2023屆高考物理-點撥專題講練14-電學實驗(二)(含14真題及原創(chuàng)解析)新人教版來源：學優(yōu)高考網2450944

2023屆高考物理考前三個月名師考點點撥專題講練14電學實驗（二）（含14真題及原創(chuàng)解析）新人教版考題1測定金屬絲(液體)的電阻率例1在“探究導體電阻與其影響因素的定量關系”的實驗中：(1)某實驗小組用如圖1所示電路對鎳鉻合金和康銅絲進行探究，a、b、c、d是四種金屬絲．圖1①實驗小組討論時，某同學對此電路提出異議，他認為，電路中應該串聯(lián)一個電流表，只有測出各段金屬絲的電阻，才能分析電阻與其影響因素的定量關系．你認為要不要串聯(lián)電流表？并簡單說明理由．②幾根鎳鉻合金絲和康銅絲的規(guī)格如下表所示：電路圖中三種金屬絲a、b、c分別為下表中編號為A、B、C的金屬絲，則d應選下表中的________(用表中編號D、E、F表示).編號材料長度L/m橫截面積S/mm2A鎳鉻合金0.300.50B鎳鉻合金0.500.50C鎳鉻合金0.301.00D鎳鉻合金0.501.00E康銅絲0.300.50F康銅絲0.501.00(2)該實驗小組探究了導體電阻與其影響因素的定量關系后，想測定某金屬絲的電阻率．①用毫米刻度尺測量金屬絲長度為L＝80.00cm，用螺旋測微器測金屬絲的直徑如圖2甲所示，則金屬絲的直徑d為________.②按如圖乙所示連接好電路，測量金屬絲的電阻R.改變滑動變阻器的阻值，獲得六組I、U數(shù)據(jù)描在圖丙中所示的坐標系上．由圖可求得金屬絲電阻R＝________Ω，該金屬絲的電阻率ρ＝________Ω·m(保留兩位有效數(shù)字)．圖2解析(1)①串聯(lián)電路電流處處相等，串聯(lián)電阻兩端電壓與電阻成正比，不需要測出電流，根據(jù)電阻兩端電壓大小即可比較出電阻大小．②探究影響電阻的因素，應采用控制變量法，實驗已選A、B、C的金屬絲，根據(jù)控制變量法的要求，應控制材料的長度與橫截面積相等而材料不同，因此d應選表中的E.(2)①由圖示螺旋測微器可知，其示數(shù)為1.5mm＋10.0×0.01mm＝1.600mm；②根據(jù)坐標系內的點作出圖象如圖所示．由圖象可知，電阻阻值為R＝eq\f(U,I)＝eq\f(0.3,0.6)Ω＝0.5Ω；由電阻定律R＝ρeq\f(L,S)＝ρeq\f(L,π\(zhòng)f(d,2)2)可得，電阻率ρ＝eq\f(πRd2,4L)＝eq\f(3.14×0.5×1.600×10－32,4×0.800)Ω·m≈1.3×10－6Ω·m.答案(1)①不需要，串聯(lián)電路電流處處相等，電壓與電阻成正比②E(2)①1.600mm②0.51.3×10－61．(2023·江蘇·10)某同學通過實驗測量一種合金的電阻率．(1)用螺旋測微器測量合金絲的直徑．為防止讀數(shù)時測微螺桿發(fā)生轉動，讀數(shù)前應先旋緊圖3所示的部件__________(選填“A”、“B”、“C”或“D”)．從圖中的示數(shù)可讀出合金絲的直徑為________mm.圖3(2)圖4所示是測量合金絲電阻的電路，相關器材的規(guī)格已在圖中標出．合上開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端的過程中，發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表的指針只在圖示位置發(fā)生很小的變化．由此可以推斷：電路中______(選填圖中表示接線柱的數(shù)字)之間出現(xiàn)了________(選填“短路”或“斷路”)．