2019年高考物理备考优生百日闯关系列专题19电学实验含解.docx
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1、试题为word版 下载可打印编辑专题19 电学实验第一部分名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现,试题在考查主干知识的同时,注重考查必修中的基本概念和基本规律。考纲要求1、掌握电流表、电压表和多用表的使用方法及电流表、电压表和多用表的读数方法;掌握多用表的使用方法。2、掌握滑动变阻器的使用方法及连接方法,会用伏安法测电阻。3、能明确实验目的,能理解实验原理和方法,能控制实验条件,会使用仪器,会观察、分析实验现象,会记录、处理实验数据,并得出结论。命题规律1、与电阻测量有关的电学实验仍是2015年高考命题的热点,同进伴随对基本仪器的读数能力的考查。2、命题形式可能为填空、选择性填空、电路图或实
2、物连线、图象图表分析等。3、重视对实验操作能力的考查;实验器材的选择,包括滑动变阻器、电阻箱、电表量程的选择。第二部分精选试题1太阳能电池帆板可以给卫星、宇宙飞船提供能量。如图甲,太阳能电池在有光照时,可以将光能转化为电能,在没有光照时,可以视为一个电动势为零的电学器件。探究一:实验小组用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法,用图乙电路探究太阳能电池被不透光黑纸包住时的I-U特性曲线。(1)图乙中虚线处_(填“需要”、“不需要)连接导线:滑动变阻器如图丙所示,开关闭合前,滑片应移至_(填“A”、“B”)端。(2)通过实验,在图上作出被黑纸包住的太阳能电池的I-U特性曲线如图,将其与一个电动势为3V
3、(内阻忽略不计)的电源和阻值为5k的定值电阻串联在一起,它消耗的电功率约为_W(结果保留两位有效数字)探究二:在稳定光照环境中,取下太阳能电池外黑纸,并按图丁电路丁测量金属丝的电阻率”。(3)该小组用螺旋测微器测量金属丝直径时读数如图戊所示,其直径为_ mm(4)实验中测得电压表示数为U,电流表示数I,金属丝直径为D、长度为l,则金属丝电阻率为_(用上述测量量表示)。(5)考虑电压表与电流表内阻对测量结果的影响,金属丝电阻的测量值_(填“大于”、“等于”、“小于”)真实值。【答案】需要A4.210-4W(3.810-44.610-4都行)0.790D2U4LI小于【解析】【详解】(1)为了使电
4、压调节范围尽量大,滑动变阻器应采用分压式接法,则图乙中虚线处需要连接导线;实验前应使待测元件的分压为零,滑片应移至A端。(2)将其与一个电动势为3V(内阻忽略不计)的电源和阻值为5k的定值电阻串联在一起时,可等效为将其接在电动势为3V、内阻为5k的电源上,将等效电源的IU图象画在元件的IU图象上,交点处电压与电流的乘积即为它消耗的电功率(如图),即I=210uA,U=1.9V,则P=IU=4.010-4W。(3)螺旋测微器测量金属丝直径为:0.5mm+0.01mm29.0=0.790mm;(4)由电阻定律R=ls,以及R=UI,可得=D2U4LI。(5)由于电压表的分流作用,使得电阻上电流的测
5、量值偏大,则电阻测量值偏小.2某研究性实验小组为探索航天器球形返回舱穿过大气层时所受空气阻力(风力)的影响因素,进行了模拟实验研究。如图为测定风力的实验装置图。其中CD是一段水平放置的长为L的光滑均匀电阻丝,电阻丝阻值较大;一质量和电阻均不计的细长裸金属丝一端固定于O点,另一端悬挂小球P,无风时细金属丝竖直,恰与电阻丝在C点接触,OC=H;有风时细金属丝将偏离竖直方向,与电阻丝相交于某一点(如图中虚线所示,细金属丝与电阻丝始终保持良好的导电接触)。(1)已知电源电动势为E,内阻不计,理想电压表两接线柱分别与O点和C点相连,球P的质童为m,重力加速度为g,由此可推得风力大小F与电压表示数U的关系
