知識點十四 電學實驗-2021年高考物理分類題庫

知識點十四電學實驗1.(2021·全國甲卷·T23)某同學用圖(a)所示電路探究小燈泡的伏安特性,所用器材有:小燈泡(額定電壓2.5V,額定電流0.3A)、電壓表(量程300mV,內(nèi)阻300Ω)、電流表(量程300mA,內(nèi)阻0.27Ω)、定值電阻R0、滑動變阻器R1(阻值0~20Ω)、電阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)、電源E(電動勢6V,內(nèi)阻不計)、開關S、導線若干。完成下列填空:(1)有3個阻值分別為10Ω、20Ω、30Ω的定值電阻可供選擇,為了描繪小燈泡電流在0~300mA的U-I曲線,R0應選取阻值為Ω的定值電阻;

(2)閉合開關前,滑動變阻器的滑片應置于變阻器的(填“a”或“b”)端;

(3)在流過電流表的電流較小時,將電阻箱R2的阻值置零,改變滑動變阻器滑片的位置,讀取電壓表和電流表的示數(shù)U、I,結果如圖(b)所示。當流過電流表的電流為10mA時,小燈泡的電阻為Ω(保留1位有效數(shù)字);

(4)為使得電壓表滿量程時對應于小燈泡兩端的電壓為3V,該同學經(jīng)計算知,應將R2的阻值調整為Ω。然后調節(jié)滑動變阻器R1,測得數(shù)據(jù)如下表所示:

U/mV24.046.076.0110.0128.0152.0184.0216.0250.0I/mA140.0160.0180.0200.0220.0240.0260.0280.0300.0(5)由圖(b)和上表可知,隨流過小燈泡電流的增加,其燈絲的電阻(填“增大”“減小”或“不變”);

(6)該同學觀測到小燈泡剛開始發(fā)光時流過電流表的電流為160mA,可得此時小燈泡電功率W1=W(保留2位有效數(shù)字);當流過電流表的電流為300mA時,小燈泡的電功率為W2,則W2W1=【解析】(1)由于不計電源內(nèi)阻,分壓電路可分得的最大電壓為6V,上端分壓部分的電阻由R0、RA、R并三部分組成,根據(jù)I=ER并+R0+RA可得R0=EI-(R并+RA(2)為保護上端分壓電路,應使得實驗開始時上端分得的電壓為0,故閉合開關時,滑動變阻器的滑片應置于變阻器的a端。(3)由圖(b)可知,當I=10mA時,U=7mV,由于RV?RL,可忽略電壓表分流,故此時小燈泡的電阻R=UI=0.7Ω(4)由題意知,需將電壓表的量程擴大為原來的10倍,故R2的阻值應該為RV的9倍,即R2=9RV=2700Ω。(5)由圖(b)可見,坐標點與原點連線的斜率在增大,故燈絲的電阻值增大,也符合金屬電阻率隨溫度升高而增大的規(guī)律。(6)由于電壓表和電阻箱的電阻遠大于小燈泡的電阻,可以認為通過電流表的電流就是小燈泡的電流。又由于改變后電壓表的量程是原電壓表量程的10倍,故由表可知,I1=160mA時,U1=46mV,此時小燈泡的功率P1=U1I1≈0.0074W;I2=300mA時,U2=250mV,此時小燈泡的功率P2=U2I2≈0.075W,故W2W1=答案:(1)10(2)a(3)0.7(4)2700(5)增大(6)7.4×10-2102.(2021·全國乙卷·T23)一實驗小組利用圖(a)所示的電路測量一電池的電動勢E(約1.5V)和內(nèi)阻r(小于2Ω)。圖中電壓表量程為0~1V,內(nèi)阻RV=380.0Ω;定值電阻R0=20.0Ω;電阻箱R,最大阻值為999.9Ω;S為開關,按電路圖連接電路。完成下列填空:(1)為保護電壓表,閉合開關前,電阻箱接入電路的電阻值可以選Ω(選填“5.0”或“15.0”);

(2)閉合開關,多次調節(jié)電阻箱,記錄下阻值R和電壓表的相應讀數(shù)U;(3)根據(jù)圖(a)所示電路,用R、R0、RV、E和r表示1U,得1U=(4)利用測量數(shù)據(jù),作1U(5)通過圖(b)可得E=V(保留2位小數(shù)),r=Ω(保留1位小數(shù));

