专题18+电学实验-备战2019高考物理专项攻关高分秘籍

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高考考纲中共涉及到这几个实验，即测量金属的电阻率、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测定电源的电动势和内阻、练习使用多用电表和传感器的简单使用，其中测量金属的电阻率涉及到螺旋测微器和游标卡尺的读数，描绘小灯泡伏安特性曲线涉及到电路的连接和电表的选择，测定电源电动势和内阻涉及到闭合回路的欧姆定律以及多用表的使用，知识点较多，需要我们仔细梳理，认真掌握。‎ ‎【备考建议】‎ ‎【经典例题】‎ 实验一 测量导体的电阻率　‎ ‎【典例1】(2018·开封模拟)在“测定金属的电阻率”的实验中，某同学所测的金属导体的形状如图甲所示，其横截面为空心的等边三角形，外等边三角形的边长是内等边三角形边长的2倍，内三角形中空。为了合理选用器材设计测量电路，他先用多用电表的欧姆挡“×1”按正确的操作步骤粗测其电阻，指针如图乙，则读数应记为________Ω。 ‎ 现利用实验室的下列器材，精确测量它的电阻R，以便进一步测出该材料的电阻率ρ：‎ A．电源E(电动势为3 V，内阻约为1 Ω)‎ B．电流表○ (量程为0～0.6 A，内阻r1 约为1 Ω)‎ C．电流表○ (量程为0～0.6 A，内阻r2＝5 Ω)‎ D．最大阻值为10 Ω的滑动变阻器R0‎ E．开关S，导线若干 ‎(1)请在图丙虚线框内补充画出完整、合理的测量电路图。‎ ‎(2)先将R0调至最大，闭合开关S，调节滑动变阻器R0，记下各电表读数，再改变R0进行多次测量。在所测得的数据中选一组数据，用测量量和已知量来计算R时，若○ 的示数为I1，○ 的示数为I2，则该金属导体的电阻 R＝________。 ‎ ‎(3)该同学用直尺测量导体的长度为L，用螺旋测微器测量了外三角形的边长a。测边长a时，螺旋测微器读数如图丁所示，则a＝______mm。用已经测得的物理量I1、I2、L、a及题中所给物理量可得到该金属材料电阻率的表达式为ρ＝________。‎ ‎ ‎ ‎(3)螺旋测微器读数a＝5.5 mm＋0.01 mm×16.5＝5.665 mm；导体的截面积为S＝a2－2＝a2，则根据欧姆定律R＝ρ，解得ρ＝。‎ ‎【参考答案】(1)见解析图　(2) ‎(3)5.665(5.663～5.667均可)　 ‎ ‎【典例2】（2017辽宁重点中学协作体5月模拟）某同学用图甲所示电路测量一段金属丝的电阻率，待测金属丝粗细均匀，阻值约为100Ω。备选器材如下：‎ A．量程为5mA、内阻r1=50Ω的电流表 B．量程为0.6A、内阻r2=0.2Ω的电流表 C．量程为6V、内阻r3约为15kΩ的电压表 D．最大阻值为15Ω、最大允许电流为2A的滑动变阻器 E．定值电阻R1=5Ω F．定值电阻R2=500Ω G．电动势E=6V、内阻很小的直流电源 H．开关一个，导线若干 I．螺旋测微器，刻度尺 ‎（1）该同学用螺旋测微器测量待测金属丝的直径如图乙所示，则螺旋测微器的示数D= mm。‎ ‎（2）为了能尽可能精确地测量该金属丝的电阻率，电流表应选用 （填“A”或“B”），定值电阻应选用 （填“E”或“F”）。‎ ‎(3)电压表的示数记为U，所选用电流表的示数记为I，则该金属丝的电阻的表达式Rx= ；若用刻度尺测得待测电阻丝的长度为L，则其电阻率的表达式为ρ= （表达式中所用到的阻值必须用对应的电阻符号表示，不得直接用数值表示）‎ ‎【参考答案】（1）5.898（3分），（2）.A E（2分），‎ ‎(3).（2分）， （2分）‎ ‎【典例3】(2017·全国Ⅱ卷,23)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100 μA,内阻大约为2 500 Ω)的内阻.可使用的器材有:两个滑动变阻器R1,R2(其中一个阻值为20 Ω,另一个阻值为2 000 Ω);电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 Ω);电源E(电动势约为1.5 V);单刀开关S1和S2.C,D分别为两个滑动变阻器的滑片.‎ ‎(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线.‎ ‎ (2)完成下列填空:‎ ‎①R1的阻值为　　　 　Ω(填“20”或“2 000”). ‎ ‎②为了保护微安表,开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的　　　 .端(填“左”或“右”)对应的位置;将R2的滑片D置于中间位置附近. ‎ ‎③将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 Ω,接通S1.