【物理】2020届二轮复习实验题热点15　电学基础实验作业（山西专用）

【物理】2020届二轮复习实验题热点15　电学基础实验作业（山西专用）

热点15　电学基础实验 热考题型 ‎　　“电阻的测量”是高中教材中一个重要的学生实验,一直是高考物理实验考查的热点。电阻的测量实验能全面考查电学中电压表、电流表的使用与读数,欧姆表的原理及应用,电路的选择,实验方法的选择,实验数据的处理方法等。虽然该实验题目年年翻新,角度也经常变化,但实验试题中涉及的基本知识和实验技能的要求仍然立足于教材实验,即运用已学过的原理解决新的问题。‎ 题型一　测电阻或金属的电阻率 ‎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。‎ 题型二　测电源的电动势和内阻 ‎2.某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势E。‎ ‎(1)先直接用多用电表测定该电池电动势。在操作无误的情况下,多用电表表盘示数如图所示,其示数为　　　　V。 ‎ ‎(2)然后,用电压表V、电阻箱R、定值电阻R0、开关S、若干导线和该电池组成电路,测定该电池电动势。‎ ‎(i)根据电路图,用笔画线代替导线,将实物图连接成完整电路。‎ 甲 乙 ‎(ii)闭合开关S,调整电阻箱阻值R,读出电压表V相应示数U。该学习小组测出大量数据,分析筛选出下表所示的R、U数据,并计算出相应的‎1‎R与‎1‎U的值。请用表中数据在图上描点,并作出‎1‎U-‎‎1‎R图线。‎ R(Ω)‎ ‎166.7‎ ‎71.4‎ ‎50.0‎ ‎33.3‎ ‎25.0‎ ‎20.0‎ U(V)‎ ‎8.3‎ ‎5.9‎ ‎4.8‎ ‎4.2‎ ‎3.2‎ ‎2.9‎ ‎1‎R‎(×10-2 Ω-1)‎ ‎0.60‎ ‎1.40‎ ‎2.00‎ ‎3.00‎ ‎4.00‎ ‎5.00‎ ‎1‎U‎(V-1)‎ ‎0.12‎ ‎0.17‎ ‎0.21‎ ‎0.24‎ ‎0.31‎ ‎0.34‎ ‎(iii)从图线中可求得E=　　　　V。 ‎ 答案　见解析 解析　(1)多用电表选用“0~10 V”电压挡,示数为9.4 V。‎ ‎(2)(i)连线如图所示。‎ ‎(ii)作图线如图所示。‎ ‎(iii)由闭合电路欧姆定律得E=U+UR(r+R0),变形得‎1‎U=‎1‎E+r+‎R‎0‎E·‎1‎R,从该式可看出在‎1‎U-‎1‎R图像中,纵轴的截距即‎1‎E,所以E=10.0 V(9.5~11.1 V均正确)。‎ 跟踪集训 ‎1.在“测定金属丝的电阻率”的实验中,待测金属丝的电阻Rx约为4 Ω。‎ ‎(1)实验室提供了3 V的电源和量程为100 mA、内阻为10 Ω的电流表,出于安全考虑,要将其改装成量程为0.6 A的电流表,则在改装时应将阻值为R0=　　　　Ω的电阻与量程为100 mA的电流表并联。 ‎ ‎(2)为了精确测量该金属丝的电阻,某同学设计出如图1所示的实验电路图,请按照该电路图完成图2中的实物连接。‎ 图1‎ 图2‎ ‎(3)该同学正确连接好电路,进行实验测量后作出了电压表和电流表示数的U-I图线如图3所示。若该金属丝的长度为50 cm,金属丝的直径为0.680 mm,结合图3可得出金属丝的电阻率应为　　　　Ω·m(结果保留两位有效数字)。 ‎ 图3‎ 答案　(1)2　(2)如图所示　(3)3.6×10-6‎ 解析　(1)由并联规律可得IgRg=R0(0.6 A-Ig),代入数据可得R0=IgRg‎0.6A-‎Ig=‎0.1×10‎‎0.6-0.1‎ Ω=2 Ω。‎ ‎(2)见答案。‎ ‎(3)由题图及题意可知,该金属丝的阻值为5 Ω,由电阻定律R=ρLS可得ρ=RSL=πd‎2‎R‎4L,代入数据可得ρ≈3.6×10-6 Ω·m。‎ ‎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。‎