2020高考物理二轮复习 600分冲刺 专题五 实验技能与创新 第14讲 电学实验与创新优练（含解析）

电学实验与创新1(2019辽宁大连模拟)某同学利用如图所示电路，测量一表盘有刻度但数值已模糊的灵敏电流计G的满偏电流Ig及内阻Rg；已知该电流计的满偏电流约为300 A, 内阻Rg约几百欧，实验室提供器材如下：电压表V(量程3 V，内阻约为15 k)；电阻箱R0(最大阻值为9 999.9 )；滑动变阻器R1 (阻值05 ，额定电流1.0 A)；电源E电动势为4 V(内阻不计)；开关、导线。实验步骤如下：.当电阻箱阻值为r1时，闭合开关，调节滑动变阻器，使电流计满偏，记录此时电压表的示数U1；.当电阻箱阻值为r2时，闭合开关，调节滑动变阻器，重新使电流计满偏，记录此时电压表的示数U2。.根据测量数据求出灵敏电流计的满偏电流和内阻。请根据如上所述回答下列问题：(1)在步骤和中，闭合开关S前滑动变阻器的滑动触片应置于最_右_端(填“左”或“右”)；(2)实验测得电流计内阻Rg或Rg。(用r1、r2、U1、U2表示)解析(1)闭合开关S前滑动变阻器的滑动触片应置于最右端，这样负载获得的电压小，防止烧坏电表。 (2)根据欧姆定律得，第一次满偏：U1Ig(r1Rg)，同理第二次满偏U2Ig(r2Rg)，联立解得：Rg，Ig。2(2019福建宁德模拟)实验室某同学为了描绘小灯泡(2.5 V,0.3 A)的伏安特性曲线，将小灯泡、双量程电流表(量程为00.6 A和03 A)、双量程电压表(量程为03 V和015 V)、滑动变阻器、电源、开关及导线按图甲所示电路图连接，实物连接图如图乙所示。(1)请指出该同学实物连接不妥之处：_见解析_；(2)改正连接错误后，该同学闭合开关，移动滑动变阻器，电压表读数如图丙，则它的读数是_1.80_ V；(3)该同学用多用电表粗测该小灯泡的电阻，操作步骤如下：调节指针定位螺丝机械调零，把选择开关拨到“10”的欧姆挡上；把红黑表笔插入测试笔插孔中，先把两表笔相接触，旋转调零旋钮，使指针指在零欧姆处；把两表笔分别与待测电阻的两端相接，发现这时指针几乎指在零欧姆处；换用“1”欧姆挡测量，发现这时指针偏转适中，随即记下电阻数值；把表笔从测试笔插孔拔出后，开关应置于交流电压最高挡或“OFF”挡；但这位同学在实验中还是有一处不符合要求，请你指出_见解析_。(4)下图是用多用电表粗测该小灯泡电阻的实录，三个操作中，最合理的是_C_。解析 (1)电流表应该接量程为0.6 A的接线柱；(2)电压表选择量程是量程为03 V，每一小格对应0.1 V，且估读一位，故图示指针对应刻度为1.80 V; (3)换用“1”欧姆挡测量时没有红黑表笔短接进行欧姆调零；(4)多用电表测电阻时，应将待测电阻从电路中断开，同时手不能接触待测电阻，故选C。3(2019湖北模拟)某实验小组想组装一个双量程(3 V、15 V)的电压表，提供的器材如下：A电流表：满偏电流为300 VA，内阻未知；B干电池E：电动势为3 V，内阻未知；C滑动变阻器R1：最大阻值约为5 k，额定电流为1 A；D滑动变阻器R2：最大阻值约为16 k，额定电流为0.5 A；E电阻箱R0：09 999.9 ；F定值电阻R3：40 k，额定电流为0.1 A；G开关两个，导线若干。回答下列问题：(1)若用图示电路测量电流表的电阻，则滑动电阻器R应选用_D_(选填“C”或“D”)。(2)将开关S1、S2都断开连接好实物图，滑动变阻器接入电路的电阻达到最大后，接通开关S1，调节滑动变阻器使电流表的指针示数为200 A；闭合开关的S2，调节电阻箱R0的阻值为100 时电流表的指针为100 A，则电流表的内阻为_100_ 。(3)在虚线框中画出双量程电压表的电路原理图，并标明所选的器材和量程，其中R0应取值为_9.9_ k。解析(1)原理是半偏法测电流表的内阻，而半偏法的前提条件是要求滑动变阻器的阻值远大于电流表的内阻，所以选阻值最大的D。