2018届高三物理复习高频考点强化六电学中的设计性实验.docx

高频考点强化(六)电学中的设计性实验(45分钟100分)1.(20分)(2017泉州模拟)利用如图甲所示电路测量未知电阻Rx的阻值,其中R1为电阻箱,R2为滑动变阻器。(1)根据图甲所示的电路,完成图乙实物图的连接。(2)请完善下列实验步骤:闭合开关S1,先将S2拨向1,调节滑动变阻器R2的滑片,使电流表A有适当的读数,并记下其数值I;将S2拨向2,保持 不变,调节_,使电流表A的读数仍为I;电阻Rx的阻值等于_。(3)电阻Rx的测量值与真实值可能不相等,若不考虑偶然误差的因素,则可能的原因是_。【解析】(1)如图所示:(2)在实验过程中,要始终保持滑动变阻器R2的滑片位置不变,调节电阻箱R1的阻值与待测电阻Rx相等,则开关S2分别位于1和2时,电流表读数相等。(3)由于电阻箱R1的阻值不连续,因而可能导致电阻箱R1的阻值与待测电阻Rx的阻值并不完全相等。答案:(1)见解析(2)滑动变阻器R2的滑片位置电阻箱R1电阻箱R1的示数(3)电阻箱R1的阻值不连续2.(12分)(2017唐山模拟)发光晶体二极管是用电器上做指示灯用的一种电子元件。它的电路符号如图甲所示,正常使用时,带“+”号的一端接高电势,“-”号的一端接低电势。某同学用实验方法测得它两端的电压U和通过它的电流I的关系数据如表所示。导学号42722502U/V00.40.81.21.62.02.42.62.83.0I/mA00.92.34.36.812.019.024.030.037.0(1)在图乙中的虚线框内画出该同学的实验电路图。(除电源、开关、滑动变阻器外,实验用电压表V:内阻RV约为10k;电流表mA:内阻RA约为100)(2)在图丙中的小方格纸上用描点法画出二极管的伏安特性曲线。(3)若发光二极管的最佳工作电压为2.5V,而电源是由内阻不计、电动势为3V的供电系统提供的。请根据所画出的伏安特性曲线上的信息,分析应该串联一个阻值为_的电阻再与电源接成闭合电路,才能使二极管工作在最佳状态。(结果保留二位有效数字)【解析】(1)测量二极管两端的电压U和通过它的电流I的关系,需要设计成滑动变阻器分压接法电路,由于二极管电阻较小,设计成电流表外接电路。(2)根据表中数据描点连线,如图所示。(3)根据画出的二极管伏安特性曲线,2.5V对应的电流为20mA,由欧姆定律,应该串联一个阻值R=25的电阻。答案:(1)(2)见解析(3)25(2228都对)3.(12分)如图甲所示的电路中,恒流源可为电路提供恒定电流I0,R为定值电阻,电流表、电压表均可视为理想电表。某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗的电功率。改变RL的阻值,记录多组电流、电压的数值,得到如图乙所示的U-I关系图线。回答下列问题:(1)滑动触头向下移动时,电压表示数_(选填“增大”或“减小”)。(2)I0=_A。(3)RL消耗的最大功率为_W(保留一位有效数字)。【解题指导】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)恒流源就是输出电流恒定,不必追究恒流源的内部结构。(2)电阻上的电压、电流都要变化,要注意用二次函数求极值。【解析】(1)恒流源总电流不变,滑动触头向下移动,RL分得的电流增加,R上分得的电流减小,所以电压表读数减小。(2)从图乙看出,电压表读数U=0时,电流为1.0 A,此时滑动触头滑到最下端,恒流源短路,输出电流I0=1.0 A。(3)从图乙得出U=20-20I,又因为P=UI,即P=-20I2+20I,当I=0.5 A时,P有最大值5 W。答案:(1)减小(2)1.00(0.98、0.99、1.01均正确)(3)54.(16分)某同学用如图甲所示的电路测量欧姆表的内阻和电源电动势(把欧姆表看成一个电源),实验器材的规格如下:电流表A1:200A,300电流表A2:30 mA,5定值电阻R0:9700滑动变阻器R:050导学号42722503(1)闭合开关S,移动滑动变阻器的滑动触头至某一位置,读出电流表A1和A2的示数I1和I2。多次改变滑动触头的位置,得到的数据如表所示:I1/A120125130135140145I2/mA20.016.713.210.06.73.3在图乙所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标,画出所对应的I1-I2曲线。(2)利用所得曲线求得欧姆表内电源的电动势E=_V,欧姆表内阻r=_。(3)将该欧姆表两个表笔短接,欧姆表的电流为I=_A。【解析】(1)将各点依次描出,连线如图所示。(2)由电路图分析可知I1(R0+RA1)=E-(I1+I2)r,所以I1=-I2+,所以图线的斜率k=-,截距b=,计算可得:E=1.50V,r=15.0。(3)将该欧姆表两个表笔短接,通过欧姆表的电流为I=A=0.1A。答案:(1)见解析(2)1.515.0(3)0.15.