2025 选考专题高考 物理 （川陕青宁蒙新晋豫）第15讲　电学实验含答案

2025选考专题高考物理（川陕青宁蒙新晋豫）第15讲电学实验第15讲电学实验题型1以“测电阻”为核心的实验1.某同学为精确测量某金属导体的电阻,设计了如图甲所示的电路图.图中E为学生电源、G为灵敏电流计、A1和A2均为电流表、R1为电阻箱、R2与R3均为滑动变阻器、R0为定值电阻、S为开关、Rx为待测金属导体,另有导线若干.具体的实验操作如下:A.按照如图甲所示的电路图连接好实验器材;B.将滑动变阻器R2的滑片、滑动变阻器R3的滑片均调至适当位置,闭合开关S;C.调整R3,并反复调整R1和R2使灵敏电流计的示数为零,测得此时A1的示数为I1,A2的示数为I2,电阻箱的示数为R1;D.实验完毕,整理器材.(1)根据图甲实验电路图,将图乙实物图中连线补充完整.[答案]如图所示 (2)电路中需要两个量程为0~6A的电流表,但实验室提供的器材中,只有量程为0~0.3A、内阻为20Ω的电流表.现将量程为0~0.3A的电流表扩充为0~6A量程,则应该并联一个阻值R'=1.05Ω的电阻.如图丙所示为某次测量时改装后的电流表表盘指针位置,则此时的电流读数为4.4A.

(3)待测金属导体Rx的阻值为

I1I2R1(用所测物理量来表示);电流表A1、A2的内阻对测量结果无(选填“有”或“无”[解析](1)实物图中连线如图所示.(2)要将量程为0~0.3A的电流表扩充为0~6A的量程,应该并联电阻的阻值R'=IgRgI-Ig=0.3A×20Ω6A-0.(3)R1、R2和Rx、R0并联,两支路两端电压相等,灵敏电流计的示数为零时有R1Rx=R2R0,可知UR1=URx,即I1R1=I2Rx,解得Rx=I1I2R1,2.某同学用伏安法测金属丝的电阻Rx(阻值约为5Ω).实验所用器材为:电池组(电动势为3V)、电流表(内阻约为0.1Ω)、电压表(内阻约为3kΩ)、滑动变阻器R(0~20Ω)开关、导线若干.(1)甲图中电压表的右端应与a(选填“a”或“b”)点连接.

(2)乙图是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的右端.请根据(1)问中的电路图,补充完成图中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表读数均为最小值.[答案]如图所示 (3)该同学在坐标纸上建立如图丙所示的坐标系,标出了与测量数据对应的6个点.请在该图中描绘出I-U图线,利用图线可得该金属丝的阻值Rx=4.3~4.8Ω(结果保留两位有效数字).

[答案]如图所示 (4)通过电路元件的I-U图像可以了解其性能.该同学查阅说明书,了解到某元件具有维持用电器两端电压稳定的作用,其正常工作电压为3.0V,电流约为83mA,I-U图像如图丁所示.若使用该元件与一额定电压为3.0V的用电器R2并联,通过适当的电阻R1构成如图戊所示的电路.当输入电压在一定范围内波动时,用电器R2两端电压能够稳定在3.0V不变,请分析说明其原因.[答案]见解析 [解析](1)金属丝的电阻较小,为减小误差,采用电流表外接法,电压表的右端应与a点连接.(2)实物图连接如图所示(3)I-U图线如图所示该金属丝的阻值为图线的斜率的倒数,即Rx=1k=4.3Ω(4)当输入电压有所升高时,R2两端的电压瞬间大于3.0V,元件中电流从83mA急剧增大,使R1两端的电压增大,R2两端的电压又回到3.0V;当输入电压有所下降时,R2两端的电压瞬间小于3.0V,元件中电流从83mA急剧减小,使R1两端的电压减小,R2两端的电压又回到3.0V.因此,用电器R2两端电压能够稳定在3.0V不变.3.小李在实验室测量一电阻Rx的阻值.(1)因电表内阻未知,用如图甲所示的电路来判定电流表该内接还是外接.正确连线后,合上开关S,将滑动变阻器的滑片P移至合适位置.单刀双掷开关K掷到1,电压表的读数U1=1.65V,电流表的示数如图乙所示,其读数I1=0.34A;将K掷到2,电压表和电流表的读数分别为U2=1.75V,I2=0.33A.由此可知应采用电流表外(填“内”或“外”)接法.

