高三物理课时巩固过关练习题14

课时巩固过关练(十四)
电学实验
(45分钟100分)
1.(12分)半导体压阻传感器已经广泛地应用于航空、化工、航海、动力和医疗等部门,它们是根据“压阻效应”：就是某些固体材料受到外力后除了产生形变,其电阻率也要发生变化的现象。

现用如图a所示的电路研究某长薄板电阻R x的压阻效应,已知R x的阻值变化范围为几欧到几十欧,实验室中有下列器材：
A.电源E(3V,内阻约为1Ω)
B.电流表A1(0.6A,内阻r1等于5Ω)
C.电流表A2(0.6A,内阻r2约为1Ω)
D.开关S,定值电阻R0
(1)为了比较准确地测量电阻R x的阻值,请根据图中虚线框内电路图的设计,甲表选用,乙表选用。

(均选填“A1”或“A2”)。

(2)在电阻R x上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向),闭合开关S,记下电表读数,A1的读数为I1,A2的读数为I2,得R x= (用字母表示)。

(3)改变力的大小,得到不同的R x值,然后让力反向从下向上挤压电阻,并改变力的大小,得到不同的R x值,最后绘成的图像如图b所示。

当F 竖直向下(设竖直向下为正方向)时,可得R x与所受压力F的数值关系是R x= 。

(各物理量单位均为国际单位)
(4)定值电阻R0的阻值应该选用。

A.1Ω
B.5Ω
C.10Ω
D.20Ω
【解析】(1)测电阻阻值需要测出电阻两端电压与通过电阻的电流,所给实验器材没有电压表,可以用已知内阻的电流表A2与待测电阻并联,测出电阻两端电压,另一个电流表A1串联在电路中测电路电流,故甲表用A1;乙表用A2。

(2)电阻两端电压U=I1r1,通过电阻的电流I=I2-I1,电阻阻值R x==。

(3)由图像可知,图像具有对称性,当正反向压力大小相等时,对应的电阻阻值相等;从图像中可看出,电阻与压力是一次函数关系,设为R x=R0+kF,R0=14Ω,把R x=
5Ω,F=4.5N代入关系式解得：k=-2,则关系式为：R x=14-2F。

(4)电路最小总电阻为：R最小===5Ω,
则保护电阻阻值约为：R0=R最小-r=5Ω-1Ω=4Ω,故选B。

答案：(1)A1A2(2)(3)14-2F (4)B
2.(12分)(2015·浙江高考)图甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。

(1)根据图甲画出实验电路图。

(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图乙中的
①、②、③、④所示,电流表量程为0.6 A,电压表量程为3 V。

所示读数为：①、②、③、④。

两组数据得到的电阻分别为
和。

【解析】(1)根据实物图画出电路图如图
(2)由实物图可知,电流表接的是0.6 A的量程,电压表接的是3 V的量程,因此①的读数为0.02 A×5=0.10 A,②的读数为0.02 A×12=0.24 A,③的读数为
0.1 V×20.0=2.00 V,④的读数为0.1 V×2.7=0.27 V。

两组数据得到的电阻R1==Ω=8.3Ω,
R2==Ω=2.7Ω。

答案：(1)
(2)①0.10 A ②0.24 A ③2.00 V
④0.27 V(0.26～0.29)
(8.3±0.1)Ω(2.7±0.1)Ω(后两空答案可互换)
3.(14分)我校开展学生自己动手进行实验操作的活动。

同学们现要测定电阻R x的阻值(电阻值约为100Ω)以及一节干电池的电动势和内阻(内阻约为2Ω),除此之外还备有如下器材：
A.电压表V：量程为2V、内阻较大
B.电阻箱R1：总阻值为9999.9Ω
C.开关、导线若干
(1)为了较准确地测定R x的电阻值、电池的电动势和内阻,王华同学选择如图甲所示的电路。

(2)王华同学根据电路图连接实物图后,测定电阻R x时主要进行了两步实验。

第1步：闭合S1和S3,断开S2,记录电压表示数U1;
第2步：闭合S1和S2,断开S3,调节R1使电压表示数仍为U1,记录此时R1的阻值r2,则被测电阻R x的电阻值为。

(3)通过改变电路的总电阻,记录外电阻的总电阻值R和对应情况下的电压表示数U,画出随变化的图线为直线,如图所示,直线与纵轴的交点坐标为b、斜率为k,则电源电动势为,内阻为;从实验原理来看,实验测量值与真实值相比较,电动势,内阻(后两空均选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

