（全国通用）2020年高考物理一轮题复习 第八章 恒定电流 微专题59 电学创新实验

电学创新实验 考点及要求：(1)实验原理的创新；(2)实验方法的创新；(3)实验的拓展1某同学在利用微型电动机和小车研究外力做功与物体速度之间的关系时，设计了下面的实验过程并进行了操作，请结合操作步骤完成以下问题：(1)用多用电表测量电动机不工作时的直流电阻，多用电表选用“1”挡，其指针示数如图1所示，电动机的直流电阻为_.图1(2)按图2安装实验装置，打点计时器接50 Hz低压交流电源并固定在木板上，纸带穿过打点计时器固定在小车尾部，小车另一端与细线相连，细线平行于木板缠绕在轻圆筒上，电动机通电后可带动质量可忽略的轻质圆筒旋转图2(3)为了尽可能减少摩擦力的影响，在没有电动机拖动的情况下，需要将长木板的左端垫高，直到小车拖动纸带穿过计时器时能做匀速直线运动(4)接通电源，打点计时器开始工作，待振针稳定后接通电动机电源，用如图3所示电路给电动机供电(电压表和电流表均为理想电表)，使小车从静止开始加速，读出电压表和电流表的读数改变滑动变阻器滑片的位置，重复上述过程图3图4(5)若某次实验过程读出电压表和电流表读数分别为12 V和2 A，打出的纸带如图4所示，O点为起始点，该同学计算出各点的速度及速度平方，部分数据如下表，其中C点速度为_m/s，其速度平方为_m2/s2.(结果保留三位有效数字)ABCDEv/(ms1)2.463.655.205.82v2/(m2s2)6.0513.327.033.9图5(6)取纸带的O点作为计时起点，在图5中利用表格中数据作出小车的速度的平方随时间变化的图象，并根据图象和前面所测得数据求得小车的质量为_kg.(计算结果保留两位有效数字)2某同学进行用实验测定玩具电动机的相关参数如图6甲中M为玩具电动机闭合开关S，当滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两个电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示图中AB、DC为直线，BC为曲线不考虑电表对电路的影响图6(1)滑动变阻器滑片向左滑动时，V1读数逐渐_(选填“增大”、“减小”或“不变”)(2)电路中的电源电动势为_V，内电阻为_.(3)此过程中，电源内阻消耗的最大热功率为_W.(4)滑动变阻器的最大阻值为_.3有一个螺线管，为测量它的两个接线柱间绕制的均匀金属丝的长度，现提供下列器材：A待测螺线管L：绕制螺线管金属丝的电阻率，其总电阻RL大约100 B螺旋测微器C微安表：量程Ig500 A，内阻Rg100 ；D电阻箱R：阻值范围099 999.9 ；E电源E：电动势有3 V和9 V两种可供选择，内阻较小F开关两个(S1和S2)，导线若干(1)实验中用螺旋测微器测得金属丝的直径如图7所示，其读数为d_mm.图7(2)已将提供的器材连成了如图8所示的测金属丝电阻RL的电路，根据该实验电路的测量原理，为了更准确地测RL，应选择E中电动势为_的电源图8(3)若测得的金属丝直径用d表示，测电阻时先闭合S1，调节R使微安表指针满偏，再闭合S2时微安表示数用I表示，则用已知量和测得量的符号表示金属丝的长度l_.(4)本实验测RL有系统误差，其测量值_真实值(选填“大于”或“小于”)4如图9所示为测电压表内阻的电路，图中R为500 的定值电阻，移动滑动变阻器，得到多组电压表和电流表的值，记录在表中：U/V1.21.41.61.82.02.22.42.62.8I/mA3.23.74.34.85.35.96.47.07.4如果用UI图象来处理数据，且图10中已描好了对应的点，回答下列问题：图9图10(1)开关闭合前，滑动变阻器的滑片应处在哪一端？_(填“a”或“b”)(2)根据描好的点画出相应的图线(3)由(2)中画出的图线求出电压表的内阻为_.(4)分析用此方法测电压表的内阻，是否会因为实验的原理或方法不完善而产生系统误差？