6、为F=_。(2)研究小组的同学猜想:风力大小F可能与风速大小v和球半径r这两个因数有关,于是他们进行了实验后获得了如下数据:(下表中风速v的单位为m/s,电压U的单位为V,球半径r的单位为m)根据表中数据可知,风力大小F与风速大小v和球半径r的关系是_(比例系数用k表示)。【答案】mgULEHF=kvr【解析】【详解】(1)以小球为研究对象,对小球受力分析,设金属丝与竖直方向的夹角为,由平衡条件可得,风力F=mgtan。金属丝与电阻丝交点与C点间长度为x=Htan,电阻Rx=HtanLR;由串联分压规律可知电压表示数U=RxRE=HtanLE。联立解得:F=mgLEHU。(2)由表中数据可得,
7、在球半径一定的情况下,电压表示数与风速成正式,则风力大小与风速成正比,即F与v成正比。由球的体积公式、密度公式和F=mgLEHU可得,F=mgLEHU=gLEH43r3U;在风速一定的情况下,球半径增大到原来的两倍,电压表示数减小为原来的14,可得风速一定的条件下,风力与半径的关系为F与r成正比。综上,风力大小F与风速大小v和球半径r的关系是F=kvr。3图甲为欧姆表的电路原理图,可将欧姆表内部(图中虚线框内)等效为一电源。设计图乙电路测量欧姆表某挡位的电动势与内阻,具体操作如下:A.将欧姆表的_旋至某挡位,a、b两表笔短接,调节调零旋钮进行_;B.将毫安表与滑动变阻器R1按图乙连接;C.调节
8、消动变阻器R1滑片的位置,读出亳安表的示数I和对应的欧姆表示数R,将多组数据填入表中。123456R/k0.51.01.52.02.53.0I/mA1.481.201.030.860.740.671/I/mA-10.680.830.971.161.351.49完成下列内容:(1)填写操作A中横线上的内容:(2)图甲中a为_(选填“红”、“黑”)表笔;(3)根据表中数据描点(第四组数据)并画出1I-R关系图象_;(4)由图象可得欧姆表该档位的电动势为_V,内阻为_k。(结果均保留两位有效数字)【答案】(1)选择开关;欧姆调零(2)红(3)见解析;(4)3.0V;1.5k【解析】【详解】A、将欧姆
9、表的选择开关旋至某挡位,a、b两表笔短接,调节调零旋钮进行欧姆调零;(2)图甲中a为红表笔;(3)画出1I-R关系图象如图;(4)设等效电源的电动势为E,内阻为r,则E=I(R+r),即1I=1ER+rE由图像可知:1E=(1.5-0.5)1033103=13;rE=0.5103,解得E=3.0V;r=1.5k4某同学要测量额定电压为3 V的某圆柱体电阻R的电阻率。(1)用游标卡尺测量其长度,如图所示,则其长度L=_ mm。(2)为精确测量R的阻值,该同学先用如图所示的指针式多用电表粗测其电阻。他将红黑表笔分别插入“+”“-”插孔中,将选择开关置于“1”挡位置,然后将红、黑表笔短接调零,此后测
10、阻值时发现指针偏转角度如图甲所示。试问:为减小读数误差,该同学应将选择开关置于“_”挡位置。再将红、黑表笔短接,此时发现指针并未指到右边的“0 ”处,如图乙所示,那么他该调节_直至指针指在“0 ”处再继续实验,结果看到指针指在如图丙所示位置。现要进一步精确测量其阻值,实验室提供了下列可选用的器材:A.灵敏电流计G(量程200 A,内阻300 )B.电流表A(量程0.6 A,内阻约0.3 )C.电压表V1(量程3 V,内阻约3 k)D.电压表V2(量程15 V,内阻约5 k)E.滑动变阻器R1(最大阻值为10 )F.最大阻值为99.99 的电阻箱R2以及电源E(电动势4 V,内阻可忽略)、开关、
11、导线若干若为了提高测量精确度并且使电阻R两端电压调节范围尽可能大,除电源、开关、导线以外还应选择的最恰当器材(只需填器材前面的字母)有_。请画出你设计的电路图。【答案】(1)30.75(2)10欧姆调零旋钮ACEF 电路图如图所示【解析】【详解】(1)游标卡尺的读数为30mm+150.05mm=30.75mm(2)欧姆表的零刻度是在表的右侧,指针偏转角度过小,说明阻值大,挡数小,应该换到更高一档,即“10”档。调节档位后需要再次将黑红笔短接,调节欧姆调零旋钮。由图丙可看出电阻阻值大约为150,电阻额定电压为3V,所以选用电压表V1,电路电流约为3150=0.02A,器材B电流表量程过大,应该选
