高考物理专题电学实验

高考物理专题电学实验

‎2019年高考物理专题 专题17 电学实验 ‎1.（2017全国卷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3.8 V，额定电流0.32 A）；电压表V（量程3 V，内阻3 kΩ）；电流表（量程0.5 A，内阻0.5 Ω）；固定电阻R0（阻值1 000 Ω）；滑动变阻器R（阻值0~9.0 Ω）；电源E（电动势5 V，内阻不计）；开关S；导线若干.‎ ‎（1）实验要求能够实现在0~3.8 V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）实验测得该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E0（电动势4 V，内阻1.00 Ω）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2位小数）‎ 答案：（1）‎ ‎ ‎ ‎（2）增大 增大 （3）0.39 1.17‎ 解析：本题主要考查研究小灯泡的伏安特性实验，利用伏安特性曲线计算实际功率及其相关 的知识点. (1)要实现在0~3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，则滑动变阻器需要设计成分压接法；电压表应与固定电阻R0串联，将量程改为4 V.由于小灯泡正常发光时电阻约为12 Ω，所以需将电流表外接.(2)由小灯泡伏安特性曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻增大.根据电阻定律可知，灯丝的电阻率增大.（3）当滑动变阻器的阻值为9 Ω时，电路电流最小，灯泡实际功率最小，此时E=U+I（r+R）得U=–10I+4，在图中作出该直线如左图所示，交点坐标约为U=1.75 V，I=225 mA，P1=UI=0.39 W；整理得：，当直线的斜率最大时，与灯泡的I–U曲线的交点坐标最大，即灯泡消耗的功率最大.当滑动变阻器电阻值R=0时，灯泡消耗的功率最大，此时交点坐标为U=3.67 V，I=0.32 A，如右图所示，最大的功率为P2=UI=1.17 W.‎ ‎2.（2017全国卷Ⅱ）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）中的滑动变阻器的 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： .‎ 答案：（1）连线见解析 （2）①20 ②左 ③相等 ④2 550 （3）调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程 解析：（1）实物连线如图：‎ ‎（2）①滑动变阻器R1要接成分压电路，则要选择阻值较小的20 Ω的滑动变阻器；‎ ‎②为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图（a）中滑动变阻器的左端对应的位置；‎ ‎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接通前后在BD中无电流流过，可知B与D所在位置的电势相等；‎ ‎④设滑片P两侧电阻分别为R21和R22，因B与D所在位置的电势相等，可知；；同理当Rz和微安表对调后，仍有：；联立两式解得：.‎ ‎（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.‎ ‎3.（2017全国卷Ⅲ）图（a）为某同学组装完成的简易多用电表的电路图.图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头的满偏电流为250 μA，内阻为480 Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连.该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1 V挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5 mA挡，欧姆×100 Ω挡.‎ ‎（1）图（a）中的A端与______（填“红”或“黑”）色表笔相连接. ‎ ‎（2）关于R6的使用，下列说法正确的是_______（填正确答案标号）.‎ A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置 B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置 C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置 ‎（3）根据题给条件可得R1+R2=______Ω，R4=_______Ω.‎ ‎（4）某次测量时该多用电表指针位置如图（b）所示.若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”相连的，则读数为________；若此时B端是与“5”相连的，则读数为________.（结果均保留3位有效数字）‎ 答案：（1）黑 （2）B （3）160 880 （4）1.47 mA（或1.48 mA） 1 100 Ω 2.95V 解析：（1）与多用电表内电源正极相连的是黑表笔.‎ ‎（2）R6是可变电阻，它的作用是欧姆表调零，使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6‎ 使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置.‎ ‎（3）B端与“2”相连时，是量程较小的电流表，所以；B端与“4”相连时，是量程较小的电压表，所以.‎ ‎（4）若此时B端与“1”相连，多用电表是量程为2.5 mA的电流表，则读数为1.47 mA；若此时B端与“3”相连，多用电表是欧姆×100 Ω挡，则读数为1 100 Ω；若此时B端与“5”相连，多用电表是量程为5 V的电压表，则读数为2.95 V.‎ ‎4.（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11–1图所示，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（0~200 Ω）、滑动变阻器R2（0~500 Ω）、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108.1 Ω 答案：（1）E2 R2 （2）C （3）不偏转 偏转 （4）⑤④②③①‎ 解析：本题考查研究温控装置的实验. (1)如果电源用E1，则在t=30 ℃时电路中的最大电流 ，故不能实现对此温度的控制，因此电源应选用E2；为了在t=80 ℃时实现对温度的控制，设滑动变阻器阻值的最大值至少为R'，则 ，解得R=330.9 Ω，因此滑动变阻器应选用R2.(2)要用多用电表的直流电压挡检测故障，应将选择开关旋至C.(3)如果只有b、c间断路，说明b点与电源的负极间没有形成通路，a、b间的电压为零，表笔接在a、b间时，指针不偏转；c点与电源的负极间形成通路，a与电源的正极相通，a、c间有电压，因此两表笔接入a、c间时指针发生偏转.