高中物理高考 专题六 第二讲 电学实验及创新——课后“高仿”检测卷
展开1.(2018·全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表。可选用的器材有:微安表头(量程100 μA,内阻900 Ω);电阻箱R1(阻值范围0~999.9 Ω);电阻箱R2(阻值范围0~99 999.9 Ω);导线若干。
要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表,在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡。回答下列问题:
(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2,其中*为公共接线柱,a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。
(2)电阻箱的阻值应取R1=________Ω,R2=________Ω。(保留到个位)
解析:(1)微安表头改装成毫安电流表需要并联一个小电阻,再把电流表改装成电压表,需要串联一个大电阻,电路如图所示。
(2)接a时改装成量程为1 mA的电流表,有
IgRg=(I-Ig)R1
解得R1=100 Ω
接b时改装成量程为3 V的电压表,有
U=IgRg+IR2
解得R2=2 910 Ω。
答案:(1)见解析图 (2)100 2 910
2.(2017·全国卷Ⅱ)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100 μA,内阻大约为2 500 Ω)的内阻。可使用的器材有:两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20 Ω,另一个阻值为2 000 Ω);电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 Ω);电源E(电动势约为1.5 V);单刀开关S1和S2。C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。
(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线。
(2)完成下列填空:
①R1的阻值为________ Ω(填“20”或“2 000”)。
②为了保护微安表,开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的________端(填“左”或“右”)对应的位置;将R2的滑片D置于中间位置附近。
③将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 Ω,接通S1。将R1的滑片置于适当位置,再反复调节R2的滑片D的位置。最终使得接通S2前后,微安表的示数保持不变,这说明S2接通前B与D所在位置的电势________(填“相等”或“不相等”)。
④将电阻箱Rz和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将Rz的阻值置于2 601.0 Ω时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为________ Ω(结果保留到个位)。
(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议:___________________________________
________________________________________________________________________。
解析:(1)根据题中的原理图(a),将题图(b)中的实物连线如图所示。
(2)R1起分压作用,应选用最大阻值较小的滑动变阻器,即R1的电阻为20 Ω,为了保护微安表,闭合开关前,滑动变阻器R1的滑片C应移到左端,确保微安表两端电压为零;反复调节D的位置,使闭合S2前后微安表的示数不变,说明闭合后S2中没有电流通过,B、D两点电势相等;将电阻箱Rz和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将Rz的阻值置于2 601.0 Ω时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变。说明eq \f(2 500.0 Ω,RμA)=eq \f(RμA,2 601.0 Ω),则解得RμA=2 550 Ω。
(3)要提高测量微安表内阻的精度,可调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程。
答案:(1)见解析图
(2)①20 ②左 ③相等 ④2 550
(3)调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程
3.(2017·全国卷Ⅰ)某同学研究小灯泡的伏安特性。所使用的器材有:小灯泡L(额定电压3.8 V,额定电流0.32 A);电压表(量程3 V,内阻3 kΩ);电流表(量程0.5 A,内阻0.5 Ω);固定电阻R0(阻值1 000 Ω);滑动变阻器R(阻值0~9.0 Ω);电源E(电动势5 V,内阻不计);开关S;导线若干。
(1)实验要求能够实现在0~3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量,画出实验电路原理图。
