2025年高考二轮复习物理专题分层突破练17　电学实验5

专题分层突破练17电学实验1.(10分)(2024湖南卷)某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律,搭建了如图甲所示的装置。电阻测量原理如图乙所示,E是电源,V为电压表,A为电流表。(1)保持玻璃管内压强为标准大气压,电流表示数为100mA,电压表量程为0~3V,表盘如图丙所示,示数为V,此时金属丝阻值的测量值R为Ω(保留3位有效数字);

(2)打开抽气泵,降低玻璃管内气压p,保持电流I不变,读出电压表示数U,计算出对应的金属丝阻值;(3)根据测量数据绘制Rp关系图线,如图丁所示;(4)如果玻璃管内气压是标准大气压的12,保持电流为100mA,电压表指针应该在图丙指针位置的(选填“左”或“右”)侧;(5)若电压表是非理想电压表,则金属丝电阻的测量值(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。

答案(1)1.2312.3(4)右(5)小于解析本题考查电学创新实验。(1)电压表分度值为0.1V,则电压表读数需估读一位,读数为1.23V,根据欧姆定律可知,金属丝的测量值R=UI=12.3Ω(4)根据图丁可知气压越小电阻越大,则压强p减小,则电阻R增大,再根据U=IR,故电压增大,电压表的指针位置应该在题图丙中指针位置的右侧。(5)电流表采用外接法会导致电压表分流,即R测=UI测,I测=I真+URV,即I测偏大,故R2.(12分)(2024广西卷)某同学为探究电容器充、放电过程,设计了图甲实验电路。器材如下:电容器,电源E(电动势6V,内阻不计),电阻R1=400.0Ω,电阻R2=200.0Ω,电流传感器,开关S1、S2,导线若干。实验步骤如下:(1)断开S1、S2,将电流传感器一端与a节点相连,其数据采样频率为5000Hz,则采样周期为s。

(2)闭合S1,电容器开始充电,直至充电结束,得到充电过程的It曲线如图乙,由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为mA(结果保留3位有效数字)。

甲乙(3)保持S1闭合,再闭合S2,电容器开始放电,直至放电结束,则放电结束后电容器两极板间电压为V。

(4)实验得到放电过程的It曲线如图丙,It曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0188C,则电容器的电容C为μF。图丙中It曲线与横坐标、直线t=1s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0038C,则t=1s时电容器两极板间电压为V(结果保留2位有效数字)。

丙答案(1)2×104(2)15.0(3)2(4)4.7×1035.2解析考查电容器充、放电过程和电容的基本性质。(1)采样频率为5000Hz,周期T=1f=0.0002s=2×104s(2)由图乙可知,开关S1闭合瞬间流经R1的电流约为15.0mA。(3)稳定之后,电容器两极板间的电压为电阻R2两端的电压,根据闭合电路欧姆定律得电容器两极板间电压为UC=ER1+R2×R2(4)电容器的放电过程,电压由6V减小至2V,ΔU=4V,C=ΔQΔU=0.01884×106μF=4.7×103μF。设t=1s时电容器两端电压为UC',则(EUC')C=ΔQ',(6VUC')×4.7×103×解得UC'≈5.2V。3.(12分)某实验小组要测定一节蓄电池的电动势及内阻,要求测量结果尽量准确。实验器材如下,电流表A1(量程0~200μA,内阻为800Ω);电流表A2(量程0~300mA,内阻为0.3Ω);定值电阻R1(阻值为4.0Ω);定值电阻R2(阻值为9200Ω);滑动变阻器R(最大阻值为50Ω);待测蓄电池一节(电动势约为2V);开关S一个,导线若干。(1)该实验小组利用所学知识正确连接实物电路如图甲所示,图中虚线框内的电流表应选(选填“A1”或“A2”),虚线框内的定值电阻应选(选填“R1”或“R2”)。

甲(2)电流表A1示数用I1表示,电流表A2示数用I2表示,该实验小组通过改变滑动变阻器滑片的位置,得到了多组I1、I2数据,并作出I1I2图像,如图乙所示。根据I1I2图像可知,该蓄电池的电动势为V,内阻为Ω。(结果均保留2位有效数字)