(2)完成上述实验后,小李进一步尝试用其他方法进行实验:①器材与连线如图丙所示,请在虚线框中画出对应的电路图;[答案]如图所示②先将单刀双掷开关掷到左边,记录电流表读数,再将单刀双掷开关掷到右边,调节电阻箱的阻值,使电流表的读数与前一次尽量相同,电阻箱的示数如图丁所示,则待测电阻Rx=5Ω.此方法有(填“有”或“无”)明显的实验误差,其理由是电阻箱的最小分度与待测电阻比较接近(或其他合理解释).

[解析](1)开关接1时,电流表读数为0.34A;由于开关接1和接2时,电压表示数的变化比较明显,说明该电阻比较小,所以电流表内阻的分压比较明显,因此适合采用外接法.(2)①电路图如图所示.②该电路采用的是等效替换法测电阻,当电阻箱与未知电阻阻值一样时,电流表的读数相同,所以未知电阻大小为5Ω,由于电阻箱的最小分度与待测电阻大小接近,所以无法细调,很难做到电流表读数前后两次精确一致,有明显实验误差.4.某学习小组用如图甲所示的电路测量电压表V1的内阻,实验仪器有:待测电压表V1(量程0~3V,内阻约3000Ω)电压表V2(量程0~5V,内阻约6000Ω)电源E(电动势6V,内阻不计)滑动变阻器R1(0~2Ω)电阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)该学习小组采用的主要实验步骤如下:①开关S1闭合,S2闭合,调节滑动变阻器R1的阻值,使电压表V1指针偏转到满刻度,读出此时电压表V2的示数U0;②开关S1闭合,S2断开,同时调节滑动变阻器R1和电阻箱R2,使电压表V2的示数仍为U0,并使电压表V1指针偏转到满刻度的23,记录此时电阻箱R2的阻值(1)若步骤②中记录电阻箱R2的阻值为1450Ω,则电压表V1内阻的测量值为2900Ω,该测量值等于(选填“大于”“小于”或“等于”)电压表V1内阻的实际值.

(2)学习小组中有人认为不用电压表V2也能测量电压表V1的内阻,实验电路如图乙所示,主要实验步骤为:①开关S1闭合,S2闭合,调节滑动变阻器R1的阻值,使电压表V1满偏;②开关S1闭合,S2断开,保持滑动变阻器R1的阻值不变,调节电阻箱R2的阻值使电压表V1的指针半偏,读出此时变阻箱R2的阻值,此阻值等于电压表V1内阻的阻值.此种情况下测得的电压表V1的内阻阻值大于(选填“大于”“小于”或“等于”)电压表V1内阻的实际值.

[解析](1)开关S1闭合,S2闭合,两电压表并联,因此电压表V2的示数U0=UV1=3V,开关S1闭合,S2断开时,电压表V1的示数U1=23UV1=23×3V=2V,电阻箱R2两端电压UR=U0-U1=3V-2V=1V,根据串联电路电压的分配与电阻的关系可知UR2R2=U1RV1,代入数据解得RV1=2900(2)用图乙测电压表采用的是“半偏法”,实验的原理是闭合开关S2前后,电压表支路的总电压不变,当电压表示数半偏时,电压表的内阻的测量值等于电阻箱的接入电阻,即RV=R2;实际上当开关S2断开时,电压表支路的电阻变大,电路中的总电阻变大,电路中的总电流变小,根据串联电阻的分压原理可知,电压表支路的总电压变大,当电压表示数半偏时,电阻箱两端的真实电压大于半偏电压值,根据串联电路电压的分配与电阻的关系,电压表内阻的真实值小于电阻箱的接入电阻,即RV真<R2,综上分析可知,电压表内阻的测量值大于真实值.5.某些固体材料受到外力作用后,除了产生形变,其电阻率也会发生变化,这种现象称为“压阻效应”.已知某力敏电阻的阻值Rx的变化范围为几十欧姆到几百欧姆,某实验小组在室温下用伏安法探究力敏电阻阻值Rx随压力F变化的规律,实验室有如下器材可供选择:A.力敏电阻(无压力时,阻值R0=400Ω);B.直流电源(电动势为6V,内阻不计);C.电流表A(量程为0~100mA,内阻不计);D.电压表V(量程为0~3V,内阻为4kΩ);E.定值电阻R1=3kΩ;F.滑动变阻器R(最大阻值约50Ω);G.开关S、导线若干.(1)某同学设计了如图甲所示的实验电路原理图,请在图乙中将实物连线图补充完整.[答案]如图所示(2)某次压力测试,在电阻Rx上施加力F,闭合开关S,两个电表的示数分别为U和I,则力敏电阻的阻值Rx=

7U4(3)改变F的大小,测得不同的Rx值,绘成如图丙所示的Rx-F图像,其斜率的绝对值k=1.9Ω/N(保留两位有效数字).Rx和压力F的关系式为Rx=kF+400(Ω)(用F和k表示).

