【物理】2020届一轮复习人教版实验题高分练三　电学基本作业（山东专用）

【物理】2020届一轮复习人教版实验题高分练三　电学基本作业（山东专用）

选择题快速练三　电学基本 ‎1.一细而均匀的导电材料,截面为同心圆环,如图a所示,此材料长约3 cm,电阻约为100 Ω,已知这种材料的电阻率为ρ。欲测量该样品的内径,但内径太小,无法直接测量。现提供以下实验器材:‎ A.20分度的游标卡尺;‎ B.螺旋测微器;‎ C.电流表A1(量程0~50 mA,内阻r1=100 Ω);‎ D.电流表A2(量程0~100 mA,内阻r2约为40 Ω);‎ E.滑动变阻器R(0~10 Ω,额定电流2 A);‎ F.直流电源E(电动势为12 V,内阻很小);‎ G.上述导电材料R2(长约为3 cm,电阻约为100 Ω);‎ H.开关一只,导线若干。 ‎ 请用上述器材设计一个尽可能精确地测量该样品内径d的实验方案,回答下列问题:‎ ‎(1)用游标卡尺测得该样品的长度如图b所示,其示数L=　　　　cm,用螺旋测微器测得该样品的外径如图c所示,其示数D=　　　　mm。 ‎ ‎(2)在所给的方框中画出设计的实验电路图,并标明所选择器材的物理量符号。‎ ‎(3)用已知的物理量和所测得的物理量的符号表示样品的内径d=　　　　。 ‎ 答案　(1)3.015　3.205　(2)图见解析 ‎(3) ‎D‎2‎‎-‎‎4ρL(I‎2‎-I‎1‎)‎πI‎1‎r‎1‎ 解析　(1)由游标卡尺主尺读得30 mm,游标尺上第3条刻度线与主尺刻度线对齐,则该样品的长度L=30 mm+0.15 mm=30.15 mm=3.015 cm。螺旋测微器固定刻度上分度值为0.5 mm,可动刻度每旋转一圈,测微螺杆前进或后退0.5 mm,由固定刻度读得3 mm,由可动刻度读得0.205 mm,该样品的外径为3 mm+0.205 mm=3.205 mm。‎ ‎(2)采用分压式电路,用已知内阻的电流表A1作为电压表,电流表A2外接可以消除系统误差。电路图如图所示。‎ ‎(3)由测量时两电流表读数可得待测电阻R2=I‎1‎r‎1‎I‎2‎‎-‎I‎1‎。‎ 样品横截面积S=π(D‎2‎-d‎2‎)‎‎4‎,由电阻定律可得R2=ρLS,联立解得样品的内径d=D‎2‎‎-‎‎4ρL(I‎2‎-I‎1‎)‎πI‎1‎r‎1‎。‎ ‎2.实验室备有以下器材:电压传感器、电流传感器、滑动变阻器R1(阻值变化范围0~20 Ω)、滑动变阻器R2(阻值变化范围0~1 000 Ω)、电动势适当的电源、小灯泡(4 V,2 W)、开关、导线若干。‎ ‎(1)要完整地描绘小灯泡的U-I曲线,请在方框中画出实验电路图,并标出所用滑动变阻器的符号。‎ ‎(2)实验中描绘出的小灯泡U-I曲线如图甲所示,由图可知,小灯泡灯丝电阻随温度升高而　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 ‎ 甲 ‎(3)如果用上述器材测量所给电源的电动势和内电阻,实验电路如图乙所示,图中R0是阻值为9 Ω的保护电阻,实验中测得多组数据并记录在下表中,试在图甲中画出等效电源的U-I图像,由图像可求出电源自身内阻约为　　　　Ω。 ‎ 序号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ U/V ‎4.00‎ ‎3.40‎ ‎2.80‎ ‎2.00‎ ‎1.50‎ ‎0.80‎ I/A ‎0.20‎ ‎0.25‎ ‎0.33‎ ‎0.40‎ ‎0.46‎ ‎0.52‎ ‎(4)若将上述小灯泡直接与电源和保护电阻组成串联电路,如图丙所示,此时小灯泡消耗的电功率约为　　　　W。 ‎ 答案　(1)图见解析　(2)增大　(3)图见解析　1　(4)0.82‎ 解析　(1)描绘灯泡的伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化,滑动变压器要采用分压式接法,由于灯泡的阻值较小,电流传感器应采用外接法,电路图如图所示。‎ ‎(2)由题图甲所示的灯泡的U-I图像可知,随电压和电流的增大,灯泡的实际功率增大,灯丝温度升高,电压与电流的比值增大,由此可知,灯泡灯丝电阻随温度升高而增大。‎ ‎(3)根据表中数据作出电源的U-I图像如图中直线所示,由图示图像可知,电源内阻r=ΔUΔI-R0=‎6‎‎0.6‎ Ω-9 Ω=1 Ω。‎ ‎(4)由上图可知,灯泡直接与电源和保护电阻组成串联电路时,灯泡两端电压约为2.1 V,电流约为0.39 A,灯泡的电功率为P=UI≈2.1×0.39 W≈0.82 W。‎ ‎3.指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器。‎ 图甲 ‎①如图甲所示为某同学设计的多用电表的原理示意图。虚线框中S为一个单刀多掷开关,通过操作开关,接线柱B可以分别与触点1、2、3接通,从而实现使用多用电表测量不同物理量的不同功能。关于此多用电表,下列说法中正确的是　　　　。(选填选项前面的字母) ‎ A.当S接触点1时,多用电表处于测量电流的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔 B.当S接触点2时,多用电表处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔 C.当S接触点2时,多用电表处于测量电阻的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔 D.当S接触点3时,多用电表处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是红表笔 ‎②用实验室的多用电表进行某次测量时,指针在表盘的位置如图乙所示。‎ 图乙 A.若所选挡位为直流50 mA挡,则示数为　　　mA。 ‎ B.若所选挡位为电阻×10 Ω挡,则示数为　　　Ω。 ‎ ‎③用表盘为图乙所示的多用电表正确测量了一个约15 Ω的电阻后,需要继续测量一个阻值约2 kΩ的电阻。在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前,请选择以下必须的步骤,并按操作顺序逐一写出步骤的序号:　　　。 ‎ ‎　　A.将红表笔和黑表笔接触 B.把选择开关旋转到“×100”位置 C.把选择开关旋转到“×1 k”位置 D.调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点 ‎④某小组同学们发现欧姆表的表盘刻线不均匀,分析在同一个挡位下通过待测电阻的电流I和它的阻值Rx关系,他们分别画出了如图所示的几种图像,其中可能正确的是　　　　　。 ‎ 答案　①AC　②22.0(22也可以)　1.9×102 (190)　③BAD　④AC 解析　①由欧姆挡自带电源知开关接触点2时为欧姆挡位,电流从红表笔进入电表,从黑表笔流出电表,所以B接的是黑表笔。开关接触点1时,G和R1并联,多用电表处于测量电流的挡位。开关接触点3时,G和R2串联,多用电表处于测量电压的挡位。‎ ‎②50 mA挡的分度值为1 mA,按‎1‎‎10‎估读法可读得结果为21.0 mA。欧姆挡的表盘示数为19.0 Ω,选用倍率为“×10”,故测量结果为1.9×102 Ω。‎ ‎③测量2 kΩ的电阻时需换用“×100”倍率,每换一次倍率均需进行一次欧姆调零,故操作顺序为BAD。