考点十四 电学实验-2020年高考物理分类题库

考点十四电学实验1.(2020·全国Ⅰ卷)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx,所用电压表的内阻为1kΩ,电流表内阻为0.5Ω,该同学采用两种测量方案,一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O、P两点之间,另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图(b)所示的两条U-I图线,其中U与I分别为电压表和电流表的示数。回答下列问题:(1)图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在(选填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。

(2)根据所用实验器材和图(b)可判断,由图线(选填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值,结果为Ω(保留1位小数)。

(3)考虑到实验中电表内阻的影响,需对(2)中得到的结果进行修正,修正后待测电阻的阻值为Ω(保留1位小数)。

【解析】(1)若将电压表跨接在O、P之间,,解得,根据一次函数关系可知对应斜率为,且<Rx。若将电压表接在O、Q之间,U=I(Rx+RA),根据一次函数关系可知对应斜率为(Rx+RA),且(Rx+RA)>Rx,结合图像的斜率可知kI>kII,所以Ⅱ图线是采用电压表跨接在O、P之间。(2)、(3)因为待测电阻为几十欧姆的电阻,通过图像斜率估算待测电阻为50Ω左右,而、,则,说明电流表的分压较小,电压表的分流较大,所以电压表应跨接在O、Q之间,所以选择图线I得到的结果较为准确。根据图像可知,考虑电流表内阻,修正后待测电阻的阻值Rx=50.5Ω-0.5Ω=50.0Ω。答案:(1)O、P(2)I50.5(3)50.0【方法技巧】电流表内、外接法的选择(1)阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大,小外偏小”。(2)临界值计算法：Rx<eq\r(RVRA)时,用电流表外接法;Rx>eq\r(RVRA)时,用电流表内接法。(3)实验试探法:如图,让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法。2.(2020·全国Ⅱ卷)某同学要研究一小灯泡L(3.6V,0.30A)的伏安特性。所用器材有:电流表A1(量程200mA,内阻Rg1=10.0Ω),电流表A2(量程500mA,内阻Rg2=1.0Ω)、定值电阻R0(阻值R0=10.0Ω)、滑动变阻器R1(最大阻值10Ω)、电源E(电动势4.5V,内阻很小)、开关S和若干导线。该同学设计的电路如图(a)所示。(1)根据图(a),在图(b)的实物图中画出连线。(2)若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流,利用I1、I2、Rg1和R0写出:小灯泡两端的电压U=,流过小灯泡的电流I=。为保证小灯泡的安全,I1不能超过mA。

(3)实验时,调节滑动变阻器,使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2。所得实验数据在表中给出。I1/mA325585125144173I2/mA171229299379424470根据实验数据可算得,当I1=173mA时,灯丝电阻R=Ω(保留1位小数)。

(4)如果用另一个电阻替代定值电阻R0,其他不变,为了能够测量完整的伏安特性曲线,所用电阻的阻值不能小于Ω(保留1位小数)。

【解析】(1)如图所示(2)由欧姆定律得小灯泡两端的电压为U=I1(Rg1+R0),由串并联特点得流过小灯泡的电流I=I2-I1;小灯泡两端的最大电压为U=3.6V,则I1的最大值为;当I1=173mA时,灯丝电阻;(4)小灯泡两端的最大电压为U=3.6V,流过电流表A1的最大电流为I=200mA=0.2A,所以,故Rmin'=8.0Ω。答案:(1)如图所示:(2)I1(Rg1+R0)I2-I1180(3)11.6(4)8.03.(2020·全国Ⅲ卷)已知一热敏电阻当温度从10℃升至60℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆,某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材:电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100Ω)。(1)在所给的器材符号之间画出连线,组成测量电路图。(2)实验时,将热敏电阻置于温度控制室中,记录不同温度下电压表和毫安表的示数,计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5V和3.0mA,则此时热敏电阻的阻值为kΩ(保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图(a)所示。

(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下,测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2kΩ。由图(a)求得,此时室温为℃(保留3位有效数字)。

(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器,其电路的一部分如图(b)所示。图中,E为直流电源(电动势为10V,内阻可忽略);当图中的输出电压达到或超过6.0V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50℃,则图中(选填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻,另一固定电阻的阻值应为kΩ(保留2位有效数字)。

【解析】(1)由于毫安表的内阻比热敏电阻的阻值小不了很多,所以电流表采用外接法,滑动变阻器R(最大阻值为20Ω)阻值较小,所以电路采用分压式,故电路图如图所示。(2)由欧姆定律可得热敏电阻的阻值R===1.8×103Ω=1.8kΩ。(3)由图(a)可知,热敏电阻的阻值为2.2kΩ时,室温约为25.5℃。(4)由图(a)可知,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,而图中要求输出电压达到或超过6.0V时,报警器报警,根据串联电路中电压与电阻成正比,可知R1应使用热敏电阻。当热敏电阻的温度为50℃时,热敏电阻R1的阻值为0.8kΩ,所以,解得另一固定电阻R2的阻值为1.2kΩ。答案:(1)见解析图(2)1.8(3)25.5(4)R11.24.(2020·天津等级考)某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻,要求测量结果尽量准确。电压表(量程0~3V,内阻约为3kΩ)电流表(量程0~0.6A,内阻约为1Ω)滑动变阻器(0~20Ω,额定电流1A)待测电池组(电动势约为3V,内阻约为1Ω)开关、导线若干(1)该小组连接的实物电路如图所示,经仔细检查,发现电路中有一条导线连接不当,这条导线对应的编号是。