将R1的滑片置于适当位置,再反复调节R2的滑片D的位置,最终使得接通S2前后,微安表的示数保持不变,这说明S2接通前B与D所在位置的电势　　　　(填“相等”‎ 或“不相等”). ‎ ‎④将电阻箱Rz和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将Rz的阻值置于2 601.0 Ω时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变.待测微安表的内阻为　 .‎ Ω(结果保留到个位). ‎ (3) 写出一条提高测量微安表内阻精度的建议:　 ‎ ‎1‎ ‎(3)为了提高测量精度,调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程。‎ 实验二 描绘小电珠的伏安特性曲线 ‎【典例4】（2017全国理综I） 某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡L（额定电压3.8V，额定电流0.32A）：电压表V（量程3V，内阻3k）;电流表A（量程0.5A,内阻0.5）;固定电阻（阻值1000）；滑动变阻器R（阻值0~9.0）；电源E（电动势5V，内阻不计）；开关S；导线若干。‎ （1） 实验要求能够实现在0~3V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图。‎ （2） 实验测得小灯泡伏安特性曲线如图（a）所示。‎ 由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________（填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率______（填“增大”“不变”或“减小”）。‎ ‎（3）用另一电源（电动势4V，内阻1.00）和题给器材连接成图（b）所示的电路。调节滑动变阻 器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为_____W，最大功率为_______W.（结果均保留两位小数）‎ ‎【参考答案】（1）电路如图。（4分）‎ ‎（2）增大 （1分） 增大（1分）‎ ‎（3）0.39W，（2分）1.17W（2分）‎ 当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时，在图（a）中画出电源（电动势4V，内阻1.00）的伏安特性曲线，如图中曲线II所示，与小灯泡伏安特性曲线的交点即为电路工作点，该点纵横坐标值的乘积等于小灯泡的最大功率，最大功率为Pmax=UI=3.62×0.318=1.17W。‎ ‎【典例5】．(2016·河北邯郸一模)(9分)某同学通过实验研究小灯泡的电压与电流的关系，除小灯泡外，可用的器材如下：‎ A．电源(电动势3 V，内阻为1.5 Ω)‎ B．电压表(0～3 V，内阻约为10 kΩ)‎ C．电流表(0～0.6 A，内阻约为5 Ω)‎ D．滑动变阻器(0～50 Ω，额定电流0.4 A)‎ E．滑动变阻器(0～10 Ω，额定电流1.0 A)‎ F．电键S，导线若干 ‎(1)实验中移动滑动变阻器滑片，得到了小灯泡的U－I图象如图甲所示，则可知小灯泡的电阻随电压增大而________(填“增大”、“减小”或“不变”‎ ‎)；实验时应选用的滑动变阻器为________。(填器材前的字母序号)‎ ‎(2)根据图甲，将图乙实验电路中缺少的导线补全(其中电流表和电压表分别测量小灯泡的电流和电压)。‎ ‎(3)若某次连接时，把AB间的导线误接在AC之间，合上电键，任意滑动滑片发现都不能使小灯泡完全熄灭，则此时的电路中，小灯泡可能获得的最小功率是________W。(本问中电压表和电流表均视为理想电表，结果保留2位有效数字)‎ ‎【名师解析】(1)由图象可知，图象的斜率表示电阻，根据欧姆定律R＝知，小灯泡的电阻随电压增大而增大；由图可知，测量电流的最大值约为0.5 A，故滑动变阻器只能选择E; ‎ ‎(2)根据原理可得出对应的实物图，如图所示； ‎ ‎【参考答案】(1)增大　E　(2)如解析图所示　(3)0.56　(0.54～0.58都对)‎ ‎【典例6】(2018·甘肃天水检测)某同学用如图(甲)所示的电路,描绘标有“3.8 V　‎ ‎0.3 A ”的小灯泡灯丝电阻R随电压U变化的图像.除了导线和开关外,有以下一些器材可供选择:‎ 电流表:A1(量程100 mA,内阻约2 Ω)‎ A2(量程0.6 A,内阻约0.3 Ω)‎ 电压表:V1(量程5 V,内阻约5 kΩ )‎ V2(量程15 V,内阻约15 Ω )‎ 滑动变阻器:R1(最大阻值约为100 Ω)‎ R2(最大阻值约为10 Ω)‎ 电源E(电动势为4 V,内阻约为0.04 Ω),开关S,导线若干.