(12分)(2017临沂模拟)有一个电压表V,其内阻为30 k、量程为2535V,共有30个均匀小格,但刻度数值已经模糊。为了测量其量程并重新标刻度,现提供下列器材可以选用:标准电压表V1:量程03V,内阻为3k标准电压表V2:量程06V,内阻为1k电流表A:量程03A,内阻未知滑动变阻器R:总阻值为1k稳压电源E:30V,内阻不能忽略开关、导线若干导学号42722504(1)根据上述器材,有一位同学设计了如图所示的实验电路图,请指出此电路中测量部分存在的问题:_。(2)请设计一个合理的电路图,画在虚线方框内,将所选用的器材用相应的符号表示(要求测量多组数据,并尽可能提高测量的精确度);选用记录数据中任一组,写出计算量程的表达式Ug=_;式中各字母的意义是:_。【解析】(1)此电路设计存在的问题:电流表A的量程太大,电压表的内阻较大,电压表与其串联时实际流过电流表的电流太小,即电流表的指针偏转不明显。(2)由题意可知,待测电压表的内阻已知,则将两电压表串联接入电路,两表中的电流相等,由标准电压表可求得电流值,通过计算可求得待测电压表的量程;因两电压表阻值较大,而滑动变阻器阻值较小,故滑动变阻器采用分压接法;故电路图如图所示。由欧姆定律可求得,通过两电压表的电流:I=,则待测电压表两端的电压I30000=10U1。此时指针指示的格数为N,则有:Ug=10U1;解得量程为:Ug=,其中N为待测电压表V指针所指格数,U1为标准电压表V1的读数。答案:(1)电流表量程太大,电压表与电流表串联时实际流过电流表的电流太小,电流表的指针偏转不明显(2)电路图见解析N为待测电压表V指针所指格数,U1为标准电压表V1的读数6.(12分)(2017漳州模拟)实际电流表有内阻,可等效为理想电流表与电阻的串联。测量实际电流表G1内阻r1的电路如图甲所示。供选择的仪器如下:待测电流表G1(05mA,内阻约300);电流表G2(010mA,内阻约100);定值电阻R1(300);定值电阻R2(10);滑动变阻器R3(01000);滑动变阻器R4(020);干电池(1.5V);开关S及导线若干。导学号42722505(1)定值电阻应选_,滑动变阻器应选_。(在空格内填写序号)(2)用笔画线连接如图乙所示的实物图。(3)测量多组电流表G1、G2的读数I1、I2,以I2为纵坐标,I1为横坐标,作出相应图线,如图丙所示。根据I2-I1图线的斜率k及定值电阻(选定),写出待测电流表内阻的表达式:_。【解析】(1)根据电路的原理图,定值电阻应适当大一些,滑动变阻器采用分压接法时,应选用阻值适当小一些的,故定值电阻选,滑动变阻器选。(2)实物连线如图所示,连线时要注意电表的正负接线柱不能接反。(3)根据串、并联电路规律可知:I2=I1+=I1,所以k=,即r1=(k-1)R1。答案:(1)(2)见解析图(3)r1=(k-1)R17.(16分)某实验小组利用实验室提供的器材探究一种合金丝的电阻率,所用器材包括:A.待测合金丝ac:长度约1 m,电阻约20;B.电压表:测量范围05 V,内阻约50 k;C.电流表:测量范围00.5 A,内阻约0.3;D.滑动变阻器:电阻变化范围010;E.直流电源:电动势约9 V;F.螺旋测微器、米尺、开关,导线若干。(1)将合金丝ac拉直后固定在绝缘米尺上,其中a端点固定在米尺的零刻度上,c端点固定在米尺的另一端,并在合金丝上夹上一个可移动的小金属夹,b是金属夹与合金丝的接触点。根据现有器材,图甲中实验电路应该选用的是_。(2)用螺旋测微器测量合金丝的直径D,示数如图乙,则D=_mm。(3)实验的主要步骤如下:正确连接电路,调节金属夹的位置,将滑动变阻器触头调到适当位置,合上开关;反复调节滑动变阻器,让电流表的示数为I=0.360A,读出电压表的示数U,同时记录ab间合金丝对应的长度L;断开开关,调节金属夹的位置,合上开关,重复的操作。(4)依据原理可知,U与L应遵从的关系是U=_。(用测得量和已知量的字母表示)(5)该小组依据测得的多组U与L的数据,作出了如图丙所示的U-L图线,由图可求得该合金丝的电阻率为=_m(保留两位有效数字)。【解析】(1)滑动变阻器的最大电阻为10,若采用限流式连接,电压的调控范围为69 V,采用分压式连接能把电阻丝的电压调整至5 V,电压表的读数更有效,因Rac,电流表采用外接法,选项D正确。(2)螺旋测微器读数为D=30.00.01mm=0.300 mm。(4)对电阻丝,分别由欧姆定律和电阻定律得Rx=和Rx=,联立解得U=。(5)由U-L图线可得斜率k=V/m=6 V/m,该合金丝的电阻率=1.210-6m。答案:(1)D(2)0.300(4)(5)1.210-6【加固训练】有一根圆台状匀质合金棒如图甲所示,某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率、长度L和两底面直径d、D有关。他进行了如下实验:(1)测量该合金棒电阻的实物电路如图乙所示(相关器材的参数已在图中标出),该合金棒的电