(4)按图甲实验电路进行实验,调节滑动变阻器使电压表保持满偏,在电阻Rx上施加力F,当电流表满偏时,压力F为184N(结果保留到个位).

[解析](1)题图甲R是分压式接法,电流表是内接法,根据电路图可得实物连线图如图所示.(2)R1与电压表串联把电压表的量程扩大了,当电压表的示数为U时,压敏电阻两端的电压Ux=U+UR1=U+URVR1=7U4,根据欧姆定律得R(3)由题图丙可得,图线斜率绝对值为|k|=0-400210-0Ω/N≈1.9Ω/N,图线与Rx轴的纵截距是400Ω,由一次函数关系可得R(4)电压表、电流表满偏时有Rx=7U4I=7×34×100×10-3Ω=52.5Ω,则F题型2以闭合电路欧姆定律为核心的实验6.某实验小组利用如图甲所示装置验证小铁球在竖直平面内摆动过程中机械能守恒,将力传感器固定,不可伸长的轻绳一端系住小球,另一端连接力传感器,若某次实验记录轻绳拉力大小随时间的变化如图乙所示,其中Fm是实验中测得的最大拉力值.(1)现用游标卡尺测得小球直径如图丙所示,则小球的直径为1.220cm.

(2)小球由A点静止释放到第一次回到A点的时间为2T0(用含有T0的符号表示).

(3)若测得小球质量为m,直径为D,轻绳长为l,小球释放的位置A到最低点的高度差为h,重力加速度为g,小球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中,验证该过程小球机械能守恒的表达式为mgh=Fm-mg2l[解析](1)图丙所示游标卡尺分度值为0.05mm,根据游标卡尺读数规则读数为12mm+4×0.05mm=12.20mm=1.220cm.(2)小球由A点静止释放到第一次回到A点的时间为一个周期,即2T0.(3)小球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中,由功能关系有ΔEp=mgh,小球在最低点时,由牛顿第二定律得Fm-mg=mv2l+D2,又因为ΔEk=12mv27.[2022·湖南卷]小梦同学自制了一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表,其内部结构如图所示,R0为调零电阻(最大阻值为R0m),Rg、Rm、Rn为定值电阻(Rg+R0m<Rm<Rn),电流计G的内阻为RG(Rg≪RG).用此欧姆表测量一待测电阻的阻值,回答下列问题:(1)短接①②,将单刀双掷开关S与m接通,电流计G示数为Im;保持电阻R0滑片位置不变,将单刀双掷开关S与n接通,电流计G示数变为In,则Im大于In(填“大于”或“小于”);

(2)将单刀双掷开关S与n接通,此时欧姆表的挡位为×10(填“×1”或“×10”);

(3)若从“×1”挡位换成“×10”挡位,调整欧姆零点(欧姆零点在电流计G满偏刻度处)时,调零电阻R0的滑片应该向上调节(填“向上”或“向下”);

(4)在“×10”挡位调整欧姆零点后,在①②间接入阻值为100Ω的定值电阻R1,稳定后电流计G的指针偏转到满偏刻度的23;取走R1,在①②间接入待测电阻Rx,稳定后电流计G的指针偏转到满偏刻度的13,则Rx=400[解析](1)根据题意可知Rm<Rn,所以开关S拨向m时电路的总电阻小于开关S拨向n时电路的总电阻,电源电动势E不变,根据I=ER总可知Im>I(2)当开关S拨向n时,电路的总电阻较大,中值电阻较大,所以开关S拨向n时对应欧姆表的挡位为×10;(3)从“×1”挡位换成“×10”挡位,即开关S从m拨向n,电路总电阻增大,干路电流减小,①②短接时,为了使电流计满偏,需要增大通过电流计G所在支路的电流,所以需要将R0的滑片向上调节;(4)在“×10”挡位,简化电路图如图所示.将①②短接,设欧姆表的等效内阻为RΩ,电流计满偏时干路电流为I'g,有E=I'gRΩ,当①②间接入100Ω电阻时,有E=23I'g(RΩ+100Ω),当①②间接入待测电阻Rx时有E=13I'g(RΩ+Rx),联立以上三式可得Rx=400题型3其他类电学实验8.[2023·新课标卷]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正极(填“正极”或“负极”)接触.