‎ ‎(1)为了调节方便,测量准确, 实验中应选用电流表　　　　,电压表　　　　,滑动变阻器　　　　(选填器材前的字母代号). ‎ ‎(2)根据实验数据,计算并描绘出R-U的图像如图(乙)所示.由图像可知,此灯泡在所加电压为3.00 V时,灯丝电阻为　　 Ω,灯泡实际消耗的电功率为　 　W. ‎ ‎(3)根据R-U图像,可确定小灯泡的电功率P与外加电压U的示意图,最接近(丙)中的　　　　. ‎ ‎(3)由P=知,U=0时P=0,选项B,D错误;P随U的增大而增大,选项A正确,C错误. ‎ 实验三测定电源的电动势和内阻 ‎【典例7】(2018·甘肃民乐一中模拟)电动自行车的电瓶用久以后性能会下降，表现之一为电池的电动势变小，内阻变大。某兴趣小组将一辆旧电动自行车充满电，取下四块电池，分别标为A、B、C、D，测量它们的电动势和内阻。‎ ‎(1)用多用电表直流电压50 V挡测量每块电池的电动势。测量电池A时，多用电表的指针如图甲所示，其读数为________V。‎ ‎(2)用图乙所示电路测量A、B、C、D四块电池的电动势E和内阻r，图中R0为保护电阻，其阻值为5 Ω。改变电阻箱的阻值R，测出对应的电流I，根据测量数据分别作出A、B、C、D四块电池的R图线，如图丙。由图线C可知电池C的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。‎ ‎(3)分析图丙可知，电池________(选填“A”“B”“C”或“D”)最优。‎ ‎(3)电动势大、内阻小的电源最优，由题图丙可知图线C代表的电源电动势最大，内阻最小，因此最优。‎ ‎【参考答案】(1)11.0　(2)12　1　(3)C ‎【典例8】（2018开封质检）用下列器材组装一个电路，要求既能测量出电池组的电动势和内阻r，又能同时描绘一定范围内小灯泡的电流与电压的变化关系。‎ A．电压表V1(量程6V，内阻很大)‎ B．电压表V2(量程3V，内阻很大)‎ C．电流表A(量程3A，内阻很小)‎ D．滑动变阻器R（最大阻值10Ω，额定电流4A）‎ E．小灯泡（2A，5W）‎ F．电池组（电动势E，内阻r）‎ G．开关一只，导线若干 实验时，调节滑动变阻器的阻值，多次测量后发现：若电压表V1的示数增大，则电压表V2的示数减小。‎ ‎（1）请将设计的实验电路图在虚线框中补充完整。‎ ‎（2）每一次操作后，同时记录电流表A、电压表V1和电压表V2的示数，组成两组坐标，标到坐标系中，经过多次测量，最后描绘出两条图线，如图所示，则电池组的电动势E= ，内阻r= 。（结果保留两位有效数字）‎ ‎（3）在坐标系中两条图线在P点相交，此时滑动变阻器连入电路的阻值应为 。‎ ‎【参考答案】（1） 如右图所示 （3 分） （2） 4.5V （2 分） 1.0Ω（2 分） （3） 0Ω（2 分）‎ ‎【名师解析】（1）要测量电池的电动势和内阻，需要接入滑动变阻器，考虑到还要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要将小灯泡和电压表并联接入，所以电路如图所示。‎ ‎【典例9】（2018广东湛江调研）某研究小组收集了两个电学元件：电阻R0（约为5Ω）和旧电池（电动势约为3V）。实验室备有如下器材：‎ A．直流电压表V1、V2（量程均为3V，内阻均约为3kΩ）‎ B．电流表A（量程300mA，内阻为5Ω）‎ C．滑动变阻器R1，最大阻值为20‎ D．开关S一只，导线若干 ‎（1）为了尽量准确测定电阻R0的阻值，小组设计了一个电路，如图所示为其对应的实物图，请用笔画线代替导线将实物连线补充完整。‎ ‎（2）为测量电池的电动势E和内阻r，小组设计了如图乙所示的电路图。某次实验中电压表的示数如图丙所示，则电压表读数是 V.‎ ‎（3）根据图乙所示的电路图，分别用E、r、R0表示电源的电动势、内阻和定值电阻值，则U1与U2的函数关系式为 。实验中移动滑动变阻器触头，读出直流电压表V1、V2的多组数据U1、U2，描出U1——U2图象如图丁所示，图中直线的斜率为k，与横轴的截距为b， 则电源的电动势E= ，内阻r= （用k、b、R0表示） 。‎ ‎【参考答案】（9分）‎ （1） 如右图。（2分）‎ ‎（2）2.24~2.26（2分）‎ ‎（3）U1=U2- （2分） ‎ ‎（2分） （2分） ‎ ‎（3）对图乙所示电路，根据闭合电路欧姆定律，E=U2+Ir，I=，两式联立解得：U1=U2- 。U1——U2图象的斜率k=，解得电池内阻r=；由U2- =0得U1——U2图象在横轴的截距b=，解得：电池电动势E=。‎ 实验四 练习使用多用电表 ‎【典例10】（2018云南建水四校联考）如图所示为多用电表的刻度盘．