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2019年高考物理大二輪專題復習 考前增分練 實驗題專練部分 電學實驗的設計與探究 1．(xx·廣東·34(1))某同學設計的可調電源電路如圖1(a)所示，R0為保護電阻，P為滑動變阻器的滑片，閉合電鍵S. 圖1 ①用電壓表測量A、B兩端的電壓：將電壓表調零，選擇0～3 V擋，示數如圖(b)，電壓值為________ V. ②在接通外電路之前，為了保證外電路的安全，滑片P應先置于________端． ③要使輸出電壓U變大，滑片P應向________端滑動． ④若電源電路中不接入R0，則在使用過程中，存在______的風險(填“斷路”或“短路”)． 答案?、?.30?、贏　③B?、軘嗦? 解析?、僮x數為1.30 V；②接通電路前，應該使滑片置于A端，使用電器兩端的電壓為0，這樣才能保證外電路安全；③要增大外電路電壓，需要使滑片滑向B端；④如果電路中不接入保護電阻，可能造成電流過大，可調電源內電路出現(xiàn)斷路現(xiàn)象，無法對外輸出電壓． 2．(xx·安徽·21Ⅱ)某同學為了測量一個量程為3 V的電壓表的內阻，進行了如下實驗． (1)他先用多用表進行了正確的測量，測量時指針位置如圖2所示，得出電壓表的內阻為3.00×103 Ω，此時電壓表的指針也偏轉了．已知多用表歐姆擋表盤中央刻度值為“15”，表內電池電動勢為1.5 V，則電壓表的示數應為________ V(結果保留兩位有效數字)． 圖2 圖3 (2)為了更準確地測量該電壓表的內阻RV，該同學設計了如圖3所示的電路圖，實驗步驟如下： A．斷開開關S，按圖3連接好電路； B．把滑動變阻器R的滑片P滑到b端； C．將電阻箱R0的阻值調到零； D．閉合開關S； E．移動滑動變阻器R的滑片P的位置，使電壓表的指針指到3 V的位置； F．保持滑動變阻器R的滑片P的位置不變，調節(jié)電阻箱R0的阻值使電壓表指針指到1.5 V的位置，讀出此時電阻箱R0的阻值，此值即為電壓表內阻RV的測量值； G．斷開開關S. 實驗中可供選擇的實驗器材有： a．待測電壓表 b．滑動變阻器：最大阻值2 000 Ω c．滑動變阻器：最大阻值10 Ω d．電阻箱：最大阻值9 999.9 Ω，阻值最小改變量為0.1 Ω e．電阻箱：最大阻值999.9 Ω，阻值最小改變量為0.1 Ω f．電池組：電動勢約6 V，內阻可忽略 g．開關、導線若干 按照這位同學設計的實驗方法，回答下列問題： ①要使測量更精確，除了選用電池組、導線、開關和待測電壓表外，還應從提供的滑動變阻器中選用________(填“b”或“c”)，電阻箱中選用________(填“d”或“e”)． ②電壓表內阻RV的測量值R測和真實值R真相比，R測________R真(填“>”或“<”)；若RV越大，則越________(填“大”或“小”)． 答案　(1)1.0　(2)①c　d?、?　小 解析　(1)歐姆表的中值電阻即為其內阻值．由歐姆擋中央刻度值為“15”可知歐姆表內阻為1.5×103 Ω，根據電阻分壓原理可知，電壓表的示數U＝·RV＝×3×103 V＝1.0 V. (2)①明確半偏法測電阻的實驗原理．由半偏法測電阻和滑動變阻器的分壓接法可知，滑動變阻器的阻值應遠小于電表內阻，故滑動變阻器選c.電阻箱的最大阻值應與電壓表內阻相近或大于電壓表內阻，故電阻箱選d. ②接入電阻箱后，電路總電阻阻值變大，干路電流變小，變阻箱R0和電壓表分擔的電壓變大，則UR0>URV，故R測>R真．RV越大，R測越接近真實值，故越?。? 3．使用多用電表測量電阻時，多用電表內部的電路可以等效為一個直流電源(一般為電池)、一個電阻和一表頭相串聯(lián)，兩個表筆分別位于此串聯(lián)電路的兩端．現(xiàn)需要測量多用電表內電池的電動勢，給定的器材有：待測多用電表，量程為60 mA的電流表，電阻箱，導線若干．實驗時，將多用電表調至×1 Ω擋，調好零點；電阻箱置于適當數值．完成下列填空： (1)儀器連線如圖4所示(a和b是多用電表的兩個表筆)．若兩電表均正常工作，則表筆a為______(填“紅”或“黑”)色． 圖4 (2)若適當調節(jié)電阻箱后，圖4中多用電表、電流表與電阻箱的示數分別如圖5(a)、(b)、(c)所示，則多用電表的讀數為________ Ω.電流表的讀數為________ mA，電阻箱的讀數為________ Ω. 圖5 (3)計算得到多用電表內電池的電動勢為________ V．