(2)某同学设计的实验电路如图甲所示.先将电阻箱的阻值调为R1,将单刀双掷开关S与“1”端相接,记录电流随时间的变化.电容器充电完成后,开关S再与“2”端相接,相接后小灯泡亮度变化情况可能是C.

A.迅速变亮,然后亮度趋于稳定B.亮度逐渐增大,然后趋于稳定C.迅速变亮,然后亮度逐渐减小至熄灭(3)将电阻箱的阻值调为R2(R2>R1),再次将开关S与“1”端相接,再次记录电流随时间的变化情况.两次得到的电流I随时间t变化图像如图乙中曲线所示,其中实线是电阻箱阻值为R2(填“R1”或“R2”)时的结果,曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的电荷量(填“电压”或“电荷量”).

[解析](1)多用电表应满足电流“红进黑出”,因此红表笔与电池的正极相接触.(2)电容器放电过程中,电流由大逐渐变小,则小灯泡迅速变亮,然后亮度逐渐减小至熄灭.(3)实线所表示的过程初始电流较小,故接入的电阻应该为大的电阻,即R2,因此实线表示电阻箱阻值为R2;根据公式I=Qt,则I-t图像与坐标轴所围面积表示电荷量9.在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中,可拆变压器如图甲所示.(1)观察变压器的铁芯,它的结构和材料是D;

A.整块硅钢铁芯B.整块不锈钢铁芯C.绝缘的铜片叠成D.绝缘的硅钢片叠成(2)观察两个线圈的导线,发现粗细不同,导线粗的线圈匝数少(选填“多”或“少”);

(3)以下给出的器材中,本实验需要用到的是BD;(填选项字母)

A.干电池B.学生电源C.实验室用电压表D.多用电表(4)为了保证安全,低压交流电源的电压不要超过B;(填选项字母)

A.2VB.12VC.50V(5)在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“800”两个接线柱之间,用电表测得副线圈的“0”和“400”两个接线柱之间的电压为3.0V,则原线圈的输入电压可能为C;(填选项字母)

A.1.5V B.6.0V C.7.0V(6)等效法、理想模型法是重要的物理学方法,合理采用物理学方法会让问题变得简单,这体现了物理学科“化繁为简”之美.理想变压器是一种理想化模型.如图乙所示,心电图仪(将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器,其输出部分可以等效为左侧虚线框内的交流电源和定值电阻R0串联)与一理想变压器的原线圈连接,一可变电阻R与该变压器的副线圈连接,原、副线圈的匝数分别为n1、n2(右侧虚线框内的电路也可以等效为一个电阻).在交流电源的电压有效值U0不变的情况下,在调节可变电阻R的过程中,当RR0=

n2n12[解析](1)观察变压器的铁芯,它的结构和材料是绝缘的硅钢片叠成,故选D.(2)观察两个线圈的导线,发现粗细不同,根据I1I2=n2n1,(3)实验中需要交流电源和多用电表,不需要干电池和直流电压表,故选B、D.(4)为了人体安全,低压交流电源的电压不要超过12V,故选B.(5)若为理想变压器,则变压器线圈两端的电压与匝数的关系为U1U2=n1n2,根据题意,已知副线圈的电压为3.0V,则原线圈的电压为U1=2×3.0V=6.0V,考虑到不为理想变压器,可能存在漏磁等现象,则原线圈所接的电源电压要大于6V,可能为(6)把变压器和R等效为一个电阻R1,R0当作电源内阻,当内外电阻相等,即R0=R1,此时输出功率最大,根据U1U2=n1n2,得I1R1I2R=n1n2,代入I1n2=I2n1,解得10.为了节能环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值R随光的照度I的变化而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强,照度越大,照度单位为lx).(1)某光敏电阻在不同照度下的阻值R如下表所示,根据表中的数据,请在图甲的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,可判断出光敏电阻的阻值R与照度I否(填“是”或“否”)成反比关系.

照度I/lx0.20.40.60.81.01.2阻值R/kΩ5.83.72.72.32.01.8[答案]如图所示(2)图乙为街道路灯自动控制电路,利用直流电源E为电磁铁供电,利用照明电源为路灯供电.为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果,路灯应接在A、B(填“A、B”或“C、D”)之间.

(3)已知线圈的电阻为140Ω,直流电源E的电动势E=36V,内阻忽略不计.当线圈中的电流大于10mA时,继电器的衔铁将被吸合,滑动变阻器R'的阻值应调为1460Ω,才能使天色渐暗、照度低于1.0lx时点亮路灯.

