高考物理二輪復習 訓練14 專題六 物理實驗 第14講 電學實驗

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訓練14　電學實驗　　　　　　　　　　　　 1.(12分)用如圖所示電路測量電源的電動勢和內(nèi)阻． 實驗器材：待測電源(電動勢約3 V，內(nèi)阻約2 Ω)，保護電阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω)，滑動變阻器R，電流表A，電壓表V，開關(guān)S，導線若干． 實驗主要步驟： (i)將滑動變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)； (ii)逐漸減小滑動變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)U和相應電流表的示數(shù)I； (iii)以U為縱坐標，I為橫坐標，作U—I圖線(U、I都用國際單位)； (iv)求出U—I圖線斜率的絕對值k和在橫軸上的截距a. 回答下列問題： (1)電壓表最好選用________；電流表最好選用________． A．電壓表(0～3 V，內(nèi)阻約15 kΩ) B．電壓表(0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ) C．電流表(0～200 mA，內(nèi)阻約2 Ω) D．電流表(0～30 mA，內(nèi)阻約2 Ω) (2)滑動變阻器的滑片從左向右滑動，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大．兩導線與滑動變阻器接線柱連接情況是________． A．兩導線接在滑動變阻器電阻絲兩端的接線柱 B．兩導線接在滑動變阻器金屬桿兩端的接線柱 C．一條導線接在滑動變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導線接在電阻絲左端接線柱 D．一條導線接在滑動變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導線接在電阻絲右端接線柱 (3)選用k、a、R1和R2表示待測電源的電動勢E和內(nèi)阻r的表達式E＝______，r＝____，代入數(shù)值可得E和r的測量值． 解析：本題考查測電源電動勢和內(nèi)阻實驗，意在考查學生的實驗能力． (1)測電源的電動勢和內(nèi)阻的原理為閉合電路的歐姆定律，即U＝E－Ir，I是電路中的總電流，實際測量時電壓表的分流作用會引起系統(tǒng)誤差，為了減小系統(tǒng)誤差，應選用內(nèi)阻較大的電壓表，即選A；由于電路中的最大電流約為I＝＝ A＝0.176A＝176 mA，應選C. (2)滑動變阻器的滑片從左向右滑動，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，說明滑動過程中滑動變阻器接入電路的阻值增大，因此一根導線接在滑動變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導線接在電阻絲左端接線柱，C項正確． (3)圖象斜率絕對值k＝r＋R2，圖象與橫軸的截距為電壓表短路時的電流，即a＝，因此電源的內(nèi)阻r＝k－R2，電源的電動勢E＝ka. 答案：(1)A　C　(2)C　(3)ak　k－R2 2.(12分)某同學想要描繪標有“3.8 V,0.3 A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測量數(shù)據(jù)盡量精確、繪制曲線完整．可供該同學選用的器材除開關(guān)、導線外，還有： 電壓表V1(量程0～3 V，內(nèi)阻等于3 kΩ) 電壓表V2(量程0～15 V，內(nèi)阻等于15 kΩ) 電流表A1(量程0～200 mA，內(nèi)阻等于10 Ω) 電流表A2(量程0～3 A，內(nèi)阻等于0.1 Ω) 滑動變阻器R1(0～10 Ω，額定電流2 A) 滑動變阻器R2(0～1 kΩ，額定電流0.5 A) 定值電阻R3(阻值等于1 Ω) 定值電阻R4(阻值等于10 Ω) 定值電阻R5(阻值等于1 kΩ) 電源E(E＝6 V，內(nèi)阻不計) (1)請畫出實驗電路圖，并將各元件字母代碼標在該元件的符號旁． (2)該同學描繪出的I－U圖象應是下圖中的____． 解析：本題主要考查描繪小燈泡的伏安特性曲線、電路設計，電表擴大量程及相關(guān)知識點，意在考查學生運用相關(guān)知識解決問題的能力． (1)描繪小燈泡的伏安特性曲線實驗時，需要設計成滑動變阻器的分壓接法，滑動變阻器應選擇與小燈泡阻值相接近的R1.