_(填“是”或“否”)5小华、小刚共同设计了图11甲所示的实验电路，电路中的各个器材元件的参数为：电池组(电动势约6 V，内阻r约3 )、电流表(量程2.0 A，内阻rA0.8 )、电阻箱R1(099.9 )、滑动变阻器R2(0Rt)、开关三个及导线若干他们认为该电路可以用来测电源的电动势、内阻和R2接入电路的阻值图11(1)小华先利用该电路准确地测出了R2接入电路的阻值他的主要操作步骤是：先将滑动变阻器滑片调到某位置，接着闭合S、S2，断开S1，读出电流表的示数I；再闭合S、S1，断开S2，调节电阻箱的电阻值为3.6 时，电流表的示数也为I.此时滑动变阻器接入电路的阻值为_.(2)小刚接着利用该电路测出了电源电动势和内电阻他的实验步骤为：a在闭合开关前，调节电阻R1或R2至_(选填“最大值”或“最小值”)，之后闭合开关S，再闭合_(选填“S1”或“S2”)；b调节电阻_(选填“R1”或“R2”)，得到一系列电阻值R和电流I的数据；c断开开关，整理实验仪器图乙是他由实验数据绘出的R图象，图象纵轴截距与电源电动势的乘积代表_，电源电动势E_V，内阻r_.(计算结果保留两位有效数字)答案解析1(1)2.0(5)4.4920.2(6)见解析图0.094(0.0900.110均可)解析(5)由表中数据验证可知，该同学计算瞬时速度的方法是将小车的运动作为匀变速运动处理，某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，按此方法则有vC4.49 m/s，v20.2 m2/s2.(6)如图所示因电动机的输出功率PIUI2r16 W，由能量守恒有Ptmv2即v2t，可见图线的斜率k，即m，从图线上求出斜率代入即可2(1)减小(2)3.62(3)0.18(4)30解析(1)滑动变阻器向左滑动时，R阻值变小，总电流变大，内电压增大，路端电压即为V1，读数逐渐减小；(2)由题图甲知，电压表V1测量路端电压，电流增大时，内电压增大，路端电压减小，所以最上面的图线表示V1的电压与电流的关系，此图线的斜率大小等于电源的内阻，为r 2 .当电流I0.1 A时，U3.4 V，则电源的电动势EUIr(3.40.12) V3.6 V；(3)当I0.3 A时，电源内阻消耗的功率最大，最大功率PmaxI2r0.092 W0.18 W；(4)当I0.1 A时，电路中电流最小，滑动变阻器的电阻为最大值，由题图乙的AB段可知rM 4 ，所以RrrM(24) 30 .3(1)0.390 mm(0.001)(2)9 V(3)(4)大于解析(1)螺旋测微器的固定刻度读数为0，可动刻度读数为39.00.010.390 mm，所以金属丝的直径为0.3900.001 mm.(4)先只闭合S1，调电阻箱R，使微安表指针满偏，则R值须很大；再闭合S2时，则RL与微安表并联，虽然电阻变小了，但因R很大，全电路总电阻变化很小，干路电流几乎不变化，可认为仍为满偏电流Ig，此时微安表的读数为I，那么RL的分流ILIgI，实际值略大于此值于是解得：RL，测量值偏大，根据本实验原理，要减小测量RL的系统误差，提高电源的电动势，使R取值更大一些，这样才能保证再闭合S2后干路电流变化更小4(1)a(2)见解析图(3)1 500(4)否解析(1)由题图可知，滑动变阻器采用分压式接法，为保护电路安全，闭合开关前滑片要置于a端(2)根据坐标系内描出的点作出图象如图所示(3)由题图可知，流过电流表的电流：IIRIVU，则UI，由(2)可知，375 ，解得：RV1 500 ；(4)由UI可知，图象的斜率：k，RV，应用图象法处理实验数据不因为实验的原理或方法不完善而产生系统误差5(1)3.6(2)最大值S1R1电源内阻和电流表的内阻之和(或rrA)6.02.8解析(1)电阻箱的读数即是滑动变阻器的电阻，即电阻为3.6 ；(2)为保护电路，先要把可变电阻调到最大值；因为最后要画出图象，所以必须要知道电阻的阻值，所以要用到电阻箱这个支路，所以接下来要闭合S1，调节电阻R1.由闭合电路欧姆定律EIRIrAIr，可得：R，所以纵轴截距表示内阻和电流表的内阻之和与电动势的比值，图象斜率表示电动势的倒数，所以图象纵轴截距与电源电动势的乘积代表电源内阻和电流表的内阻之和，图象斜率为，所以电动势为6.0 V，纵轴截距为0.6，则内阻和电流表的内阻之和为3.6 ，所以电源内阻为2.8 .