【解析】(2)闭合S1和S3,断开S2,R x直接接在电源两端,电压表测量R x两端的电压,闭合S1和S2,断开S3,R1直接接在电源两端,电压表测量R1两端的电压,两次实验电压值相等,则R x的电阻值与R1的阻值相等,即R x=r2,
(3)根据闭合电路欧姆定律得：
E=U+r,解得：U=,整理得：=·+,所以-图像的斜率k=,直线与纵轴的截距b=,解得：E=,r=,
由于电压表也有内阻,外电路总电阻的实验值比真实值大,所以实验值的电动势不变,但内阻偏大。

答案：(2)r2(3)不变偏大
4.(14分)(2015·中山二模)某磁敏电阻在室温下的电阻—磁感应强度特性曲线如图a所示,测试时,磁敏电阻的轴向方向与磁场方向相同。

(1)试结合图a简要回答,磁感应强度B在0～0.2T和0.4～1.0T范围内磁敏电阻的阻值随磁场变化的特点：。

(2)某同学想利用磁敏电阻图a所示特性曲线测试某长直导线产生的磁场,设计电路如图b所示,磁敏电阻与开关、电源和灵敏电流表连接,长直导线与图示电路共面并通以图示方向电流,请指出本实验装置的错误之处：。

若装置调整正确后再进行测量,电路中所用干电池的电动势为 1.5V,不计电池、电流表的内阻,试写出磁敏电阻所在磁场的磁感应强度B 从0.4T至1.2T的变化过程中,通过磁敏电阻的电流强度I A随磁感应强度B变化的关系式：。

【解析】(1)由题图a可知,B在0～0.2T范围内阻值非线性增大,B在0.4～1.0T范围内阻值线性增大。

(2)装置中磁敏电阻轴向方向与电流产生的磁场方向不相同。

由a可
知,在B从0.4T至1.2T的变化过程中,R与B是一次函数关系,设R与B的关系为R=kB+R0,由图a可知：B=0.8T时,磁敏电阻R=15000Ω,B′=1.2T时,R′=24000Ω,将它们代入R=R0+kB可得：15000=R0+0.8k,24000=R0+1.2k,解得k=22500Ω/T,
R0=-3000Ω,则R=22500B-3000,由欧姆定律可得,通过磁敏电阻的电流强度I A随磁感应强度B变化的关系为：I A==。

答案：(1)磁感应强度B在0～0.2T范围内磁敏电阻的阻值随磁场非线性增大,在0.4～1.0T范围内磁敏电阻的阻值随磁场线性增大(2)磁敏电阻的轴向方向与磁场方向不相同
I A=
5.(16分)(2015·怀化一模)硅光电池是一种可将光能转化为电能的元件。

某同学利用图甲所示电路探究某硅光电池的路端电压U与电流I的关系。

图中定值电阻R0=2Ω,电压表、电流表均可视为理想电表。

(1)用笔画线代替导线,根据电路图,将图乙中的实物电路图补充完整。

(2)实验一：用一定强度的光照射硅光电池,闭合开关S,调节可调电阻R的阻值,通过测量得到该电池的U -I曲线a(如图丙所示)。

则由图像可知,当电流小于200mA时,该硅光电池的电动势为V,
内阻为Ω。

(3)实验二：减小光照强度,重复实验,通过测量得到该电池的U -I曲线b(如图丙所示)。

当可调电阻R的阻值调到某值时,若该电路的路端电压为 1.5V,由曲线b可知,此时可调电阻R的电功率约为W(结果保留两位有效数字)。

【解析】(1)分析图甲所示实验原理图,根据原理图连接实物电路图,如图所示。

(2)在硅光电池的U -I图像中,当I=0,U=E,图线斜率的绝对值表示内阻。

由图线a可知E=2.9V,当电流小于200mA的情况下,此电池的内阻r=4.0Ω。

(3)由图线b可知,在实验二中当路端电压为1.5V时,电路电流I=60mA=0.06A,由欧姆定律可知,此时外电阻R外===25Ω,
可调电阻阻值R=R外-R0=25Ω-
2Ω=23Ω,可调电阻消耗的电功率P=I2R=(0.06A)2×23Ω=0.083W。