給出的元件電壓表V1量程小于小燈泡的額定電壓，電壓表V2量程又太大，因此需要將電壓表V1串聯(lián)一個1 kΩ的定值電阻R5，改裝成最大量程為4 V的電壓表．給出的元件電流表A1量程小于小燈泡的額定電流，電流表A2量程又太大，因此需要將電流表A1并聯(lián)一個10 Ω的定值電阻R4，改裝成最大量程為400 mA的電流表． (2)由于小燈泡燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，所以該同學繪出的小燈泡的I—U圖象應是B. 答案：(1)　(2)B 3．(14分)某同學為了測量“3.8 V,2.5 W”小燈泡正常發(fā)光的電阻值．實驗室有下列器材，規(guī)格如下： A．兩只相同的電壓表(量程5 V，內(nèi)阻很大) B．電阻箱R1(0～999 Ω，最小調(diào)節(jié)量為1 Ω) C．電阻箱R2(0～99.9 Ω，最小凋節(jié)量為0.1 Ω) D．滑動變阻器R3(0～50 Ω，額定電流為1.5 A) E．滑動變阻器R4(0～5 Ω，額定電流為3 A) F．直流電源(電動勢9 V，內(nèi)阻不計) G．開關(guān)、導線若干、待測燈泡 利用現(xiàn)有器材，請你替這位同學設計本實驗． (1)在方框中畫出合理的實驗原理圖． (2)以上器材中電阻箱應選用________，滑動變阻器應選用________(填序號字母)． (3)根據(jù)你所設計的電路圖，得出測量小燈泡正常發(fā)光時的電阻值的方法________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 解析：(1)本實驗采用的是等效替代法，電路圖如圖所示 (2)由于小燈泡的電阻R＝≈5.8 Ω，故選電阻箱R2；為方便調(diào)節(jié)選擇與燈泡阻值相近的滑動變阻器R4. (3)電阻箱與燈泡串聯(lián)電流相等，故分壓相等時，阻值相等，故方法為：調(diào)節(jié)電阻箱和滑動變阻器，當兩電壓表示數(shù)都達到3.8 V，讀出電阻箱的阻值即為小燈泡正常發(fā)光時的電阻，R2＝R(其他方法合理也正確)． 答案：(1)見解析圖(變阻器畫成限流式也正確)　(2)C　E (3)調(diào)節(jié)電阻箱和滑動變阻器，當兩電壓表示數(shù)都達到3.8 V，讀出電阻箱的阻值即為小燈泡正常發(fā)光時的電阻，R2＝R(其他方法合理也正確) 4．(14分)某同學要測量一個圓柱形導體的電阻率ρ. (1)用20分度的游標卡尺測量其長度如圖甲所示，由圖可知其長度為________cm. (2)用多用電表的電阻“10”擋，按正確的操作步驟測此圓柱形導體的電阻，表盤的示數(shù)如圖乙所示，則該電阻的阻值約為________Ω. (3)該同學想用伏安法更精確地測量其電阻R，現(xiàn)有的器材及其代號和規(guī)格如下： 待測圓柱形導體(電阻為R) 電流表A1(量程為4 mA，內(nèi)阻約為50 Ω) 電流表A2(量程為10 mA.內(nèi)阻約為30 Ω) 電壓表V1(量程3 V，內(nèi)阻約為10 kΩ，) 電壓表V2(量程15 V，內(nèi)阻約為25 kΩ) 直流電源E(電動勢4 V，內(nèi)阻不計) 滑動變阻器R1(阻值范圍0～15 Ω，額定電流2.0 A) 滑動變阻器R2(阻值范圍0～2 kΩ，額定電流0.5 A) 開關(guān)S，導線若干 為減小實驗誤差，要求測得多組數(shù)據(jù)進行分析，請在虛線框中畫出合理的測量電路圖，并標明所用器材的代號． 答案：(1)5.015　(2)220　(3)如圖 5．(16分)在測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻實驗中，小明設計了如圖甲所示的實驗電路． (1)根據(jù)圖甲實驗電路，請在圖乙中用筆畫線代替導線，完成實物電路的連接． (2)實驗開始前，應先將滑動變阻器的滑片P調(diào)到________(填“a”或“b”)端． (3)合上開關(guān)S1，S2接圖甲中的1位置，滑動滑片P，記錄下幾組電壓表和電流表的示數(shù)；重置滑動變阻器，S2改接圖甲中的2位置，滑動滑片P，再記錄幾組電壓表和電流表的示數(shù)．在同一坐標系內(nèi)分別描點作出S2接1、2位置時，電壓表示數(shù)U和電流表示數(shù)I的圖象，如圖丙所示．兩圖線均為直線，與縱軸的截距分別為UA、UB，與橫軸的截距分別為IA、IB. ①S2接1位置時，作出的U—I圖線是圖丙中的________(填“A”或“B”)線； ②S2接2位置時，干電池電動勢的測量值________真實值，內(nèi)阻的測量值________真實值．