高中三维设计一轮复习物理通用版：第八单元 提能增分练(五) 实验压轴题的五大破解策略

第八单元提能增分练（五）实验压轴题的五大破解策略1．实验室内有一毫伏电压表(符号mV，量程为150 mV，内阻约145 Ω)，现要测其内阻，实验室还提供如下器材：
电动势为1.5 V的干电池，电阻箱R2(0～99.9 Ω)，滑动变阻器R1(0～50 Ω)，标准电流表(符号A，量程15 mA，内阻约50 Ω)，开关S，以及导线若干。

(1)请设计一个尽可能精确地测出毫伏电压表内阻R的测量电路，画在虚线框中。

(2)直接读出的物理量是_________________________________________________
________________________________________________________________________。

(用文字和字母表示)
(3)用这些物理量表示的毫伏电压表内阻表达式为R＝________。

解析：
(1)因电压表量程为150 mV，内阻约为145 Ω。

则允许通过电压表的最大电流约为1 mA，若量程是15 mA的标准电流表与电压表直接串联，则无法准确读取电流值，因此应将电压表与电阻箱并联后再与电流表连接。

设计电路如图。

(2)直接读出的物理量是电流表读数I、毫伏电压表读数U、电阻箱读数R2。

(3)由U
R2＋
U
R＝I，可得R＝
UR2
IR2－U。

答案：(1)见解析图
(2)电流表读数I、毫伏电压表读数U、电阻箱读数R2
(3)UR2
IR2－U
2．(2017·嘉兴一中模拟)甲同学采用如图1所示的电路测定电源的电动势和内电阻。

提供的器材：电压表(0～3 V)、电流表(0～0.6 A)、滑动变阻器R、开关S及导线。

实验电路如图甲所示。

(1)连好电路后，当该同学闭合开关S，发现电流表示数为0，电压表示数不为0。

检查各接线柱均未接错，接触良好，且电路未发生短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接ab、bc和de时，示数均为0，把两表笔接cd时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是__________________________。

(2)排除故障后，该同学顺利完成实验数据的测量，如下表所示。

并根据数据在空白的坐标纸上，作出图2所示的U-I图线，该图存在多处不妥之处，请指出。

(指出两处不妥之处)________________________________________________________________________。

(3)
对甲同学的实验进行改进，设计了如图3所示的电路，丙电路中电阻R0应该选取下列备选电阻的________。

A．1 ΩB．5 ΩC．10 ΩD．20 Ω
解析：(1)电流表示数为0，电压表示数不为0，则电流表或滑动变阻器R处断路，用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接ab、bc、de时，示数均为0，把两表笔接cd时，示数与电压表示数相同，知滑动变阻器R断路。

(2)由题图2可知，图线几乎分布在一个很小的区域内，原因是电压U的取值范围在2.70～3.00 V之间，而U轴坐标起点的选取从0开始，不妥；该同学建立坐标时没有标明所用单位，不妥；作图时没有将不在直线上的点均匀分布在直线两侧，不妥。

(3)根据电路连接方式及电表量程可知，保护电阻R0应大约为R0＝
3
0.6Ω＝5 Ω，所以B
选项正确。

答案：(1)滑动变阻器R断路(2)U的坐标选择不当；U、I的坐标上没有标明单位(3)B 3．研究性学习小组的同学们用如图甲所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内电阻r。

实验室提供的器材如下：电压表，电阻箱(阻值范围0～999.9 Ω)，开关、导线若干。

(1)请根据图甲所示的电路图，在图乙中画出连线，将器材连接成实验电路。

(2)某同学开始做实验，先把变阻箱阻值调到最大，再接通开关，然后逐次改变电阻箱接入电路的阻值R，读取与R对应的电压表的示数U，并将相应的数据转化为坐标点描绘
在U -U R
图中。

请将图丙、丁中电阻箱和电压表所示的数据转化为坐标点描绘在图戊所示的坐标系中(用“＋”表示)，并画出U -U R 图线；根据图线可以得出该电池组电动势的测量值E
＝________V ，内电阻测量值r ＝________Ω。

(保留三位有效数字)
(3)实验测量都存在误差，关于本实验的误差，下列说法中正确的是________(选填选项前的字母)。

A ．由于读数所引起的误差属于偶然误差
B ．利用图像法处理本实验数据可以减小系统误差
C ．由于电压表内阻引起的误差属于系统误差
D ．电压表的内阻越大，其引起的误差越大
(4)不同小组的同学分别用不同的电池组(均由同一规格的两节干电池串联而成)完成了上述的实验后，发现不同组的电池组的电动势基本相同，只是内电阻差异较大。

同学们选择了内电阻差异较大的甲、乙两个电池组进一步探究，对电池组的输出功率P 随外电阻R 变化的关系，以及电池组的输出功率P 随路端电压U 变化的关系进行了猜想，并分别画出了P -R 和P -U 图像。

若已知甲电池组的内电阻较大，则下列各图中可能正确的是________(选填选项的字母)。

解析：(1)根据原理图可连接对应的实物图，如图1所示。

(2)根据描出的点用直线将各点拟合，得出图像如图2所示；根据闭合电路欧姆定律可
得：U ＝E －U R r ，则可知，图像与纵轴的交点表示电源的电动势，故E ＝2.93 V ，图像的斜
率表示内阻，故有：r ＝2.93－1.001.48
＝1.30 Ω。