若选用倍率为“×100”的电阻挡测电阻时，表针如图所示，则：‎ ‎(1)所测电阻的阻值为________Ω；如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104Ω的电阻，为了使测量结果比较精确，应选用的欧姆挡是________(选填“×10”，“×100”或“×1 k”)．‎ ‎(2)用此多用电表进行测量，当选用量程为50 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为______mA；当选用量程为250 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________mA.‎ ‎(3)当选用量程为10 V的电压挡测量电压时，表针也指于图示位置，则所测电压为_____V.‎ ‎【参考答案】(1)1.5×103　×1 k　(2)30.8(30.7～30.9都正确)154　(3)6.1‎ ‎【典例11】（2018中原名校联盟质检））在物理课外活动中，某同学制作了一个简单的多用电表，图甲为电表的电路图．已知选用的电流表内阻Rg＝10Ω，满偏电流Ig＝10mA，当选择开关接“3”时量程为250V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据没有标出．‎ ‎（1）若指针指在图乙所示位置，选择开关接“l”时其读数为___________；选择开关接“3”时其读数为____________．‎ ‎（2）为了测该多用电表电阻挡的内阻和表内电源的电动势，该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____________，调节R1的阻值使电表指针满偏；‎ ‎②将电表红、黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使电表指针指C处，此时电阻箱的示数如图丙所示，则C处刻度应为__________Ω．‎ ‎③计算得到多用电表内电源的电动势为___________V．（保留两位有效数字） ‎ ‎④调零后，将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，若指针指在图乙所示位置，则待测电阻的阻值为 ‎___________Ω．（保留两位有效数字）‎ ‎【参考答案】（1）6.8 mA 170 V （2）①短接 ②150 ③1.5 ④71 每空 1 分 ‎ ‎【典例12】（2018湖南长郡中学实验班选拔考试）某同学要测量一个由新材料制成的均匀圆柱体的电阻率，步骤如下：‎ ‎（1）用螺旋测微器测量其直径如图甲所示，可知其直径为 mm；‎ ‎（2）游标卡尺测量其长度如图乙所示，可知其长度为 mm；‎ ‎（3）在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时，下列说法正确的是 ；‎ A．双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏大 B．测量时发现指针偏转角度过大，则必需减小倍率，重新调零后再进行测量 C．选择“×1”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于25‎ ‎（4）选用多用电表的欧姆挡的“×1”挡，按正确的操作步骤测量圆柱体的电阻，表盘的示数如图所示，则该电阻的阻值约为 ；‎ ‎（5）为更精确地测量其电阻，要求待测电阻的电压从零开始可以连续调节，可供选择的器材如下：‎ 电流表A1（量程0～300mA，内阻约2）；‎ 电流表A2（量程0～150mA，内阻约10）；‎ 电压表V1（量程0～1V，内阻r=1000）；‎ 电压表V2（量程0～15V，内阻约为3000）；‎ 定值电阻R0（内阻为2000）；‎ 滑动变阻器R1（最大阻值5）；‎ 滑动变阻器R2（最大阻值1000）；‎ 电源E（电动势约为4V，内阻r约为1）；‎ 开关，导线若干。‎ 为了使测量尽量准确，测量时电表读数不得小于其量程的，电压表V2量程太大，电压表V1量程太小，因此可以把电压表V1与定值电阻R0 联（填“串”或“并”），增大其量程进行实验；电流表应选 ，滑动变阻器应选 （选填代号）。‎ ‎【参考答案】（1）2.150（1分）（2）60.15（1分） （3）BC（2分） ‎ ‎（4）22.0（1分） （5）串 A1 R1（3分）‎ ‎（4）选用多用电表的欧姆挡的“×1”挡，按正确的操作步骤测量圆柱体的电阻，表盘的示数如图所示，根据欧姆表读数规则，则该电阻的阻值约为22.0；‎ ‎（5）为更精确地测量其电阻，要求待测电阻的电压从零开始可以连续调节，电路要设计成滑动变阻器分压接法，滑动变阻器应选阻值范围较小的滑动变阻器R1（最大阻值5）；可以把电压表V1与定值电阻R0串联，增大其量程进行实验；由于电源电压为4V，该电阻的阻值约为22.0，电流表应选电流表A1（量程0～300mA，内阻约2）。