(4)使用一段时间后发现,路灯在天色更亮时就已点亮了,为了使路灯能按设计要求点亮和熄灭,变阻器R'的阻值应适当调小(选填“大”或“小”)些.

[解析](1)如图所示,若光敏电阻的阻值R与照度I成反比关系,则有RI为定值,由图像中点的数据可得5.8×0.2<3.7×0.4<2.7×0.6<2.3×0.8<2.0×1.0<1.8×1.2,可知光敏电阻的阻值R与照度I不是反比关系;(2)由于天亮时照度较大,光敏电阻的阻值较小,电路中的电流较大,衔铁被吸下,A、B间断开,C、D间接通,故灯泡应接在A、B间;(3)由题意可知,当照度降到1.0lx时,要求电路电流降低到10mA,此时电路中的总电阻为R总=EI=3610×10-3Ω=3600Ω,此时光敏电阻的阻值为R=2000Ω,则滑动变阻器R'的阻值应调为R'=R总-R-R线=3600Ω-2000(4)使用一段时间后发现,路灯在天色更亮时就已点亮了,说明在天色更亮时电路电流就降到了10mA,为了使路灯能按设计要求点亮和熄灭,应使天色更亮时电路电流大于10mA,应使电路的总电阻适当减小,故应将变阻器R'的阻值适当调小些.11.一个物理兴趣小组的同学准备测定某电池的电动势和内阻,实验室可供选用的实验器材有:电流表A1、A2,滑动变阻器R,电阻箱R0,待测电池E,开关S,导线等.(1)兴趣小组的同学设计了如图甲所示的电路来测定电流表A1的内阻:将电阻箱的阻值调整到R0=50Ω,调节滑动变阻器的阻值,得到多组电流表A1、A2的读数I1、I2,并用描点法得到I2-I1图像为过原点的倾斜直线.如图乙所示.可得电流表A1的内阻RA1=5Ω.

(2)兴趣小组的同学利用上述实验器材设计了如图丙所示的电路来测定电池的电动势和内阻.实验中,他们通过改变R0的阻值,记录了多组数据(电阻箱阻值R0和电流表A1示数I).(3)一同学以IR0为纵坐标,以I为横坐标作图像处理数据;在坐标纸上画出的图像如图丁所示.(4)根据以上测量结果可知,电池电动势E=1.5V,内阻r=10Ω.

(5)另一同学以1I为纵坐标,以R0为横坐标作1I-R0图像处理数据,请根据(1)、(4)的计算结果,[答案]如图所示[解析](1)由图甲根据并联电路电流的关系有I1RA1R0+I1=I2,结合图乙中数据解得RA1=I2(4)由闭合电路的欧姆定律得E=IR0+RA1+r,解得IR0=E-IRA1+r,IR0-I图像的纵截距表示电源电动势,由图丁知E=1.5V;IR0-I图像的斜率的绝对值表示RA1+r,则RA1+r=ΔUΔI=1(5)由E=IR0+RA1+r得1I=1ER0+RA1+rE=23R0+10,以题型4电学创新性实验12.手机快充线是否合格至关重要.很多手机都在用图甲所示的USBType-C接口.USBType-C协会关于充电线有个规范:1m长的3A充电线电阻应小于0.25Ω.实验室有一条1m长的导线,某同学要通过实验判断该导线的电阻Rx是否符合协会规范.实验室提供的器材有:A.电流表A1(量程为0~50mA,内阻r1=4Ω)B.电流表A2(量程为0~500mA,内阻r2约为0.5Ω)C.定值电阻R1(阻值为4Ω)D.定值电阻R2(阻值为40Ω)E.滑动变阻器R(阻值范围为0~5Ω)F.电源E(电动势约为2V,内阻不计)G.开关S一个,导线若干该同学设计了如图乙所示的测量电路.请回答下列问题:(1)定值电阻R0应选用C(选填“C”或“D”).

(2)根据图乙所示的电路图,请用笔画线代替导线将图丙所示的实验电路补充连接完整.[答案]如图所示(3)该同学利用电流表A2示数I2和电流表A1示数I1,作出I2-I1图像如图丁所示.(4)该同学所用导线的电阻为0.38~0.42Ω,可以判定该导线不满足(选填“满足”或“不满足”)协会规范.

