高考物理二轮复习专题分层突破练18电学实验(含解析)

专题分层突破练18　电学实验

1.(2020北京高三一模)同学们想测量由两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r,用电压表、电阻箱、开关、若干导线和待测电池组连成电路,如图甲所示。电路中用到的器材均完好无损。

(1)检查电路时,他们发现在开关闭合前电压表示数不为零,这是由于导线　　　(填写表示导线的字母)连接错误造成的。改正错误连接后再次闭合开关,他们发现电压表有示数,但改变电阻箱连入电路的阻值时,电压表示数保持不变,原因可能是(写出一条即可)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)排除故障后,他顺利完成实验,并根据测得的数据画出图乙所示的图线,其中U为电压表示数,R为电阻箱连入电路的阻值。由图知:电池组的电动势E=　　　　,内阻r=　　　　　。 

2.(2020浙江高三月考)小明与小红想确定图中滑动变阻器(铭牌丢失)的金属丝的材料,于是进行了如下实验:

(1)先用游标卡尺测量了陶瓷桶上未绕金属丝部分的直径d=21.00 mm;后用游标卡尺测量了陶瓷桶上绕有金属丝(金属丝直接紧密地绕在陶瓷桶上)部分的直径D=22.20 mm;再用刻度尺测得滑动变阻器滑线部分的长度L=10.50 cm。(假设上述测量值均看作多次测量的平均值)

(2)小明用欧姆表测得该滑动变阻器全部金属丝的电阻为25 Ω;小红则向实验室借来以下器材测量该金属丝的电阻:

A.直流电源3 V(内阻不计)

B.直流电流表0~100 mA(内阻约为5 Ω)

C.直流电流表0~600 mA(内阻约为1 Ω)

D.直流电压表0~3 V(内阻约为3 kΩ)

E.滑动变阻器0~10 Ω(允许的最大电流为2 A)

F.导线和开关

则实验中电流表应选用　　　　(填字母)。 

(3)请帮小红设计一个最佳实验电路,并将电路图画在下面方框中(待测滑动变阻器就用普通电阻符号表示)。

(4)若该滑动变阻器全部金属丝的电阻用R表示,则金属丝电阻率的表达式ρ=　　　　　(用本题中字母表示);小红通过正确的操作后测得R=25.4 Ω,请对照表格中几种导体材料的电阻率(20 ℃时)判断该金属丝的材料最有可能为　　　　(填字母)。 

A.铝 B.铜

C.含铜合金 D.镍铬合金

3.(2020山东滨州高三二模)某特种玻璃厂生产的调光玻璃是一款将液晶膜复合进两层玻璃中间,经高温高压胶合后一体成型的夹层结构的新型特种光电玻璃产品。使用者改变其电压可控制玻璃的透明度。为了使玻璃的透明度随光照强度变化而变化,可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为Lx)。某光敏电阻在不同照度下的阻值如图所示:

(1)由图像可以看出,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而　　　　(选填“增大”或“减小”); 

(2)为了当照度上升时,调光玻璃(可视为阻值极大的电阻)两端所加电压变大,请同学根据图中提供的器材,设计并补全下面电路。为了便于调节,滑动变阻器采用分压式接法;

(3)若光敏电阻与定值电阻串联总电压3 V,照度上升至1.0 Lx,要求玻璃两端电压上升至2 V,则定值电阻阻值应为　　　　 kΩ。 

4.(2020山西高三二模)将一个量程在1.5~2.5 mA(标有清晰的刻度但没有标示数)、内阻在150~250 Ω的电流表G改装成一个量程为0~30 V的电压表。为了正确改装,采用如图甲所示的电路来测量电流表G的量程和内电阻,可以使用的实验器材如下:

A.电源(电动势约6 V、内电阻小于1 Ω)

B.标准电流表A(量程为0~10 mA,内电阻约为500 Ω)

C.电阻箱(阻值范围0~9.9 Ω)

D.电阻箱(阻值范围0~999.9 Ω)

