2020届高考物理专题复习检测专题六：电学实验与创新

1、1 第 2 讲电学实验与创新( 建议用时 :40 分钟满分:100 分) 1.(14 分)(2019 江苏徐州模拟 ) 某兴趣小组对铜导线的电阻率进行小课题研究 . (1) 如图(甲)所示, 用游标卡尺采用绕线法测得10 匝铜导线 ( 已去除绝缘层 )总直径, 为防止读数时可动刻度发生变化, 应调节旋钮(选填“a”或“b”) 锁定可动刻度 ,单匝铜导线直径为mm. (2) 现取长度为 l=100 m的一捆铜导线 , 欲测其电阻率 . 在实验前 , 事先了解到铜的电阻率很小 ,在用伏安法测量其电阻时, 设计如图 (乙) 所示的电路 , 则电压表的另一端应接(选填“a”或“b”); 测量的电压表示

2、数为 4.80 v,而电流表选择 03.0 a 量程, 其读数如图(丙)所示, 则其读数为a,可得铜的电阻率为m (计算结果保留两位有效数字). (3) 该兴趣小组从课本上查阅到铜的电阻率为1.710-8m,发现计算得到的电阻率有一些偏差, 但是实验的操作已经十分规范, 测量2 使用的电表也已尽可能校验准确,你觉得造成这种偏差最有可能的原因是: . 解析:(1) 为防止读数时可动刻度发生变化, 应调节紧固螺钉 b来锁定可动刻度 ; 如图为 20 分度的游标卡尺 , 主尺读数为 12 mm,游标尺第 7条与主尺对应最齐 , 故游标尺读数为 70.05 mm=0.35 mm,10匝铜导线直径为 1

3、2.35 mm,故单匝铜导线直径为1.235 mm. (2) 铜导线的电阻很小 , 故电流表应外接 , 则电压表的另一端应接在a;电流表的最小分度为0.1 a, 读数应估读到下一位 , 故电流表读数应为2.50 a; 由欧姆定律知该段铜导线的电阻r= =1.92 , 根据电阻定律有 r= , 解得=2.310-8m. (3) 铜导体的电阻率和温度有关, 温度越高 , 则电阻率越大 , 实验中电阻率偏大 , 原因可能是电流过大电线发热, 导致电阻率变大 . 答案:(1)b 1.235 (2)a 2.50 2.310-8(3) 电流过大电线发热 , 导致电阻率变大2.(14 分)(2019 河南南

4、阳模拟 )容量和内阻是电池的两个重要参数,电池的容量就是电池放电时能输出的总电荷量, 通常以安培小时3 (ah) 或毫安小时 (ma h)作单位 . 某实验小组为粗略测量手机电池在 25 下充满电时的内阻和容量, 进行了如下实验 : 控制电池温度为25 ; 正常使用手机至自动关机,取出电池 , 用数字电压表 (视为理想电压表)测出电池电压 u0=2.75 v; 将电池装入手机 ,用充电器对手机充电至100%; 将电池从手机中取出 ,按图( 甲)接入电路 , 闭合 s1, 读出数字电压表的示数 u1=4.18 v; 接着闭合 s2, 读出数字电压表和电流表的示数u2=4.16 v,i2=0.20

5、 a,断开开关 ; 调节电阻 r至合适的阻值且保持不变, 闭合开关 s1,s2的同时开始计时, 每隔一段时间记录一次电流表和电压表的示数. 当电压表示数降为 u0=2.75 v 时断开开关 , 停止计时 . 下表是记录的三组数据 ,其他数据已描到图 (乙)中: 电流 i/a 0.72 0.70 0.67 时间 t/h 2.0 3.0 4.5 4 完成下列问题 : (1) 该电池充满电时的内阻约为r= . (2) 将表中数据描在图 ( 乙)中并绘出 i t 图线. (3) 该锂电池的容量约为ah( 保留两位有效数字 ). (4) 之后, 实验小组继续用上述方法(r 的值不变 ) 描绘出该锂电池在

6、20 ,5 和-10 温度下电池的放电曲线如图(丙)所示, 可知下列说法正确的是. a.同一电池充满电后在高温环境中比在低温环境中内阻小b.同一手机在低温环境比在高温环境中待机时间长c.锂电池的内阻是定值 ,无论如何使用均不会发生变化d.不同的使用方法和不同的使用环境, 锂电池的实际容量会发生变化解析:(1) 由题意 e=4.18 v, 由闭合电路欧姆定律e=u+ir, 得 r=0.10 . (2) 将表格中的数据在图中描出并用平滑的曲线连接起来, 如图所示 . 5 ( 3) 图 象与坐 标 轴 所围的 图 形面 积 即为 该 锂 电池 的容 量 , 约 为3.5 a h. (4) 由图(丙)

