2019年高考物理二轮复习 热点14 电学创新实验

热点14电学创新实验
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1．在某些汽车的后挡风玻璃中会嵌入一组电阻丝，可通电加热以化解霜冻．某物理兴趣小组对其进行研究，如图甲所示，是用伏安法测量其中一根电阻丝R x阻值的实物连线图．仪表规格如下表所示．
(1)将单刀双掷开关S2置于位置b，闭合开关S1，电压表和电流表指针如图乙所示，则可读数电压表的示数U＝________V，电流表的示数I＝________A；计算得出电阻丝的阻值R x ＝________Ω(保留两位有效数字)．
(2)若将单刀双掷开关置于位置a，则通过电阻丝的电流________(选填“大于”或“小于”)此时电流表的读数．
(3)现有6根与R x同型号的电阻丝和一个内阻为2.0 Ω的电源，为了达到最快的化霜效果，请选用几根电阻丝，并用笔画线代替导线，在图丙中进行设计连接．
2.某探究小组利用课外时间做了如下探究实验．先利用如图所示的电
路来测量两个电压表的内阻，实验分两个过程，先用替代法测出电压
表V1的内阻，然后用半偏法测出电压表V2的内阻．供选用的器材如
下：
A．待测电压表V1，量程为2.0 V，内阻为10～30 kΩ
B．待测电压表V2，量程为3.0 V，内阻为30～40 kΩ
C．电阻箱，阻值范围为0～99 999.9 Ω
D．滑动变阻器，阻值范围为0～1 000 Ω，额定电流为0.5 A
E．滑动变阻器，阻值为0～20 Ω，额定电流为2 A
F．电池组，电动势为6.0 V，内阻为0.5 Ω
G．单刀单掷开关、单刀双掷开关各一个，导线若干
(1)实验器材除选择A、B、C、F、G外，滑动变阻器R′应选用________．(用器材前的字母表示)
(2)下面是主要的实验操作步骤，将所缺的内容补充完整．
①用替代法测待测电压表V1的内阻
根据电路图连接实验电路，并将滑动变阻器R′的滑动触头置于最左端；将单刀双掷开关S2置于触点2，调节滑动变阻器R′，使电压表V2的指针指在刻度盘第N格，然后将单刀双掷开关S2置于触点1，调节电阻箱R使电压表V2的指针指在____________，记下此时电阻箱R的阻值；
②用半偏法测待测电压表V2的内阻
将单刀双掷开关S2置于触点1，电阻箱的阻值调为零，闭合开关S1，调节滑动变阻器使电压表V2的指针满偏．保持滑动变阻器R′的滑动触头位置不变，调节电阻箱R，使电压表V2的指针指在__________________，记下电阻箱R的阻值．
3．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，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”．现用如图甲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(3 V，内阻约为1 Ω)
B．电流表A1(0～0.6 A，内阻r1＝5 Ω)
C．电流表A2(0～0.6 A，内阻r2约为1 Ω)
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，请完成虚线框内电路图的设计．
(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，电流表A1读数为I1，电流表A2读数为I2，得R x＝__________(用字母表示)．
(3)改变力F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，最后绘成图象如图乙所示，除观察到电阻R x的阻值随压力F增大而均匀减小外，还可得到的结论是________________________．当F竖直向下时可得R x与其所受压力F的数值关系是R x＝________．
4．太空探测器在探索宇宙过程中，由太阳能电池板给它提供能源．光明中学物理实验室有一块太阳能电池板，当有光照射它时(作为电源)，其路端电压与总电流的关系图象如图甲中
的曲线①所示；若没有光照射它时，相当于一个只有电阻的电学器件，无电动势．物理实验探究小组用“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验方法，探究该太阳能电池板在没有光照射时的伏安特性曲线，利用电压表(内阻约3 k Ω)、电流表(内阻约100 Ω)测得的多组数据作出的图象如图甲中曲线②所示．
(1)分析曲线②可知，该电池板作为电阻器件时的阻值随通过电流的增大而________(填“增大”或“减小”)，若所设计的电路如图乙所示，实验时应将图乙中电压表另一端a 接在________点(填“b ”或“c ”)；
(2)图乙电路中a 端接好后还少接了一根导线，请在图乙中画出；
(3)分析曲线①可知，该电池板作为电源时的电动势约为________V ，若把它与阻值为1 k Ω的定值电阻连接构成一个闭合电路，在有光照射的情况下，该太阳能电池板的效率约为________%(计算结果保留两位有效数字)．
热点14 电学创新实验
1．解析：(1)如题图乙所示，电流表选取的量程为0～0.6 A ，故读数为0.50 A ；电压表的量
程为0～3 V ，故读数为1.60 V ，当开关S 2接b 时，电流表内接，电阻R x ＝1.60 V 0.5 A
－R A ＝3.20 Ω－0.20 Ω＝3.0 Ω.
