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2023届二轮复习 板块二 电学、光学实验 学案
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这是一份2023届二轮复习 板块二 电学、光学实验 学案，共36页。学案主要包含了真题研磨，审题思维，模型转化，答题要素，多维演练，失分警示等内容，欢迎下载使用。
板块二 电学、光学实验
考向一电表的改装及使用
【真题研磨】
【典例】(2022·辽宁选择考)某同学要将一小量程电流表(满偏电流为250 μA,内阻为1.2 kΩ)改装成有两个量程的电流表,设计电路如图(a)所示,其中定值电阻R1=40 Ω,R2=360 Ω。
(1)当开关S接A①端时,该电流表的量程为0~________mA;
(2)当开关S接B②端时,该电流表的量程比接在A端时__________(选填“大”或“小”);
(3)该同学选用量程合适的电压表(内阻未知)和此改装电流表测量未知电阻Rx的阻值,设计了图(b)中两个电路。不考虑实验操作中的偶然误差,则使用__________(选填“甲”或“乙”)电路可修正由电表内阻引起的实验误差③。
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
R1与R2串联后再和电流表并联
②
R1与电流表串联后再和R2并联
③
原理上可以求解Rx准确电阻
【模型转化】
1.电流表改装
2.伏安法测电阻
【答题要素】
电表的改装及使用技巧
【多维演练】
1.维度:多用电表的使用
在练习使用多用电表的实验中,两小组的同学分别进行了如下操作:
(1)下列是A小组同学对多用电表的使用,其中操作正确的是____________。
A.如图甲,利用多用电表直流电压挡测小灯泡两端的电压
B.如图乙,利用多用电表直流电流挡测通过小灯泡的电流
C.如图丙,利用多用电表直流电压挡粗测电源的电动势
D.如图丁,利用多用电表欧姆挡测电源的内阻
(2)B小组同学利用多用电表的欧姆挡测量某一定值电阻的阻值,开始时他们采用“×100”倍率试测,请完善他们的实验步骤:
①将多用电表选择开关拨至“×100”倍率;
②______________________________;
③把待测电阻放在绝缘桌面或纸上,两表笔分别接在电阻两端;
④结果指针指在图戊中a位置;
⑤为了减小误差,需要把选择开关拨至“__________”(选填“×10”或“×1k”)倍率;
⑥重复步骤②和③;
⑦最终指针指在图戊中b位置,读数为________kΩ;
⑧把选择开关拨至“OFF”,结束测量。
2.维度:多用电表改装
如图所示为某实验小组制作的简易多用电表,该多用电表有量程分别为0~1.0 mA和0~10.0 mA的双量程电流表、量程为0~3 V和0~15 V的双量程电压表和欧姆表。器材参数如下:电源电动势E约3 V,内阻r约1 Ω,改装后量程为0~1.0 mA的电流表等效内阻为Rg=80 Ω,电阻箱R3和R6的最大阻值均为99 999.9 Ω。
(1)该实验小组按图正确连接好电路,其中表笔A应为________(选填“红”或“黑”)表笔。
(2)选择旋钮接通________(选填“1”“2”“3”“4”或“5”)为量程是0~3 V的电压表。
(3)选择旋钮接通3,表笔A、B短接,调整电阻箱R3的阻值,记录不同阻值R3和对应毫安表的示数I,当R3为2868.5 Ω时,毫安表示数为1.00 mA;当R3为5818.5 Ω时,毫安表示数为0.50 mA,根据上述数据可得电源电动势E=____________V,内阻r=____________Ω。(均保留3位有效数字)
(4)将选择旋钮接通3,将红、黑表笔短接,调节电阻箱R3的阻值,使电流表达到满偏,然后红、黑表笔分别接通R6的两端,指针指在表盘中央刻度,则此时R6=__________Ω。
考向二电阻的测量
【真题研磨】
【典例】(2022·全国乙卷)一同学探究阻值约为550 Ω的待测电阻Rx在0~5 mA范围内的伏安特性。可用器材有:电压表(量程为3 V,内阻很大),电流表(量程为1 mA,内阻为300 Ω),电源E(电动势约为4 V,内阻不计),滑动变阻器R(最大阻值可选10 Ω或1.5 kΩ),定值电阻R0(阻值可选75 Ω或150 Ω),开关S,导线若干。
(1)要求通过Rx的电流可在0~5mA范围①内连续可调,将图(a)所示的器材符号连线,画出实验电路的原理图;
(2)实验时,图(a)中的R应选②最大阻值为________(选填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器,R0应选阻值为__________(选填“75 Ω”或“150 Ω”)的定值电阻;
(3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线。若在某次测量中,电压表、电流表的示数分别如图(b)和图(c)所示,则此时Rx两端的电压为__________V,流过Rx的电流③为____________mA,此组数据得到的Rx的阻值为________Ω(保留3位有效数字)。
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
需要改装电流表,扩大量程
②
分压式:滑动变阻器小的调节灵敏
③
电流表读数乘改装扩大的倍数
【模型转化】
分压式电路
【失分警示】
流过Rx的读数为改装后的电表的总电流。
【答题要素】
电阻的测量技巧
【多维演练】
1.维度:伏安法测电阻
某无线电兴趣小组为了研究某种电子元件的特性,用如题图所示电路测定该电子元件的伏安特性曲线。所用实验器材有:
待测电子元件;
直流电源:电动势约1.5 V,内阻不计;
滑动变阻器:阻值0~20 Ω;
电压表V:量程0~2 V,内阻约15 kΩ;
电流表A:量程0~0.2 A,内阻约0.5 Ω;
开关,导线若干。
(1)已知选取的各元器件均无故障,但实验中发现,闭合开关后,无论怎样调节滑动变阻器的滑片,电压表与电流表的示数都不能调到零,分析其原因是________________点至____________点的导线没有连接好。(填图甲中标注的数字)
(2)重新正确连接后,某同学测得实验数据如表所示:
U(V)
0.80
0.86
0.91
0.94
0.97
1.00
1.01
1.02
1.04
1.05
I(mA)
10
30
50
70
90
110
130
139
169
189
题图乙已描出上述数据,根据正确的数据处理方法,可求出电压U=1.03 V时,被测电子元件的电阻值为__________Ω(保留两位有效数字);该电阻值比真实值
__________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。
(3)若将该电子元件接到电动势为1.1 V、内阻为1.0 Ω的直流电源两端,则该电子元件的电功率为____________W(保留两位有效数字)。
2.维度:半偏法测电流表电阻利用半偏法来测量电流表A内电阻的电路如图1所示。电路接好之后滑动变阻器调至最大值,两个开关K和K1都断开。
(1)闭合开关K,逐渐减小滑动变阻器阻值,同时观察电流表的指针摆动情况,当电流表指针满偏时,不再调整滑动变阻器触头;
(2)闭合开关K1,然后调整电阻箱的阻值,同时观察电流表的指针摆动情况,直到电流表指针____________,如果此时电阻箱的读数为R0,则电流表电阻的测量值为____________。由于系统误差的影响,使得电流表内阻的测量值与真实值相比________________(选填“偏大”或“偏小”);
(3)为了消除(2)中的系统误差造成的影响,让测量更精确一些,可改用如图2所示的电路测量电流表A的电阻,当电阻箱的读数为R1时,电流表A和A1读数分别为I和I1,则这种情况下电流表电阻的测量值为______________。
考向三电源电动势和内阻的测量
【真题研磨】
【典例】(2022·湖北选择考)某探究小组学习了多用电表的工作原理和使用方法后,为测量一种新型材料制成的圆柱形电阻的电阻率,进行了如下实验探究。
(1)该小组用螺旋测微器①测量该圆柱形电阻的直径D,示数如图甲所示,其读数为__________mm。再用游标卡尺测得其长度L。
(2)该小组用如图乙所示的电路测量该圆柱形电阻Rx的阻值。图中电流表量程为0.6 A、内阻为1.0 Ω,定值电阻R0的阻值为20.0 Ω,电阻箱R的最大阻值为999.9 Ω。首先将S2置于位置1,闭合S1,多次改变电阻箱R的阻值,记下电流表的对应读数I,实验数据见表。
R/Ω
I/A
1I/A-1
5.0
0.414
2.42
10.0
0.352
2.84
15.0
0.308
3.25
20.0
0.272
3.68
25.0
0.244
4.10
30.0
0.222
4.50
根据表中数据,在图丙中绘制出1I-R图像②。再将S2置于位置2,此时电流表读数为0.400 A。根据图丙中的图像可得Rx=________Ω(结果保留2位有效数字)。最后可由表达式ρ=________得到该材料的电阻率(用D、L、Rx表示)。
(3)该小组根据图乙的电路和图丙的1I-R图像,还可以求得电源电动势E= V,内阻r= Ω③。(结果均保留2位有效数字)
(4)持续使用后,电源电动势降低、内阻变大。若该小组再次将此圆柱形电阻连入此装置,测得电路的电流,仍根据原来描绘的图丙的图像得到该电阻的测量值会________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
可动刻度转一圈,测微螺杆前进0.5 mm
②
根据闭合电路欧姆定律找关系
③
图像斜率、截距的意义
【失分警示】
游标卡尺读数:小数点后三位。
【答题要素】
电源电动势和内阻测量的技巧
【多维演练】
1.维度:伏安法测电源电动势和内阻
某同学在实验室进行了“测定新型电池电动势和内阻”的实验。实验器材如下:
两节相同的待测电池(每节电池电动势约为1.5 V,内阻约为1 Ω)
电流表A(0~30 mA,内阻为49 Ω)