(填“大于”、“小于”或“等于”) 解析：(2)為保護電表，閉合開關(guān)前滑動變阻器連入電路的阻值應最大，即滑片P調(diào)到a端．(3)S2接1位置時，由于電壓表的分流，使得電流的測量值偏小，而短路電流(U＝0時的電流，即圖線與橫軸的截距)不變，故電動勢和內(nèi)阻的測量值都偏??；S2接2位置時，可將電流表內(nèi)阻等效到電源內(nèi)阻中，即外電壓和干路電流的測量值是準確的，電源電動勢的測量值等于電動勢的真實值，但電源內(nèi)阻的測量值等于電源內(nèi)阻的真實值與電流表內(nèi)阻的和． 答案：(1)如圖所示　(2)a　(3)B　等于　大于 6．(16分)太陽能電池板在有光照時，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學器件，某實驗小組根據(jù)測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池板在沒有光照時(沒有儲存電能)的I—U特性．所用的器材包括：太陽能電池板，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關(guān)S及導線若干． (1)為了達到上述目的，實驗電路應選用圖甲中的圖________(填“a”或“b”)． (2)該實驗小組根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，描點繪出了如圖乙的I一U圖象，由圖可知，當電壓小于2.00 V時，太陽能電池板的電阻________(填“很大”或“很小”)；當電壓為2.80 V時，太陽能電池板的電阻為________Ω. (3)當有光照射時，太陽能電池板作為電源，其路端電壓與總電流的關(guān)系如圖所示，分析該曲線可知，該電池板作為電源時的電動勢為________V．若把它與阻值為1 kΩ的電阻連接構(gòu)成一個閉合電路，在有光照射情況下，該電池板的效率是________%.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 答案：(1)a　(2)很大　1103Ω (3)2.80　64.3(64.1～64.5之間均算正確) 7．(16分)用如圖甲所示電路，測定一節(jié)電池的電動勢和內(nèi)阻，電池的內(nèi)阻較小，為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路，電路中用一個定值電阻R0起保護作用．除電池、開關(guān)和導線外，可供使用的實驗器材還有： a．電流表(量程0.6 A) b．電壓表(量程3 V) c．定值電阻(阻值1 Ω、額定功率5 W) d．滑動變阻器(阻值范圍0～10 Ω、額定電流2 A) e．滑動變阻器(阻值范圍0～1000 Ω、額定電流1 A) 那么： (1)R應選擇阻值范圍是________(選填“d”或“e”)的滑動變阻器． (2)為使電壓表讀數(shù)增大，滑動變阻器滑動端應向________(選填“a”或“b”)滑動，電流表的內(nèi)阻對測量結(jié)果是否有影響________(填“有”或“無”)． (3)根據(jù)實驗記錄，畫出的U—I圖線如圖乙所示，從中可求出待測電池的電動勢為________V，內(nèi)電阻為________Ω(結(jié)果保留到小數(shù)點后二位)． (4)若因電池的內(nèi)阻較小，調(diào)節(jié)過程電壓表的變化不明顯，影響測量的準確度，為使測量的準確度提高，請你按原有的實驗器材對電路進行改進并在下圖中畫出電路圖． 解析：(1)由于電源是一節(jié)干電池(1.5 V)，所選量程為3 V的電壓表；滑動變阻器的最大阻值一般比電池內(nèi)阻大幾倍即可，取0～10Ω能很好地控制電路中的電流和電壓，若取0～1000Ω會出現(xiàn)開始幾乎不變最后突然變化的現(xiàn)象． (2)為了使電壓表讀數(shù)增大，滑動變阻器接入電阻應增大使電流減小，故滑動變阻器滑片應向b端滑動；本實驗中引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因是電壓表的分流作用，導致電流表的示數(shù)總小于真實的干路電流值．電流表的內(nèi)阻對實驗結(jié)果沒有影響． (3)由圖示電源的U—I圖象可知，電源的電動勢為E＝1.48 V，圖象斜率的絕對值等于電源的內(nèi)阻，內(nèi)阻為r＝＝Ω≈0.63 Ω (4)因電源內(nèi)阻較小，實驗誤差較大，為了減小誤差可以采用等效的方法增大等效內(nèi)阻，即將R0直接與電源相連，如圖所示． 答案：(1)d　(2)b　無　(3)1.48　0.63　(4)見解析圖