(保留3位有效數字) 答案　(1)黑　(2)14.0　53.0　4.6　(3)1.54 解析　(1)多用電表在使用時必須使電流從紅表筆(正接線柱)流進，黑表筆(負接線柱)流出，串聯(lián)的電流表也必須使電流從正接線柱流進，負接線柱流出，所以可以判斷電流是從a表筆流出的，a為黑表筆． (3)當表頭短接時電路電流最大，為表頭的滿偏電流Ig＝，將Rg取為r＋rg＋R為多用電表的內阻，當待測電阻等于Rg時，這時表頭半偏，表針指在歐姆表盤的中值上，所以Rg又稱為中值電阻．當選擇×1 Ω擋測量時中值電阻直接在歐姆表盤上讀數為15 Ω，在(2)中多用電表外的電阻為多用電表的讀數14.0 Ω，干路電流是53.0 mA，則電源電動勢是E＝I(R內＋R外)＝0.053×(15＋14) V＝1.537 V≈1.54 V. 4．(1)實驗室新進了一批低電阻的電磁螺線管，課外活動小組的同學設計了一個實驗來測算螺線管使用的金屬絲長度(金屬絲材料已知)．他們選擇了多用電表、電流表、電壓表、開關、滑動變阻器、螺旋測微器、導線和學生電源等． (1)使用多用電表粗測金屬絲的電阻，操作過程分以下三個步驟： a．機械調零后，將紅、黑表筆分別插入多用電表的“＋”、“－”插孔，選擇“×1”的歐姆擋； b．________________________________________________________________________ (填寫b步驟的操作)； c．把紅、黑表筆分別與螺線管金屬絲的兩端相接，多用電表的示數如圖6所示，測得金屬絲電阻為________ Ω； 圖6 (2)利用電路更準確測量金屬絲Rx的電阻，為了減少實驗誤差，應選用圖7中________(選填“甲”或“乙”)電路； 圖7 圖8 (3)如圖8所示，使用螺旋測微器測得金屬絲的直徑為________ mm. 由以上測得的實驗數據及查表得到的金屬絲電阻率值，可測算出金屬絲的長度． 答案　(1)紅、黑表筆短接，調節(jié)歐姆調零旋鈕，使指針指0 Ω　4　(2)乙 (3)0.260 mm 解析　(1)使用多用電表測電阻時，選擋后要先進行歐姆調零，具體操作是：紅、黑表筆短接，調節(jié)歐姆調零旋鈕，使指針指0 Ω；歐姆表讀數等于表盤示數乘以倍率：4×1 Ω＝4 Ω. (2)由多用電表知被測電阻阻值約為4 Ω，被測電阻為小電阻，用電流表外接法．由題意要求在實驗中獲得較大的電壓調節(jié)范圍，故滑動變阻器采用分壓式接法，故電路圖應選乙． (3)螺旋測微器固定刻度讀數為0 mm，可動刻度讀數為26.0×0.01 mm＝0.260 mm，故最終讀數為：0 mm＋0.260 mm＝0.260 mm. 圖9 5．電動自行車是一種環(huán)保、便利的交通工具，越來越受大眾的青睞，為了測定電動車電池組的電動勢和內電阻，某同學設計了如圖9所示的實驗電路，所用實驗器材有： A．電池組(電動勢約為12 V，內阻未知) B．電流表(量程為300 mA，內阻忽略不計) C．電阻箱R(0～999.9 Ω) D．定值電阻R0(阻值為10 Ω) E．導線和開關 (1)當閉合開關后，無論怎樣調節(jié)電阻箱，電流表都沒有示數，反復檢查確認電路連接完好，該同學利用多用電表，又進行了如下操作： 斷開電源開關S. 將多用電表選擇開關置于“×1 Ω”擋，調零后，將紅、黑表筆分別接在R0兩端，讀數為10 Ω. 圖10 將多用電表選擇開關置于“×10 Ω”擋，調零后，將紅、黑表筆分別接電阻箱兩接線柱，指針位置如圖10所示，則所測電阻箱的阻值為________ Ω. 用多用電表分別對電源和開關進行檢測，發(fā)現(xiàn)電源、開關均完好． 由以上操作可知，發(fā)生故障的元件是________． (2)在更換規(guī)格相同的元件后重新連接好電路． (3)改變電阻箱R的阻值，分別測出電路中相應的電流I. 為了保證實驗順利進行且使測量結果更準確些，電阻箱R的取值范圍應為________． A．100 Ω～300 Ω B．40 Ω～100 Ω C．15 Ω～40 Ω 圖11 (4)根據實驗數據描點，繪出的－R圖象如圖11所示． 若直線的斜率為k，在坐標軸上的截距為b，則該電池組的電動勢E＝________，內阻r＝________(用k、b和R0表示)． 答案　(1)70　電流表　(3)B　(4)?。璕0 解析　(1)歐姆表表盤讀數為70 Ω；故障檢測時，除電流表其余部分均沒有問題，故問題只能出在電流表處． (3)為減小電流表的讀數誤差，電流表指針偏轉角度應該盡量大于三分之一，即電流范圍為：100 mA≤I≤300 mA，根據歐姆定律，總電阻120 Ω≥R總≥40 Ω，扣除定值電阻10 Ω，即電流表內阻和電源內阻加上電阻箱電阻應該大于或等于30 Ω，而小于或等于110 Ω，由于電流表內阻不計，故應該選B. (4)根據閉合電路歐姆定律，有E＝I(r＋R0＋R)，則＝R＋，解得E＝，r＝－R0. 