电压表V(0~3 V,内阻约为2 kΩ)
滑动变阻器R1(0~10 Ω)
定值电阻R2=1 Ω
开关和导线若干
(1)选择合适的器材,在下面方框中画出电路图并标明所选用器材的符号。
(2)改变滑动变阻器阻值得到多组电压表和电流表的值,作出U-I图像,图像的纵截距为2.92 V,斜率为-150,由此可以得到一节电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω。(结果均保留3位有效数字)
(3)当滑动变阻器接入电路的阻值从最大减到最小的过程中,电源的输出功率将________,电源工作的效率将______。(均填选项序号)
A.一直增大 B.一直减小
C.先增大后减小 D.先减小后增大
2.维度:伏阻法测电池的电动势和内阻
某同学在“测定电池的电动势和内阻”实验中,使用了以下器材:干电池1节(带电池盒)、电压表1只(量程0~3 V、15 V)、电阻箱(可调范围0~999 9.9 Ω)、开关一个、导线若干。
(1)请你根据他选择的器材在线框中画出实验电路图。
(2)某次电压表的示数如图甲所示,则电压为________V。
(3)按照正确的操作获取相应的电压U和电阻R数据,并将电压与电阻的比值作为电流I,作出如图乙所示的U-I图像。根据图像测得干电池的电动势为____________V,内阻为____________Ω。(保留3位有效数字)
(4)若他不用电压表,在其他器材不变的情况使用电流表(量程0.6 A、3 A),获得正确的数据,则测得电动势____________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
考向四创新类实验
【真题研磨】
【典例】(2022·广东选择考)弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件,某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系,
实验过程如下:
(1)装置安装和电路连接:如图(a)所示,导电绳的一端固定,另一端作为拉伸端,两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图(b)所示的电路中。
(2)导电绳拉伸后的长度L及其电阻Rx的测量:
①将导电绳拉伸后,用刻度尺测量并记录A、B间的距离,即为导电绳拉伸后的长度L。
②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端。断开开关S2,闭合开关S1,调节R,使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I1。
③闭合S2①,电压表的示数__________(选填“变大”或“变小”)。调节R使电压表的示数仍为U②,记录电流表的示数I2,则此时导电绳的电阻Rx③=__________(用I1、I2和U表示)。
④断开S1,增大导电绳拉伸量,测量并记录A、B间的距离,重复步骤②和③。
(3)该电压表内阻对导电绳电阻的测量值__________(选填“有”或“无”)影响。
(4)图(c)是根据部分实验数据描绘的Rx-L图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上,当机械臂弯曲后,测得导电绳的电阻Rx为1.33 kΩ,则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为__________cm,即为机械臂弯曲后的长度。
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
并联电阻,阻值变小
②
U不变,流过电压表和定值电阻的总电流不变
③
找到流过Rx的电流,闭合S2总电流的增量ΔI
【模型转化】
Uab电压不变,闭合S,流过R2的电流即电流表增加量。
【失分警示】
闭合前后电流表的差值即为导电绳的准确电流,无误差。
【答题要素】
1.创新类实验常见模型
2.创新类实验的创新方法
【多维演练】
1.维度:测电阻应用创新
在防范新冠肺炎疫情过程中,体温计发挥了重要作用。某校中学生助手实验兴趣小组同学利用身边的实验器材,将热敏电阻作为测温探头,制作了电路图如图甲的简易金属测温计。
(1)由于定值电阻R0的具体电阻值未知,实验小组同学采用如图乙所示的电路(图甲和图乙中的电压表为同一电压表,量程为0~3 V,电压表内阻未知,表盘刻度如图丙所示),用伏安法测出R0的测量值为30 Ω,该测量值与真实值相比______
______(选填“偏大”“偏小”或“相等”);
(2)图甲中的电源电动势为6 V,内阻不计,图中的RT为热敏电阻,其阻值随温度变化的图像如图丁所示。则制作的简易温度计40 ℃应该标在图丙电压表刻度盘上____________V的位置上;
(3)分析整个实验过程,在仅考虑系统误差的情况下,用该测温计所测得的体温值与实际体温值相比__________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。
2.维度:传感器应用
力敏电阻是一种能将机械力转换为电信号的特殊元件,其电阻值可随外加压力大小而改变。某同学为研究一个力敏电阻Rx(阻值变化范围为几欧姆到几十欧姆)的特性。设计了如图甲所示的电路,所用电源的电动势为3 V,内阻忽略不计,滑动变阻器的调节范围为0~20 Ω。除图甲中的器材外,还有其他器材可供选择:
电流表A1(量程为0~0.6 A,内阻r1=1.5 Ω)
电流表A2(量程为0~0.6 A,内阻约为2 Ω)
电压表V(量程为0~15 V,内阻约为20 kΩ)
(1)为使测量更准确,图甲中P处选用电表为__________,Q处选用电表为____________(均填选用电表的符号);
(2)闭合开关S,多次改变对力敏电阻的压力F,记录下电表读数,得到Rx不同的值,描绘出Rx-F图像如图乙所示,由图像可得Rx与F的函数关系表达式为Rx=__________;
(3)该同学用力敏电阻和所提供的器材,把电流表A1改成一个压力表(即在电流表A1表盘的对应刻度位置处标上压力大小),请在图丙虚线框内画出设计电路图;
(4)若将电流表A1表盘的0.15 A刻度处标为压力表的0刻度,则滑动变阻器接入电路的阻值应调为__________Ω,该压力表能测量压力的最大值是____________N。
考向五光学类实验
【真题研磨】
【典例】(2021·浙江6月选考)如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中:
(1)观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰①,值得尝试的是________(单选)。
A.旋转测量头
B.增大单缝与双缝间的距离
C.调节拨杆使单缝与双缝平行
(2)要增大观察到的条纹间距②,正确的做法是______(单选)。
A.减小单缝与光源间的距离
B.减小单缝与双缝间的距离
C.增大透镜与单缝间的距离
D.增大双缝与测量头间的距离
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
经过单缝后形成的中心最宽的衍射条纹经过双缝更容易发生清晰的双缝干涉现象
②
双缝干涉条纹间隔公式Δx=Lλd
【模型转化】
【答题要素】
1.光学类实验常见模型
2.光学类实验注意事项
【多维演练】
1.维度:测定玻璃折射率
某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线,如图甲所示,并在入射光线AO上插上大头针P1、P2,现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上P3和P4大头针,便能确定光在玻璃砖中的折射光线。
(1)确定P3位置的方法正确的是____________;
A.透过玻璃砖,P3挡住P2的像
B.先插上P4大头针,在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置
C.透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像
(2)请作出光线在玻璃砖中和出射后光线的光路图,并画出玻璃砖中光线的折射角θ2;
(3)经过多次测量作出sinθ1-sinθ2的图像如图乙,玻璃砖的折射率为____________(结果保留三位有效数字);
(4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画得偏左了一些,则测出来的折射率____________(选填“偏大”“偏小”或“不变”);
(5)该同学突发奇想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验,两者的AC面是平行放置的,插针P1、P2的连线垂直于AB面,若操作无误,则在图丙中右边的插针应该是____________。
A.P3P6 B.P3P8 C.P5P6 D.P7P8
2.维度:双缝干涉实验
寒假期间小明利用图甲所示生活中的物品,测量了某型号刀片的厚度。
实验过程如下:
(1)点燃蜡烛,用烛焰把玻璃片的一面熏黑;
(2)并齐捏紧两片刀片,在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕;
(3)如图乙所示,将激光光源和玻璃片固定在桌上,并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上。
(4)打开激光光源,调整光源的高度并使激光沿水平方向射出,恰好能垂直入射在两划痕上。
(5)观察白纸上的干涉条纹如图丙所示。用刻度尺测出a、b两点间的距离为____________cm,则两相邻暗条纹中心之间的距离Δx=____________cm。
(6)测量玻璃片到光屏的距离L=3.00 m,已知该红色激光的波长λ=700 nm,利用公式求出双划痕间距d=__________mm,即为刀片厚度(结果保留两位有效数字)。