圖4(3)在電路故障被排除后，調節(jié)滑動變阻器，讀出電壓表和電流表的示數(shù)分別為2.23V和38mA，由此，該同學算出接入電路部分的合金絲的阻值為58.7Ω.為了更準確地測出合金絲的阻值，在不更換實驗器材的條件下，對實驗應作怎樣的改進？請寫出兩條建議．答案(1)B0.410(2)7、9斷路(3)電流表改為內接；測量多組電流和電壓值，計算出電阻的平均值．(或測量多組電流和電壓值，用圖像法求電阻值)解析(1)螺旋測微器讀數(shù)時應先將鎖緊裝置鎖緊，即旋緊B.螺旋測微器的示數(shù)為(0＋41.0×0.01)mm＝0.410mm.(2)電壓表的示數(shù)不為零，電流表的示數(shù)幾乎為零，說明連接兩電表的電路是導通的．而滑動變阻器幾乎不起作用，說明線路電阻很大，故可判斷7、9間斷路．(3)由題知eq\f(RA,Rx)≈0.005<eq\f(Rx,RV)≈0.019，說明電流表的分壓作用不顯著，故可將電流表改為內接，并測出多組U、I值，求出Rx后，再取平均值作為實驗結果．2．(1)某實驗小組在“測定金屬絲電阻率”的實驗過程中，正確操作獲得金屬絲的直徑以及電流表、電壓表的讀數(shù)如圖5所示，則它們的讀數(shù)值依次是________、________、________.圖5(2)已知實驗中所用的滑動變阻器阻值范圍為0～10Ω，電流表內阻約幾歐，電壓表內阻約20kΩ.電源為干電池(不宜在長時間、大功率狀況下使用)，電動勢E＝4.5V，內阻很?。畡t以下電路圖中________(填電路圖下方的字母代號)電路為本次實驗應當采用的最佳電路．但用此最佳電路測量的結果仍然會比真實值偏________．若已知實驗所用的電流表內阻的準確值RA＝2.0Ω，那么準確測量金屬絲電阻Rx的最佳電路應是上圖中的________電路(填電路圖下的字母代號)．此時測得電流為I、電壓為U，則金屬絲電阻Rx＝________(用題中字母代號表示)．答案(1)0.998mm(0.996～0.999mm均可)0.42A2.26V(2.25～2.28V均可)(2)A小Beq\f(U,I)－RA解析(1)因電源不能在大功率下長時間運行，則本實驗應采用限流式接法；同時電壓表內阻較大，由以上讀數(shù)可知，待測電阻的內阻約為5Ω，故采用電流表外接法誤差較小；在實驗中電壓表示數(shù)準確，但電流表測量的是干路電流，故電流表示數(shù)偏大，則由歐姆定律得出的結果偏小；(2)因已知電流表內阻的準確值，則可以利用電流表內接法準確求出待測電阻，故應選B電路；待測電阻及電流表總電阻R＝eq\f(U,I)，則待測電阻Rx＝R－RA.連接實物圖要根據(jù)電路原理圖，采用先串后并，如果滑動變阻器是分壓式接法，一般先將電源、開關、滑動變阻器的全部電阻連接，然后將滑動變阻器的分壓部分、待測電阻、電流表串聯(lián)，最后并聯(lián)電壓表．同時注意電壓表和電流表的正負接線柱以及電流表的內、外接法，還要注意量程選取是否合適．考題2測定電源的電動勢和內阻例2某同學用如圖6所示電路測量多用電表的內阻和內部電池的電動勢．圖6(1)多用電表右側表筆為________(填“紅表筆”或“黑表筆”)．將多用電表選擇旋鈕調至歐姆擋“×1”，將紅黑表筆短接，調節(jié)________，使指針指在右側滿刻度處．(2)移動滑動變阻器R的觸頭，分別讀出五組電壓表(內阻較大，可視為理想電壓表)和歐姆表示數(shù)U、R，并將計算得出的eq\f(1,U)、eq\f(1,R)記錄在表格中，其中第四次測量時歐姆表的示數(shù)如圖7，其阻值為________Ω.在如圖8所示的坐標紙上作出eq\f(1,U)－eq\f(1,R)圖線．