6．用下列器材組裝成一個電路，既能測量出電池組的電動勢E和內阻r，又能同時描繪小燈泡的伏安特性曲線． A．電壓表V1(量程6 V、內阻很大) B．電壓表V2(量程4 V、內阻很大) C．電流表A(量程3 A、內阻很小) D．滑動變阻器R(最大阻值10 Ω、額定電流4 A) E．小燈泡(2 A、5 W) F．電池組(電動勢E、內阻r) G．開關一只，導線若干 實驗時，調節(jié)滑動變阻器的阻值，多次測量后發(fā)現(xiàn)：若電壓表V1的示數增大，則電壓表V2的示數減小． (1)請將設計的實驗電路圖在圖12中補充完整． 圖12 (2)每一次操作后，同時記錄電流表A、電壓表V1和電壓表V2的示數，組成兩個坐標點(I，U1)、(I，U2)，標到U－I坐標系中，經過多次測量，最后描繪出兩條圖線，如圖13所示，則電池組的電動勢E＝________ V、內阻r＝________ Ω.(結果保留兩位有效數字) 圖13 (3)在U－I坐標中兩條圖線在P點相交，此時滑動變阻器連入電路的阻值應為________ Ω，電池組的效率為________． 答案　(1)見解析圖　(2)4.5　1.0　(3)0　55.6% 解析　(1)先作出測量電源內阻和電動勢的電路圖，然后在此基礎上增加伏安特性曲線電路，需要注意，小燈泡額定電壓為2.5 V，且電阻較小，故電壓表V2直接與小燈泡并聯(lián)，而電壓表V1則測量路端電壓，電路如圖所示． (2)根據圖象可知，傾斜的直線為計算電源電動勢和內阻的圖線，該圖線的縱截距為電動勢大小，圖線斜率的絕對值為電源內阻大?。畵丝芍妱觿軪＝4.5 V，r＝1.0 Ω. (3)由圖象可知，小燈泡兩端電壓為2.5 V，電源內電壓為2 V，故滑動變阻器連入電路阻值為0 Ω.電源的效率為η＝×100%＝55.6%. 7．(xx·四川廣安三診)實際電流表有內阻，測量電流表G1內阻r1的電路如圖14所示． 圖14 供選擇的儀器如下： ①待測電流表G1(0～5 mA，內阻約300 Ω) ②電流表G2(0～10 mA，內阻約100 Ω) ③定值電阻R1(300 Ω) ④定值電阻R2(10 Ω) ⑤滑動變阻器R3(0～1 000 Ω) ⑥滑動變阻器R4(0～20 Ω) ⑦干電池(1.5 V) 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15所示實物圖． 圖15 (3)補全實驗步驟： ①按如圖14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I1和I2； ③多次移動滑動觸頭，記錄G1和G2的讀數I1和I2； ④以I2為縱坐標，I1為橫坐標，作出相應圖線，如圖16所示． 圖16 (4)根據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)③　⑥　(2)見解析圖　(3)左端　(4)r1＝(k－1)R1 解析　(1)因電流表G1的內阻約為300 Ω，故定值電阻選擇R1；為調節(jié)方便滑動變阻器選擇R4. (2)根據電路圖連接實物如圖所示： (3)為保護測量電路，閉合開關時，測量電路應處于短路狀態(tài)，故滑片移至最左端． (4)由電路圖知I2＝I1＋，可得圖象的斜率k＝1＋，解得r1＝(k－1)R1. 【解題方法技巧】　　電學實驗的處理技巧 電學實驗中測定金屬的電阻率、描繪小燈泡的伏安特性曲線、測電源的電動勢和內阻、多用電表的使用等在高考中出現(xiàn)的頻率較高.電學實驗側重于考查電路設計、實物圖連接、數據處理和誤差分析.近年來，高考對實驗的考查向拓展實驗、創(chuàng)新實驗的方向發(fā)展，但不論實驗題目怎么變化，其原理和方法都離不開課本上實驗的原理、方法.,電學實驗的基本原理是閉合電路歐姆定律，電學實驗本質上都是測電阻，因此在復習中掌握測電阻的方法非常重要，比如要掌握用伏安法測電阻為主體的方法，還要掌握測定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻、壓敏電阻、磁敏電阻、電流表內阻、電壓表內阻和電源內阻等的方法；通過復習提升實驗能力，比如要熟練掌握以器材的選擇、儀器的量程選擇為主體的選擇方法，還要掌握電壓表、電流表、電源、定值電阻、滑動變阻器、單刀與雙刀開關等器材的選擇方法與思路；對復習中的設計性能力的培養(yǎng)，要掌握以電路的設計方案的選取為主體的設計思想，還要掌握電流表的內接與外接法、滑動變阻器的分壓式與限流式接法、非理想電表的非常規(guī)接法等常規(guī)的設計思想.