1.(安阻法测电源电动势和内阻)某同学把铜片和锌片相隔约2 cm插入一个桔子中,就制成了一个水果电池。铜片是电池的正极,锌片是负极。该同学想测量水果电池的电动势和内阻,他所用到的器材有水果电池、电阻箱、电流表、开关和导线若干。
(1)请根据题干中的器材在方框中画出实验电路图。
(2)实验时,用电流表和电阻箱测出多组电流I和电阻值R,若要通过图像测得这个
水果电池的电动势和内阻,可以选用图像为____________
A.R-I B.R-1I C.I-1R
(3)若用该实验方法测量水果电池的电动势和内阻,电动势的测量值____________真实值,内阻的测量值__________真实值(均选填“大于”“等于”“小于”)。
(4)该同学在断开开关准备收拾器材的时候,忽然想起测量干电池电动势时,可以
将指针式电压表(量程0~3 V,内阻约3 kΩ)直接接到干电池的正负极,因此该同学
也将这种指针式电压表直接接到了桔子电池的正负极,但是测得的数值与用图像测得的电动势数值差距很大。设直接用指针式电压表测得的电动势用E2表示,
该同学用图像法测得的电动势用E1表示,请分析说明这两个值哪一个更大。
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
2.(多用电表原理)某同学根据图甲所示的欧姆表原理图,利用微安表(满偏电流为300 μA、内阻为100 Ω)、滑动变阻器R(最大值为10 kΩ)和一节干电池,将微安表改装成欧姆表。
(1)将两表笔短接,调节R使微安表指针指在“________μA”处;
(2)当两表笔之间接入阻值为2.4 kΩ的定值电阻时,微安表指针指在如图乙所示位置,则其读数为__________μA,电池的电动势为________V,欧姆表的内阻为________kΩ;
(3)将微安表上的μA处标明“Ω”,“300”位置处标明“0”,“100”位置处标明“____________”,并在其他位置标明相应的电阻刻度值,这样就把微安表改装成了欧姆表;
(4)经过一段时间之后,电池的电动势降低,内阻增大,则重新欧姆调零之后,测得的电阻阻值将____________(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。
3.(双安法测电阻)某同学设计了一个测量未知电阻的实验,实验器材如下:
A.电源(电动势约为12 V,内阻不计)
B.待测电阻Rx
C.电流表A1(量程为0~0.6 A,内阻约为10 Ω)
D.电流表A2(量程为0~3 A,内阻约为2 Ω)
E.电阻箱R(阻值范围0~999.9 Ω)
F.保护电阻R0=10 Ω;
G.开关、导线若干。
设计电路,并按照如下操作步骤进行测量。
(1)按照如图1所示的电路图组装实验仪器,进行实验。将电流表____________(填写字母序号)安装在②位置,另一个电流表则安装在①位置。
(2)将R调整为适当阻值,闭合开关S,记录两个电流表的读数I1、I2及R的阻值。
(3)调节电阻箱,改变R的阻值,测量并记录多组数据。
(4)利用图像处理实验数据,得到如图2所示的图线。
(5)由图像可知,该一次函数图像斜率为k、纵轴截距为b,则待测电阻的阻值为____________,电流表①的内阻为____________(以上两空用题中所给符号表示),待测电阻测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
4.(伏安法测电阻)某物理学习小组为了探究小灯泡L(3.8 V,0.7 A)的伏安特性曲线,同时再测定电源电动势和内阻,设计了如甲所示的电路图。
(1)为了完成实验目的,该物理学习小组进行以下的实验操作:
第①步:按照电路图甲正确连接好电路,将开关S1闭合,开关S2____________(选填“闭合”或“断开”),移动滑动变阻器滑片,测量并记录电压表和电流表数据。现有如下两组数据:
第一组:电流表I=0.20 A,电压表U1=0.65 V, 电压表U2=4.3 V
第二组:电流表I'=0.40 A,电压表U1'=1.50 V,电压表U2'=4.1 V
利用以上数据可以求出电源电动势E=____________V,电源内阻r=__________Ω。(结果均保留2位有效数字)
第②步:将滑动变阻器滑片P调到____________(选填“最右边”“中间”或“最左边”),再闭合开关____________,移动滑动变阻器滑片,测量并记录多组电压表和电流表数据。利用以上测量数据描绘小灯泡的伏安特性曲线,如图乙所示。
(2)现在将六盏完全相同的灯泡L(3.8 V,0.7 A)并联后直接接在题中电源的两端,则该电路中每盏小灯泡的功率P灯=________W。(计算结果保留2位有效数字)
板块二 电学、光学实验
考向一 电表的改装及使用
【真题研磨】
【典例】【解析】(1)由图可知当S接A时,R1和R2串联接入电路,再和电流表并联,满偏时电流表两端的电压为Um=Imr=250×10-6×1.2×103 V=0.3 V,此时通过R1和R2的电流为I=UmR1+R2=0.340+360 A=0.75×10-3 A=0.75 mA,所以总电流为I总=Im+I=1 mA,即量程为0~1 mA。
(2)当开关S接B端时,由图可知R1和电流表串联再和R2并联,由于和电流表并联的电阻变小,当电流表满偏时,流过R2的电流变大,干路电流变大,即量程变大。
(3)图甲是电流表的外接法,误差是电压表的分流引起的;图乙是电流表的内接法,误差是电流表的分压引起的,因为题目中电压表电阻未知,故采用图乙的方法可以修正由电表内阻引起的实验误差。
答案:(1)1 (2)大 (3)乙
【多维演练】
1.【解析】(1)如图甲,利用多用电表直流电压挡测小灯泡两端的电压,进表电流方向应“红进黑出”,故A错误;如图乙,利用多用电表直流电流挡测通过小灯泡的电流,表与灯泡串联且满足进表电流方向“红进黑出”,故B正确;如图丙,利用多用电表直流电压挡粗测电源的电动势,表与电源并联且满足进表电流方向“红进黑出”,故C正确;利用多用电表欧姆挡测电源的电阻,必须把表与外部电源断开,显然D错误。
(2)②根据多用电表测电阻实验要求可知选挡之后要进行欧姆调零,即需要将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在欧姆刻度最右端的零刻度线处;
⑤选择“×100”倍率时,由图戊可知,指针位于a位置,指针偏转角度较大,为了减小实验误差,应尽可能使指针指在刻度盘中间附近,所以需要把选择开关拨至较大的倍率“×1k”挡;
⑦最终指针指在图戊中b位置,则读数为R=10×1 kΩ=10 kΩ
答案:(1)B、C (2)②将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在欧姆刻度最右端的零刻度线处 ⑤×1k ⑦10
2.【解析】(1)根据欧姆表的内部结构可知,黑表笔连接欧姆表内部电源的正极,即表笔A为黑表笔;
(2)选择开关接通4或5为电压表,根据电压表的改装原理可知4的量程小于5,则选择旋钮接通4为量程是0~3 V的电压表;
(3)根据闭合电路欧姆定律可得I=Er+Rg+R3
代入数据解得E=2.95 V
r=1.50 Ω
(4)中值电阻为电流满偏一半时外接电阻,则R6=EIm
解得R6=2 950 Ω
答案: (1)黑 (2)4 (3)2.95 1.50 (4)2 950
考向二 电阻的测量
【真题研磨】
【典例】【解析】
(1)电流表内阻已知,电流表与R0并联扩大电流表量程,进而准确测量通过Rx的电流;电压表单独测量Rx的电压;滑动变阻器采用分压式接法,电表从0开始测量,满足题中通过Rx的电流从0~5 mA范围内连续可调,故实验电路的原理图如图所示。
(2)为方便电路的调节,测量效率高、实验误差小,电路中R应选最大阻值为10 Ω的滑动变阻器;电流表的量程为1 mA,通过Rx的电流最大为5 mA,需要将电流表量程扩大为原来的5倍,根据并联分流的规律示意图,
可知4mA1mA=300ΩR0,解得R0=75 Ω。
(3)电压表每小格表示0.1 V,估读一位,即U=2.30 V;电流表每小格表示0.02 mA,本位估读,即0.84 mA,电流表量程扩大5倍,所以通过Rx的电流为I=5×0.84 mA=4.20 mA;根据欧姆定律可知Rx=UI=2.304.20×10-3 Ω≈548 Ω。
答案:(1)见解析图 (2)10 Ω 75 Ω (3)2.30 4.20 548
【多维演练】
1.【解析】(1)闭合开关后,无论怎样调节滑动变阻器的滑片,电压表与电流表的示数都不能调到零,说明滑动变阻器的分压接法没有连接成功,变成了限流接法,即3点至4点的导线没有连接好;
(2)由图乙可知,电压U=1.03 V时,电流I=0.154 A,所以被测电子元件的电阻值为R=UI=6.7 Ω;由于电流表外接,则电流表示数偏大,所以测得的电阻值比真实值偏小;
(3)由公式U=E-Ir可得直流电源输出电流表达式为I=Er-1rU
作出直流电源的I-U图线,如图所示:
与被测电子元件的I-U图线相交,可得交点处I=0.04 A U=0.88 V
则该电子元件的电功率为
P=UI=0.035 W
答案: (1)3 4
(2)6.7(6.6~6.9均可) 偏小
(3)0.035
2.【解析】(2)利用半偏法测电阻,要求K1闭合之前电流表满偏,要求K1闭合之后调整电阻箱阻值,使电流表半偏,不考虑总电流的变化,此时电流表上的电流和电阻箱上电流相等,都等于总电流一半,则电流表内阻等于电阻箱电阻,因此电流表电阻的测量值为R0。
由于闭合K1之后总电流稍有增大,电流表半偏时的电流小于总电流的一半,所以电阻箱电阻稍小于电流表内阻,所以测量结果偏小。
(3)对于改进后的电路,由并联电路规律知I1-II=RAR1,得到RA=I1-IIR1
答案: (2)见解析 (3)I1-IIR1
考向三 电源电动势和内阻的测量
【真题研磨】
【典例】【解析】(1)用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D,其读数为3.5 mm+0.01 mm×20.0=3.700 mm。