‎ 实验五 传感器的简单使用 ‎【典例13】（2018福建质检）某同学要把电压表改装成可直接测量压力的仪表，设计的电路如图（a）所示。实验器材如下：待改装电压表（量程0 ~ 3 V，可视为理想电压表），定值电阻R0，压敏电阻Rx ‎，电源（4 V，内阻不计），开关S，导线。选用的压敏电阻阻值Rx随压力F变化的规律如图（b）。‎ ‎（1）实验中随着压力F的增大，电压表的示数__________。（填“变大”“不变”或“变小”） ‎ ‎（2）为使改装后仪表的量程为0 ~ 160 N，且压力160 N对应电压表3 V刻度，则定值电阻阻值R0 =__________Ω，压力0 N对应电压表__________V刻度。‎ F R0‎ V Rx Rx / Ω ‎80‎ ‎160‎ ‎240‎ ‎320‎ ‎400‎ 图（b）‎ F/N ‎0‎ ‎40‎ ‎80‎ ‎120‎ ‎160‎ ‎200‎ ‎（3）他发现这样改装后的仪表压力刻度分布不均匀，想进一步把（2）中的压力刻度改成均匀分布，应选用另一压敏电阻，其阻值Rx随压力F变化的关系式为__________。‎ ‎【参考答案】（1）变大 （2）240 1.5 （3） ‎ ‎【考查内容】本题以“传感器的简单应用”实验为基础，理解改装电表原理。主要考查闭合电路欧姆定律、电阻的串联、并联等知识。主要考查实验能力，要求能把电压表改装成可直接测量压力的仪表的实验原理和方法，能运用已学过改装电表的原理和方法去处理新的问题，制定解决新问题的方案。体现设计实验与制订方案等物理核心素养的考查。‎ 压力F的关系式为Rx = 400-2F，代入U = 可得U 与F的关系式为U = ，这样改装后的仪表压力刻度分布是不均匀的。为了使压力刻度分布均匀，则应另选用压敏电阻，而且仍然要满足量程为0 ~ 160 N，F=0 N标在1.5 V刻度，F=160 N标在3 ‎ V刻度。由于电压表的电压刻度是均匀分布的，所以电压和压力一定要满足线性关系，设U =kF+b，由F1=0 N时、U1=1.5 V，F2=160 N时、U2=3 V可得b=1.5，k = ，又U = = ，解得。本题的解题关键是会根据闭合电路欧姆定律结合图像进行分析，理解压力表的改装原理，明确电压表读数和压力大小成线性关系的数学表达形式，能解出正确的结果。‎ ‎【典例14】（2017·江苏卷）某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约为20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示 ‎（1）提供的实验器材有：电源E1（3 V，内阻不计）、电源E2（6 V，内阻不计）、滑动变阻器R1（0~200Ω）、滑动变阻器R2（0~500Ω）、热敏电阻Rt，继电器、电阻箱（0~999.9 Ω）、开关S、导线若干。‎ 为使该装置实现对30~80℃之间任一温度的控制，电源E应选用 （选填“E1”或“E2”），滑动变阻器R应选用 （选填“R1”或“R2”）。‎ ‎（2）实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图11-2图所示的选择开关旋至 （选填“A”、“B”、“C”或“D”）‎ ‎（3）合上开关S，用调节好的多用电表进行排查，在题11-1图中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针 （选填“偏转”或“不偏转”），接入a、c时指针 （选填“偏转”或“不偏转”）。‎ ‎（4）排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，下列操作步骤正确顺序是 。（填写各步骤前的序号）‎ ‎①将热敏电阻接入电路 ‎②观察到继电器的衔铁被吸合 ‎③断开开关，将电阻箱从电路中移除 ‎④合上开关，调节滑动变阻器的阻值 ‎⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω ‎【参考答案】（1）E2 R2 （2）C （3）不偏转 偏转 （4）⑤④②③①‎ ‎（3）若只有b、c间断路，表笔接入a、b时，整个回路断路，电表指针不偏转。表笔接入a、c时，电流流经电表，故指针偏转。‎ ‎（4）当温度为50°时，热敏电阻阻值为Rt =108.1Ω，断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω，合上开关，调节滑动变阻器的阻值，观察到继电器的衔铁被吸合，断开开关，将电阻箱从电路中移除，将热敏电阻接入电路，即排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，操作步骤正确顺序是⑤④②③①。‎