3)螺旋测微器固定刻度读数为0 mm,可动刻度读数为26.0×0.01 mm ＝0.260 mm,故最终读数为：0 mm＋0.260 mm＝0.260 mm.。