(2)由电路可知,当将S2置于位置1,闭合S1时E=I(RA+R0+r+R),即1I=1ER+RA+R0+rE,由图像可知1E=4.9-2.035 V-1,解得E=12 V,RA+R0+rE=2 A-1,解得r=3.0 Ω,再将S2置于位置2,此时电流表读数为0.400 A,则E=I'(r+R0+RA+Rx),解得Rx=6.0 Ω,根据Rx=ρLS=ρL14πD2,解得ρ=πD2Rx4L。
(3)由(2)可知E=12 V,r=3.0 Ω。
(4)持续使用后,电源电动势降低,内阻变大,由1I=1E×R+RA+R0+rE知,斜率变大,纵截距增大,故仍根据题图丙得到的电阻测量值一定偏大。
答案:(1)3.700 (2)6.0 πD2Rx4L
(3)12 3.0 (4)偏大
【多维演练】
1.【解析】(1)若将电流表直接串联在电路中使用,则通过电流表的电流最小值约为Imin=2ERA+2r+R1max≈49 mA
显然电流表的量程不满足要求,需要对其进行扩大量程改装,则将其与定值电阻R2并联,改装后电流表的量程为
I'A=IA+IARAR2=1.5 A
内阻为R'A=R2RAR2+RA=0.98 Ω
由于电流表内阻已经求得,所以电流表采用外接法以减小系统误差,电路图如图所示。
(2)U-I图像的纵截距表示电源的电动势,则一节电池的电动势为
E=2.922 V=1.46 V
根据前面分析可知,电流表读数的50倍为通过电源的实际电流,且电流表采用外接法,所以U-I图像斜率的绝对值的150表示电源的内阻和改装后电流表的内阻之和,则一节电池的内阻为
r=12(15050 Ω-R'A)=1.01 Ω
(3)设电路的外电阻为R,电源电动势为E',内阻为r',则电源的输出功率为
P=I2R=E'2R(R+r')2=E'2R+r'2R+2r'
根据数学知识可知当R=r'时,P最大;当R>r'时,P随R的减小而增大;当R
当滑动变阻器接入电路的阻值从最大减到最小的过程中,R始终减小,电源工作的效率一直减小,故选B。
答案:(1)
(2)1.46 1.01 (3)C B
2.【解析】(1)实验中无电流表,可以用电压表与电阻箱测电源电动势与内阻,待测电源、开关、电阻箱组成串联电路,电压表测路端电压,实验电路图如图所示
(2)一节干电池电动势约为1.5 V,所以量程选择3 V,分度值为0.1 V,则电压表读数为1.30 V;
(3)根据闭合电路欧姆定律得U=E-Ir
可得U-I图像纵轴截距为电动势,延长图线如图
电动势为E=1.44 V
斜率的绝对值为内阻r=1.44-0.900.3 Ω=1.80 Ω
(4)若他不用电压表,在其他器材不变的情况使用电流表(量程0.6 A、3 A),获得正确的数据,电流与电阻箱阻值的乘积为路端电压,没有电压表的分流,所以测出的电动势等于真实值。
答案:(1)
(2)1.30 (3)1.44 1.80 (4)等于
考向四 创新类实验
【真题研磨】
【典例】【解析】(2)③闭合S2后,并联部分的电阻减小,根据闭合电路欧姆定律,电压表的示数变小。加在导电绳两端的电压为U,流过导电绳的电流为I2-I1,因此导电绳的电阻Rx=UI2-I1。
(3)在闭合S2之前,电流表I1的示数包括定值电阻的电流和电压表分得的电流,闭合S2之后,加在电压表两端的电压保持不变,因此流过电压表和定值电阻的总电流仍为I1,故流过导电绳的电流是I2-I1,与电压表内阻无关,电压表内阻对测量没有影响。
(4)由图(c)可知,导电绳拉伸后的长度为51.80 cm。
答案:(2)③变小 UI2-I1 (3)无 (4)51.80
【多维演练】
1.【解析】(1)根据欧姆定律R0=UI,由题图乙电路可知电流表外接,电流的测量值偏大,R0的测量值与真实值相比偏小,相当于R0的测量值为电压表内阻和R0并联后的电阻值,即测量值的表达式为R0RVR0+RV
(3)由于在测量R0时和测温电路均采用同一电压表,把电压表和R0看成一个整体,其并联后的电阻R0RVR0+RV=30 Ω,在题图甲中就没有系统误差,故用该测温计所测得的体温值与实际体温值相等。
答案: (1)偏小 (2)1.80(1.8也可得分) (3)相等
2.【解析】(1)由于电源的电动势为3 V,电压表量程为0~15 V太大,故应选用内阻已知的电流表A1作为电压表并联在力敏电阻Rx两端,用电流表A2测干路电流,可知P处选用电流表A2,Q处选用电流表A1;
(2)由图像可得纵轴截距为b=18 Ω,图像斜率为k=10-184-0 Ω/N=-2 Ω/N
故Rx与F的函数关系表达式为
Rx=-2F+18
(3)将电流表A1与力敏电阻Rx串联,根据闭合电路欧姆定律可以得到电流I与Rx的关系,从而得到电流I与压力F的关系,将电流表A1改成一个压力表,电路图如图所示
(4)若将电流表A1表盘的0.15 A刻度处标为压力表的0刻度,压力为0时对应的力敏电阻Rx=18 Ω,根据闭合电路欧姆定律可得I=ERx+r1+R滑
解得R滑=EI-Rx-r1=30.15 Ω-18 Ω-1.5 Ω=0.5 Ω
当电流表A1示数最大时,力敏电阻器R'x最小,压力F最大,则有Im=ER'x+r1+R滑
解得R'x=EIm-R滑-r1=30.6 Ω-0.5 Ω-1.5 Ω=3 Ω
又R'x=-2F+18
可得对应的压力为F=7.5 N
该压力表能测量压力的最大值是7.5 N
答案: (1)A2 A1 (2) -2F+18
(3)
(4)0.5 7.5
考向五 光学类实验
【真题研磨】
【典例】【解析】(1)为了将模糊的条纹变清晰,旋转测量头只能调节分划板的刻度线与干涉条纹是否平行,不能调节清晰程度,选项A错误;增大单缝与双缝之间的距离既不能调节干涉条纹间隔,也不能调节清晰程度,选项B错误;调节拨杆使单缝与双缝平行,使得经过单缝后形成的中心最宽的衍射条纹经过双缝更容易发生清晰的双缝干涉现象,选项C正确。(2)根据双缝干涉条纹间隔公式Δx=Lλd可知,增加双缝到屏幕(测量头)的距离L、光的波长λ,减小双缝宽度d都可以增加条纹间距,由此可知选项D正确;增加或减小单缝与双缝间的距离、单缝与光源间的距离,并不能观察到条纹间距的变化,选项A、B错误;增加透镜与单缝间的距离也不能改变观察到的条纹间距,选项C错误。
答案:(1)C (2)D
【多维演练】
1.【解析】(1)确定P3位置的方法正确的是:透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像,故选C;
(2)光路如图
(3)根据n=sinθ1sinθ2可知,图像sinθ1-sinθ2的斜率等于折射率,由图像可知玻璃砖的折射率为n=10.67≈1.49
(4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画得偏左了一些,则P4P3的连线延长线与bb'的交点偏右,测得的折射角θ2偏大,则根据n=sinθ1sinθ2可知,测出来的折射率偏小;
(5)光路图如图所示
根据光路图可知,经过P1P2的光线经两块玻璃砖的分界处向下偏转,然后射入右侧玻璃砖后平行射出,所以在图丙中右边的插针应该是P5P6,故选C。
答案: (1) C
(2)
(3)1.49 (4)偏小 (5)C
2.【解析】(5)用刻度尺测出a、b两点间的距离为10.50 cm
两相邻暗条纹中心之间的距离为
Δx=10.505 cm=2.1 cm
(6)刀片的厚度为Δx=Ldλ
解得d=0.10 mm
答案:(5)10.50 2.1 (6)0.10
1.【解析】(1)实验电路图如图
(2)根据E=I(R+r)。
可得R=E·1I-r。
则作出R-1I图像,由斜率可知电动势E,由截距可知内阻r,故选B。
(3)考虑到电流表内阻的影响,实际上根据E=I(R+r+RA),
可得R=E·1I-(r+RA),则电动势的测量值等于真实值,内阻的测量值为r测=r+RA,即大于真实值。
(4)E1更大,因为电压表的内阻约为3 kΩ,桔子电池的内阻约为几kΩ;若将电压表直接接到桔子电池的正负极时,电压表的示数为外电路电压,约为电动势的一半,因此电压表的示数E2小于电动势E1。
答案: (1)
(2)B (3)等于 大于 (4)E1更大,因为电压表的内阻约为3 kΩ,桔子电池的内阻约为几kΩ;若将电压表直接接到桔子电池的正负极时,电压表的示数为外电路电压,约为电动势的一半,因此电压表的示数E2小于电动势E1
2.【解析】(1)两表笔短接调零时,应使表的指针指在微安表的电流满偏位置,即指针指在300 μA处;
(2)由图乙可知微安表的指针指在200 μA处;根据闭合电路欧姆定律,两表笔短接时有Ig=ER内
接入阻值为2.4 kΩ的定值电阻时,有23Ig=ER内+2400Ω
解得E=1.44 V,R内=4.8 kΩ
(3)当电流I=100 μA时有13Ig=ER内+R1
解得R1=9 600 Ω
(4)由Ig=ER内和I=ER内+Rx,可得I=11Ig+RxE
则电动势减小,测量同一未知电阻时对应的微安表示数减小,则测得的电阻阻值偏大。
答案: (1)300 (2)200 1.44 4.8 (3)9 600 (4)偏大
3.【解析】(1)①表在支路上,而②表在干路上,可知将C(电流表A1)装在①位置,D(电流表A2)装在②位置;
(5)根据I1(RA1+R)=(I2-I1)Rx
可得I2I1=1Rx·R+RA1+RxRx
由此1Rx=k
可得待测电阻为Rx=1k,RA1+RxRx=b
电流表①内阻为RA1=b-1k
各支路电流都可准确测出,因此电阻测量值等于真实值。
答案:(1)D (5)1k b-1k 等于
4.【解析】(1)第①步:按照电路图甲正确连接好电路,将开关S1闭合,开关S2断开,移动滑动变阻器滑片,测量并记录电压表和电流表数据。
根据电路图结合闭合电路欧姆定律得U2=E-Ir,
代入数据得4.3=E-0.20r,
4.1=E-0.40r
联立解得E=4.5 V,r=1.0 Ω
第②步:为了保护电路,将滑动变阻器滑片P调到最右边,再闭合开关S2,移动滑动变阻器滑片,测量并记录多组电压表和电流表数据。
(2)设流过灯泡的实际电流为I,根据闭合电路欧姆定律得U=E-6I·r
在灯泡的伏安特性图中画出等效电源的U-I图像可得
两图线的交点即为灯泡的工作点,可得灯泡实际电压约为1.8 V,实际电流为0.46 A,则功率P灯=0.46×1.8 W=0.83 W
