知识点十四 电学实验-2023年高考物理分类题库

知识十四电学实验1.(2023·全国乙卷·T23)一学生小组测量某金属丝(阻值约十几欧姆)的电阻率。现有实验器材:螺旋测微器、米尺、电源E、电压表(内阻非常大)、定值电阻R0(阻值为10.0Ω)、滑动变阻器R、待测金属丝、单刀双掷开关K、开关S、导线若干。图(a)是学生设计的实验电路原理图。完成下列填空:(1)实验时,先将滑动变阻器R接入电路的电阻调至最大,闭合S。(2)将K与1端相连,适当减小滑动变阻器R接入电路的电阻,此时电压表读数记为U1,然后将K与2端相连,此时电压表读数记为U2。由此得到流过待测金属丝的电流I=,金属丝的电阻r=。(结果均用R0、U1、U2表示)

(3)继续微调R,重复(2)的测量过程,得到多组测量数据,如表所示:U1(mV)0.570.710.851.141.43U2(mV)0.971.211.451.942.43(4)利用上述数据,得到金属丝的电阻r=14.2Ω。(5)用米尺测得金属丝长度L=50.00cm。用螺旋测微器测量金属丝不同位置的直径,某次测量的示数如图(b)所示,该读数为d=mm。多次测量后,得到直径的平均值恰与d相等。

(6)由以上数据可得,待测金属丝所用材料的电阻率ρ=×10-7Ω·m。(保留2位有效数字)

【解析】(2)根据题意可知,R0两端的电压为U=U2-U1则流过R0即流过待测金属丝的电流I=UR0金属丝的电阻r=U联立可得r=U(5)螺旋测微器的读数为d=15.0×0.01mm=0.150mm(6)根据电阻定律r=ρLS,又S=π·(d2代入数据联立解得ρ=5.0×10-7Ω·m答案:(2)U2-U1R0U1R0U2-U12.(2023·浙江6月选考·T17)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中:(1)部分连线如图1所示,导线a端应连接到(选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上。正确连接后,某次测量中电压表指针位置如图2所示,其示数为V。

(2)测得的7组数据已标在如图3所示U-I坐标系上,用作图法求干电池的电动势E=V和内阻r=Ω。(计算结果均保留两位小数)

【解析】(1)根据实验原理可知,电压表要连接在电源的两端,因此导线a端应连接到B接线柱上。电压表的量程是0~3V,分度值为0.1V,需要估读到分度值的下一位,则示数为1.20V。(2)根据闭合电路欧姆定律可得:U=E-Ir作出U-I图像如图所示:根据图像可知,纵截距为1.50V,斜率的绝对值为:k=1.50−1.000.48Ω=1.04Ω结合图3可得U-I图像的解析式为:U=1.50-1.04I由此可得:E=1.50V;r=1.04Ω。答案:(1)B1.20(2)1.501.043.(2023·浙江6月选考·T18)以下实验中,说法正确的是(多选)。

A.“观察电容器的充、放电现象”实验中,充电时电流逐渐增大,放电时电流逐渐减小B.“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,滴入油酸酒精溶液后,需尽快描下油膜轮廓,测出油膜面积C.“观察光敏电阻特性”和“观察金属热电阻特性”实验中,光照强度增加,光敏电阻阻值减小;温度升高,金属热电阻阻值增大D.“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中,如果可拆变压器的“横梁”铁芯没装上,原线圈接入10V的交流电时,副线圈输出电压不为零【解析】“观察电容器的充、放电现象”实验中,充电时和放电时电流均逐渐减小,故A错误;“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,滴入油酸酒精溶液后,让油酸在水面尽可能散开,形成单分子油膜,再描下油膜轮廓,测出油膜面积,故B错误;“观察光敏电阻特性”和“观察金属热电阻特性”实验中,光照强度增加,光敏电阻阻值减小;温度升高,金属热电阻阻值增大,故C正确;“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中,如果可拆变压器的“横梁”铁芯没装上,原线圈接入10V的交流电时,副线圈中仍会发生电磁感应现象,副线圈输出电压不为零,故D正确。答案:C、D4.(2023·辽宁选择考·T12)导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆。现有一根用导电漆制成的截面为正方形的细长样品(固态),某同学欲测量其电阻率,设计了如图(a)所示的电路图,实验步骤如下:a.测得样品截面的边长a=0.20cm;b.将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触,其中甲、乙、丁位置固定,丙可在乙、丁间左右移动;c.将丙调节至某位置,测量丙和某探针之间的距离L;d.闭合开关S,调节电阻箱R的阻值,使电流表示数I=0.40A,读出相应的电压表示数U,断开开关S;e.改变丙的位置,重复步骤c、d,测量多组L和U,作出U-L图像如图(b)所示,得到直线的斜率k。回答下列问题:(1)L是丙到(选填“甲”“乙”或“丁”)的距离;