圖7eq\f(1,U)2.501.701.251.000.80eq\f(1,R)0.180.100.060.02圖8(3)若改用已使用較長時間的多用電表(電池電動勢變小，內阻變大)，但仍能調零后測電阻，其測得電阻R值與原來相比________．(填“偏大”、“不變”或“偏小”)答案(1)黑表筆調零旋鈕(調R0也可)(2)30如圖所示(3)偏大3．某同學用如圖9所示的電路測量歐姆表的內阻和電源電動勢(把歐姆表看成一個電源，且已選定倍率并進行了歐姆調零)．實驗器材的規(guī)格如下：圖9電流表A1(量程200μA，內阻R1＝300Ω)電流表A2(量程30mA，內阻R2＝5Ω)定值電阻R0＝9700Ω滑動變阻器R(阻值范圍0～500Ω)(1)閉合開關S，移動滑動變阻器的滑動觸頭至某一位置，讀出電流表A1和A2的示數(shù)分別為I1和I2.多次改變滑動觸頭的位置，得到的數(shù)據(jù)見下表.I1(μA)120125130135140145I2(mA)20.016.713.210.06.73.3依據(jù)表中數(shù)據(jù)，作出I1—I2圖線如圖10所示；據(jù)圖可得，歐姆表內電源的電動勢為E＝________V，歐姆表內阻為r＝________Ω.(結果保留3位有效數(shù)字)圖10(2)若某次電流表A1的示數(shù)是114μA，則此時歐姆表示數(shù)約為________Ω.(結果保留3位有效數(shù)字)答案(1)1.50(1.48～1.51)15.0(14.0～16.0)(2)47.5(47.0～48.0)解析(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律，由圖象與縱坐標的交點可求得：歐姆表內電源的電動勢E＝150μA×(300＋9700)Ω＝1.50V；由圖象的斜率絕對值可求得歐姆表內阻，內阻約為r＝eq\f(ΔU,ΔI2)＝eq\f(ΔI1R1＋R0,ΔI2)＝eq\f(150－120×300＋9700×10－6,0.020－0)Ω＝15.0Ω.(2)由閉合電路歐姆定律知E＝I1(R0＋R1)＋Ir，則I＝eq\f(E－I1R0＋R1,r)＝0.024A，故歐姆表的示數(shù)R＝eq\f(I1R0＋R1,I)＝47.5Ω.測量電源的電動勢和內阻的基本原理是閉合電路歐姆定律，數(shù)據(jù)處理的主要思想方法是“化曲為直”，常用的方法有三種：1．伏安法——利用電壓表和電流表，閉合電路方程為E＝U＋Ir，利用兩組數(shù)據(jù)，聯(lián)立方程求解E和r；也可作出U—I圖象，圖線的縱截距表示電源的電動勢，斜率的絕對值表示電源的內阻．2．伏阻法——利用電壓表和電阻箱．閉合電路方程為E＝U(1＋eq\f(r,R))．利用兩組數(shù)據(jù)聯(lián)立方程求解或將原方程線性化，處理為eq\f(1,U)＝eq\f(r,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(1,E)或U＝－req\f(U,R)＋E，作eq\f(1,U)—eq\f(1,R)圖象或U—eq\f(U,R)圖象，利用圖線的截距和斜率求E和r.3．安阻法——利用電流表和電阻箱．閉合電路方程為E＝I(R＋r)，利用兩組數(shù)據(jù)聯(lián)立方程求解或將方程線性化，處理為eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)·R＋eq\f(r,E)，作eq\f(1,I)－R圖象，利用圖線的截距和斜率求E和r.考題3考題3從原理遷移中突破電學實驗例3霍爾效應是電磁基本現(xiàn)象之一，近期我國科學家在該領域的實驗研究上取得了突破性進展．