答案: (1)断开 4.5 1.0 最右边 S2 (2)0.83
板块二 电学、光学实验
考向一电表的改装及使用
【真题研磨】
【典例】(2022·辽宁选择考)某同学要将一小量程电流表(满偏电流为250 μA,内阻为1.2 kΩ)改装成有两个量程的电流表,设计电路如图(a)所示,其中定值电阻R1=40 Ω,R2=360 Ω。
(1)当开关S接A①端时,该电流表的量程为0~________mA;
(2)当开关S接B②端时,该电流表的量程比接在A端时__________(选填“大”或“小”);
(3)该同学选用量程合适的电压表(内阻未知)和此改装电流表测量未知电阻Rx的阻值,设计了图(b)中两个电路。不考虑实验操作中的偶然误差,则使用__________(选填“甲”或“乙”)电路可修正由电表内阻引起的实验误差③。
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
R1与R2串联后再和电流表并联
②
R1与电流表串联后再和R2并联
③
原理上可以求解Rx准确电阻
【模型转化】
1.电流表改装
2.伏安法测电阻
【答题要素】
电表的改装及使用技巧
【多维演练】
1.维度:多用电表的使用
在练习使用多用电表的实验中,两小组的同学分别进行了如下操作:
(1)下列是A小组同学对多用电表的使用,其中操作正确的是____________。
A.如图甲,利用多用电表直流电压挡测小灯泡两端的电压
B.如图乙,利用多用电表直流电流挡测通过小灯泡的电流
C.如图丙,利用多用电表直流电压挡粗测电源的电动势
D.如图丁,利用多用电表欧姆挡测电源的内阻
(2)B小组同学利用多用电表的欧姆挡测量某一定值电阻的阻值,开始时他们采用“×100”倍率试测,请完善他们的实验步骤:
①将多用电表选择开关拨至“×100”倍率;
②______________________________;
③把待测电阻放在绝缘桌面或纸上,两表笔分别接在电阻两端;
④结果指针指在图戊中a位置;
⑤为了减小误差,需要把选择开关拨至“__________”(选填“×10”或“×1k”)倍率;
⑥重复步骤②和③;
⑦最终指针指在图戊中b位置,读数为________kΩ;
⑧把选择开关拨至“OFF”,结束测量。
2.维度:多用电表改装
如图所示为某实验小组制作的简易多用电表,该多用电表有量程分别为0~1.0 mA和0~10.0 mA的双量程电流表、量程为0~3 V和0~15 V的双量程电压表和欧姆表。器材参数如下:电源电动势E约3 V,内阻r约1 Ω,改装后量程为0~1.0 mA的电流表等效内阻为Rg=80 Ω,电阻箱R3和R6的最大阻值均为99 999.9 Ω。
(1)该实验小组按图正确连接好电路,其中表笔A应为________(选填“红”或“黑”)表笔。
(2)选择旋钮接通________(选填“1”“2”“3”“4”或“5”)为量程是0~3 V的电压表。
(3)选择旋钮接通3,表笔A、B短接,调整电阻箱R3的阻值,记录不同阻值R3和对应毫安表的示数I,当R3为2868.5 Ω时,毫安表示数为1.00 mA;当R3为5818.5 Ω时,毫安表示数为0.50 mA,根据上述数据可得电源电动势E=____________V,内阻r=____________Ω。(均保留3位有效数字)
(4)将选择旋钮接通3,将红、黑表笔短接,调节电阻箱R3的阻值,使电流表达到满偏,然后红、黑表笔分别接通R6的两端,指针指在表盘中央刻度,则此时R6=__________Ω。
考向二电阻的测量
【真题研磨】
【典例】(2022·全国乙卷)一同学探究阻值约为550 Ω的待测电阻Rx在0~5 mA范围内的伏安特性。可用器材有:电压表(量程为3 V,内阻很大),电流表(量程为1 mA,内阻为300 Ω),电源E(电动势约为4 V,内阻不计),滑动变阻器R(最大阻值可选10 Ω或1.5 kΩ),定值电阻R0(阻值可选75 Ω或150 Ω),开关S,导线若干。
(1)要求通过Rx的电流可在0~5mA范围①内连续可调,将图(a)所示的器材符号连线,画出实验电路的原理图;
(2)实验时,图(a)中的R应选②最大阻值为________(选填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器,R0应选阻值为__________(选填“75 Ω”或“150 Ω”)的定值电阻;
(3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线。若在某次测量中,电压表、电流表的示数分别如图(b)和图(c)所示,则此时Rx两端的电压为__________V,流过Rx的电流③为____________mA,此组数据得到的Rx的阻值为________Ω(保留3位有效数字)。
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
需要改装电流表,扩大量程
②
分压式:滑动变阻器小的调节灵敏
③
电流表读数乘改装扩大的倍数
【模型转化】
分压式电路
【失分警示】
流过Rx的读数为改装后的电表的总电流。
【答题要素】
电阻的测量技巧
【多维演练】
1.维度:伏安法测电阻
某无线电兴趣小组为了研究某种电子元件的特性,用如题图所示电路测定该电子元件的伏安特性曲线。所用实验器材有:
待测电子元件;
直流电源:电动势约1.5 V,内阻不计;
滑动变阻器:阻值0~20 Ω;
电压表V:量程0~2 V,内阻约15 kΩ;
电流表A:量程0~0.2 A,内阻约0.5 Ω;
开关,导线若干。
(1)已知选取的各元器件均无故障,但实验中发现,闭合开关后,无论怎样调节滑动变阻器的滑片,电压表与电流表的示数都不能调到零,分析其原因是________________点至____________点的导线没有连接好。(填图甲中标注的数字)
(2)重新正确连接后,某同学测得实验数据如表所示:
U(V)
0.80
0.86
0.91
0.94
0.97
1.00
1.01
1.02
1.04
1.05
I(mA)
10
30
50
70
90
110
130
139
169
189
题图乙已描出上述数据,根据正确的数据处理方法,可求出电压U=1.03 V时,被测电子元件的电阻值为__________Ω(保留两位有效数字);该电阻值比真实值
__________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。
(3)若将该电子元件接到电动势为1.1 V、内阻为1.0 Ω的直流电源两端,则该电子元件的电功率为____________W(保留两位有效数字)。
2.维度:半偏法测电流表电阻利用半偏法来测量电流表A内电阻的电路如图1所示。电路接好之后滑动变阻器调至最大值,两个开关K和K1都断开。
(1)闭合开关K,逐渐减小滑动变阻器阻值,同时观察电流表的指针摆动情况,当电流表指针满偏时,不再调整滑动变阻器触头;
(2)闭合开关K1,然后调整电阻箱的阻值,同时观察电流表的指针摆动情况,直到电流表指针____________,如果此时电阻箱的读数为R0,则电流表电阻的测量值为____________。由于系统误差的影响,使得电流表内阻的测量值与真实值相比________________(选填“偏大”或“偏小”);
(3)为了消除(2)中的系统误差造成的影响,让测量更精确一些,可改用如图2所示的电路测量电流表A的电阻,当电阻箱的读数为R1时,电流表A和A1读数分别为I和I1,则这种情况下电流表电阻的测量值为______________。
考向三电源电动势和内阻的测量
【真题研磨】
【典例】(2022·湖北选择考)某探究小组学习了多用电表的工作原理和使用方法后,为测量一种新型材料制成的圆柱形电阻的电阻率,进行了如下实验探究。
(1)该小组用螺旋测微器①测量该圆柱形电阻的直径D,示数如图甲所示,其读数为__________mm。再用游标卡尺测得其长度L。
(2)该小组用如图乙所示的电路测量该圆柱形电阻Rx的阻值。图中电流表量程为0.6 A、内阻为1.0 Ω,定值电阻R0的阻值为20.0 Ω,电阻箱R的最大阻值为999.9 Ω。首先将S2置于位置1,闭合S1,多次改变电阻箱R的阻值,记下电流表的对应读数I,实验数据见表。
R/Ω
I/A
1I/A-1
5.0
0.414
2.42
10.0
0.352
2.84
15.0
0.308
3.25
20.0
0.272
3.68
25.0
0.244
4.10
30.0
0.222
4.50
根据表中数据,在图丙中绘制出1I-R图像②。再将S2置于位置2,此时电流表读数为0.400 A。根据图丙中的图像可得Rx=________Ω(结果保留2位有效数字)。最后可由表达式ρ=________得到该材料的电阻率(用D、L、Rx表示)。
(3)该小组根据图乙的电路和图丙的1I-R图像,还可以求得电源电动势E= V,内阻r= Ω③。(结果均保留2位有效数字)
(4)持续使用后,电源电动势降低、内阻变大。若该小组再次将此圆柱形电阻连入此装置,测得电路的电流,仍根据原来描绘的图丙的图像得到该电阻的测量值会________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
可动刻度转一圈,测微螺杆前进0.5 mm
②
根据闭合电路欧姆定律找关系
③
图像斜率、截距的意义
【失分警示】
游标卡尺读数:小数点后三位。
【答题要素】
电源电动势和内阻测量的技巧
【多维演练】
1.维度:伏安法测电源电动势和内阻
某同学在实验室进行了“测定新型电池电动势和内阻”的实验。实验器材如下:
两节相同的待测电池(每节电池电动势约为1.5 V,内阻约为1 Ω)
电流表A(0~30 mA,内阻为49 Ω)
电压表V(0~3 V,内阻约为2 kΩ)
滑动变阻器R1(0~10 Ω)
定值电阻R2=1 Ω
开关和导线若干
(1)选择合适的器材,在下面方框中画出电路图并标明所选用器材的符号。
(2)改变滑动变阻器阻值得到多组电压表和电流表的值,作出U-I图像,图像的纵截距为2.92 V,斜率为-150,由此可以得到一节电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω。(结果均保留3位有效数字)
