(课标版)2020高考物理二轮复习专题限时训练14电学实验与创新(含解析)

专题限时训练14 电学实验与创新

时间：45分钟

1．一根均匀的细长空心金属圆管，其横截面如图甲所示，长度为L，电阻R约为5 Ω，这种金属的电阻率为ρ，因管线内径太小无法直接测量，某同学设计下列实验方案尽可能精确地测定它的内径d.

(1)用螺旋测微器测量金属管线外径D，图乙为螺旋测微器校零时的示数，用该螺旋测微器测量的管线外径读数为5.200 mm，则所测金属管线外径D＝5.167 mm.

(2)为测量金属管线的电阻R，取两节干电池(内阻不计)、开关和若干导线及下列器材：

A．电流表(0～0.6 A，内阻约0.05 Ω)；

B．电流表(0～3 A，内阻约0.01 Ω)；

C．电压表(0～3 V，内阻约10 kΩ)；

D．电压表(0～15 V，内阻约50 kΩ)；

E．滑动变阻器(0～10 Ω，额定电流为0.6 A)；

F．滑动变阻器(0～100 Ω，额定电流为0.3 A)．

为准确测出金属管线阻值，电流表应选A，电压表应选C，滑动变阻器应选E.(均填器材前的字母)

(3)如下图所示，请按实验要求将实物图中的连线补充完整．

答案：如下图所示．

(4)根据已知的物理量(长度L 、电阻率ρ)和实验中测量的物理量(电压表读数U 、电流表读数I 、金属管线外径D )，则金属管线内径表达式为d ＝D 2－4ρIL πU

. 解析：(1)螺旋测微器校零时的示数为3.3×0.01 mm＝0.033 mm ；螺旋测微器测量的管线外径读数为5.200 mm ，则所测金属管线外径D ＝5.200 mm －0.033 mm ＝5.167 mm.

(2)两节新的干电池电动势为3 V ，因此电压表选择3 V 的量程，即C ；因为电路中最大

电流大约为I m ＝E R ＝35

A ＝0.6 A ，为了测量精确，电流表应选择A ；滑动变阻器采用限流式接法，因为待测电阻较小，所以滑动变阻器选择E.

(3)由于待测电阻属于小电阻，所以电流表采用外接法，滑动变阻器采用限流式接法．

(4)该实验需要测量空心金属管线的内径，通过伏安法测出电阻的大小，结合电阻定律求出横截面积，从而根据外径求出内径的大小，根据欧姆定律得R ＝U I ，而R ＝ρL S ，则S ＝ρLI U ，因为S ＝π⎝ ⎛⎭⎪⎫D 22－π⎝ ⎛⎭⎪⎫d 22，解得d ＝D 2－4ρIL πU

. 2．如图甲为多用电表的电路原理图．已知选用的电流表内阻R g ＝10 Ω、满偏电流I g ＝10 mA ，当选择开关接3时为量程250 V 的电压表．该多用电表表盘如图乙所示，下排刻

度均匀，C为上排刻度线的中间刻度，由于粗心，上排刻度线对应数值没有标出．

(1)若指针指在图乙所示位置，选择开关接1时其读数为6.9_mA；选择开关接3时其读数为173_V(171～175_V均可)．

(2)为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势，某同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如下实验：

①将选择开关接2，红黑表笔短接，调节R1的阻值使电表指针满偏；

②将多用电表红黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使多用电表指针指在C处，此时电阻箱如图丙所示，则C处刻度应为150_Ω.

③计算得到多用电表内电池的电动势为1.5 V．(保留2位有效数字)

解析：(1)选择开关接1时测电流，其分度值为0.2 mA，示数为6.9 mA；选择开关接3时测电压，其分度值为5 V，其示数为173 V；

(2)②由题图丙所示电阻箱可知，电阻箱示数为0×1 000 Ω＋1×100 Ω＋5×10 Ω＋0×1 Ω＝150 Ω；③由题图乙所示可知，指针指在C处时，电流表示数为5 mA＝0.005 A，C处电阻为中值电阻，则电表内阻为150 Ω，电源电动势E＝I(R＋R内)＝0.005×(150＋150) V＝1.5 V.

3．(2019·全国卷Ⅱ)某小组利用图(a)所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中和为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100 Ω)；S为开关，E为电源．实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出．图(b)是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管U­t关系曲线．回答下列问题：

(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0 μA，应调节滑动变阻器R ，使电压表的示数为U 1＝5.00 mV ；根据图(b)可知，当控温炉内的温度t 升高时，硅二极管正向电阻变小(填“变大”或“变小”)，电压表示数增大(填“增大”或“减小”)，此时应将R 的滑片向B (填“A ”或“B ”)端移动，以使示数仍为U 1.

(2)由图(b)可以看出U 与t 成线性关系．硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为⎪⎪⎪⎪

⎪⎪ΔU Δt ＝2.8×10－3 V/℃(保留2位有效数字)． 解析：(1)实验中硅二极管与定值电阻R 0串联，由欧姆定律可知，定值电阻两端电压U 1＝IR 0＝50.0 μA×100 Ω＝5.00 mV ；由图(b)可知，当控温炉内温度升高时，硅二极管两端电压减小，又图(b)对应的电流恒为50.0 μA，可知硅二极管的正向电阻变小，由“串反”规律可知，定值电阻R 0两端电压增大，即电压表示数增大，应增大滑动变阻器接入电路的阻值以减小电路中的电流，从而使电压表示数保持不变，故应将R 的滑片向B 端移动．(2)

由图(b)可知|ΔU Δt |＝0.44－0.3080－30

V/℃＝2.8×10－3 V/℃. 4．某实验小组用如图甲所示的电路图来测量电流表(量程2 mA ，内阻约为200 Ω)的内阻，除待测电流表、1.5 V 的电源、开关和导线外，还有下列可供选择的实验器材：

A．定值电阻R1

B．定值电阻R2

C．滑动变阻器R3(最大阻值为20 Ω)

D．滑动变阻器R4(最大阻值为1 000 Ω)

E．电阻箱R x(最大阻值为999.9 Ω)

F．灵敏电流计G(内阻很小可忽略)

(1)为确保安全，精准实验．滑动变阻器应选用__C__

(填写器材前对应的字母)．

(2)用笔画线代替导线，将实物图乙连接成实验电路图．

答案：见解析图

(3)在闭合开关前滑动变阻器的滑片应置于b(选填“a”或“b”)端，然后闭合开关移动滑动变阻器的滑片使待测表的示数适当后再不移动滑片，只调节R x，发现当R x＝400 Ω时灵敏电流计的示数正好为零；将电阻箱和待测电流表位置互换，其他不动，再次调节R x′＝100 Ω时灵敏电流计的示数又正好为零，由此可知待测电流表的内阻为200 Ω.

解析：(1)由于电源电动势较小，而两个滑动变阻器都没有给出额定电流可认为两个都是安全的，此时为便于调节滑动变阻器宜小不宜大，选C即可．

(2)实物图如图所示．

(3)为确保电路安全，闭合开关前滑片应置于b端，让分压电路的电压最小．当R x＝400