‎ ‎④由欧姆定律有I=ERx‎+‎RΩ,Rx趋向于无穷大时,电流趋近于0,C正确,D错误。由‎1‎I=‎1‎ERx+RΩE知,‎1‎I-Rx图线是一条直线,且纵截距大于0,A正确,B错误。‎ 实验题高分练四　电学创新 ‎1.实验室为了测量阻值约为几百欧姆的电阻的阻值,小勇利用如下的实验器材改装成了一个简易欧姆表。‎ A.满偏电流为Ig=500 μA、内阻为Rg=1 000 Ω的电流计G B.内阻可忽略不计的电动势为1.5 V的干电池E C.可调范围在0~99.99 Ω的电阻箱R1‎ D.可调范围在0~999.9 Ω的电阻箱R2‎ E.可调范围在0~100 Ω的滑动变阻器R3‎ F.可调范围在0~10 00 Ω的滑动变阻器R4‎ G.开关和导线若干 请回答下列问题:‎ ‎(1)小勇通过分析可知,该电流计的内阻过大,导致误差较大,因此小勇首先将该电流计G改装成量程为0~3 mA的电流表,则电流计G应　　　　(选填“串联”或“并联”)电阻箱　　　(选填“R1”或“R2”),且应把电阻箱调至　　　　Ω; ‎ ‎(2)完成操作(1)后,小勇利用改装后的电流表改装成了满足题中要求的欧姆表,使指针位于表盘中央刻度时,对应被测电阻的阻值为500 Ω,请将设计的电路补充完整,并标出相应符号,其中A为　　　　(选填“红”或“黑”)表笔; ‎ ‎(3)利用该欧姆表测量一未知电阻时,电流计G的读数为200 μA,则该电阻的阻值约为　　　　Ω。(结果取整数) ‎ 答案　(1)并联　R2　200.0　(2)如图所示　红　(3)750‎ 解析　(1)将电流计改装成量程为0~3 mA的电流表时,应并联一电阻,该电阻的阻值为R=IgRgI-‎Ig=200 Ω,即应并联电阻箱R2,且应把电阻箱调至200.0 Ω;‎ ‎(2)改装后的电流表的内阻为R内=IgRgI=‎500×1‎0‎‎-6‎×1×1‎‎0‎‎3‎‎3×1‎‎0‎‎-3‎ Ω=‎500‎‎3‎ Ω,如果要求改装后电流表的示数为1.5 mA时对应被测电阻的阻值为500 Ω,则需串联一阻值为R'=‎1.5V‎1.5mA-‎500‎‎3‎ Ω-500 Ω≈333 Ω的电阻,因此选用滑动变阻器R4,电路设计如答案图所示;‎ ‎(3)改装后电流表量程为改装前电流计量程的6倍,当电流计的读数为200 μA,电路中的电流为I=200 μΑ×6=1.2 mA,则待测电阻的阻值为Rx=‎1.5V‎1.2mA-‎500‎‎3‎ Ω-333 Ω≈750 Ω。‎ ‎2.热敏电阻包括正温度系数电阻器(PTC)和负温度系数电阻器(NTC)。正温度系数电阻器(PTC)在温度升高时电阻值增大,负温度系数电阻器(NTC)在温度升高时电阻值减小,热敏电阻的这种特性,常常应用在控制电路中。某实验小组选用下列器材探究通过热敏电阻Rx(常温下阻值约为10.0 Ω)的电流随其两端电压变化的特点。‎ A.电流表A1(量程0~100 mA,内阻约1 Ω)‎ B.电流表A2(量程0~0.6 A,内阻约0.3 Ω)‎ C.电压表V1(量程0~3.0 V,内阻约3 kΩ)‎ D.电压表V2(量程0~15.0 V,内阻约10 kΩ)‎ E.滑动变阻器R(最大阻值为10 Ω)‎ F.滑动变阻器R'(最大阻值为500 Ω)‎ G.电源E(电动势15 V,内阻可忽略)‎ H.开关、导线若干 ‎(1)实验中改变滑动变阻器滑片的位置,使加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大,请在所提供的器材中选择必需的器材,应选择的器材为电流表　　　　;电压表　　　　;滑动变阻器　　　　。(只需填写器材前面的字母即可) ‎ ‎(2)请在所提供的器材中选择必需的器材,在虚线框内画出该小组设计的电路图。‎ ‎(3)该小组测出热敏电阻R1的U-I图线如图甲中曲线Ⅰ所示。