12、取灵敏电流计和R2并联改造成电流表使用,同时需要滑动变阻器改变电压多次测量,故需要的器材为ACEF;题目要求电阻R两端电压调节范围尽可能大,则滑动变阻器采用分压接法,被测电阻阻值较大,所以采用电流表内接法,综合以上因素可画出电路图如图所示:5小明和小亮想利用实验室提供的器材测量某种电阻丝材料的电阻率,所用电阻丝的电阻约为20。长度约50cm,a.用螺旋测微器测量电阻丝直径读数如图,则其直径为_mm。b.小明首先用如下电路测量,他把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱8和9上,连接好电路,合上开关,将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中,发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。
13、由此可以推断:电路中_(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了_(选填“短路”或“断路”)。c.小亮想用另外的方法测量电阻丝的电阻。他又找来一个电阻箱R(09999)、一个小金属夹,按照如图所示连接电路,在电阻丝上夹上一个与接线柱c相连的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度。然后进行了如下操作:A调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大,闭合开关;B将金属夹夹在电阻丝最右端,调整电阻箱接入电路中的电阻值,使电流表满偏,记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;C改变金属夹与电阻丝接触点的位置,调整电阻箱接入电路中的阻值,使电流表再次满偏。重
14、复多次,记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;D断开开关;E用记录的多组电阻箱的电阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据,绘出了如图所示的R-L关系图线,图线在R轴的截距为R0,在L轴的截距为L0。结合测出的电阻丝直径d,可求出这种电阻丝材料的电阻率=_(用给定的物理量符号和已知常数表示)。d.若小亮在本实验中的操作、读数及计算均正确无误,那么由于电流表内阻的存在,对电阻率的测量结果是否会产生影响?答:_。(选填“偏大、偏小、没有影响”)【答案】0.2607-9断路d2R04L0没有影响【解析】【详解】a.用螺旋测微器测量电阻丝直径读数为:0.01mm26.0=0.260mm
15、。b.电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化,电压表示数很大,电流表示数为零。由此可以推断:电路中7-9之间出现了断路。c.由题意可知,每次电流表都调到满偏位置,可知每次调节电路的总电阻相同,则:R+LS=R总(定值),即R =R总-SL,则R总=R0;S=R0L0,解得=R0L0S=R0L014d2=R0d24L0;d.此实验中,若考虑电流表的内阻RA,则表达式为R+LS+RA=R总,则R =(R总-RA)-SL,则R-L图像的斜率不变,即电流表内阻对实验无影响.6某同学设计了一个简易的多用表,内部电路如图,其中G为灵敏电流计,S为单刀多掷电键(功能键).(1)当S置于1或2位置时用
16、于测_,且S置于_时其量程较大;将功能键置于5位置时用于测_;(2)测电压时,电流从_端流入多用表(选填“红”或“黑”);(3)如图乙和丙是另一位同学设计的两种欧姆表的内部电路,改装后的表盘如图丁,倍率分别为10和100则设计合理的是图_(选填“乙”或“丙”)的电路,原因是:_;(4)若电源E1的内阻不计,灵敏电流计表G内阻Rg=10,该多用电表功能选择开关S接“1”时测电阻的倍率为“10”,其中R1=_【答案】电流1电阻红丙表头满偏电流一定,只有不同电源才能实现倍率的变换140【解析】【详解】(1)多用电阻若测电流,应让表头与电阻并联,即当S置于1或2位置时用于测电流,且S置于1时其量程较大
