新课标2020高考物理总复习专题突破方略专题六物理实验1.6.2电学实验与创新专题限时训练

1.6.2 电学实验与创新
专题限时训练
1．为了测量一精密金属丝的电阻率,先用多用电表“×1”挡粗测其电阻为________Ω,然后用螺旋测微器测其直径为________mm,游标卡尺测其长度是________mm.
答案：6.0 2.095 36.2
2．(2018·全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表．可用的器材有：微安表头(量程0～100 μA,内阻为900 Ω)；电阻箱R1 (阻值0～999.9 Ω)；电阻箱R2 (阻值0～99 999.9Ω)；导线若干．
要求利用所给器材先组装一个量程为0～1 mA的直流电流表,在此基础上再将它改装成量程为0～3 V的直流电压表．组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡．
回答下列问题：
(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2,其中*为公共接线柱,a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱．
(2)电阻箱的阻值R1＝________Ω,R2＝________Ω.(保留到个位)
答案：(1)见解析(2)100 2 910
解析：(1)R1的电阻比较小,所以R1与表头并联构成大量程的电流表,R2的阻值比较大,与改装后的电流表串联可充当大量程的电压表,设计电路图如图所示：
改装电流表需要并联一个电阻,要改装0～1 mA的电流表需要并联的电阻R并＝
I g R g
I－I g
＝
0.1×900
1－0.1
＝100 Ω,所以选用与变阻箱R 1并联,
并联后的总电阻为R ′＝90 Ω
要改装成0～3 V 电压表需要串联电阻,串联电阻的阻值为R 串＝U －U A I ＝3－0.09
1×10
－3＝2 910 Ω. 3．某实验小组在探究一种合金丝的导电性能的实验中：
(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径时,刻度情况如图甲所示,则金属丝的直径d ＝________mm.
(2)用欧姆表“×10”挡粗测合金丝AB 连入电路的电阻时,表盘示数如图乙所示,则合金丝的电阻R 约为__________Ω.
(3)现用伏安法进一步精确测量合金丝的电阻,要求测量范围尽可能大一些,请在丙图中用笔划线代替导线完成电路的连接(已知实验所用的电压表内阻约为30 kΩ,电流表内阻约为 2 Ω)．
(4)用以上电路测得的合金丝的电阻值与其真实值相比,总有R
测
________R
真
(填
“＞”“＝”或“＜”),造成此误差的原因是____________________．
答案：(1)0.695(0.692～0.696均可) (2)110 (3)如图所示
(4)＜ 电压表分流(或“电流表电流测量值大于通过合金丝电流的真实值”,表达意思正确
即可)
解析：(1)金属丝的直径d ＝0.5 mm ＋0.01 mm×19.5＝0.695 mm ； (2)合金丝的电阻R 约为11 Ω×10＝110 Ω；
(3)因R V R x ＞R x R A
,故采用电流表外接法；滑动变阻器用分压电路,电路连接图见答案．
(4)因为此测量电路中电流表的读数大于实际通过电阻的电流,故测量值偏小,即R 测＜R 真,造成此误差的原因是电压表分流(或“电流表电流测量值大于通过合金丝电流的真实值”)． 4．(2018·全国卷Ⅲ)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻R x 的阻值,图中R 0为标准定值电阻(R 0＝20.0 Ω)；V 可视为理想电压表．S 1为单刀开关,S 2为单刀双掷开关,E 为电源,R 为滑动变阻器．采用如下步骤完成实验： (1)按照实验原理线路图(a),将图(b)中实物连线；
(2)将滑动变阻器滑动端置于适当位置,闭合S 1；
(3)将开关S 2掷于1端,改变滑动变阻器动端的位置,记下此时电压表的示数U 1；然后将S 2掷于2端,记下此时电压表的示数U 2；
(4)待测电阻阻值的表达式R x ＝____________(用R 0、U 1、U 2表示)； (5)重复步骤(3),得到如下数据：
1 2 3 4 5 U 1/V 0.25 0.30 0.36 0.40 0.44 U 2/V 0.86 1.03 1.22 1.36 1.49 U 2U 1
3.44
3.43
3.39
3.40
3.39
(6)利用上述5R x 答案：(1)如图所示：
(4)(U 2
U 1
－1)R 0 (6)48.2
解析：开关S 2掷于1端,由欧姆定律可得通过R x 的电流I ＝U 1R 0
,将开关S 2掷于2端,R 0和R x 串联电路电压为U 2,R x 两端电压为U ＝U 2－U 1,由欧姆定律可得待测电阻阻值R x ＝U I ＝U 2－U 1
U 1
R 0＝
(U 2
U 1
－1)R 0.
5次测量所得的平均值,(3.44＋3.43＋3.39＋3.40＋3.39)×15＝3.41,代入R x ＝(U 2
U 1－1)R 0＝
(3.41－1)×20.0 Ω＝48.2 Ω.