E.滑动变阻器(阻值范围0~1 kΩ)

F.滑动变阻器(阻值范围0~20 Ω)

G.开关S和导线若干

(1)该实验中电阻箱应选　　　,滑动变阻器应选　　　(填题中仪器前面的字母序号); 

(2)该同学的实验操作过程为:

①将滑动变阻器的滑片P移至最右端,将电阻箱的阻值调至最大;

②闭合开关S,向左移动滑动变阻器滑片P、调节电阻箱阻值使电流表G指针指到满刻度,记录标准电流表A的读数I及此时电阻箱的阻值R;

③再次向左移动滑动变阻器滑片P、调节电阻箱阻值至电流表G指针指到满刻度,记录第二组标准电流表A的读数I及此时电阻箱的阻值R;

④重复步骤3~5次;

⑤该同学利用实验中所记录的五组标准电流表A的示数I和电阻箱的阻值R数据,画出I-图像如图乙所示。根据图线可以求得电流表G的量程为　　　　 A;内电阻为　　　　 Ω。 

(3)将电流表G与一个阻值为　　　　 Ω的电阻串联就可以组成量程为0~30 V的电压表。 

5.(2020辽宁高三一模)某学习小组同学利用图甲所示的实验电路测量平行板电容器的电容。

(1)图甲中电流表A1量程为300 μA,无法满足实验需要,需并联一电阻箱R1使其量程扩大为600 μA。由于电流表A1内阻未知,无法确定电阻箱R1的阻值,该小组同学设计了图乙所示的电路,已知电流表A2与A1量程相同。实验操作步骤如下:

①按照图乙连接电路,电阻箱R1和滑动变阻器R2的阻值调到最大;

②断开开关S1,闭合开关S2。调节R2,使电流表A1和A2读数均为200 μA;

③闭合开关S1,调节R1和R2,保证电流表A2读数不变,则当电流表A1读数是　　　　 μA时,电流表A1与R1并联即可做量程为600 μA的电流表使用。 

(2)完成电流表的改装后,继续测量平行板电容器的电容,具体实验操作步骤如下:

①按图甲接好实验电路,请在图丙中将缺失的导线用笔画线补充完整;

②先将图丙中开关S4闭合,再将单刀双掷开关S3接“a”,记下此时电压表读数6.2 V;

③调节图丙中滑动变阻器的滑片P至阻值最大,将单刀双掷开关S3接“b”同时开始计时,每5 s或10 s读一次电流表A1的示数i,记录数据;

④以电流表A1的示数i为纵轴、时间t为横轴,在坐标纸上绘制点,请用平滑曲线在图丁中画出i-t图线;

⑤根据实验结果和图像信息,估算电容器的电容C=　　　　 F。(结果保留2位有效数字) 

6.在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中,操作步骤如下:

①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上;

②闭合电源开关,用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压;

③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上,另一个作为副线圈,接上小灯泡;

④将原线圈与副线圈对调,重复以上步骤。

(1)以上操作的合理顺序是　　　　(只填步骤前数字序号); 

(2)如图所示,在实验中,两线圈的匝数n1=1 600,n2=400,当将n1做原线圈时,U1=16 V,副线圈两端电压U2=4 V;原线圈与副线圈对调后,当U1'=8 V时,U2'=32 V,那么可初步确定,变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是　　　　。 

参考答案

专题分层突破练18　电学实验

1.答案 (1)c　导线a或导线d与其他元件连接时接触不好导致断路

(2)

解析 (1)由于电压表与电源直接相连,造成了闭合开关前电压表的示数不为0,故是导线c接在了开关与电源的正极之间,应该接在开关与电阻箱之间;若闭合开关后发现电压表有示数,但改变电阻箱连入电路的阻值时,电压表示数保持不变,说明电压表测量的一直是电源电压,也就说明与电压表并联的那部分出现了断路,即导线a或导线d与其他元件连接时接触不好导致断路;