[解析](1)因待测电阻阻值较小,故在测量电路中串联一个定值电阻以保护电路,根据电源电动势和电流表的量程分析可知定值电阻R0应选用定值电阻R1(阻值为4Ω),故选C.(2)根据图乙所示的电路图,实验电路补充连接完整如下.(4)由欧姆定律可得,待测电阻的阻值为Rx=I1r1(I2-I1)=r1I2I1-1,由图像斜率可知I2I1=44013.某同学利用如图甲所示的电路测量一个阻值约为2kΩ的电阻Rx的阻值,已知电源内阻不计,电压表为理想电表.(1)按照实验电路图连接图乙所示的实物图.[答案]如图所示(2)把单刀双掷开关S1和S2扳到相应位置测量电阻箱两端的电压,闭合开关S,调节电阻箱,使电压表的指针指在刻度盘满偏刻度的13~23之间,电阻箱各个旋钮位置如图丙所示,则电阻箱的读数R=2060Ω,读出此时电压表的读数U(3)断开开关S,把单刀双掷开关S1扳到b(填“a”或“b”)位置,单刀双掷开关S2扳到d(填“c”或“d”)位置,把电压表接入待测电阻Rx两端;保持电阻箱阻值不变,闭合开关S,读出此时电压表的读数U2.

(4)通过以上步骤可得待测电阻Rx的表达式为Rx=

U2U1R(用U1、U2、R(5)若电压表为非理想电表,则根据第(4)问表达式得出待测电阻Rx的测量值没有(填“有”或“没有”)系统误差.

[解析](1)实物连线如图所示.(2)由题图丙可知电阻箱的读数为2060Ω.(3)要把电压表与待测电阻并联,应把开关S1扳到b位置,开关S2扳到d位置.(4)由于电压表是理想电表,电源内阻不计,电阻箱与待测电阻串联,可得U1=RR+RxE,U2=RxR+R(5)设电压表的内阻为RV,根据串、并联电路的特点,可得U1=RVRRV+RRVRRV+R+RxE,U2=R14.某实验小组利用量角器、一段均匀电阻丝、电阻箱及灵敏电流计设计了一个测量电阻(待测电阻为Rx)的方案,实验电路如图甲所示.主要实验步骤如下:①将电阻丝紧贴量角器弧边弯曲成型,并依量角器直径端点裁剪好;②按甲图所示的电路原理图连接好各元件;③将电阻箱的阻值调至R1,并使金属夹K从A端沿弧形电阻丝向B移动,当灵敏电流计的示数为零时,停止移动金属夹,此时从量角器上读出OA与OK间的夹角θ1;④改变电阻箱的阻值,重复步骤③,测得多组(θ,R)值;⑤整理数据并在坐标纸上描点绘图,所得图像如图乙所示.根据分析,试回答下列问题:(1)已知乙图中图像与纵轴的截距为-b,由此可求得Rx=

1b(2)实验时,当金属夹K调至某位置时,实验小组的同学因为观察不仔细认为灵敏电流计的读数已经为零,实际上,灵敏电流计还有从P到K的电流,那么此时测出Rx的值与真实值相比偏大.(填“偏小”“相等”或“偏大”)

(3)该小组同学所在学校与供电站间有两根埋在地下的输电线,其中一根导线因损坏而与大地相通,现尝试采用上述实验所涉及的原理找到损坏的大致位置,其方法如图丙所示(终端用导线AB接通),电阻丝MN长L=100.0cm,输电距离d=8.0×103m,若金属夹K在电阻丝上距M端L1=30.0cm时,灵敏电流计示数为零,则损坏处C与输电线起始处的距离为x=4.8×103m.(结果保留两位有效数字)

[解析](1)由题意可知,此方法是电桥法测电阻,当电流表示数为零时,R与Rx串联,R与AK并联;同时Rx与BK并联,所以有I1R=I2RAK,I1Rx=I2RBK,化简可得I1I2=RAKR,I1I2=RBKRx,得被测电阻的阻值为Rx=RRBKRAK=Rπ-θ(2)若要使灵敏电流计示数为零,则需增大θ角(或减小电阻箱阻值R),由Rx=Rπ-θθ知,此时测出(3)由(1)可知L1L=x2d,解得x=4.8×10第16讲热学和光学实验题型1用油膜法估测油酸分子的大小1.“用油膜法估测油酸分子的大小”实验的方法及步骤如下:①向体积V油=1mL的油酸中加入酒精,直至总量达到V总=500mL;②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入n=100滴时,测得其体积恰好是V0=1mL;③先往边长为30~40cm的浅盘里倒入2cm深的水,然后将均匀地撒在水面上;

④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,待油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油酸薄膜的形状;⑤将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,如图所示,数出轮廓范围内小方格的个数N,小方格的边长l=20mm.根据以上信息,回答下列问题:(1)步骤③中应填写:爽身粉.