乙(3)从实验设计原理来看,该蓄电池电动势的测量值(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。

答案(1)A2R2(2)1.91.0(3)等于解析(1)图中虚线框内电流表通过的电流比较大,应选择量程大的电流表A2,A1用来改装成电压表;蓄电池的电动势为2V,改装后电压表量程为2V,所以串联电阻大小为R=UIgRA1=9200Ω,故选R(2)如图所示延长I1I2图像与两坐标轴相交。根据闭合电路欧姆定律可得E=I1(R2+RA1)+(I1+I2)(r+R1),整理得I1=ER2+RA1+r+R1I2r+R1R2+RA1+r+R1,由图像可得E(3)因为考虑到电表内阻,对电压表分流的影响进行了修正,电动势和内阻的测量值均等于真实值。4.(12分)(2024江西卷)某小组欲设计一种电热水器防触电装置,其原理是:当电热管漏电时,利用自来水自身的电阻,可使漏电电流降至人体安全电流以下。为此,需先测量水的电阻率,再进行合理设计。(1)如图甲所示,在绝缘长方体容器左右两侧安装可移动的薄金属板电极,将自来水倒入其中,测得水的截面宽d=0.07m和高h=0.03m。(2)现有实验器材:电流表(量程300μA,内阻RA=2500Ω)、电压表(量程3V或15V,内阻未知)、直流电源(3V)、滑动变阻器、开关和导线。请在图甲中画线完成电路实物连接。甲乙(3)连接好电路,测量26℃的水在不同长度l时的电阻值Rx。将水温升到65℃,重复测量。绘出26℃和65℃水的Rxl图线,分别如图乙中a、b所示。(4)若Rxl图线的斜率为k,则水的电阻率表达式为ρ=(用k、d、h表示)。实验结果表明,温度(选填“高”或“低”)的水更容易导电。

(5)测出电阻率后,拟将一段塑料水管安装于热水器出水口作为防触电装置。为保证出水量不变,选用内直径为8.0×103m的水管。若人体的安全电流为1.0×103A,热水器出水温度最高为65℃,忽略其他电阻的影响(相当于热水器220V的工作电压直接加在水管两端),则该水管的长度至少应设计为m。(保留两位有效数字)

答案(2)如图所示(4)hdk高(5)0.46解析(2)题目明确给出了电流表的内阻RA=2500Ω,故采用“电流表内接法”,电源电动势是3V,电压表量程选3V。(4)由电阻定律得Rx=ρldh=ρdh·l,知k=ρdh由题图乙可知,同等情况下图线b代表的电阻更小,更容易导电。而图线b代表65℃时的图线,故温度高的水更容易导电。(5)由电阻定律得Rx=ρlS,其中S=14π由题图乙知ρ=hdk=0.03×0.07×8×1030.7由欧姆定律得Rx=U联立解得l=πUD24Iρ=π×2205.(14分)某实验小组欲将内阻Rg=40Ω、量程为0~100μA的电流表改装成电阻表,供选择的器材有,定值电阻R0(阻值为14kΩ);滑动变阻器R1(最大阻值为1500Ω);滑动变阻器R2(最大阻值为500Ω);电阻箱(0~9999.9Ω);干电池(E=1.5V,r=2Ω);红、黑表笔各一只,开关,导线若干。(1)为了保证改装后电阻表能正常使用,滑动变阻器选(选填“R1”或“R2”)。请用笔画线代替导线将图甲中的实物连接组成电阻表。

甲乙(2)电阻表改装好后,将红、黑表笔短接进行调零,此时滑动变阻器接入电路的电阻应为Ω;电流表表盘的50μA刻度对应改装后的电阻表的刻度为kΩ。

(3)利用改装后的电阻表进行电阻测量,小组同学发现当被测电阻的阻值为几百欧姆时,电流表指针偏转角太大,不能进行读数,他们利用电阻箱和开关,对电路进行了改进,使中值电阻为1500Ω,他们改进后的电路如图乙所示,图乙中电阻箱的阻值应调为Ω。若用该表测量一阻值为1000Ω的电阻时,则电流表指针对应的电流是μA。

答案(1)R1实物连接见解析(2)95815(3)156060解析(1)为了保证改装后电阻表能正常使用,欧姆调零时,有Ig=ER欧,解得欧姆调零时电阻表内阻为R欧=EIg=1.5100×10-6Ω=15000Ω,此时滑动变阻器接入电路的阻值为R滑=R电R0Rgr=(150001400040(2)由(1)分析可知欧姆调零时滑动变阻器接入电路的阻值为958Ω;设电流表表盘的50μA刻度对应改装后的电阻表的刻度为Rx,由闭合电路欧姆定律有I=ER电+解得Rx=EIR电=1.550×10-6Ω1500