(3)当滑动变阻器接入电路的阻值从最大减到最小的过程中,电源的输出功率将________,电源工作的效率将______。(均填选项序号)
A.一直增大 B.一直减小
C.先增大后减小 D.先减小后增大
2.维度:伏阻法测电池的电动势和内阻
某同学在“测定电池的电动势和内阻”实验中,使用了以下器材:干电池1节(带电池盒)、电压表1只(量程0~3 V、15 V)、电阻箱(可调范围0~999 9.9 Ω)、开关一个、导线若干。
(1)请你根据他选择的器材在线框中画出实验电路图。
(2)某次电压表的示数如图甲所示,则电压为________V。
(3)按照正确的操作获取相应的电压U和电阻R数据,并将电压与电阻的比值作为电流I,作出如图乙所示的U-I图像。根据图像测得干电池的电动势为____________V,内阻为____________Ω。(保留3位有效数字)
(4)若他不用电压表,在其他器材不变的情况使用电流表(量程0.6 A、3 A),获得正确的数据,则测得电动势____________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
考向四创新类实验
【真题研磨】
【典例】(2022·广东选择考)弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件,某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系,
实验过程如下:
(1)装置安装和电路连接:如图(a)所示,导电绳的一端固定,另一端作为拉伸端,两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图(b)所示的电路中。
(2)导电绳拉伸后的长度L及其电阻Rx的测量:
①将导电绳拉伸后,用刻度尺测量并记录A、B间的距离,即为导电绳拉伸后的长度L。
②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端。断开开关S2,闭合开关S1,调节R,使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I1。
③闭合S2①,电压表的示数__________(选填“变大”或“变小”)。调节R使电压表的示数仍为U②,记录电流表的示数I2,则此时导电绳的电阻Rx③=__________(用I1、I2和U表示)。
④断开S1,增大导电绳拉伸量,测量并记录A、B间的距离,重复步骤②和③。
(3)该电压表内阻对导电绳电阻的测量值__________(选填“有”或“无”)影响。
(4)图(c)是根据部分实验数据描绘的Rx-L图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上,当机械臂弯曲后,测得导电绳的电阻Rx为1.33 kΩ,则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为__________cm,即为机械臂弯曲后的长度。
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
并联电阻,阻值变小
②
U不变,流过电压表和定值电阻的总电流不变
③
找到流过Rx的电流,闭合S2总电流的增量ΔI
【模型转化】
Uab电压不变,闭合S,流过R2的电流即电流表增加量。
【失分警示】
闭合前后电流表的差值即为导电绳的准确电流,无误差。
【答题要素】
1.创新类实验常见模型
2.创新类实验的创新方法
【多维演练】
1.维度:测电阻应用创新
在防范新冠肺炎疫情过程中,体温计发挥了重要作用。某校中学生助手实验兴趣小组同学利用身边的实验器材,将热敏电阻作为测温探头,制作了电路图如图甲的简易金属测温计。
(1)由于定值电阻R0的具体电阻值未知,实验小组同学采用如图乙所示的电路(图甲和图乙中的电压表为同一电压表,量程为0~3 V,电压表内阻未知,表盘刻度如图丙所示),用伏安法测出R0的测量值为30 Ω,该测量值与真实值相比______
______(选填“偏大”“偏小”或“相等”);
(2)图甲中的电源电动势为6 V,内阻不计,图中的RT为热敏电阻,其阻值随温度变化的图像如图丁所示。则制作的简易温度计40 ℃应该标在图丙电压表刻度盘上____________V的位置上;
(3)分析整个实验过程,在仅考虑系统误差的情况下,用该测温计所测得的体温值与实际体温值相比__________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。
2.维度:传感器应用
力敏电阻是一种能将机械力转换为电信号的特殊元件,其电阻值可随外加压力大小而改变。某同学为研究一个力敏电阻Rx(阻值变化范围为几欧姆到几十欧姆)的特性。设计了如图甲所示的电路,所用电源的电动势为3 V,内阻忽略不计,滑动变阻器的调节范围为0~20 Ω。除图甲中的器材外,还有其他器材可供选择:
电流表A1(量程为0~0.6 A,内阻r1=1.5 Ω)
电流表A2(量程为0~0.6 A,内阻约为2 Ω)
电压表V(量程为0~15 V,内阻约为20 kΩ)
(1)为使测量更准确,图甲中P处选用电表为__________,Q处选用电表为____________(均填选用电表的符号);
(2)闭合开关S,多次改变对力敏电阻的压力F,记录下电表读数,得到Rx不同的值,描绘出Rx-F图像如图乙所示,由图像可得Rx与F的函数关系表达式为Rx=__________;
(3)该同学用力敏电阻和所提供的器材,把电流表A1改成一个压力表(即在电流表A1表盘的对应刻度位置处标上压力大小),请在图丙虚线框内画出设计电路图;
(4)若将电流表A1表盘的0.15 A刻度处标为压力表的0刻度,则滑动变阻器接入电路的阻值应调为__________Ω,该压力表能测量压力的最大值是____________N。
考向五光学类实验
【真题研磨】
【典例】(2021·浙江6月选考)如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中:
(1)观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰①,值得尝试的是________(单选)。
A.旋转测量头
B.增大单缝与双缝间的距离
C.调节拨杆使单缝与双缝平行
(2)要增大观察到的条纹间距②,正确的做法是______(单选)。
A.减小单缝与光源间的距离
B.减小单缝与双缝间的距离
C.增大透镜与单缝间的距离
D.增大双缝与测量头间的距离
【审题思维】
题眼直击
信息转化
①
经过单缝后形成的中心最宽的衍射条纹经过双缝更容易发生清晰的双缝干涉现象
②
双缝干涉条纹间隔公式Δx=Lλd
【模型转化】
【答题要素】
1.光学类实验常见模型
2.光学类实验注意事项
【多维演练】
1.维度:测定玻璃折射率
某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线,如图甲所示,并在入射光线AO上插上大头针P1、P2,现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上P3和P4大头针,便能确定光在玻璃砖中的折射光线。
(1)确定P3位置的方法正确的是____________;
A.透过玻璃砖,P3挡住P2的像
B.先插上P4大头针,在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置
C.透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像
(2)请作出光线在玻璃砖中和出射后光线的光路图,并画出玻璃砖中光线的折射角θ2;
(3)经过多次测量作出sinθ1-sinθ2的图像如图乙,玻璃砖的折射率为____________(结果保留三位有效数字);
(4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画得偏左了一些,则测出来的折射率____________(选填“偏大”“偏小”或“不变”);
(5)该同学突发奇想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验,两者的AC面是平行放置的,插针P1、P2的连线垂直于AB面,若操作无误,则在图丙中右边的插针应该是____________。
A.P3P6 B.P3P8 C.P5P6 D.P7P8
2.维度:双缝干涉实验
寒假期间小明利用图甲所示生活中的物品,测量了某型号刀片的厚度。
实验过程如下:
(1)点燃蜡烛,用烛焰把玻璃片的一面熏黑;
(2)并齐捏紧两片刀片,在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕;
(3)如图乙所示,将激光光源和玻璃片固定在桌上,并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上。
(4)打开激光光源,调整光源的高度并使激光沿水平方向射出,恰好能垂直入射在两划痕上。
(5)观察白纸上的干涉条纹如图丙所示。用刻度尺测出a、b两点间的距离为____________cm,则两相邻暗条纹中心之间的距离Δx=____________cm。
(6)测量玻璃片到光屏的距离L=3.00 m,已知该红色激光的波长λ=700 nm,利用公式求出双划痕间距d=__________mm,即为刀片厚度(结果保留两位有效数字)。
1.(安阻法测电源电动势和内阻)某同学把铜片和锌片相隔约2 cm插入一个桔子中,就制成了一个水果电池。铜片是电池的正极,锌片是负极。该同学想测量水果电池的电动势和内阻,他所用到的器材有水果电池、电阻箱、电流表、开关和导线若干。
(1)请根据题干中的器材在方框中画出实验电路图。
(2)实验时,用电流表和电阻箱测出多组电流I和电阻值R,若要通过图像测得这个