(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V'是2×10-5mL.

(3)油酸分子直径是4.4×10-10m.

[解析](1)为了显示油酸膜的形状,需要在水面上撒爽身粉.(2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V'=V0V油nV总=1100×(3)根据大于半个方格的算一个,小于半个方格的舍去,由题图可知,油酸薄膜形状占据的方格数大约为113个,故面积S=113×20×20mm2≈4.5×104mm2,油酸分子直径d=V'S=2×10-5×1034.2.在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时,具体操作如下:Ⅰ.取油酸1.00mL注入2500mL的容量瓶内,然后向瓶中加入酒精,直到液面达到2500mL的刻度为止,摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解,形成油酸酒精溶液.Ⅱ.用滴管吸取制得的溶液并逐滴滴入量筒,记录滴入的滴数直到量筒中的溶液达到1.00mL为止,恰好共滴了50滴.Ⅲ.在浅盘内注入蒸馏水,待水面稳定后将爽身粉均匀地撒在水面上,静置后用滴管吸取油酸酒精溶液,轻轻地向水面滴一滴溶液,酒精挥发后,油酸在水面上散开形成一层油膜.Ⅳ.待油膜稳定后,测得此油膜面积为1.30×102cm2.这种粗测方法是将每个分子视为球形,让油酸尽可能地在水面上散开,则形成的油膜是由单层油酸分子组成,这层油膜的厚度即可视为油酸分子的直径.(1)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积是8.0×10-6mL.(结果保留两位有效数字)

(2)油酸分子直径是6.2×10-10m.(结果保留两位有效数字)

(3)某学生在做该实验时,发现计算的直径偏大,可能的原因是ABC.

A.爽身粉撒得过多B.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格C.计算每滴油酸酒精溶液的体积时,1mL的溶液的滴数少记了几滴D.在滴入量筒之前,配制的溶液在空气中搁置了较长时间[解析](1)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V=1.002500×50mL=8.0×10-6(2)油酸分子直径是d=VS=8.0×10-6×10(3)水面上爽身粉撒得过多,油膜没有充分展开,则测量的面积S偏小,导致计算结果偏大,故A正确;计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格,则测量的面积S偏小,会导致计算结果偏大,故B正确;计算每滴油酸酒精溶液的体积时,1mL的溶液的滴数少记了几滴,则计算得到的每滴油酸酒精溶液的体积偏大,会导致计算结果偏大,故C正确;滴入量筒之前,配制的溶液在空气中搁置了较长时间,酒精挥发使溶液中油酸的浓度变大,形成的油膜面积变大,则会导致计算结果偏小,故D错误.题型2探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系3.[2023·山东卷]利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积关系.将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上,注射器内封闭一定质量的空气,下端通过塑料管与压强传感器相连.活塞上端固定一托盘,托盘中放入砝码,待气体状态稳定后,记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和),逐次增加砝码质量,采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示.回答以下问题:(1)在实验误差允许范围内,图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线,说明在等温情况下,一定质量的气体B.

A.p与V成正比B.p与1V(2)若气体被压缩到V=10.0mL,由图乙可读出封闭气体压强为2.04×105Pa(保留3位有效数字).

(3)某组同学进行实验时,一同学在记录数据时漏掉了ΔV,则在计算pV乘积时,他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而增大(填“增大”或“减小”).

[解析](1)在实验误差允许范围内,图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线,说明在等温情况下,一定质量的气体p与1V成正比,故选B(2)若气体被压缩到V=10.0mL,则有1V=110.0mL-1=100×10-3mL-1,由图乙可读出封闭气体压强为p=2.04×10(3)某组同学进行实验时,一同学在记录数据时漏掉了ΔV,则在计算pV乘积时,根据p(V0+ΔV)-pV0=pΔV,可知他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而增大.题型3测量玻璃的折射率4.图甲所示是利用插针法测定玻璃砖折射率的实验得到的光路图,玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行.(1)以入射点O为圆心,以R=5cm长度为半径画圆,与入射线PO交于M点,与折射线的延长线OQ交于F点,过M、F点分别向法线作垂线,量得MN=1.68cm,FE=1.12cm,则该玻璃砖的折射率n=1.5;

(2)若玻璃砖AB面与CD平行,但某同学操作时将界线aa'、bb'画好后误用另一块宽度稍窄的玻璃砖如图乙所示,实验中除用原界线外,其他操作都正确,则测得玻璃的折射率将B.