(2)写出电阻率的表达式ρ=(用k、a、I表示);

(3)根据图像计算出该样品的电阻率ρ=Ω∙m(保留两位有效数字)。

【解析】(1)由于电压表测量的是乙、丙之间的电压,则L是丙到乙的距离。(2)根据电阻定律有R=ρLa2,再根据欧姆定律有R=UI,联立有U=ρIa2L(3)根据图像可知k=6.5V/m,则根据(2)代入数据有ρ=6.5×10-5Ω∙m。答案:(1)乙(2)ka2I(3)6.5×5.(2023·山东等级考·T14)电容储能已经在电动汽车,风、光发电,脉冲电源等方面得到广泛应用。某同学设计图甲所示电路,探究不同电压下电容器的充、放电过程,器材如下:电容器C(额定电压10V,电容标识不清);电源E(电动势12V,内阻不计);电阻箱R1(阻值0~99999.9Ω);滑动变阻器R2(最大阻值20Ω,额定电流2A);电压表V(量程15V,内阻很大);发光二极管D1、D2,开关S1、S2,电流传感器,计算机,导线若干。回答以下问题:(1)按照图甲连接电路,闭合开关S1,若要升高电容器充电电压,滑动变阻器滑片应向(选填“a”或“b”)端滑动。

(2)调节滑动变阻器滑片位置,电压表表盘如图乙所示,示数为V(保留1位小数)。

(3)继续调节滑动变阻器滑片位置,电压表示数为8.0V时,开关S2掷向1,得到电容器充电过程的I-t图像,如图丙所示。借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方法,根据图像可估算出充电结束后,电容器存储的电荷量为C(结果保留2位有效数字)。

(4)本电路中所使用电容器的电容约为F(结果保留2位有效数字)。

(5)电容器充电后,将开关S2掷向2,发光二极管(选填“D1”或“D2”)闪光。

【解析】(1)闭合开关S1,若要升高电容器充电电压,滑动变阻器滑片应向b端滑动;(2)电压表V的量程为0~15V,每小格是0.5V,则电压表的示数为6.5V;(3)根据电荷量的计算公式可得:q=It,I-t图像与坐标轴围成的面积表示电荷量。根据图丙可知,每一小格表示的电荷量为:q0=0.2×10-3×0.5C=1×10-4C图像下的小格数约为38格,则电容器存储的电荷量为Q=38q0=38×1×10-4C=3.8×10-3C;(4)根据电容的定义式可得:C=QU=3.88×10-3F=4.75×10-4(5)开关S2掷向1时,电容器充电,根据图甲可知电容器左极板带正电;电容器充电后,将开关S2掷向2,电容器放电,D1导通、D2断开,则发光二极管D1闪光。答案:(1)b(2)6.5(3)3.8×10-3(4)4.75×10-4(5)D16.(2023·湖南选择考·T12)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置,其电路如图(a)所示,R1、R2、R3为电阻箱,RF为半导体薄膜压力传感器,C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。(1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值,示数如图(b)所示,对应的读数是Ω;

(2)适当调节R1、R2、R3,使电压传感器示数为0,此时,RF的阻值为(用R1、R2、R3表示);

(3)依次将0.5g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小),读出电压传感器示数U,所测数据如表所示:次数123456砝码质量m/g0.00.51.01.52.02.5电压U/mV057115168220280根据表中数据在图(c)上描点,绘制U-m关系图线;(4)完成前面三步的实验工作后,该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0,电压传感器示数为200mV,则F0大小是N(重力加速度取9.8m/s2,保留2位有效数字);

(5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量C、D间电压,在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1,此时非理想毫伏表读数为200mV,则F1(选填“>”“=”或“<”)F0。