水果电池的电动势和内阻,可以选用图像为____________
A.R-I B.R-1I C.I-1R
(3)若用该实验方法测量水果电池的电动势和内阻,电动势的测量值____________真实值,内阻的测量值__________真实值(均选填“大于”“等于”“小于”)。
(4)该同学在断开开关准备收拾器材的时候,忽然想起测量干电池电动势时,可以
将指针式电压表(量程0~3 V,内阻约3 kΩ)直接接到干电池的正负极,因此该同学
也将这种指针式电压表直接接到了桔子电池的正负极,但是测得的数值与用图像测得的电动势数值差距很大。设直接用指针式电压表测得的电动势用E2表示,
该同学用图像法测得的电动势用E1表示,请分析说明这两个值哪一个更大。
____________________________________________________________________
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2.(多用电表原理)某同学根据图甲所示的欧姆表原理图,利用微安表(满偏电流为300 μA、内阻为100 Ω)、滑动变阻器R(最大值为10 kΩ)和一节干电池,将微安表改装成欧姆表。
(1)将两表笔短接,调节R使微安表指针指在“________μA”处;
(2)当两表笔之间接入阻值为2.4 kΩ的定值电阻时,微安表指针指在如图乙所示位置,则其读数为__________μA,电池的电动势为________V,欧姆表的内阻为________kΩ;
(3)将微安表上的μA处标明“Ω”,“300”位置处标明“0”,“100”位置处标明“____________”,并在其他位置标明相应的电阻刻度值,这样就把微安表改装成了欧姆表;
(4)经过一段时间之后,电池的电动势降低,内阻增大,则重新欧姆调零之后,测得的电阻阻值将____________(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。
3.(双安法测电阻)某同学设计了一个测量未知电阻的实验,实验器材如下:
A.电源(电动势约为12 V,内阻不计)
B.待测电阻Rx
C.电流表A1(量程为0~0.6 A,内阻约为10 Ω)
D.电流表A2(量程为0~3 A,内阻约为2 Ω)
E.电阻箱R(阻值范围0~999.9 Ω)
F.保护电阻R0=10 Ω;
G.开关、导线若干。
设计电路,并按照如下操作步骤进行测量。
(1)按照如图1所示的电路图组装实验仪器,进行实验。将电流表____________(填写字母序号)安装在②位置,另一个电流表则安装在①位置。
(2)将R调整为适当阻值,闭合开关S,记录两个电流表的读数I1、I2及R的阻值。
(3)调节电阻箱,改变R的阻值,测量并记录多组数据。
(4)利用图像处理实验数据,得到如图2所示的图线。
(5)由图像可知,该一次函数图像斜率为k、纵轴截距为b,则待测电阻的阻值为____________,电流表①的内阻为____________(以上两空用题中所给符号表示),待测电阻测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
4.(伏安法测电阻)某物理学习小组为了探究小灯泡L(3.8 V,0.7 A)的伏安特性曲线,同时再测定电源电动势和内阻,设计了如甲所示的电路图。
(1)为了完成实验目的,该物理学习小组进行以下的实验操作:
第①步:按照电路图甲正确连接好电路,将开关S1闭合,开关S2____________(选填“闭合”或“断开”),移动滑动变阻器滑片,测量并记录电压表和电流表数据。现有如下两组数据:
第一组:电流表I=0.20 A,电压表U1=0.65 V, 电压表U2=4.3 V
第二组:电流表I'=0.40 A,电压表U1'=1.50 V,电压表U2'=4.1 V
利用以上数据可以求出电源电动势E=____________V,电源内阻r=__________Ω。(结果均保留2位有效数字)
第②步:将滑动变阻器滑片P调到____________(选填“最右边”“中间”或“最左边”),再闭合开关____________,移动滑动变阻器滑片,测量并记录多组电压表和电流表数据。利用以上测量数据描绘小灯泡的伏安特性曲线,如图乙所示。
(2)现在将六盏完全相同的灯泡L(3.8 V,0.7 A)并联后直接接在题中电源的两端,则该电路中每盏小灯泡的功率P灯=________W。(计算结果保留2位有效数字)
板块二 电学、光学实验
考向一 电表的改装及使用
【真题研磨】
【典例】【解析】(1)由图可知当S接A时,R1和R2串联接入电路,再和电流表并联,满偏时电流表两端的电压为Um=Imr=250×10-6×1.2×103 V=0.3 V,此时通过R1和R2的电流为I=UmR1+R2=0.340+360 A=0.75×10-3 A=0.75 mA,所以总电流为I总=Im+I=1 mA,即量程为0~1 mA。
(2)当开关S接B端时,由图可知R1和电流表串联再和R2并联,由于和电流表并联的电阻变小,当电流表满偏时,流过R2的电流变大,干路电流变大,即量程变大。
(3)图甲是电流表的外接法,误差是电压表的分流引起的;图乙是电流表的内接法,误差是电流表的分压引起的,因为题目中电压表电阻未知,故采用图乙的方法可以修正由电表内阻引起的实验误差。
答案:(1)1 (2)大 (3)乙
【多维演练】
1.【解析】(1)如图甲,利用多用电表直流电压挡测小灯泡两端的电压,进表电流方向应“红进黑出”,故A错误;如图乙,利用多用电表直流电流挡测通过小灯泡的电流,表与灯泡串联且满足进表电流方向“红进黑出”,故B正确;如图丙,利用多用电表直流电压挡粗测电源的电动势,表与电源并联且满足进表电流方向“红进黑出”,故C正确;利用多用电表欧姆挡测电源的电阻,必须把表与外部电源断开,显然D错误。
(2)②根据多用电表测电阻实验要求可知选挡之后要进行欧姆调零,即需要将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在欧姆刻度最右端的零刻度线处;
⑤选择“×100”倍率时,由图戊可知,指针位于a位置,指针偏转角度较大,为了减小实验误差,应尽可能使指针指在刻度盘中间附近,所以需要把选择开关拨至较大的倍率“×1k”挡;
⑦最终指针指在图戊中b位置,则读数为R=10×1 kΩ=10 kΩ
答案:(1)B、C (2)②将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在欧姆刻度最右端的零刻度线处 ⑤×1k ⑦10
2.【解析】(1)根据欧姆表的内部结构可知,黑表笔连接欧姆表内部电源的正极,即表笔A为黑表笔;
(2)选择开关接通4或5为电压表,根据电压表的改装原理可知4的量程小于5,则选择旋钮接通4为量程是0~3 V的电压表;
(3)根据闭合电路欧姆定律可得I=Er+Rg+R3
代入数据解得E=2.95 V
r=1.50 Ω
(4)中值电阻为电流满偏一半时外接电阻,则R6=EIm
解得R6=2 950 Ω
答案: (1)黑 (2)4 (3)2.95 1.50 (4)2 950
考向二 电阻的测量
【真题研磨】
【典例】【解析】
(1)电流表内阻已知,电流表与R0并联扩大电流表量程,进而准确测量通过Rx的电流;电压表单独测量Rx的电压;滑动变阻器采用分压式接法,电表从0开始测量,满足题中通过Rx的电流从0~5 mA范围内连续可调,故实验电路的原理图如图所示。
(2)为方便电路的调节,测量效率高、实验误差小,电路中R应选最大阻值为10 Ω的滑动变阻器;电流表的量程为1 mA,通过Rx的电流最大为5 mA,需要将电流表量程扩大为原来的5倍,根据并联分流的规律示意图,
可知4mA1mA=300ΩR0,解得R0=75 Ω。
(3)电压表每小格表示0.1 V,估读一位,即U=2.30 V;电流表每小格表示0.02 mA,本位估读,即0.84 mA,电流表量程扩大5倍,所以通过Rx的电流为I=5×0.84 mA=4.20 mA;根据欧姆定律可知Rx=UI=2.304.20×10-3 Ω≈548 Ω。
答案:(1)见解析图 (2)10 Ω 75 Ω (3)2.30 4.20 548
【多维演练】
1.【解析】(1)闭合开关后,无论怎样调节滑动变阻器的滑片,电压表与电流表的示数都不能调到零,说明滑动变阻器的分压接法没有连接成功,变成了限流接法,即3点至4点的导线没有连接好;
(2)由图乙可知,电压U=1.03 V时,电流I=0.154 A,所以被测电子元件的电阻值为R=UI=6.7 Ω;由于电流表外接,则电流表示数偏大,所以测得的电阻值比真实值偏小;
(3)由公式U=E-Ir可得直流电源输出电流表达式为I=Er-1rU
作出直流电源的I-U图线,如图所示:
与被测电子元件的I-U图线相交,可得交点处I=0.04 A U=0.88 V
则该电子元件的电功率为
P=UI=0.035 W
答案: (1)3 4
(2)6.7(6.6~6.9均可) 偏小
(3)0.035
2.【解析】(2)利用半偏法测电阻,要求K1闭合之前电流表满偏,要求K1闭合之后调整电阻箱阻值,使电流表半偏,不考虑总电流的变化,此时电流表上的电流和电阻箱上电流相等,都等于总电流一半,则电流表内阻等于电阻箱电阻,因此电流表电阻的测量值为R0。
由于闭合K1之后总电流稍有增大,电流表半偏时的电流小于总电流的一半,所以电阻箱电阻稍小于电流表内阻,所以测量结果偏小。
(3)对于改进后的电路,由并联电路规律知I1-II=RAR1,得到RA=I1-IIR1
答案: (2)见解析 (3)I1-IIR1
考向三 电源电动势和内阻的测量
【真题研磨】
【典例】【解析】(1)用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D,其读数为3.5 mm+0.01 mm×20.0=3.700 mm。
(2)由电路可知,当将S2置于位置1,闭合S1时E=I(RA+R0+r+R),即1I=1ER+RA+R0+rE,由图像可知1E=4.9-2.035 V-1,解得E=12 V,RA+R0+rE=2 A-1,解得r=3.0 Ω,再将S2置于位置2,此时电流表读数为0.400 A,则E=I'(r+R0+RA+Rx),解得Rx=6.0 Ω,根据Rx=ρLS=ρL14πD2,解得ρ=πD2Rx4L。
