2021年高三物理二轮复习：专题6 第2讲 电学实验及创新

专题六第2讲电学实验及创新1．(2020·天津卷)某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻，要求测量结果尽量准确．电压表(量程0～3 V，内阻约为3 kΩ)电流表(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)滑动变阻器(0～20 Ω，额定电流1 A)待测电池组(电动势约为3 V，内阻约为1 Ω)开关、导线若干(1)该小组连接的实物电路如图所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线对应的编号是___.(2)改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的___端(填“a”或者“b”)(3)实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显．为了解决这个问题，在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5 Ω的电阻，之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I，并作出U－I图像，如图所示．根据图像可知，电池组的电动势为___V，内阻为__Ω.(结果均保留两位有效数字)2．(2020·湖南怀化模拟)某一小型电风扇额定电压为5.0 V，额定功率为2.5 W．某实验小组想通过实验描绘出小电风扇的伏安特性曲线．实验中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：A．电源E(电动势为6.0 V)B．电压表V(量程为0～6 V，内阻约为8 kΩ)C．电流表A1(量程为0～0.6 A，内阻约为0.2 Ω)D．电流表A2(量程3 A，内阻约0.05 Ω)；E．滑动变阻器R1(最大阻值5 kΩ，额定电流100 mA)F．滑动变阻器R2(最大阻值25 Ω，额定电流1 A)(1)为了便于调节，减小读数误差和系统误差，实验中所用电流表应选用___滑动变阻器应选用___(填所选仪器前的字母序号)．(2)请你为该小组设计实验电路，并把电路图画在图甲中的虚线框内(小电风扇的电路符号如图甲所示)___．(3)操作过程中发现，小电风扇通电后受阻力作用，电压表读数小于0.5 V时电风扇没启动．该小组测绘出的小电风扇的伏安特性曲线如图乙所示，由此可以判定，小电风扇的电阻为___Ω，正常工作时的发热功率为___W，机械功率为___W.3．(2020·广西岑溪市期中)某同学欲测量量程为300 μA的微安表头G的内阻．可供选择的实验器材有：A．微安表头G(量程300 μA，内阻约为几百欧姆)B．滑动变阻器R1(0～10 kΩ)C．滑动变阻器R2(0～50 kΩ)D．电阻箱(0～9 999.9 Ω)E．电源E(电动势约为9 V)F．开关、导线若干该同学先采用如图所示的电路测量G的内阻，实验步骤如下：①按图连接好电路，将滑动变阻器的滑片调至图中最右端的位置；②断开S2，闭合S1，调节滑动变阻器的滑片位置，使G满偏；③闭合S2，保持滑动变阻器的滑片位置不变，调节电阻箱的阻值，使G的示数为200 μA，记下此时电阻箱的阻值．回答下列问题：(1)实验中滑动变阻器应选用___(填“R1”或“R2”)．(2)若实验步骤③中记录的电阻箱的阻值为R，则G的内阻R g＝R.4．(2020·江西联考)小李同学尝试用电压表量度弹簧的拉力．他设计了如图甲所示的实验装置，其中MN是一条长20 cm、电阻为20 Ω的均匀电阻丝．电阻不计的金属弹簧下端与滑动接触头P相连，上端连有接线柱．将电阻丝固定在竖直位置，当弹簧被拉长时，P可沿MN 自由的滑动．直流电源的电动势为4.5 V，内阻可忽略．将电阻箱的阻值设定为40 Ω，当拉力为零时，P刚好触及电阻丝的端点M，此时让接入的电压表读数为零．甲乙(1)为达到实验目的，请你帮他完成实物连线图(导线要接在接线柱上)；(2)当P触及端点N时，电压表的读数为___V；(3)已知该弹簧的伸长量x与拉力F关系图线如图乙所示，则弹簧拉力F与电压表读数U 的关系式为F＝U.5．(2020·江西上饶考前模拟)光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻R的阻值随照度变化的曲线如图甲所示．(1)如图乙所示是街道路灯自动控制模拟电路所需元件．利用直流电源给电磁铁供电，利用220 V交流电源给路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件___．