A.偏大 B.偏小C.不影响结果 D.不能确定[解析](1)由几何知识得,入射角的正弦sini=MNMO=MNR,折射角的正弦sinr=EFOF=EFR,则折射率n=sinisinr=MN(2)如图所示,实线是实际光线,虚线是该同学所作的光线,可见,该同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,测得的入射角不受影响,但测得的折射角比真实的折射角偏大,因此测得的折射率偏小.5.(1)如图所示,用“插针法”测定玻璃砖折射率的实验中,下列说法中正确的是 (C)A.若P1、P2的距离较大时,通过玻璃砖会看不到P1、P2的像B.为减少测量误差,P1、P2的连线与法线NN'的夹角应尽量小些C.为了减小作图误差,P3和P4的距离应适当取大些D.若P1、P2的连线与法线NN'夹角较大时,有可能在bb'面发生全反射,所以在bb'一侧会看不到P1、P2的像(2)在该实验中,光线是由空气射入玻璃砖的,根据测得的入射角θ1和折射角θ2的正弦值画出的图线如图所示,从图线可知玻璃砖的折射率是1.5.

(3)该实验小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线、折射光线的延长线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN'的垂线,垂足分别为C、D点,如图甲所示,则该玻璃砖的折射率n=

ACBD(用图中线段的字母表示);进一步测得所需数据分别为1.68cm和1.12cm,则该玻璃砖的折射率数值为1.5甲乙(4)在用“插针法”测定玻璃砖折射率的实验中,A、B二位同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图乙中①、②所示,其中A同学用的是矩形玻璃砖,B同学用的是梯形玻璃砖.他们的其他操作均正确,分别以aa'、bb'为界面画光路图.则A同学测得的折射率与真实值相比偏小(选填“偏大”“偏小”或“不变”);B同学测得的折射率与真实值相比不变(选填“偏大”“偏小”或“不变”).

[解析](1)根据光路可逆性原理可知,光线一定会从下表面射出,光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射,则即使P1、P2的距离较大,通过玻璃砖仍然可以看到P1、P2的像,A、D错误;为减少测量误差,入射角应适当大一些,则P1、P2的连线与法线NN'的夹角应尽量大些,B错误;为了减小作图误差,P3和P4的距离应适当取大些,C正确.(2)由n=sinθ1sinθ2,代入数据可得(3)设圆的半径为r,入射角为α,则有sinα=ACr,折射角为β,则有sinβ=BDr,故可得玻璃砖的折射率为n=ACBD;当测得所需数据分别为1.68cm和1.12cm时,该玻璃砖的折射率数值为n=ACBD=1(4)A同学测定折射率时,作出的折射光线如图中虚线所示,实线表示实际光线,可见折射角增大,则由折射定律可知,折射率将偏小;B同学测折射率时,操作正确,与玻璃砖形状无关,故B同学测得的折射率与真实值相等.6.在“测定玻璃的折射率”的实验中,在白纸上放好平行玻璃砖,a和a'分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图甲所示.在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并插上大头针P3,使其挡住P2、P1的像;接着插上大头针P4,使其挡住P3、P2和P1的像,用“·”表示大头针的位置,这样大头针P1、P2就确定了射入玻璃砖的光线.(1)根据以上信息,请在图甲中画出光路图.[答案]如图所示.(2)正确作出光路图后,测量a分界面上的入射角i和折射角r.多次改变入射角,测得多组入射角和折射角,根据测得的入射角和折射角的正弦值,画出了如图乙所示的图像,由图像可知该玻璃的折射率n=1.5(保留两位有效数字).

(3)如图丙所示,在实验过程中画出界面a后,不小心将玻璃砖向上平移了一些,导致界面a'画到图中虚线位置,而在作光路图时界面a仍为开始所画的,则所测得的折射率将偏大(填“偏大”“偏小”或“不变”).

[解析](2)根据折射定律n=sinisinr,所以sinr=1n根据图像得1n=0.40.6,(3)如图所示,在实验过程中画出界面a后,不小心将玻璃砖向上平移了一些,导致界面a'画到图中虚线位置,而在作光路图时界面a仍为开始所画的,入射角i不变,导致折射角r偏小,则所测得的折射率将偏大.7.图甲所示是利用插针法测定玻璃砖折射率的实验得到的光路图,玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行.(1)以入射点O为圆心,以R=5cm长度为半径画圆,与入射线PO交