(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，应先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，并将阻值调至108.1 Ω，合上开关，调节滑动变阻器的阻值，直至观察到继电器的衔铁被吸合，这时断开开关，将电阻箱从电路中移除，将热敏电阻接入电路.因此操作步骤的正确顺序是⑤④②③①.‎ ‎5.（2017天津卷）某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻.其中电流表A1的内阻r1=1.0 kΩ，电阻R1=9.0 kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0=3.0 Ω的电阻.‎ ‎①按图示电路进行连接后，发现、和三条导线中，混进了一条内部断开的导线.为了确定哪一条导线内部是断开的，将电建S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、间电压，读数不为零，再测量、间电压，若读数不为零，则一定是________导线断开；若读数为零，则一定是___________导线断开.‎ ‎②排除故障后，该小组顺利完成实验.通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如右图.由I1–I2图象得到电池的电动势E=_________V，内阻r=__________Ω.‎ 答案：（3）① ②1.41（1.36~1.44均可） 0.5（0.4~0.6均可）‎ 解析：本题考查用多用电表检查电路故障以及伏安法测量电源的电动势和内阻.①根据U=IR，导线电阻R等于零，所以良好的同一根导线上任何两点都不会存在电势差，若一根导线两端有电势差，则导线断开，据此可推断出导线是完整的还是断开的.②将电流表A1和R1串联当成电压表使用，电压测量值U=I1(r1+R1)，根据闭合电路欧姆定律有I1(r1+R1)=E-I2(r+R0)，整理得 ，由题图可知，纵轴截距 ，所以电动势E=0.14×10-3×(1× 103+9× 103) V=1.4 V，斜率的绝对值表示，即 ，解得r≈0.5 Ω.‎ ‎6.（2017海南卷）某同学用伏安法测量待测电阻的阻值．现有器材为：‎ 待测电阻R（阻值约为5Ω）‎ 电源（电动势3V）‎ 滑动变阻器（阻值范围0～10Ω）‎ 电流表（量程0.6A，3A 电压表（量程3V，15V）‎ 开关，导线若干．‎ 实验要求在测量电路中将电流表外接，滑动变阻器起限流作用．回答下列问题：‎ ‎（1）按照实验要求在图（a）中画出实物连线图．‎ ‎（2）若已按实验要求接线，闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数始终约为3V，电流表的示数始终接近0．写出产生这种现象的一个原因：　 　．‎ ‎（3）在连线正确后，闭合开关．电压表和电流表的示数分别如图（b）和图（c）所示．由图可知，电压表读数为　 　V，电流表读数为　 　A．由此可得待测电阻的阻值为　 　Ω（结果保留3位有效数字）．‎ 答案：（1）如图所示，（2）待测电阻R断路，（3）2.20，0.48，4.58．‎ 解析：（1）因为电源电动势为3V，则电压表的量程选用3V，根据欧姆定律知，电流的最大值大约0.6A，则电流表量程选择0.6A，根据实物图进行连线．‎ ‎（2）闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数始终约为3V，电流表的示数始终接近0，产生这种现象的原因是待测电阻R断路，由于电压表内阻非常大，导致电流表电流接近0，电压表电压测得是电源电压．‎ ‎（3）由图可知，电压表的读数为2.20V，电流表的读数为0.48A，根据欧姆定律得，待测电阻R=．‎ ‎7. （2017浙江卷）小明用电学方法测量电线的长度，首先小明测得电线铜芯的直径为 ‎1.00mm，估计其长度不超过50m，（已知铜的电阻率为Ω▪m），现有如下实验器材：①量程为3V、内阻约为3KΩ的电压表；②量程为0.6A、内阻约为0.1Ω的电流表；③阻值为0-2Ω的滑动变阻器；④内阻可忽略，输出电压为3V的电源；⑤阻值为R0=4.30Ω的定值电阻，开关和导线若干小明采用伏安法测量电线电阻，正确连接电路后，调节滑动变阻器，电流表的示数从0开始增加，当是数为0.5A时，电压表示数如图1所示读数为 V，根据小明测量的信息，图2中P点应该 （选填“接a”、“接b”、 “接c”或“不接”）q点应该 （选填“接a”、“接b”、“接c”或“不接”），小明测得的电线长度为 m.‎ 答案:2.50 接b 接a 31.4‎ 解析:由图可得电压表量程为3V，最小精度0.1V，有效数字应该保留到0.01V，示数应为2.50V；被测量电阻属于小电阻，电流表应该外接，P点接b，题中要求电流表能从0开始变化，所以采取分压接法，Q点应接a，根据电阻定律R=ρL/S ,代入数据可得长度为31.4m ‎ ‎8. （2017浙江卷）（1）为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是 （多选）.‎ A.有闭合铁芯的原副线圈 B.无铁芯的原副线圈 C.交流电源 D.直流电源 ‎ E.多用电表（交流电压档） F.多用电表（交流电流档） ‎ 用匝数匝和匝的变压器，实验测量数据如下表，‎ ‎1.80‎ ‎2.80‎ ‎3.80‎ ‎4.90‎ ‎4.00‎ ‎6.01‎ ‎8.02‎ ‎9.98‎ 根据测量数据可判断连接电源的线圈是 （填或）. （2）用如图所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁体从靠近线圈的上方静止下落，当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向从 （填“a到b”或“b到a”）.在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流随时间的图像应该是 .‎ 答案:(1)ACE (2)b到a A 解析:(1)变压器的原理是互感现象的应用.是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，如果原线圈中通的是直流电源，则副线圈中不会有感应电流产生.题意为探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系，需要测量电压J所以需要一个测电压的仪器，所以需要的器材有A有闭合铁芯的原副线圈、c交流电源、E多用电表哎交流电压档；根据题意.电压比与匝数比不相等.可知该变压器为非理想变压器，考虑到变压器有漏磁铁芯发热、导线发热等影晌判断出 Ub 为原线圈上电压大小，则判断出:接的是电源.‎ ‎(2)根据题目可知：当磁体下落时.穿过线圈的磁场方向向上增加.由楞次定律可知感应电流的磁场应向下，则由安培定则，可知电流方从b到a；当磁体穿过线圈下落的过程中，穿过线圈磁通量向上，故先增加后减小；根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，故感应电流的磁场先向下后向上，故感应电流的方向先从b到a，后从a到b.‎