7、可知, 在高温环境中开始放电电流比低温环境中开始放电电流大 , 所以同一电池充满电后在高温环境中比在低温环境中内阻小, 故 a正确,c 错误; 同一手机在高温环境比在低温环境中待机时间长, 故 b错误; 不同的使用方法和不同的使用环境, 锂电池的实际容量会发生变化 , 故 d正确. 答案:(1)0.10 (2) 图见解析(3)3.5(3.43.6 均可) (4)ad 3.(14 分)在研究某电路元件的伏安特性时, 得到如图 (乙) 所示的伏安特性曲线 . 备选器材有 : 电压表 v1(量程为 3 v,内阻约为 6 k) 、电压表 v2(量程为 15 v, 内阻约为 150 k )、电流表 a1

8、(量程为 150 ma,内阻约为 10 )、电流表 a2( 量程为 3 a, 内阻约为 0.3 ) 、滑动变阻器 r1(20 ,1 a) 、滑动变阻器 r2(1 k ,0.2 a). (1) 实验中电压表应选择, 电流表应选择,滑动变阻器应选择(填写器材的字母代号 ). (2) 请将(甲)图中的连线补充完整 . 6 (3) 通过(乙)图中的伏安特性曲线可知, 随着电压的提高 ,此元件的电阻(选填“增加”“不变”或“减小”). (4) 若把此元件与阻值为90 的定值电阻串接在某一电源上, 电源电动势为 7.5 v, 内阻为 3.75 , 则此时该元件消耗的功率为(小数点后保留两位 ). 解析:(

9、1) 由图(乙) 可知,电压最大值接近 12 v, 故电压表应选择 v2, 电流表选择 a1, 由于电流从 0 开始变化 , 滑动变阻器采用分压式接法, 故应选择一个小电阻 ,应选择 r1. (2) 本实验滑动变阻器应采用分压式接法, 由题意可知 , 电压表内阻远大于待测电阻阻值 ,电流表应采用外接法 , 实物连接图如图 1 所示. 7 (3) 由图示 i u图线可知 , 随着电压 u增大, 电流 i 增大, 但电压与电流的比值减小 , 由此可知元件阻值减小 ; (4) 在元件 i u坐标系内作出等效电源的i u图线如图 2 所示. 由图示图线可知 , 元件两端电压 u=6 v,流过元件的电流

10、 i=16 ma,故元件实际功率 p=ui=60.016 w0.10 w. 答案:(1)v2a1r1(2) 图见解析(3) 减小(4)0.10 w 4.(19 分)(2019 山东济宁模拟 ) 某同学在实验室做“测定电源电动势和内阻”的实验时 ,发现实验桌上还有一个定值电阻r0. 于是设计了如图(甲)所示的电路来测量电源电动势e、内阻 r 和定值电阻 r0的阻值. (1) 该同学根据 ( 甲)图将滑动变阻器的滑片p移动到某位置时 , 记下电表 v1,v2,a 的读数分别为 u1,u2,i,可根据此组数据求出定值电阻r0= (用测得的 u1,u2,i表示), 若实验中的所有操作和数据处理无错误

11、, 用该方法测得的 r0值(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值 . 8 (2) 该同学根据记录的u1,u2,i 的一系列值 , 作出了如图 ( 乙)所示的a,b 两条图线 ,u1i 图线是图 (乙) 中的(选填“a”或“ b”)图线, 由图( 乙)中数据可知电动势e= v,内电阻 r= , 定值电阻 r0= . 解析:(1) 由电路图 ,根据欧姆定律得 u2-u1=ir0, 整理得 r0=, 由于电压表 v1分流, 电流表的示数小于流过r0的电流, 故用该方法测得的电阻值要大于真实值 . (2) 根据闭合电路欧姆定律得u1+i(r0+r)=e,u2+ir=e, 整理得 u1=e-i (r0

12、+r),u2=e-ir, 故 u2i 图象的斜率表示内阻r,u1i 图象的斜率表示等效内阻 (r0+r), 故 u1i 图线是图 ( 乙)中的 b图线; 由 b图线得 e= 3.0 v,r0+r=5 , 由 a图线得 r=1.0 ,联立解得r0=4.0 . 答案:(1)大于(2)b 3.0 1.0 4.0 5.(19 分)(2019 山东泰安模拟 ) 某实验小组想组装一个双量程(3 v,15 v) 的电压表 , 提供的器材如下 : a.电流表 g:满偏电流为 1 ma,内阻未知 ; b.电池 e:电动势为 3 v, 内阻未知 ; c.滑动变阻器 r1: 最大阻值约为 6 k , 额定电流为 1