(6)若將圖(a)中的電壓表當成理想電表,得到的電源電動勢為E',由此產(chǎn)生的誤差為E'?EE×100%=%?！窘馕觥?1)為了避免電壓表被燒壞,接通電路時電壓表兩端的電壓不能比電壓表滿偏電壓大,則由并聯(lián)電路分壓可得URVR0RV+(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律有:E=U+(URV+UR0)(R+r),解得1U=R(5)結合RV=380.0Ω、R0=20.0Ω、1U-R圖線的斜率和截距,解得E≈1.55V、r≈1.0Ω(6)若將圖(a)中的電壓表當成理想電表,根據(jù)閉合電路的歐姆定律有E'=U+UR0·(R+r),解得1U=1E'R0R+1E'+1E'R0r,其中k=120E'。結合1U答案:(1)15.0(3)RV+R0E(5)1.551.0(6)53.(2021·河北選擇考·T11)某同學研究小燈泡的伏安特性,實驗室提供的器材有:小燈泡(6.3V,0.15A)、直流電源(9V)、滑動變阻器、量程合適的電壓表和電流表、開關和導線若干,設計的電路如圖1所示。(1)根據(jù)圖1,完成圖2中實物連線;(2)按照圖1連線后,閉合開關,小燈泡閃亮一下后熄滅,觀察發(fā)現(xiàn)燈絲被燒斷,原因可能是(單項選擇,填正確答案標號)。

A.電流表短路B.滑動變阻器的滑片接觸不良C.滑動變阻器滑片的初始位置在b端(3)更換小燈泡后,該同學正確完成了實驗操作,將實驗數(shù)據(jù)描點作圖,得到I-U圖像,其中一部分如圖3所示,根據(jù)圖像計算出P點對應狀態(tài)下小燈泡的電阻為Ω(保留三位有效數(shù)字)。

【解析】(1)根據(jù)電路圖可知實物圖連線如圖所示:(2)閉合開關,小燈泡的燈絲被燒斷,說明小燈泡閃亮一下時通過小燈泡的電流過大,小燈泡兩端的電壓過大,其原因可能是滑動變阻器滑片的初始位置在b端,故C正確;(3)由U-I圖像可知P點對應狀態(tài)下小燈泡兩端的電壓為2V,通過小燈泡的電流為74mA,所以小燈泡的電阻為:R=UI=2V0.074A答案:(1)圖見解析(2)C(3)27.04.(2021·湖南選擇考·T12)(9分)某實驗小組需測定電池的電動勢和內(nèi)阻,器材有:一節(jié)待測電池、一個單刀雙擲開關、一個定值電阻(阻值為R0)、一個電流表(內(nèi)阻為RA)、一根均勻電阻絲(電阻絲總阻值大于R0并配有可在電阻絲上移動的金屬夾)、導線若干。由于缺少刻度尺,無法測量電阻絲長度,但發(fā)現(xiàn)桌上有一個圓形時鐘表盤。某同學提出將電阻絲繞在該表盤上,利用圓心角來表示接入電路的電阻絲長度。主要實驗步驟如下:(1)將器材如圖(a)連接;(2)開關閉合前,金屬夾應夾在電阻絲的端(選填“a”或“b”);

(3)改變金屬夾的位置,閉合開關,記錄每次接入電路的電阻絲對應的圓心角θ和電流表示數(shù)I,得到多組數(shù)據(jù);(4)整理數(shù)據(jù)并在坐標紙上描點繪圖,所得圖像如圖(b)所示,圖線斜率為k,縱軸截距為d,設單位角度對應電阻絲的阻值為r0。該電池電動勢和內(nèi)阻可表示為E=,r=(用R0、RA、k、d、r0表示)。

(5)為進一步確定結果,還需要測量單位角度對應電阻絲的阻值r0。利用現(xiàn)有器材設計實驗,在圖(c)方框中畫出實驗電路圖(電阻絲用滑動變阻器符號表示);(6)利用測出的r0,可得該電池的電動勢和內(nèi)阻?！窘馕觥?2)開關閉合前,為了保護電路中的元件,應將電阻絲的最大阻值接入電路,根據(jù)電阻定律R=ρLS(4)設圓心角為θ時,電阻絲接入電路中的電阻為θr0,根據(jù)閉合電路歐姆定律E=U+Ir可知E=I(RA+R0+θr0)+Ir整理得1I=r0E結合圖像的斜率和截距滿足r0E=k,解得電源電動勢和內(nèi)阻為E=rr=r0dk-R(5)實驗器材中有定值電阻R0和單刀雙擲開關,考慮使用等效法測量電阻絲電阻,如圖原理的簡單說明:①將開關置于R0位置,讀出電流表示數(shù)I0;②將開關置于電阻絲處,調節(jié)電阻絲的角度,直到電流表示數(shù)為I0,讀出此時角度θ;③此時θr0=R0,即可求得r0的數(shù)值。答案:(2)b(4)r0kr0dk5.(2021·廣東選擇考·T12)某小組研究熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律,根據(jù)實驗需要已選用了規(guī)格和量程合適的器材。(1)先用多用電表預判熱敏電阻阻值隨溫度的變化趨勢。選擇適當倍率的歐姆擋,將兩表筆,調節(jié)歐姆調零旋鈕,使指針指向右邊“0Ω”處,測量時觀察到熱敏電阻溫度越高,相同倍率下多用電表指針向右偏轉角度越大,由此可判斷熱敏電阻阻值隨溫度的升高而。