如圖11所示，在一矩形半導體薄片的P、Q間通入電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B，在M、N間出現(xiàn)電壓UH，這個現(xiàn)象稱為霍爾效應，UH稱為霍爾電壓，且滿足UH＝keq\f(IB,d)，式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)．某同學通過實驗來測定該半導體薄片的霍爾系數(shù)．圖11(1)若該半導體材料是空穴(可視為帶正電粒子)導電，電流與磁場方向如圖11所示，該同學用電壓表測量UH時，應將電壓表的“＋”接線柱與______(填“M”或“N”)端通過導線相連．(2)已知薄片厚度d＝0.40mm，該同學保持磁感應強度B＝0.10T不變，改變電流I的大小，測量相應的UH值，記錄數(shù)據(jù)如下表所示．根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖12中畫出UH—I圖線，利用圖線求出該材料的霍爾系數(shù)為______×10－3V·m·A－1·T－1(保留2位有效數(shù)字).I(×10－3A3.06.09.012.015.018.0UH(×10－3V)1.11.93.44.56.26.8圖12(3)該同學查閱資料發(fā)現(xiàn)，使半導體薄片中的電流反向再次測量，取兩個方向測量的平均值，可以減小霍爾系數(shù)的測量誤差，為此該同學設計了如圖13所示的測量電路，S1、S2均為單刀雙擲開關，虛線框內為半導體薄片(未畫出)．為使電流從Q端流入，P端流出，應將S1擲向________(填“a”或“b”)，S2擲向________(填“c”或“d”)．為了保證測量安全，該同學改進了測量電路，將一合適的定值電阻串聯(lián)在電路中．在保持其它連接不變的情況下，該定值電阻應串聯(lián)在相鄰器件________和________(填器件代號)之間．圖13解析(1)根據(jù)左手定則，正電荷受力向左，因此“＋”接線柱應接M點；(2)畫出圖象，圖象的斜率為eq\f(kB,d)，將B和d代入就可以求出k值為1.5；(3)將S1擲向b，S2擲向c，電流恰好反向；應將該電阻接入公共部分，即在S1與S2之間，因此可以在S1與E之間也可以在E與S2之間．答案(1)M(1分)(2)如圖所示(3分)1．5(1.4～1.6)(1分)(3)b(1分)c(1分)S1(或S2)(1分)E(1分)(2023·福建·19(2))(9分)某研究性學習小組利用伏安法測定某一電池組的電動勢和內阻，實驗原理圖如圖14甲所示，其中，虛線框內為用靈敏電流計改裝的電流表，為標準電壓表，E為待測電池組，S為開關，R為滑動變阻器，R0是標稱值為4.0Ω的定值電阻．圖14①已知靈敏電流計的滿偏電流Ig＝100μA、內阻rg＝2.0kΩ，若要改裝后的電流表滿偏電流為200mA，應并聯(lián)一只________Ω(保留一位小數(shù))的定值電阻R1；②根據(jù)如圖14甲，用筆畫線代替導線將圖乙連接成完整的電路；③某次實驗的數(shù)據(jù)如下表所示：測量次數(shù)12345678電壓表讀數(shù)U/V5.265.165.044.944.834.714.594.46改裝表讀數(shù)I/mA20406080100120140160該小組借鑒“研究勻變速直線運動”實驗中計算加速度的方法(逐差法)，計算出電池組的內阻r＝________Ω(保留兩位小數(shù))；為減小偶然誤差，逐差法在數(shù)據(jù)處理方面體現(xiàn)出的主要優(yōu)點是____________________________．