(2)用多用电表“×100” Ω挡，测量图中电磁铁线圈电阻时，指针偏转角度太大，为了更准确的测量其阻值，接下来应选用___Ω挡(填“×1k”或“×10”)，进行欧姆调零后，重新测量其示数如图丙所示，则线圈的电阻为___Ω.(3)已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的衔铁将被吸合．图中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1(0～10 Ω，2 A)、R2(0～200 Ω，1 A)、R3(0～1 750 Ω，1 A)要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择___(填“R1”、“R2”或“R3”)．为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地___(填“增大”或“减小”)滑动电阻器的电阻．6．(2020·高三高考冲刺物理模拟)某探究小组要尽可能精确地测量电流表A1的满偏电流，可供选用的器材如下：A．待测电流表A1(满偏电流I g约为800 μA、内阻r1约为100 Ω，表盘刻度均匀、总格数为N)B．电流表A2(量程为0.6 A、内阻r2＝0.1 Ω)C．电压表V(量程为3 V、内阻R V＝3 kΩ)D．滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)E．电源E(电动势有3 V、内阻r约为1.5 Ω)F．开关S一个，导线若干(1)该小组设计了图甲、图乙两个电路图，其中合理的是___(选填“图甲”或“图乙”)；(2)所选合理电路中虚线圈处应接入电表___(选填“B”或“C”)；(3)在开关S闭合前，应把滑动变阻器的滑片P置于___端(选填“a”或“b”)；(4)在实验中，若所选电表的读数为Z，电流表A1的指针偏转了n格，则可算出待测电流表A1的满偏电流I g＝.7．(2020·广东佛山二模)小明手里有一块多用电表A，其功能完好，但刻度值已不清晰．他想通过实验测定该多用表(简称A表，下同)“×10 Ω”挡欧姆调零后的内阻R0和内置电源的电动势E.他找来了另一个多用电表B(简称B表，下同)、一个电阻箱、一个开关和若干导线作为实验的器材．实验的操作如下：(1)小明将A表调到“×10 Ω”挡，将B表调到“mA”挡，准备如图(甲)将所有的器材串联起来作为实验电路．请你在图中连好剩余的导线___；(2)先使用B表的电流挡测量A表“×10 Ω”挡的满偏电流．将电阻箱阻值调为0，将A 表调到欧姆挡“×10 Ω”挡位置．几次试测后，确定B表应使用“10 mA”挡，调节A表的欧姆调零旋钮直至A表满偏，此时B表的读数如图(乙)所示，记录下B表读数为___mA；(3)断开开关，保持A、B表挡位不变，将A表___短接进行欧姆调零，然后重新连入原来电路．(4)调节电阻箱，闭合开关，当B表读数为6.0 mA时，读出电阻箱阻值为R1( Ω)；继续调节电阻箱阻值，当B表读数为4.0 mA时，读出电阻箱阻值为R2( Ω)；(5)断开电路，整理器材．根据以上测量数据，可算出A表“×10 Ω”挡内置电源的电动势E＝V，A表“×10 Ω”挡欧姆调零后的内阻R0＝Ω，B表量程“10 mA”挡的内电阻R B＝Ω.(以上3空的结果用R 1、R 2表示)8．(2020·大庆实验中学模拟)两个学习小组分别用下面两种方案测量电源电动势和内阻．(1)用内阻为3 kΩ、量程为1 V 的电压表，保护电阻R 0，电阻箱R ，开关S 测量一节干电池的电动势和内阻．①由于干电池电动势为1.5 V ，需要把量程为1 V 的电压表扩大量程．若定值电阻R 1可供选择的阻值有1 kΩ、1.5 kΩ、2 kΩ，其中最合适的是__.②请在虚线框内画出测量电源电动势和内阻的电路原理图，并完成图(a)中剩余的连线．(2)按照图(b)的电路测量电源电动势和内阻，已知电流表内阻为R A ，R 1＝R A ，保护电阻的阻值为R 0，若电流表读数为I ，则通过电源的电流为___.根据测得的数据作出1I－R 图像，图线的斜率为k ，纵截距为b ，则电源电动势E ＝ ，内阻r ＝ .解析1．【解析】 (1)因为电源内阻较小，故对于电源来说应该采用电流表外接法，图中采用的是电流表内接；故导线5连接不当，应该从电压表正接线柱接到电流表正接线柱；(2)开始实验前应该让滑动变阻器连入电路阻值最大，故应将滑片置于a 端；(3)由图线可知图线与纵轴的交点即为电源电动势，故E ＝2.9 V ；图线与横轴的交点为短路电流I ＝0.50 A ，故可得等效内阻为r ＝E I ＝2.90.5Ω＝5.80 Ω；又因为在开关和电池负极之间接有5 Ω的电阻，在计算过程中等效为内阻，故电源内阻为r ′＝5.80 Ω－5 Ω＝0.80 Ω.2．