(2)根据闭合电路的欧姆定律E=U+r,即

则由图像可知图像的斜率k==a1,解得E=,r=。

2.答案 (2)B

(3)

(4)或　C

解析 (2)电路中能达到的最大电流为I= A=0.12 A=120 mA,

则直流电流表选择B;

(3)因电压表的内阻远大于待测电阻阻值,可知选用电流表外接电路;滑动变阻器电阻小于待测电阻的阻值,则采用分压电路,则电路图如图;

(4)待测金属丝横截面的半径r=

金属丝横截面积S=

每匝金属丝的长度为πD或者πd、或者π

则线圈匝数n=

金属丝的总长度为或者或者

根据R=ρ可得ρ=或者ρ=或者ρ=

将R=25.4 Ω,D=22.20 mm,d=21.00 mm,L=10.50 cm代入解得ρ≈6.2×10-7 Ω·m

由表中数据可知,可能是含铜合金,故选C。

3.答案 (1)减小

(2)

(3)4.0

解析 (1)由图像可以看出,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小;

(2)当照度上升时,光敏电阻的阻值变小,电路中的总电阻变小,根据欧姆定律可知电路中的电流变大,定值电阻两端的电压变大;根据串联分压可知光敏电阻两端的电压变小,而调光玻璃(可视为阻值极大的电阻)两端所加电压变大,所以调光玻璃与定值电阻并联;题中要求滑动变阻器采用分压式接法,所以电路图如图所示

(3)由图像可以看出,照度上升至1.0 Lx时,光敏电阻的阻值为2.0 kΩ,根据串联分压可知光敏电阻两端的电压为1 V,所以定值电阻阻值应为4.0 kΩ。

4.答案 (1)D　E　(2)⑤2×10-3　200　(3)14 800

解析 (1)因为待测电流表G的估计值为150~250 Ω之间,电源电动势E=6 V,标准电流表A的量程为0~10 mA,内电阻约为500 Ω,故电阻箱应选择D,以获得较大的测量范围,为了保证电表的安全,应限制干路的电流,应选择阻值范围较大的滑动变阻器,故滑动变阻器应选E。

(2)设电流表G的满偏电流为Ig,内电阻为Rg,根据支路电流之和等于干路电流可得I=Ig+

根据图乙可知

IgRg= V=0.4 V

截距Ig=2×10-3 A

联立可得Rg=200 Ω

(3)设改装量程为0~30 V的电压表,需要串联的电阻为R',根据欧姆定律可得

Umax=Ig(Rg+R')

即30=2×10-3×(200+R')

解得R'=14 800 Ω

5.答案 (1)③100

(2)①

④

⑤1.4×10-3(1.1×10-3~1.5×10-3均可)

解析 (1)③把电流表A1量程为300 μA,需要并联一电阻箱R1使其量程扩大为600 μA。并联的电阻箱的阻值要与电流表A1内阻相等,电流表A2读数是200 μA,当电流表A1读数是100 μA时,通过电流表A1和变阻箱的电流相同,两者电阻相等,电流表A1与R1并联即可做量程为600 μA的电流表使用;

(2)①根据电路原理图,实物连线如图所示;

④以电流表A1的示数i为纵轴、时间t为横轴,在坐标纸上绘制点,请用平滑曲线在图丁中画出i-t图线如图所示;

⑤由分流作用可知,由电流定义式有2i=

整理得C=

i-t图像与坐标轴所围的面积,即为it的积

则C= F≈1.4×10-3 F(1.1×10-3~1.5×10-3均可)

6.答案 (1)①③②④　(2)

解析 (1)在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中,首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上;再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上,另一个作为副线圈,接上小灯泡;闭合电源开关,用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压;最后将原线圈与副线圈对调,重复以上步骤,顺序为①③②④。

(2)两线圈的匝数n1=1 600,n2=400,当将n1做原线圈时,U1=16 V,副线圈两端电压U2=4 V;当原线圈与副线圈对调后,U1'=8 V时,U2'=32 V,由以上数据可得:。