④該小組在前面實驗的基礎上，為探究圖甲電路中各元器件的實際阻值對測量結果的影響，用一已知電動勢和內阻的標準電池組，通過上述方法多次測量后發(fā)現(xiàn)：電動勢的測量值與已知值幾乎相同，但內阻的測量值總是偏大．若測量過程無誤，則內阻測量值總是偏大的原因是________．(填選項前的字母)A．電壓表內阻的影響B(tài)．滑動變阻器的最大阻值偏小C．R1的實際阻值比計算值偏小D．R0的實際阻值比標稱值偏大答案①1.0②見解析圖(其他正確連接同樣給分)③1.66充分利用已測得的數(shù)據(jù)④CD解析①由電流表的改裝知識可知，R1＝eq\f(Igrg,Im－Ig)＝eq\f(100×10－6×2.0×103,200×10－3－100×10－6)Ω≈1.0Ω.②如下圖．③根據(jù)閉合電路歐姆定律結合逐差法可知r1＝eq\f(U1－U5,I5－I1)－R0，r2＝eq\f(U2－U6,I6－I2)－R0，r3＝eq\f(U3－U7,I7－I3)－R0，r4＝eq\f(U4－U8,I8－I4)－R0.故r＝eq\f(r1＋r2＋r3＋r4,4)＝eq\f(U1＋U2＋U3＋U4－U5＋U6＋U7＋U8,4×80×10－3)－R0＝[eq\f(5.26＋5.16＋5.04＋4.94－4.83＋4.71＋4.59＋4.46,4×80×10－3)－4.0]Ω≈1.66Ω.逐差法在計算中體現(xiàn)的主要優(yōu)點是：充分利用已測得的數(shù)據(jù)．④根據(jù)題意可知，內阻的測量值為r測＝eq\f(ΔU,ΔI)－R0，因此，電壓表的內阻、滑動變阻器的阻值對測量結果無影響．若R1的實際值比計算值偏小，則改裝后的電流表示數(shù)偏小，導致內阻測量值偏大．根據(jù)內阻測量值的表達式可知，R0的實際值比標稱值偏大，也會導致內阻測量值偏大．故選C、D.知識專題練訓練14題組1測定金屬絲(液體)的電阻率1．用伏安法測定電阻約為5Ω的均勻電阻絲的電阻率，電源是兩節(jié)干電池．如圖1甲所示，將電阻絲拉直后兩端固定在帶有刻度尺的絕緣底座兩端的接線柱上，底座的中間有一個可沿電阻絲滑動的金屬觸頭P，觸頭上固定了接線柱，按下P時，觸頭才與電阻絲接觸，觸頭的位置可從刻度尺上讀出．實驗采用的電路原理圖如圖乙所示，測量電阻絲直徑所用螺旋測微器如圖丙所示．圖1(1)用螺旋測微器測電阻絲的直徑時，先轉動________使測微螺桿F接近被測電阻絲，再轉動________夾住被測物，直到棘輪發(fā)出聲音為止，撥動________使F固定后讀數(shù)．(填儀器部件的字母符號)(2)根據(jù)電路原理圖乙，用筆畫線代替導線，將圖2所示實物圖連接成實驗電路．圖2(3)閉合開關后，滑動變阻器觸頭調至一合適位置后不動，多次改變P的位置，得到幾組U、I、L的數(shù)據(jù)，用R＝eq\f(U,I)計算出相應的電阻值后作出R—L圖線如圖3所示．取圖線上兩個點間數(shù)據(jù)之差ΔL和ΔR，若電阻絲直徑為d，則電阻率ρ＝________.圖3答案(1)DHG(2)見解析圖(3)eq\f(πΔRd2,4ΔL)解析(1)在用螺旋測微器測電阻絲的直徑時，先轉動粗調旋鈕，使測微螺桿F接近被測電阻絲，再轉動微調旋鈕夾住被測物，直到棘輪發(fā)出聲音為止，撥動止動旋鈕使F固定后讀數(shù)．(2)根據(jù)電路圖，連接實物圖(3)根據(jù)R＝ρeq\f(l,S)，得ΔR＝ρeq\f(ΔL,S)，而S＝eq\f(πd2,4)，代入得：ρ＝eq\f(πΔRd2,4ΔL).題組2測定電源的電動勢和內阻2．(2023·新課標Ⅰ·23)利用如圖4所示電路，可以測量電源的電動勢和內阻，所用的實驗器材有：圖4待測電源，電阻箱R(最大阻值為999.9Ω)，電阻R0(阻值為3.0Ω)，電阻R1(阻值為3.0Ω)，電流表(量程為200mA，內阻為RA＝6.0Ω)，開關S.