请分析说明该热敏电阻是　　　。(填“PTC”或“NTC”) ‎ ‎(4)该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻R2的U-I图线如图甲中曲线Ⅱ所示。然后又将热敏电阻R1、R2分别与某电池连成如图乙所示电路,测得通过R1和R2的电流分别为0.30 A和0.60 A, 则该电池组的电动势为　　　　V,内阻为　　　　Ω。(结果均保留三位有效数字) ‎ ‎　　　甲　　　　　　　　　　　　乙 答案　(1)B　D　E　(2)如图所示 ‎(3)PTC　(4)10.0(9.60~10.4)　6.67(6.00~8.00)‎ 解析　(1)由于实验要求电压从零调,所以变阻器应采用分压式接法,变阻器应选择阻值较小的E以方便调节;根据电源电动势为15 V可知电压表应选D;常温下当I=0.6 A时U=IR=6 V<15 V,由此可见,为了得到多组数据,电流表应选B。‎ ‎(2)由于热敏电阻的阻值远小于电压表内阻,所以电流表应用外接法,又变阻器采用分压式接法,电路图如答案图所示。‎ ‎(3)根据U=RI,可知图象上的点与原点连线的斜率等于待测电阻的阻值大小,从图线Ⅰ可知线上各点与原点连线的斜率逐渐增大,所以电阻随电压(温度)的增大而增大,即该电阻是正温度系数电阻器,所以该热敏电阻是PTC。‎ ‎(4)根据闭合电路欧姆定律,接R1时有E=U1+I1r,接R2时有E=U2+I2r,再根据U-I图象可读出I1=0.3 A时对应的电压U1=8.0 V,当I2=0.6 A时对应的电压U2=6.0 V,联立以上两式解得E=10.0 V,r=6.67 Ω。‎ ‎3.某实验小组的同学,设计了图甲所示的电路图,既可以用来测量电压表的内阻,也可以用来测量电源的电动势和内阻。实验器材有:电源E,电压表V,电阻箱R1(0~9 999 Ω),滑动变阻器R2,一个单刀双掷开关S,导线若干。‎ ‎(1)实验首先测量电压表内阻,实验步骤如下:‎ ‎①将滑动变阻器R2的滑片滑至最左端,同时将电阻箱R1阻值调至0。‎ ‎②将开关接向1,调节R2的滑片,直至电压表满偏。‎ ‎③保持R2不变,调节R1阻值,使电压表示数达满偏刻度的‎1‎‎3‎,读出此时电阻箱的阻值记为R,则电压表的内阻RV=　。 ‎ ‎④通过上述方法得到电压表的内阻测量值　　　真实值。(选填“大于”或“小于”) ‎ ‎(2)接下来测量电源的电动势和内阻。为了保护电路,该小组同学又在电路中加上了保护电阻R0=25 Ω,如图乙所示,实验步骤如下:‎ ‎①将滑动变阻器R2的滑片滑至最左端,不再移动,同时将电阻箱R1阻值调至0。‎ ‎②将开关接向2,记下电压表读数为3 V。‎ ‎③改变电阻箱R1接入电路的电阻值,读取电压表对应的示数U。‎ ‎④根据读取的多组数据,小组同学画出了图丙所示的图像,图中虚线是图中曲线的渐近线。‎ ‎⑤根据该图像及测得数据,可求得该电源的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω。(保留两位有效数字) ‎ 答案　(1)③‎1‎‎2‎R　④大于　(2)⑤9.0　50‎ 解析　(1)③保持R2不变,调节R1阻值,使电压表示数达满偏刻度的‎1‎‎3‎,此时电阻箱两端分得电压为满偏刻度的‎2‎‎3‎,由电路的连接方式可知电压表的内阻RV=R‎2‎。④由于电阻箱电阻的接入导致电阻箱两端的电压偏大,所以电压表的内阻测量值大于真实值。‎ ‎(2)在测量电源的电动势和内阻实验中,由题图乙电路图可知调节R2的滑片滑至最左端不再移动,同时调节电阻箱R1阻值为0,将开关接向2,电压表读数为3 V,即保护电阻两端的电压。由题图丙可知,电源电动势为9.0 V,所以电源内阻为2R0=50 Ω。‎