(2)再按圖示連接好電路進行測量。①閉合開關S前,將滑動變阻器R1的滑片滑到(選填“a”或“b”)端。

將溫控室的溫度設置為T,電阻箱R0調為某一阻值R01。閉合開關S,調節(jié)滑動變阻器R1,使電壓表和電流表的指針偏轉到某一位置。記錄此時電壓表和電流表的示數(shù)、T和R01。斷開開關S。再將電壓表與熱敏電阻C端間的導線改接到D端,閉合開關S。反復調節(jié)R0和R1,使電壓表和電流表的示數(shù)與上述記錄的示數(shù)相同。記錄此時電阻箱的阻值R02。斷開開關S。②實驗中記錄的阻值R01R02(選填“大于”“小于”或“等于”)。此時熱敏電阻阻值RT=。

(3)改變溫控室的溫度,測量不同溫度時的熱敏電阻阻值,可以得到熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律?！窘馕觥?1)選擇倍率適當?shù)臍W姆擋,將兩表筆短接;歐姆表指針向右偏轉角度越大,則阻值越小,可判斷熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小。(2)①閉合開關S前,應將滑動變阻器R1的阻值調到最大,即將滑片滑到b端;②因兩次電壓表和電流表的示數(shù)相同,故R01=R02+RT,即RT=R01-R02,可知R01大于R02。答案:(1)短接減小(2)①b②大于R01-R026.(2021·浙江6月選考·T18)小李在實驗室測量一電阻Rx的阻值。(1)因電表內(nèi)阻未知,用如圖1所示的電路來判定電流表該內(nèi)接還是外接。正確連線后,合上開關S,將滑動變阻器的滑片P移至合適位置。單刀雙擲開關K擲到1,電壓表的讀數(shù)U1=1.65V,電流表的示數(shù)如圖2所示,其讀數(shù)I1=A;將K擲到2,電壓表和電流表的讀數(shù)分別為U2=1.75V,I2=0.33A。由此可知應采用電流表(填“內(nèi)”或“外”)接法。

(2)完成上述實驗后,小李進一步嘗試用其他方法進行實驗:①器材與連線如圖3所示,請在虛線框中畫出對應的電路圖;②先將單刀雙擲開關擲到左邊,記錄電流表讀數(shù),再將單刀雙擲開關擲到右邊,調節(jié)電阻箱的阻值,使電流表的讀數(shù)與前一次盡量相同,電阻箱的示數(shù)如圖3所示。則待測電阻Rx=Ω。此方法(填“有”或“無”)明顯的實驗誤差,其理由是

。

【解析】(1)開關接1時,電流表讀數(shù)為0.34A;由于開關接1和接2時,電壓表的變化比較明顯,說明該電阻比較小,所以電流表內(nèi)阻的分壓比較明顯,因此適合采用外接法。(2)①電路圖如圖所示②該電路采用的是替換法測電阻,當電阻箱與未知電阻阻值一樣時,電流表的讀數(shù)相同,所以未知電阻大小為5Ω,由于電阻箱的最小分度與待測電阻大小接近,所以無法細調,電流表讀數(shù)很難做到前后兩次精確一致,從而有明顯誤差。答案:(1)0.34外(2)①圖見解析②5有電阻箱的最小分度與待測電阻比較接近7.(2021·山東等級考·T14)熱敏電阻是傳感器中經(jīng)常使用的元件,某學習小組要探究一熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律?？晒┻x擇的器材有:待測熱敏電阻RT(實驗溫度范圍內(nèi),阻值約幾百歐到幾千歐);電源E(電動勢1.5V,內(nèi)阻r約0.5Ω);電阻箱R(阻值范圍0~9999.99Ω);滑動變阻器R1(最大阻值20Ω);滑動變阻器R2(最大阻值2000Ω);微安表(量程100μA,內(nèi)阻等于2500Ω);開關兩個,溫控裝置一套,導線若干。同學們設計了如圖甲所示的測量電路,主要實驗步驟如下:①按圖示連接電路;②閉合S1、S2,調節(jié)滑動變阻器滑片P的位置,使微安表指針滿偏;③保持滑動變阻器滑片P的位置不變,斷開S2,調節(jié)電阻箱,使微安表指針半偏;④記錄此時的溫度和電阻箱的阻值。回答下列問題:(1)為了更準確地測量熱敏電阻的阻值,滑動變阻器應選用(選填“R1”或“R2”)。

(2)請用筆畫線代替導線,將實物圖(不含溫控裝置)連接成完整電路。(3)某溫度下微安表半偏時,電阻箱的讀數(shù)為6000.00Ω,該溫度下熱敏電阻的測量值為Ω(結果保留到個位),該測量值(選填“大于”或“小于”)真實值。

(4)多次實驗后,學習小組繪制了如圖乙所示的圖像。由圖像可知,該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高逐漸(選填“增大”或“減小”)。

【解析】(1)用半偏法測量熱敏電阻的阻值,盡可能讓該電路的電壓在S2閉合前、后保持不變,由于該支路與滑動變阻器前半部分并聯(lián),滑動變阻器的阻值越小,S2閉合前、后該部分