實驗步驟如下：①將電阻箱阻值調到最大，閉合開關S；②多次調節(jié)電阻箱，記下電流表的示數(shù)I和電阻箱相應的阻值R；③以eq\f(1,I)為縱坐標，R為橫坐標，作eq\f(1,I)－R圖線(用直線擬合)；④求出直線的斜率k和在縱軸上的截距b.回答下列問題：(1)分別用E和r表示電源的電動勢和內阻，則eq\f(1,I)與R的關系式為________________________．(2)實驗得到的部分數(shù)據(jù)如下表所示，其中電阻R＝3.0Ω時電流表的示數(shù)如圖5所示，讀出數(shù)據(jù)，完成下表．答：①__________，②__________.R/Ω1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.125①0.1000.0910.0840.077eq\f(1,I)/A－16.998.00②10.011.011.913.0圖5(3)在圖6的坐標紙上將所缺數(shù)據(jù)點補充完整并作圖，根據(jù)圖線求得斜率k＝________A－1·Ω－1，截距b＝________A－1.圖6(4)根據(jù)圖線求得電源電動勢E＝________V，內阻r＝________Ω.答案(1)eq\f(1,I)＝eq\f(3.0,E)R＋eq\f(3.0,E)(5.0＋r)(2)①0.110(0.109～0.111均正確)②9.09(9.01～9.17均正確)(3)見解析圖1.0(0.96～1.04均正確)6．0(5.9～6.1均正確)(4)3.0(2.7～3.3均正確)1.0(0.6～1.4均正確)解析(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律可知：E＝IRA＋(I＋eq\f(IRA,R1))(R＋R0＋r)將R0＝3.0Ω，R1＝3.0Ω，RA＝6.0Ω代入上式得eq\f(1,I)＝eq\f(3.0,E)R＋eq\f(3.0,E)(5.0＋r)(2)從讀數(shù)上，有效數(shù)字要一致，即讀數(shù)是0.110A，倒數(shù)是9.09A－1.(3)由eq\f(1,I)－R關系式可知k＝eq\f(3.0,E)，截距b＝eq\f(3.0,E)(5.0＋r)；由給出的數(shù)據(jù)作出圖像，連線時盡可能使多的點在同一直線上，不在直線上的點要均勻分布在直線兩側如圖所示．由圖像可知，k＝1.0A－1·Ω－1，b＝6.0A－1.(4)電源電動勢E＝3.0V，電源內阻r＝1.0Ω.題組3從原理遷移中突破電學實驗3．實際電流表有內阻，測量電流表G1內阻r1的電路如圖7所示．圖7供選擇的儀器如下：①待測電流表G1(0～5mA，內阻約300Ω)②電流表G2(0～10mA，內阻約100Ω)③定值電阻R1(300Ω)④定值電阻R2(10Ω)⑤滑動變阻器R3(0～1000Ω)⑥滑動變阻器R4(0～20Ω)⑦干電池(1.5V)⑧電鍵S及導線若干．(1)定值電阻應選________，滑動變阻器應選________．(在空格內填寫序號)(2)對照電路圖用筆連線連接如圖8所示實物圖．圖8(3)補全實驗步驟：①按如圖7所示電路圖連接電路，將滑動變阻器的觸頭移至最________(填“左端”或“右端”)；②閉合電鍵S，移動滑動觸頭至某一位置，記錄G1和G2的讀數(shù)I1和I2；③多次移動滑動觸頭，記錄G1和G2的讀數(shù)I1和I2；④以I2為縱坐標，I1為橫坐標，作出相應圖線，如圖9所示．圖9(4)根據(jù)I2－I1圖線的斜率k及定值電阻，寫出待測電流表內阻的表達式________________．答案(1)③⑥(2)見解