(2)开关S1闭合，S2断开，电流表与滑动变阻器串联，此时电流表的示数为200 A：当保证滑动变阻器的阻值不变，开关S1、S2都闭合时，显然增加电阻箱一条支路，由于滑动变阻器的阻值远大于电流表阻值，则认为电路的总电流200 A不变，所以电阻箱的阻值必与电流表内阻相同，所以电流表的内阻为100 。(3)当改为15 V量程时，电压表总内阻为：RV250 k，当改为3 V量程时，电压表总内阻为：RV1 10 k。设计电路图如答图所示。设电流表的内阻为Rg，当改为U13 V量程时有：U1Ig(R0Rg)，把上一问求得的Rg100 代入求得R09.9 k。4(2019河北定州模拟)某同学设计了如图所示的电路测量某电阻Rx的阻值，该电阻的阻值约为200 ，已知直流电源的电动势为9 V，内阻较小，电阻箱R的规格为09 999.9 ，可供选择的电流表为：A1(量程500 mA，内阻为50 )，A2(量程100 mA，内阻约为50 )，A3(量程50 mA，内阻约为50 )。(1)为了尽可能测量准确，减小误差，电流表应该选用_A3_(选填“A1”“A2”或“A3”)；(2)闭合开头S1前，将电阻箱R接入电路的阻值调到_最大值_(选填“最大值”“最小值”或“任意值”)；(3)先闭合开关S1，再闭合开关S2，调节电阻箱的阻值，使电阻箱的阻值比200 稍_大_(填“大”或“小”)，记录这时电阻箱的示数R1，从电流表的示数I；再断开S2，将电阻箱的阻值调_大_(填“大”或“小”)，使电流表的示数为_小_，记录这时电阻箱的阻值为R2，则被测电阻的阻值Rx_R1R2_(用记录的数值字母表示)。(4)若实验中所用电源为旧的干电池，且实验操作时间较长，则实验测得被测电阻的阻值与真实值相比，偏_大_(填“大”或“小”)。解析(1)通过电流表电流的最大值可能为Im A45 mA，所以电流表选A3。(2)闭合开关S1时，将电阻箱R接入电路的阻值调到最大值，防止电路中电流过大，损坏电流表。(3)先闭合开关S1，再闭合开关S2，调节电阻箱的阻值，使电阻箱的阻值比200 稍大，记录这时电阻箱的示数R1，及电流表的示数I；再断开开头S2，将电阻箱的阻值调小，使电流表的示数再次为I，记录这时电阻箱的阻值为R2，则R1RxR2，则RxR1R2。(4)由于电源是旧的干电池，且由于操作时间过长，电源电动势E变小，内阻r变大，则断开S2后，由I分析可知，测得的R2偏小，因此测得的Rx偏大。5(2019江西南昌模拟)某同学设计了一个实验：将一个量程为03 V的电压表改装成量程为09 V的电压表，并测量电阻R0(阻值约为3 )的阻值。由此他设计出如图甲所示的电路进行改装和测量。可供选择的器材有：A电源(电动势约为10 V，内阻为2 )B电压表(量程为03 V，内阻约10 k)C电流表(量程02 A，内阻忽略不计)D电阻箱(阻值范围09 999 ，额定功率小于10 W)E电阻箱(阻值范围099 999 ，额定功率小于10 W)F滑动变阻器(最大阻值为10 ，额定电流为3 A)G滑动变阻器(最大阻值为2 k，额定电流为0.2 A)H定值电阻R0(阻值约为3 )回答下列问题：(1)该同学设计出如下步骤进行电表改装，并进行相关测量；连接好电路并把滑动变阻器R1的滑片移至最右端，把电阻箱R2阻值调到最大；闭合电键，把滑动变阻器滑片调到适当位置，把电阻箱R2阻值调到零，使电压表读数为3 V；把电阻箱阻值调到适当值，使电压表读数为_1.0_ V，然后不再改变电阻箱值，即得量程为9 V的电压表；改变滑动变阻器的阻值，记录多组电压表和电流表的示数U和I。(2)上述实验电阻箱应选_E_，滑动变阻器应选_F_。(填所选器材前的字母)(3)用步骤中测得的多组数据作出UI图象如图乙所示，由图象可知R0的阻值为_2.8_ (结果保留两位有效数字)。