13、 a; d.滑动变阻器 r2: 最大阻值约为 2 k , 额定电流为 3 a; e.电阻箱 r0:0 9 999.9 ; f. 定值电阻 r3:额定电流为 0.1 a; 9 g.开关两个 , 导线若干 . (1) 用图(甲)所示电路测量电流表的内阻rg, 则滑动变阻器 r应选用(选填“ c”或“d”). (2) 将开关 s1,s2都断开, 连接好实物图 , 滑动变阻器接入电路的电阻达到最大后 , 接通开关 s1, 调节滑动变阻器使电流表g的示数为 0.9 ma;再闭合开关 s2,调节电阻箱 r0的阻值为 300 时, 电流表 g的示数为0.6 ma, 则电流表 g的内阻为. (3) 双量程电压

14、表的电路原理图如图( 乙)所示, 则电路中电阻箱 r0应取值为;定值电阻 r3的阻值为 k . 解析:(1) 应用半偏法测电流表内阻, 闭合开关 s2时认为电路电流不变 ,滑动变阻器接入电路的阻值越大,闭合开关 s2时电路电流变化越小 ,实验误差越小 ,为减小实验误差 , 应选择阻值大的滑动变阻器, 因此应选择 c. (2) 闭合开关 s2后认为电路电流不变 , 电流表示数为 0.6 ma, 则流过电阻箱的电流为 0.3 ma, 由并联电路特点可知 , 电阻箱阻值为电流表内阻的 2 倍, 则电流表内阻 rg= =150 . (3) 由图(乙)可知, 电阻 r0= -rg=（-150） =2 8

15、50 ,r3= -rg-r0=（-150-2 850 ） =12 000 =12 k. 10 答案:(1)c (2)150 (3)2 850 12 6.(20 分)(2019 山东济南三模 ) 摄影中常用测光表来测定光的强度以便确定合适的曝光时间. 光的强弱可以用照度来计量, 光越强照度越大, 照度单位为 lx. 光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件, 如图(甲)所示为某光敏电阻rp, 在不同照度下的阻值变化情况. 某同学按照图 (乙) 所示的电路图连成电路测出在不同照度值下对应的电流值 , 将照度值标在电流表对应的刻线上, 就将电流表改装成一个简易的测光表 . 现有的器材及规格如下 :

16、 光敏电阻 rp; 电流表 a(量程 0500 a,内阻等于 500 ); 两节干电池 e(每节电动势为 1.5 v, 内阻约为 0.5 ); 定值电阻 r1(阻值等于 5 500 ); 定值电阻 r2(阻值等于 4 500 ); 开关 s. (1) 根据所给图象可知光敏电阻rp的阻值随光的照度增大而(选填“增大”或“减小”). (2) 此简易测光表上较小的照度值应该对应(选填“较大”或“较小” )的电流值 . 11 (3) 若此简易测光表测量量程的最大照度值为1 200 lx,电路中串联的保护电阻 r应该选择(选填“ r1”或“r2”). (4) 随着干电池使用时间变长 , 干电池的内阻会变

17、大 . 若不及时更换干电池, 会导致测得的光的照度值比真实值(选填“大”或“小” ). 解析:(1) 由图(甲) 所示图线可知 ,光敏电阻 rp的阻值随光的照度增大而减小 . (2) 由图(乙)所示电路图可知 , 电路电流为 i=,随光照强度减小, 光敏电阻阻值增大 , 电路电流 i 减小, 由此可知较小的照度值应该对应较小的电流值 . (3) 由图(甲)可知, 照度为 1 200 lx时, 对应的电阻为 1 k , 根据ig=可得 r=4 500 , 则定值电阻应选择r2. (4) 由图(乙)所示电路图可知 , 电路电流 i=, 内阻 r 变大, 则电路电流减小 , 相当于光敏电阻阻值增大,

18、 对应照度减小 . 答案:(1) 减小(2) 较小(3)r2(4) 小 教师备用 (15分)(2019 北京卷 ,23) 电容器作为储能器件 , 在生产生活中有广泛的应用 . 对给定电容值为 c的电容器充电 , 无论采用何种充电方式 , 其两极间的电势差u 随电荷量 q 的变化图象都相同 . 12 (1) 请在图 1中画出上述 u q 图象. 类比直线运动中由 v t 图象求位移的方法 , 求两极间电压为 u时电容器所储存的电能ep. (2) 在如图 2 所示的充电电路中 ,r 表示电阻 ,e 表示电源 (忽略内阻 ).通过改变电路中元件的参数对同一电容器进行两次充电, 对应的 q t曲线如图 3 中所示 . a. 两条曲线不同是(选填“e”或“r”)的改变造成的 ; b. 电容器有时需要快速充电,有时需要均匀充电 . 依据 a 中的结论 , 说明实现这两种充电方式的途径. (3) 设想使用理想的“恒流源”替换(2) 中电源对电容器充电 , 可实现电容器电荷量随时间均匀增加. 请思考使用“恒流源”和(2) 中电源对电容器的充电过程 ,填写下表 ( 选填“