答案：(1)见解析图(2)2.9 4.0 (3)0.083
6.(16分)用以下器材测量一待测电阻R x的阻值(900～1000Ω)：
电源E,具有一定内阻,电动势约为9.0V;
电压表V1,量程为1.5V,内阻r1=750Ω;
电压表V2,量程为5V,内阻r2=2500Ω;
滑动变阻器R,最大阻值约为100Ω;
单刀单掷开关K,导线若干。

(1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的,试在虚线框内画出测量电阻R x的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用图中相应的英文字母标注)。

(2)根据你所画的电路原理图在给的实物图上画出连线。

(3)若电压表V1的读数用U1表示,电压表V2的读数用U2表示,则由已知量和测得量表示R x的公式为R x= 或。

【解析】(1)在实验中测定的电阻R x的阻值(900～1000Ω)接近电压表V1和V2的内阻,属于测定大电阻,所以采用串联分压法,此外滑动变
阻器R的最大阻值很小,必须采用分压接法,故实验电路原理图如图所示：
(2)先连滑动变阻器的分压接法,然后再连接串联分压电路,如图所示
(3)在A图中,+=,在B图中U2=U1+R x×
化简得R x=或R x=r1
答案：(1)(2)见解析(3)r1
7.(16分)(2015·德阳二模)某班举行了一次物理实验操作技能比赛,其中一项比赛为用规定的器材设计合理电路,并能较准确地测量某电源的电动势及内阻。

给定的器材如下：
A.电流表G(满偏电流10mA,内阻10Ω)
B.电流表A(0～0.6A～3A,内阻未知)
C.滑动变阻器R0(0～100Ω,1A)
D.定值电阻R(阻值990Ω)
E.开关与导线若干
(1)请你用以上实验器材设计测量该电源电动势和内阻的电路图,并画在图丙的虚线框中。

(要求：为了保证器材的安全,在闭合开关前滑动变阻器的滑片应置于最右端,即最大电阻处)
(2)图甲为小刘同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I1-I2图线(I1为电流表G的示数,I2为电流表A的示数),则由图线可以得到被测电源的电动势为V,内阻为Ω。

(结果保留两位有效数字)
(3)另一位小张同学对另一电源也用上面的实验电路进行测量,初始时滑片P在最右端,但由于滑动变阻器某处发生断路,合上开关后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表A才有读数,于是该同学根据测出的数据作出了两个电流表读数I与x的关系图,如图乙所示,则根据图像可知,此电池组的电动势为V,内阻为Ω。

(结果保留三位有效数字)
【解析】(1)测量电动势和内阻需要有电压表和电流表;但题目中只给
出两个电流表;但其中一个电流表G的内阻已知,可以把内阻已知的电流表和定值电阻串联改装成一个电压表。

设计实验原理图如图所示：
(2)将小电流表改装成电压表后,电压表的量程为U,
则：=
得：U=·U g=·I g R g=(990+10)×10×10-3V=10V
所以电流表G上的1mA就表示1V。

当外电阻为无穷大时,路端电压等于电源的电动势,所以在图线上,斜线与纵坐标的交点就是电源的电动势,延长图线可得：E=7.5V
根据闭合电路的欧姆定律：E=U+Ir可得,
图线的斜率的绝对值就表示电源的内阻,即：r==Ω=5.0Ω(3)由I1-x的图线可得,开始时的电流恒为9.0mA,此时的I2为0,由以上的分析可得此时I1上表示的电压为9.0V,即电源的电动势。

从图乙中分别取两组对应的数据,得(6.0V,0.24A),(3.0V,0.52A)
得：r′==Ω≈11Ω
答案：(1)见解析图(2)7.5 5.0(3)9.011
沁园春·雪 <毛泽东>
北国风光，千里冰封，万里雪飘。

望长城内外，惟余莽莽；
大河上下，顿失滔滔。

山舞银蛇，原驰蜡象，
欲与天公试比高。

须晴日，看红装素裹，分外妖娆。

江山如此多娇，引无数英雄竞折腰。

惜秦皇汉武，略输文采；
唐宗宋祖，稍逊风骚。

一代天骄，成吉思汗，
只识弯弓射大雕。

俱往矣，数风流人物，还看今朝。

薄雾浓云愁永昼，瑞脑消金兽。

佳节又重阳，玉枕纱厨，半夜凉初透。

东篱把酒黄昏后，有暗香盈袖。

莫道不消魂，帘卷西风，人比黄花瘦。