5．某实验小组的同学在利用如图甲所示的电路来探究小灯泡的发光功率,回答下列问题：
(1)首先将滑动变阻器的滑片置于最__________(填“左”或“右”)端,然后将开关闭合,进行小灯泡发光功率的探究；
(2)在探究过程中电压表的示数突然变为零,如果用多用电表来测量小灯泡两端的电压,将多用电表调至合适的电压挡位,如图乙所示,多用电表的黑表笔与__________(填“a ”或“b ”)点相接触；
(3)如果按步骤(2)将电路连接好后,将开关闭合,但发现无论如何移动滑动变阻器的滑片,多用电表指针都不偏转；如果将多用电表接在图甲中的a 点与c 点之间,无论如何移动滑动变阻器的滑片,多用电表指针仍不发生偏转；如果将多用电表接在图甲中的a 点与d 点之间,多用电表的示数如图乙所示,则该读数为__________,由以上的分析可确定出现的电路故障为__________；
(4)多用电表使用结束后,A 、B 同学分别将选择开关置于图丙中所示的位置,则正确的是________．
答案：(1)左(2)b(3)2.00 V c、d两点间断路(4)B同学
6．(2019·滨州二模)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,实验室提供了如下器材：A．小灯泡(3 V,1.8 W)
B．电压表(量程0～3 V,内阻约为20 kΩ)
C．电流表(量程0.6 A,内阻约为0.2 Ω)
D．滑动变阻器(0～10 Ω,2 A)
E．电源(电动势为3 V,内阻不计)
F．开关及导线若干,坐标纸
实验中要求小灯泡上的电压从零开始测量尽可能准确,调节测量多组对应的U、I值．如图甲所示,一组同学已经完成导线的连接．
(1)如图甲连接好电路,不闭合开关,滑动变阻器滑动触头在图示中间位置时电压表示数________(填“为零”“不为零”)．
(2)在图甲中闭合开关,滑动变阻器滑动触头从右端滑到左端的过程中灯泡亮度的变化情况是________．
(3)指出图甲中该组同学连接错误的两条导线______(填导线编号)．
(4)图乙中a图线是改正后描出的灯泡U－I图线,图乙中b图线是另一个电源路端电压U与电源电流I的图线．如果将这样的一个灯泡与该电源连成闭合电路,该灯泡消耗的电功率为________W；如果将这样的两个灯泡串联接在该电源上,则每个灯泡消耗的电功率为________W．(结果均保留两位小数)
答案：(1)不为零(2)先变暗再变亮(3)5、6
(4)1.05 0.44
解析：(1)由实物电路图可知,开关不能控制分压电路的闭合和断开,开关断开时,滑动变阻器
滑动触头在图示中间位置时电压表示数不为零．
(2)由实物电路图可知,闭合开关,滑动变阻器滑动触头从右端滑到左端的过程滑动变阻器接入电路的阻值增大,流过灯泡的电流减小,灯泡的实际功率变小,灯泡变暗,当滑动触头到达左端时,滑动变阻器接入电路的阻值为零,灯泡两端电压增大,灯泡实际功率增大,灯泡变亮． (3)描绘灯泡伏安特性曲线的实验中滑动变阻器应采用分压式接法,电压表内阻远大于灯泡电阻,电流表应采用外接法,所以连线5、6接法错误；
(4)由题图乙所示数据可知,灯泡两端电压为2.1 V,流过灯泡的电流为0.5 A,灯泡实际功率为：P ＝UI ＝2.1×0.5＝1.05 W,由题图乙所示图线可知电源电动势为E ＝3.0 V,电源内阻为：
r ＝
ΔU ΔI ＝3.0－2.1
0.5
Ω＝1.80 Ω,当两灯泡串联,设每个灯泡两端的电压为U ,流过每一个灯泡的电流为I ,则U ＝E 2－r
2I ＝1.5－0.9I ,在灯泡U －I 图象坐标系中作出U ＝1.5－0.9I 的图
线如图所示：由图可知此时灯泡两端电压为1.2 V,通过灯泡的电流为0.38 A,则灯泡的功率为P ＝UI ＝0.38×1.16≈0.44 W
7．小明利用如图甲所示的电路,完成了对电动势约为1.5 V 、内阻约为几欧姆的电源的电动势和内阻的测定,其中R 为电阻箱,R 0为阻值为150 Ω的定值电阻．小明连接好电路后,通过调节电阻箱的阻值,读出了8组电压表的读数以及相对应的电阻箱的阻值,并以电压的倒数1U
为纵坐标、电阻箱的阻值R 为横坐标,把记录的数据描绘在了坐标系中,如图乙所示．
(1)如果电源的电动势用E 表示、电源的内阻用r 表示,则1
U
关于R 的表达式应为
______________．(用E 、r 、R 0表示)
(2)请在图乙所示的坐标系中画出图线,并根据画出的图线求出该图线的斜率k ＝________V
－1
·Ω－1,图线与纵轴交点的纵坐标为b ＝________V －1
(结果保留两位有效数字)．
(3)结合写出的函数表达式以及图线可知该电源的电动势E ＝________V,内阻r ＝__________Ω(结果保留三位有效数字)．
答案：(1)1U ＝1ER 0R ＋R 0＋r
ER 0
(2)如图所示 0.004 4
0．70
(3)1.52 9.09
解析：(1)由闭合电路欧姆定律得U R 0＝
E R 0＋R ＋r ,解得1U ＝1ER 0R ＋R 0＋r
ER 0
；(2)将明显错误的点舍
掉,画线时应使尽可能多的点落在直线上,不能落在直线上的点均匀地分布在直线的两侧,如图所示(见答案)；由图可知,斜率k ＝0.004 4 V －1
·Ω－1
,图线与纵轴交点的纵坐标为b ＝0.70 V －1
；(3)由1U ＝1ER 0R ＋R 0＋r ER 0得,k ＝1ER 0,b ＝R 0＋r ER 0
,又R 0＝150 Ω,解得E ＝1.52 V,r ＝9.09 Ω.。