(2)改正这条导线的连接后开始实验,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的(选填“a”或“b”)端。

(3)实验中发现调节滑动变阻器时,电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题,在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5Ω的电阻,之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I,并作出U-I图像,如图所示。根据图像可知,电池组的电动势为V,内阻为Ω。(结果均保留两位有效数字)

【解析】(1)由于待测电池组阻值较小,应采用电流表外接法(相对电源),而图示为电流表内接法,故图中导线5连接不当;(2)在实验开始前,为了保护电路,应将滑动变阻器的滑片P调节到阻值最大处,故滑片应置于滑动变阻器的a端;(3)根据闭合电路欧姆定律E=U+I(R0+r)可知,当I=0时,U=E=2.9V,图像斜率,则r=0.80Ω。答案:(1)5(2)a(3)2.90.805.(2020·江苏高考)某同学描绘一种电子元件的I-U关系图象,采用的实验电路图如图甲所示,为电压表,为电流表,E为电源(电动势约6V),R为滑动变阻器(最大阻值20Ω),R0为定值电阻,S为开关。(1)请用笔画线代替导线,将图乙所示的实物电路连接完整。(2)调节滑动变阻器,记录电压表和电流表的示数如表所示:电压U/V0.0000.2500.5000.6500.7000.7250.750电流I/mA0.000.100.250.601.704.307.50请根据表中的数据,在图丙的方格纸上作出该元件的I-U图线。(3)根据作出的I-U图线可知,该元件是(选填“线性”或“非线性”)元件。

(4)在上述测量中,如果用导线代替电路中的定值电阻R0,会导致的两个后果是(填序号)。

A.电压和电流的测量误差增大B.可能因电流过大烧坏待测元件C.滑动变阻器允许的调节范围变小D.待测元件两端电压的可调节范围变小【解析】(1)根据题意连接电路如图(2)根据表格中数据描点,并用平滑的曲线连接各点如图（3）根据图象可知该元件是非线性元件。（4）选B、C。I-U图线上某点与原点连线的斜率为,根据元件的特性可知,当电压超过一定数值时,电流会急剧增大,所以电阻会急剧减小,若用导线代替R0,电流急剧增大,可能会烧坏待测元件,对电流和电压的测量误差无影响,A错误,B正确;根据图象可知待测元件的电压范围小于1V,而电源电动势为6V,因为待测元件两端电压非常小,如果用导线代替R0,会导致滑动变阻器的允许调节范围变得非常小,难以调节,C正确,D错误。答案:(1)见解析图(2)见解析图(3)非线性(4)B、C6.(2020·山东等级考)实验方案对实验测量的精度有直接的影响,某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有:干电池一节(电动势约1.5V,内阻小于1Ω);电压表V(量程3V,内阻约3kΩ);电流表A(量程0.6A,内阻约1Ω);滑动变阻器R(最大阻值为20Ω);定值电阻R1(阻值2Ω);定值电阻R2(阻值5Ω);开关一个,导线若干。(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验,通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏,记录此过程中电压表和电流表的示数,利用实验数据在U-I坐标纸上描点,如图乙所示,结果发现电压表示数的变化范围比较小,出现该现象的主要原因是。(单选,填正确答案标号)

A.电压表分流B.干电池内阻较小C.滑动变阻器最大阻值较小 D.电流表内阻较小(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题,该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案,重新测量得到的数据如表所示。序号1234567I/A0.080.140.200.260.320.360.40U/V1.351.201.050.880.730.710.52请根据实验数据,回答以下问题:①坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点,请在坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图像。②根据实验数据可知,所选的定值电阻为(选填“R1”或“R2”)。

③用笔画线代替导线,请按照改进后的方案,将实物图连接成完整电路。【解析】(1)电压表示数变化过小,则原因是外电阻比内阻大得多,即电源内阻偏小,故选B。(2)①根据数据作出U-I图像如图;②由图像可知,则定值电阻小于2.63Ω,所以定值电阻应为R1;③定值电阻与电源串联,电路如图所示答案:(1)B(2)①见解析图②R1③见解析图7.(2020·浙江7月选考)某同学分别用图甲和图乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻。在方框中画出图乙的电路图;(2)某次测量时电流表和电压表的示数如图所示,则电流I=A,电压U=V;

(3)实验得到如图所示的两条直线,图中直线Ⅰ对应电路是图(选填“甲”或“乙”);

(4)该电池的电动势E=V(保留三位有效数字),内阻r=Ω(保留两位有效数字)。

【解析】(1)图乙中,电流表内接和变阻器串联接在电源两端,电压表测路端电压,则图乙对应的电路图为(2)一节干电池的电动势一般约为1.5V,故电压表量程选择0~3V,电流表量程选择0~0.6A,所以两表的读数分别为1.30V(1.29~1.31V均可),0.40A(0.39~0.41A均可)。(3)由闭合电路欧姆定律