【解析】 (1)电风扇的额定电流I ＝P U ＝2.55.0A ＝0.5 A ，从读数误差的角度考虑，电流表选择C ，电风扇的电阻比较小，则滑动变阻器选择总电阻为25 Ω的误差较小，即选择F .(2)因为电压、电流需从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法，电风扇的电阻为R ＝U 2P ＝522.5Ω＝10 Ω，远小于电压表内阻，属于小电阻，电流表采用外接法．电路图如图所示．(3)电压表读数小于0.5 V 时电风扇没启动．根据欧姆定律得：R ＝U I ＝0.50.2Ω＝2.5 Ω，正常工作时电压为5 V ，根据图像知电流为0.5 A ，则电风扇发热功率为：P ＝I 2R ＝0.52×2.5 W ＝0.625 W ，则机械功率P ′＝UI －I 2R ＝2.5 W －0.625 W ＝1.875 W.3．【解析】 (1)闭合S 2开关时认为电路电流不变，实际上闭合开关S 2时电路总电阻变小，电路电流增大，而电源电动势越大、滑动变阻器阻值越大，闭合开关S 2时微安表两端电压变化越小，实验误差越小，为减小实验误差，滑动变阻器应选择阻值较大的R 2；(2)闭合开关S 2时认为电路电流不变，流过微安表电流为满偏电流的23，则流过电阻箱的电流为满偏电流的13，微安表与电阻箱并联，流过并联电路的电流与阻值成反比，则R g ＝12R . 4．【解析】 (1)直流电源的电动势为4.5 V ，所以电压表选3 V 挡，电路如图所示：(2)当P 触及端点N 时，电压表测MN 两端的电压，电压表的读数为：UR 1＝IR 1＝E R 1＋R 2R 1＝ 4.520＋40×20 V ＝1.50 V . (3)由图可知：F ＝200x ，电压为：U ＝E R 1＋R 2R 1＝ 4.520＋40×20×x 0.20 V ， 联立可得：U ＝380F ，则F ＝803U . 5．【解析】(1)光敏电阻的电阻值随光照强度的增大而减小，所以白天时光敏电阻的电阻值小，电路中的电流值大，电磁铁将被吸住；静触点与C接通；晚上时的光线暗，光敏电阻的电阻值大，电路中的电流值小，所以静触点与B接通．所以要达到晚上灯亮，白天灯灭，则路灯应接在AB之间．电路图如图：(2)欧姆表指针偏转角度太大，说明电阻太小，应换作小倍率的“×10” Ω挡；读数是先读出表盘的刻度，然后乘以倍率，表盘的刻度是14，倍率是“×10 Ω”，所以电阻值是14×10＝140 Ω；(3)天色渐暗照度降低至1.0 Lx时点亮路灯，此时光敏电阻的电阻值是2 kΩ，电路中的电流是2 mA，R＝EI－R光＝62×10－3－2 000＝1 000 Ω，所以要选择滑动变阻器R3，由于光变暗时，光敏电阻变大，分的电压变大，所以为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地减小滑动变阻器的电阻．6．【解析】(1)因为变阻器的总电阻小于电流表内阻，所以变阻器应采用分压式接法，所以合理的是图乙电路；(2)因为电压表V的满偏电流I＝UR V＝33 000＝0.001 A＝1 mA＝1 000 μA，与待测电流表量程800 μA接近，所以虚线处应接电表C；(3)闭合电键前，应将变阻器的滑片置于输出电压最小的b端；(4)根据电流关系可知：ZR V＝nN I g，解得：I g＝NZnR V.7．【解析】(1)电路连线如图；(2)因为B表应使用“10 mA”挡，则B表读数为8.0 mA；(3)断开开关，保持A 、B 表挡位不变，将A 表红黑表笔短接进行欧姆调零，然后重新连入原来电路；(5)设电表A 欧姆×10挡的内阻为R 0，则有I 0＝E R 0＝8 mA 设电表B 量程为10 mA 挡的内阻为R B ，则E R 0＋R B ＋R 1＝6 mA E R 0＋R B ＋R 2＝4 mA 解得E ＝3(R 2－R 1)250(V) R 0＝3(R 2－R 1)2( Ω) R B ＝R 2－3R 12( Ω) 8．【解析】 (1)①若将电压表改装为量程为1.5 V 的电压表，则需串联的分压电阻上的电压为0.5 V ，因电压表内阻为3 kΩ，则需串联的电阻为1.5 kΩ；②电路图以及实物连线如图；(2)若电流表读数为I ，因R 1＝R A ，则通过电源的电流为2I ；由闭合电路欧姆定律：E ＝2I ⎝⎛⎭⎫r ＋R 0＋12R A ＋R ，即1I ＝2E ⎝⎛⎭⎫r ＋R 0＋12R A ＋2E R ，则2E ＝k ；2E ⎝⎛⎭⎫r ＋R 0＋12R A ＝b ，解得E ＝2k ，r ＝b k －R 0－12R A ．。