(3)由(2)可知E=12 V,r=3.0 Ω。
(4)持续使用后,电源电动势降低,内阻变大,由1I=1E×R+RA+R0+rE知,斜率变大,纵截距增大,故仍根据题图丙得到的电阻测量值一定偏大。
答案:(1)3.700 (2)6.0 πD2Rx4L
(3)12 3.0 (4)偏大
【多维演练】
1.【解析】(1)若将电流表直接串联在电路中使用,则通过电流表的电流最小值约为Imin=2ERA+2r+R1max≈49 mA
显然电流表的量程不满足要求,需要对其进行扩大量程改装,则将其与定值电阻R2并联,改装后电流表的量程为
I'A=IA+IARAR2=1.5 A
内阻为R'A=R2RAR2+RA=0.98 Ω
由于电流表内阻已经求得,所以电流表采用外接法以减小系统误差,电路图如图所示。
(2)U-I图像的纵截距表示电源的电动势,则一节电池的电动势为
E=2.922 V=1.46 V
根据前面分析可知,电流表读数的50倍为通过电源的实际电流,且电流表采用外接法,所以U-I图像斜率的绝对值的150表示电源的内阻和改装后电流表的内阻之和,则一节电池的内阻为
r=12(15050 Ω-R'A)=1.01 Ω
(3)设电路的外电阻为R,电源电动势为E',内阻为r',则电源的输出功率为
P=I2R=E'2R(R+r')2=E'2R+r'2R+2r'
根据数学知识可知当R=r'时,P最大;当R>r'时,P随R的减小而增大;当R
当滑动变阻器接入电路的阻值从最大减到最小的过程中,R始终减小,电源工作的效率一直减小,故选B。
答案:(1)
(2)1.46 1.01 (3)C B
2.【解析】(1)实验中无电流表,可以用电压表与电阻箱测电源电动势与内阻,待测电源、开关、电阻箱组成串联电路,电压表测路端电压,实验电路图如图所示
(2)一节干电池电动势约为1.5 V,所以量程选择3 V,分度值为0.1 V,则电压表读数为1.30 V;
(3)根据闭合电路欧姆定律得U=E-Ir
可得U-I图像纵轴截距为电动势,延长图线如图
电动势为E=1.44 V
斜率的绝对值为内阻r=1.44-0.900.3 Ω=1.80 Ω
(4)若他不用电压表,在其他器材不变的情况使用电流表(量程0.6 A、3 A),获得正确的数据,电流与电阻箱阻值的乘积为路端电压,没有电压表的分流,所以测出的电动势等于真实值。
答案:(1)
(2)1.30 (3)1.44 1.80 (4)等于
考向四 创新类实验
【真题研磨】
【典例】【解析】(2)③闭合S2后,并联部分的电阻减小,根据闭合电路欧姆定律,电压表的示数变小。加在导电绳两端的电压为U,流过导电绳的电流为I2-I1,因此导电绳的电阻Rx=UI2-I1。
(3)在闭合S2之前,电流表I1的示数包括定值电阻的电流和电压表分得的电流,闭合S2之后,加在电压表两端的电压保持不变,因此流过电压表和定值电阻的总电流仍为I1,故流过导电绳的电流是I2-I1,与电压表内阻无关,电压表内阻对测量没有影响。
(4)由图(c)可知,导电绳拉伸后的长度为51.80 cm。
答案:(2)③变小 UI2-I1 (3)无 (4)51.80
【多维演练】
1.【解析】(1)根据欧姆定律R0=UI,由题图乙电路可知电流表外接,电流的测量值偏大,R0的测量值与真实值相比偏小,相当于R0的测量值为电压表内阻和R0并联后的电阻值,即测量值的表达式为R0RVR0+RV
(3)由于在测量R0时和测温电路均采用同一电压表,把电压表和R0看成一个整体,其并联后的电阻R0RVR0+RV=30 Ω,在题图甲中就没有系统误差,故用该测温计所测得的体温值与实际体温值相等。
答案: (1)偏小 (2)1.80(1.8也可得分) (3)相等
2.【解析】(1)由于电源的电动势为3 V,电压表量程为0~15 V太大,故应选用内阻已知的电流表A1作为电压表并联在力敏电阻Rx两端,用电流表A2测干路电流,可知P处选用电流表A2,Q处选用电流表A1;
(2)由图像可得纵轴截距为b=18 Ω,图像斜率为k=10-184-0 Ω/N=-2 Ω/N
故Rx与F的函数关系表达式为
Rx=-2F+18
(3)将电流表A1与力敏电阻Rx串联,根据闭合电路欧姆定律可以得到电流I与Rx的关系,从而得到电流I与压力F的关系,将电流表A1改成一个压力表,电路图如图所示
(4)若将电流表A1表盘的0.15 A刻度处标为压力表的0刻度,压力为0时对应的力敏电阻Rx=18 Ω,根据闭合电路欧姆定律可得I=ERx+r1+R滑
解得R滑=EI-Rx-r1=30.15 Ω-18 Ω-1.5 Ω=0.5 Ω
当电流表A1示数最大时,力敏电阻器R'x最小,压力F最大,则有Im=ER'x+r1+R滑
解得R'x=EIm-R滑-r1=30.6 Ω-0.5 Ω-1.5 Ω=3 Ω
又R'x=-2F+18
可得对应的压力为F=7.5 N
该压力表能测量压力的最大值是7.5 N
答案: (1)A2 A1 (2) -2F+18
(3)
(4)0.5 7.5
考向五 光学类实验
【真题研磨】
【典例】【解析】(1)为了将模糊的条纹变清晰,旋转测量头只能调节分划板的刻度线与干涉条纹是否平行,不能调节清晰程度,选项A错误;增大单缝与双缝之间的距离既不能调节干涉条纹间隔,也不能调节清晰程度,选项B错误;调节拨杆使单缝与双缝平行,使得经过单缝后形成的中心最宽的衍射条纹经过双缝更容易发生清晰的双缝干涉现象,选项C正确。(2)根据双缝干涉条纹间隔公式Δx=Lλd可知,增加双缝到屏幕(测量头)的距离L、光的波长λ,减小双缝宽度d都可以增加条纹间距,由此可知选项D正确;增加或减小单缝与双缝间的距离、单缝与光源间的距离,并不能观察到条纹间距的变化,选项A、B错误;增加透镜与单缝间的距离也不能改变观察到的条纹间距,选项C错误。
答案:(1)C (2)D
【多维演练】
1.【解析】(1)确定P3位置的方法正确的是:透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像,故选C;
(2)光路如图
(3)根据n=sinθ1sinθ2可知,图像sinθ1-sinθ2的斜率等于折射率,由图像可知玻璃砖的折射率为n=10.67≈1.49
(4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画得偏左了一些,则P4P3的连线延长线与bb'的交点偏右,测得的折射角θ2偏大,则根据n=sinθ1sinθ2可知,测出来的折射率偏小;
(5)光路图如图所示
根据光路图可知,经过P1P2的光线经两块玻璃砖的分界处向下偏转,然后射入右侧玻璃砖后平行射出,所以在图丙中右边的插针应该是P5P6,故选C。
答案: (1) C
(2)
(3)1.49 (4)偏小 (5)C
2.【解析】(5)用刻度尺测出a、b两点间的距离为10.50 cm
两相邻暗条纹中心之间的距离为
Δx=10.505 cm=2.1 cm
(6)刀片的厚度为Δx=Ldλ
解得d=0.10 mm
答案:(5)10.50 2.1 (6)0.10
1.【解析】(1)实验电路图如图
(2)根据E=I(R+r)。
可得R=E·1I-r。
则作出R-1I图像,由斜率可知电动势E,由截距可知内阻r,故选B。
(3)考虑到电流表内阻的影响,实际上根据E=I(R+r+RA),
可得R=E·1I-(r+RA),则电动势的测量值等于真实值,内阻的测量值为r测=r+RA,即大于真实值。
(4)E1更大,因为电压表的内阻约为3 kΩ,桔子电池的内阻约为几kΩ;若将电压表直接接到桔子电池的正负极时,电压表的示数为外电路电压,约为电动势的一半,因此电压表的示数E2小于电动势E1。
答案: (1)
(2)B (3)等于 大于 (4)E1更大,因为电压表的内阻约为3 kΩ,桔子电池的内阻约为几kΩ;若将电压表直接接到桔子电池的正负极时,电压表的示数为外电路电压,约为电动势的一半,因此电压表的示数E2小于电动势E1
2.【解析】(1)两表笔短接调零时,应使表的指针指在微安表的电流满偏位置,即指针指在300 μA处;
(2)由图乙可知微安表的指针指在200 μA处;根据闭合电路欧姆定律,两表笔短接时有Ig=ER内
接入阻值为2.4 kΩ的定值电阻时,有23Ig=ER内+2400Ω
解得E=1.44 V,R内=4.8 kΩ
(3)当电流I=100 μA时有13Ig=ER内+R1
解得R1=9 600 Ω
(4)由Ig=ER内和I=ER内+Rx,可得I=11Ig+RxE
则电动势减小,测量同一未知电阻时对应的微安表示数减小,则测得的电阻阻值偏大。
答案: (1)300 (2)200 1.44 4.8 (3)9 600 (4)偏大
3.【解析】(1)①表在支路上,而②表在干路上,可知将C(电流表A1)装在①位置,D(电流表A2)装在②位置;
(5)根据I1(RA1+R)=(I2-I1)Rx
可得I2I1=1Rx·R+RA1+RxRx
由此1Rx=k
可得待测电阻为Rx=1k,RA1+RxRx=b
电流表①内阻为RA1=b-1k
各支路电流都可准确测出,因此电阻测量值等于真实值。
答案:(1)D (5)1k b-1k 等于
4.【解析】(1)第①步:按照电路图甲正确连接好电路,将开关S1闭合,开关S2断开,移动滑动变阻器滑片,测量并记录电压表和电流表数据。
根据电路图结合闭合电路欧姆定律得U2=E-Ir,
代入数据得4.3=E-0.20r,
4.1=E-0.40r
联立解得E=4.5 V,r=1.0 Ω
第②步:为了保护电路,将滑动变阻器滑片P调到最右边,再闭合开关S2,移动滑动变阻器滑片,测量并记录多组电压表和电流表数据。
(2)设流过灯泡的实际电流为I,根据闭合电路欧姆定律得U=E-6I·r
在灯泡的伏安特性图中画出等效电源的U-I图像可得
两图线的交点即为灯泡的工作点,可得灯泡实际电压约为1.8 V,实际电流为0.46 A,则功率P灯=0.46×1.8 W=0.83 W
答案: (1)断开 4.5 1.0 最右边 S2 (2)0.83
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