解析(1)电压表的量程为3 V，步骤中电压表读数为3 V，则当滑动变阻器的滑片位置不动，把电阻箱阻值调到适当值，则电阻箱和电压表两端电压之和为3 V，为使电压表的量程改为9 V，则当电阻箱和电压表两端电压之和为3 V时，电压表读数应该为1.0 V。(2)由(1)可知，电阻箱的阻值应该是电压表内阻的2倍，电压表内阻约为10 k，则所选电阻箱最大阻值应大于20 k，则电阻箱应该选E；滑动变阻器应该选择阻值较小的，这样当调节电阻箱时可认为滑动变阻器两端的电压近似不变；(3)对题图甲电路应用闭合电路欧姆定律列方程： E3UI(R0r)，则UI，对比题图乙可知，解得R02.8 。6(2019江苏省宿迁市模拟)某同学设计了如图所示电路，测量定值电阻的阻值、电源的电动势和内阻，使用的器材有：待测定值电阻R1(约几欧)、待测电源E、电流表A、电阻箱R2(0999.9 )、开关两个及导线若干。(1)请用笔画线代替导线在图中完成实物电路的连接_见解析图_；(2)测量R1的值时，闭合开关S1前，调节R2至_最大值_(选填“最大值”或“最小值”)，然后闭合开关S1和S2，调节R2使电流表示数为I，此时R2的值为7.8 ；再断开S2，将R2调到5.8 时，电流表示数也为I，则R的值为_2.0_ 。 (3)测量电源电动势E和内阻r时，闭合开关S1、断开S2，调节R2，得到R2和对应电流I的多组数据，作出R2图象如图所示，则电源电动势E_6.0_ V，内阻r_1.0_ (计算结果均保留两位有效数字)，若电流表A内阻不可忽略，则r的测量值_大于_(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。解析(1)按原理图接线，如图(2)为了保护用电器，所以应使电阻箱的最大阻值接入电路，即在闭合开关前调节R2至最大值；由闭合电路欧姆定律得：I ，解得：R12.0 ；(3) 由闭合电路欧姆定律得：EI(R1R2r) 整理得： R2由图象可知， ，解得： E6.0 V，r1 若电流表A内阻不可忽略，由闭合电路欧姆定律得：EI(R1R2rRA)整理得： R2即内阻的测量值为： rRAr，即大于真实值。7. (2019河北衡水模拟)磁力锁主要由电磁铁和衔铁组成。某小组用图(a)所示的装置研究电磁铁线圈的工作电压与衔铁所受磁力的关系，弹性梁一端连接有衔铁，在外力作用下可以上下运动，另一端固定于墙壁，电磁铁位于衔铁正下方， 为理想电压表。(1)为增加电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片P应向_c_端移动(填“c”或“d”)。(2)已知电磁铁线圈的直流电阻为30 ，滑动变阻器的最大电阻为170 ，电源E的电动势为12.0 V，滑动变阻器能提供的最大分压为11.9 V，则E的内阻是_0.21_ (保留2位有效数字)。(3)同学们将金属应变片R1粘贴在弹性梁的上表面，将R1和定值电阻R2连接成图(b)所示电路。线圈通电吸引衔铁下移时，应变片变长，R1的阻值将_增大_，电压表V2的读数将_增大_。(选填“增大”“减小”或“不变”)(4)在线圈通电吸合衔铁后，用外力F使电磁铁和衔铁刚好分开，测得F与线圈两端电压U的关系如图(c)所示。若要求该锁能抵抗1 200 N的外力，则工作电压至少为 _6_ V。解析 (1)为增加电磁铁产生的磁感应强度，必须要增加线圈的电流，加大线圈两端的电压，则变阻器的滑片P应向c端移动。(2)当滑动变阻器的滑片P滑到c端时，线圈上的分压最大，此时外电路总电阻为：R 25.5 ，电源的电流为I A0.47 A，电源的内阻：r 0.21 (3)根据电阻定律，应变片变长，则截面积变小，R1的阻值将变大，总电阻变大，总电流减小，则电源内阻和定值电阻R2上的电压减小，则电压表V2的读数将增大；(4)由FU图象可知，当F1 200 N时，U6 V；即若要求该锁能抵抗1 200 N的外力，则工作电压至少为6 V。- 8 -