【解析】(1)欧姆表读数为10×100Ω=1000Ω;(2)当电压传感器读数为零时,CD两点电势相等,即UCB=UDB,即UABR1+RFRF=UABR2+R3R3,解得RF=R1R3R2;(3)根据表中数据描点作图;(4)由图像可知,当电压传感器的读数为200mV时,所放物体质量为1.75g,则F0=mg=1.75×10-3×9.8N=1.7×10-2N;(5)可将CD以外的电路等效为新的电源,CD两点电压看作路端电压,因为换用非理想电压传感器,当读数为200mV时,答案:(1)1000(或1000.0)(2)R1R3R2(4)1.7×10-2(5)>7.(2023·江苏选择考·T12)小明通过实验探究电压表内阻对测量结果的影响。所用器材有:干电池(电动势约1.5V,内阻不计)2节;两量程电压表(量程0~3V,内阻约3kΩ;量程0~15V,内阻约15kΩ)1个;滑动变阻器(最大阻值50Ω)1个;定值电阻(阻值50Ω)21个;开关1个及导线若干。实验电路如1图所示。(1)电压表量程应选用(选填“3V”或“15V”)。

(2)2图为该实验的实物电路(右侧未拍全)。先将滑动变阻器的滑片置于如图所示的位置,然后用导线将电池盒上接线柱A与滑动变阻器的接线柱(选填“B”“C”或“D”)连接,再闭合开关,开始实验。

(3)将滑动变阻器滑片移动到合适位置后保持不变,依次测量电路中O与1,2,…,21之间的电压。某次测量时,电压表指针位置如3图所示,其示数为V。根据测量数据作出电压U与被测电阻值R的关系图线,如4图中实线所示。

(4)在1图所示的电路中,若电源电动势为E,电压表视为理想电压表,滑动变阻器接入的阻值为R1,定值电阻的总阻值为R2,当被测电阻为R时,其两端的电压U=(用E、R1、R2、R表示),据此作出U-R理论图线如4图中虚线所示。小明发现被测电阻较小或较大时,电压的实测值与理论值相差较小。

(5)分析可知,当R较小时,U的实测值与理论值相差较小,是因为电压表的分流小,电压表内阻对测量结果影响较小。小明认为,当R较大时,U的实测值与理论值相差较小,也是因为相同的原因。你是否同意他的观点?请简要说明理由

【解析】(1)所用电源为两节干电池,电动势为3V,则所用电压表量程为3V;(2)闭合开关之前,滑动变阻器阻值应该调到最大,则由2图可知,电池盒上的接线柱A应该与滑动变阻器的接线柱D连接;(3)电压表量程为3V,最小刻度为0.1V,则示数为1.50V;(4)由闭合电路欧姆定律可得I=ER1+R2,当被测电阻阻值为R时,电压表读数U=IR=ERR1+R2;(5)不同意;当R较大时,则电压表内阻不能忽略,则电路中的电流当R较大时,R=R2时R最大,此时U=ER1因RV≫R1,则电压表读数接近于U=ER1R答案:(1)3V(2)D(3)1.50(4)ERR1+R2(8.(2023·全国甲卷·T22)某同学用伏安法测绘一额定电压为6V、额定功率为3W的小灯泡的伏安特性曲线,实验所用电压表内阻约为6kΩ,电流表内阻约为1.5Ω,实验中有图(a)和图(b)两个电路图供选择。(1)实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图(c)所示,该同学选择的电路图是图()(选填“a”或“b”)。

(2)若选择另一个电路图进行实验,在图(c)上用实线画出实验中应得到的关系曲线的示意图。【解析】(1)由于RVRA≈95Ω,而小灯泡的电阻约为r=U2P=12Ω,则电流表应采用外接法,(2)若选用另一个电路图即图(b)实验,当小灯泡正常发光时,电流表的示数为0.5A,而电压表的示数要大于6V,在6.75V附近,故得到的关系示意图应如图实线所示。答案:(1)a(2)见解析图9.(2023·新课标全国卷·T22)在“观察电容器的充、放电现象”实验中,所用器材如下:电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。(1)用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时,红表笔应该与电池的(选填“正极”或“负极”)接触。

(2)某同学设计的实验电路如图(a)所示。先将电阻箱的阻值调为R1,将单刀双掷开