(3)由读数不准确带来的误差称为偶然误差，利用图像处理数据可以减小偶然误差，但不会减少系统误差，故A 正确，B 错误；由于电压表内阻不是无穷大，所以在电路中分流，从而带来系统误差，故C 正确；电压表内阻越大，则其分流越小，误差越小，故D 错误。

(4)根据电源的输出功率规律可知，当内外电阻相等时输出功率最大，如果外电阻大于
内电阻时，随着外电阻的增大，输出功率将越来越小，由P ＝E 2
4r
可知，电动势相同，内阻越小输出功率越大，故选项B 正确，选项A 错误；当内阻和外阻相等时，输出功率最大，此时输出电压为电动势的一半。

由以上的分析可知，乙输出的功率比甲的大；而当外电路断开时，路端电压等于电源的电动势，此时输出功率为零，故选项C 正确，选项D 错误。

答案：(1)图见解析 (2)图见解析 2.93 1.30 (3)AC (4)BC
4．某同学欲测定一个电池的电动势E 和内阻r 。

给定器材如下：
A ．待测电池E
B ．电流表G(量程10 mA ，内阻约40 Ω)
C ．电流表A(量程0.6 A ，内阻为10 Ω)
D ．滑动变阻器R ′(5 Ω，1 A)
E ．电阻箱R (0～999.9 Ω)
F ．低压电源
G ．开关S 及导线
(1)因为电流表G 内阻的准确值未知，所以他先用如图(a)所示的电路测量其内阻r G 。

已知图中电流表A 的内阻为r A 。

读出电流表A 、电流表G 的读数分别为I A 、I G ，则r G ＝________。

(用给定的字母的表示)
(2)若电流表G 内阻的测量值r G ＝40.0 Ω。

现采用图(b)所示的电路测量该电池的电动势
E 和内阻r 。

根据实验数据绘出的1I -R 图像如图(c)所示，则图线斜率表示的物理意义是
________________________________________________________________________。

(3)根据图像求出该电池的电动势E ＝________ V 、内阻r ＝________ Ω。

(结果保留整数)
解析：(1)电流表G 和电流表A 并联，两端电压相等，
根据欧姆定律得I G r G ＝I A r A ，解得r G ＝I A I G
r A 。

(2)根据电路图，由闭合电路欧姆定律可得E ＝I (r ＋r G ＋R )，则1I ＝r ＋r G E ＋1E
R ， 由题图所示图像可知，图像的斜率k ＝1E。

(3)图像的函数表达式为1I ＝r ＋r G E ＋1E R ，由图像可知：纵轴截距b ＝r ＋r G E
＝10， 图像斜率k ＝1E ＝Δ1I ΔR ＝40－10180＝16
， 解得，电源电动势E ＝6 V ，内阻r ＝20 Ω。

答案：(1)I A I G
r A (2)电动势的倒数或1E (3)6 20 5．(2018·临沂模拟)二极管具有独特的单向导电性，当在二极管两极之间所加正向电压小于某值时，二极管的电阻很大(1×106 Ω，甚至更大)，而当正向电压超过某值时，二极管的电阻随两端电压的升高而急剧减小。

为了探究二极管的导电特性：
(1)实验小组先用多用电表判断二极管的极性。

步骤如下
A ．将多用电表置于欧姆表“×100”挡，短接红、黑表笔，调整________，使指针指向表盘右侧“0”位置；
B ．将二极管串接在两表笔之间，多用电表示数如图甲中a 所示；
C ．将二极管两极对调，多用电表示数如图甲中b 所示，则此时与红表笔接触的是二极管的________(填“正”或“负”)极。

(2)实验小组设计了如图乙所示的实验电路，通过实验测得相关数据如下表。

①由二极管的特性和表中数据可知，当电压表示数为0～0.30 V 时，图乙中开关S 一定接在位置________(填“1”或“2”)；
②根据表中数据，在图丙中作出二极管的伏安特性曲线(要求保留所描的点迹)，由图线可知，二极管是________(填“线性”或“非线性”)元件。

(3)若此二极管为发光二极管，正常发光时通过的电流为3.00 mA ，若用1.5 V 的电源供电，则应该给二极管________(填“串”或“并”)联一个约________Ω的电阻。

解析：(1)A.欧姆表选挡后要进行欧姆调零，即短接两表笔，调整欧姆调零旋钮，使指针指在表盘右侧“0”位置；C.步骤B 中欧姆表示数很大，而步骤C 中示数很小，由题中所给条件知，当示数很小时红表笔所接为二极管负极。

(2)①题图乙的设计为伏安法测电阻的内接法和外接法可以互换的电路，当开关S 接位置1时为电流表内接法，接位置2时为电流表外接法。

由表中数据可知，当电压表示数为0～0.3 V 时电流表示数为0，故电流表为内接法，开关S 接在位置1。

②描点作图如图所示，由图线可知二极管是非线性元件。

(3)发光二极管正常工作时两端电压为0.7 V ，电源电动势高于0.7 V ，应串联一个电阻，
阻值R ＝E －U I ＝1.5－0.73×10－3
Ω≈267 Ω。

答案：(1)A.欧姆调零旋钮 C ．负 (2)①1 ②非线性 (3)串 267。