17、,将功能键置于5位置时用于测电阻;(2)多用电表测电压与电流时,电流从红表笔流入;(3)图乙中电源为E1,表头满偏电流一定,则欧姆表的内阻为定值,无法实现倍率的变换,所以选择图丙,原因为表头满偏电流一定,只有不同电源才能实现倍率的变换(4)根据丁图可知,欧姆表的内阻为1510=150,则R1=150-10=140.7要测量一节内阻较大的干电池的电动势和内阻,某同学设计了如图所示的实验电路,电路中的定值电阻R18 .(1)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片调到最右端.闭合开关后,调节滑动变阻器,记录多组电压表的示数U1、U2,填在下表中,请根据表格数据在图下所示的坐标系中作出U2U1的_图象.U1
18、/V0.100.200.300.400.500.60U2/V1.050.900.750.700.450.30根据作出的图象可得到电池的电动势E_ V,电池的内阻r_ .(2)由于电压表V1内阻的存在,测得的干电池电动势_(填“大于”“等于”或“小于”)电动势的真实值,测得的干电池内阻_(填“大于”“等于”或“小于”)内阻的真实值.【答案】(1 )如图所示1.204.0(2)等于大于【解析】【详解】(1)由表中数据采用描点法得出对应的图象如图所示;由闭合电路欧姆定律可知:E=U1+U2+U1Rr,解得:U2=E-R+rRU1,由图可知,电动势E=1.20V;图像斜率k=R+rR=1.20.8;解
19、得:r=4.0(3)由以上公式可得,由于V1内阻的影响,干路电流应大于U1R,故题目中出现误差;当外电路断路时,电阻的影响可以忽略;故对电动势的测量没有影响;故电动势的测量值等于真实值;但如果考虑电压表内阻,表达式应为:U2=E-R+rRU1 ,因RR,故内阻的测量值大于真实值;故答案为:(1)1.20;4.0;(2)V1;等于;大于。【点睛】根据闭合电路欧姆定律得出对应的表达式,从而明确电源的电动势和内电阻;根据实验原理及表达式分析误差来源,并根据电表带来的影响明确误差情况8在练习使用多用表时,某同学将选择开关拨至“10”档时,欧姆表的内部结构可简化成图甲中虚线框内的电路,其中定值电阻R0与
20、电流表G的内阻之比R0:Rg=1:4,电流表G的量程已知,故能正确读出流过电流表G的电流值欧姆表示已经进行了必要的调零该同学想用一个电阻箱Rx较精确的测出倍率下电路中电源的电动势E和欧姆表的总内阻R内,他的操作步骤是:a将欧姆表与电阻箱Rx连成图甲所示的闭合回路b改变电阻箱阻值,记下电阻箱示数Rx和与之对应的电流表G的示数I0;c将记录的各组Rx、IG的数据描点在乙图中,得到IIG-Rx图线如图乙所示;d根据乙图作得的IG-Rx图线,求出电源的电动势E和欧姆表的总内阻R内图甲中,a表笔的颜色是_,电源的电动势E为_V,欧姆表总内阻R内为_电流表G的量程是_A【答案】黑91800.01【解析】【
21、详解】由图甲所示可以知道,a与电源正极相连,根据电流“红进黑出”可知,a表笔是黑色的;由图甲所示,在闭合电路中,电源电动势E=IR内+Rx,而又因R0:Rg=1:4,则I=5Ig,则E=5IgR内+Rx,故1Ig=5ERx+5R内E,由图乙所示图象可以知道,图象纵轴截距b=5R内E=100,图像斜率k=5E=300-100360=59,计算得出:E=9V,内阻R内=180,电流表G的满偏电流为Ig=ER内15=918015A=0.01A,则电流表量程为0.01A。9某型号多用电表欧姆档的电路原理图如图甲所示。微安表是欧姆表表头,其满偏电流Ig=500A,内阻Rg=950.电源电动势E=1.5V
22、,内阻r=1。电阻箱R1和电阻箱R2的阻值调节范围均为09999.(1)甲图中的a端应与_(红或黑)表笔连接.(2)某同学将图甲中的a、b端短接,为使微安表满偏,则应调节R1=_;然后在a、b端之间接入一电阻Rx后发现微安表半偏,则接入的电阻阻值为Rx=_.(3)如图乙所示,该同学将微安表与电阻箱R2并联,利用该电路图组装一个“100倍率”的欧姆表,要求欧姆表的表盘刻度示意图如图丙所示,其中央刻度标“15”,则该同学应调节R2=_;用此欧姆表测量一个阻值约2000的电阻,测量前应调节R1=_。【答案】红204930009501024【解析】【分析】(1)根据对多用电表结构的掌握分析答题;(2)
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