(2)当开关S 2接a 时，电流表外接，由于电压表分流，所以此时电流表读数为流过电压表电流与流过电阻丝电流之和，故通过电阻丝的电流小于电流表读数．
(3)当外电路电阻和内电路电阻相等时，电源输出功率最大，化霜最快，即外电路电阻需为2.0 Ω，如图(a)、图(b)所示．
答案：(1)1.60 0.50 3.0 (2)小于
(3)见解析
2．解析：(1)由于滑动变阻器采用了分压式接法，因此滑动变阻器的最大阻值越小越好，应选用E ；
(2)①当单刀双掷开关分别接1和2时，通过调节电阻箱的阻值使得两次电压表V 2的指针指在同一位置，则表明两次电路中电阻相同，即电阻箱的阻值等于电压表V 1的内阻，因此V 2的指针应指在刻度盘的第N 格；
②在测量电压表V 2的内阻时，首先将电阻箱的阻值调为零，调节R ′的滑片使电压表V 2的示数满偏，然后保护R ′滑片位置不变，调节电阻箱的阻值使电压表V 2的指针指在刻度盘的中央时，可认为电阻箱的阻值等于电压表V 2的内阻．
答案：(1)E (2)①刻度盘的第N 格
②刻度盘的中央
3．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，所给实验器材中没有电压表，可以用已知内阻的电流表与待测电阻并联，测出电阻两端电压，另一个电流表串联在电路中测电路电流，实验电路图如图所示．
(2)电流表A 1两端的电压U ＝I 1r 1，通过电阻R x 的电流I ＝I 2－I 1，故电阻阻值R x ＝U I ＝I 1r 1I 2－I 1
. (3)由题图乙所示图象可知，该图象具有对称性，当正、反向压力大小相等时，对应的电阻阻值相等；由图象可知，电阻与压力是一次函数关系，设关系式为R x ＝R 0＋kF ，由图象可知R 0＝16 Ω，把R x ＝14 Ω，F ＝1 N 代入关系式解得k ＝－2，则数值关系式为R x ＝16－2F .
答案：(1)如解析图所示 (2)I 1r 1I 2－I 1
(3)当正反向压力大小相等时，对应的电阻阻值相等 16－2F
4．解析：(1)由图线②可知，无光照时太阳能电池板的阻值远大于电流表内阻，所以采用电流表内接法，即a 端接b 点．
(2)描绘伏安特性曲线要求电压从零开始调节，即滑动变阻器要采用分压式接法，故应该将滑动变阻器右端与电源正极用导线相连，如图1所示．
(3)太阳能电池板的电动势由图线①与纵轴的交点直接读出，即2.75 V ；在题图甲中作1 k Ω
电阻的伏安特性曲线③如图2所示，图线③与图线①的交点即电路的工作点，其坐标为(1.80，
1.80)，电池板的效率η＝P 出P 总
×100%＝IU IE ×100%＝U E ×100%＝1.802.75×100%≈65%. 答案：(1)减小 b (2)如解析图1所示
(3)2.75 65。