(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示。
由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻______(填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”)。
(3)用另一电源E0(电动势4 V,内阻1.00 Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为________ W,最大功率为________ W。(结果均保留两位小数)
解析:(1)要实现在0~3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量,则滑动变阻器需要设计成分压接法;电压表应与固定电阻R0串联,将量程改为4 V。由于小灯泡正常发光时电阻约为12 Ω,所以需将电流表外接。电路图如图所示。
(2)IU图像中随着电流的增大,图线的斜率变小,小灯泡的电阻增大。根据电阻定律R=ρeq \f(L,S),得灯丝的电阻率增大。
(3)当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0 Ω时,流过小灯泡的电流最小,小灯泡的实际功率最小,把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分,在题图(a)中画出等效电源E0′(电动势4 V,内阻1.00 Ω+9.0 Ω=10 Ω)的伏安特性曲线,函数表达式为U=4-10I(V),图线如图中Ⅰ所示,故小灯泡的最小功率为Pmin=U1I1=1.75×0.225 W≈0.39 W。当滑动变阻器接入电路中的阻值最小为零时,流过小灯泡的电流最大,小灯泡的实际功率最大,在题图(a)中画出电源E0(电动势4 V,内阻1.00 Ω)的伏安特性曲线,函数表达式为U=4-I(V),图线如图中Ⅱ所示,故小灯泡的最大功率为Pmax=U2I2=3.68×0.318 W≈1.17 W。
答案:(1)见解析图
(2)增大 增大 (3)0.39 1.17
二、名校模拟重点演练——知热点
4.(2019·湖北宜昌联考)如图(a)所示为某电流天平的示意图,质量为m的均质细金属棒MN的中点处通过一挂钩与一竖直悬挂的绝缘轻弹簧相连,弹簧劲度系数为k。在矩形区域abcd内有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外。与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数。当MN中没有电流通过且处于平衡状态时,MN与矩形区域的cd边重合,且指针指在0刻线的位置,此时标尺读数为0。当MN中有电流通过且平衡时,移动游标,再次使其零刻度线对准指针,标尺示数如图(b)所示。此时标尺读数为________cm。
利用上述装置可以测量悬挂的轻弹簧的劲度系数,已知B=0.547 T,MN中通有电流I=1.00 A,MN的长度l=0.250 m,ab边的长度d=0.200 m,则轻弹簧的劲度系数k=________N/m。
解析:由题图(b)所示游标卡尺可知,此时游标卡尺读数为:10 mm+47×0.02 mm=10.94 mm=1.094 cm;
金属棒受安培力:F=BId,金属棒静止,处于平衡状态,由平衡条件得:kx=BId,其中:x=1.094 cm,代入数据解得:k=10 N/m。
答案:1.094 10
5.(2019·邯郸期末)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器。请回答下列问题:
(1)使用多用电表粗测电阻时,将选择开关拨至欧姆挡“×10”挡,经正确操作后,指针指示如图甲a所示,为了使多用电表测量的结果更准确,该同学应该选择欧姆挡________挡(选填“×1”或“×100”);若经过正确操作,将两表笔接待测电阻两端时,指针指示如图甲b,则待测电阻为________Ω。
(2)图乙是某多用电表欧姆挡内部电路示意图。其中,电流表满偏电流为0.5 mA、内阻为10 Ω;电池电动势为1.5 V、内阻为1 Ω;变阻器R0的阻值范围为0~5 000 Ω。
①该欧姆表的两只表笔中,________是红表笔。(选填“A”或“B”);
②该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5 V、内阻为1 Ω进行刻度的。当电池的电动势下降到1.45 V、内阻增大到4 Ω时,欧姆表仍可调零,则调零后R0接入电路的电阻将变________(选填“大”或“小”)。
解析:(1)使用多用电表粗测电阻时,将选择开关拨至欧姆挡“×10”挡,经正确操作后,指针偏角很小,说明倍率挡选择较小,则为了使多用电表测量的结果更准确,该同学应该选用欧姆挡“×100”挡;待测电阻为30×100 Ω=3 000 Ω。
(2)①该欧姆表的两只表笔中,红表笔内部接电源的负极,则A是红表笔。
②电池电动势为1.5 V、内阻为1 Ω时,调零电阻:R0=eq \f(E,Ig)-rg-r=eq \f(1.5,0.5×10-3) Ω-10 Ω-1 Ω=2 989 Ω,电池的电动势下降到1.45 V、内阻增大到4 Ω时,调零电阻:R0′=eq \f(E′,Ig)-rg-r′=eq \f(1.45,0.5×10-3) Ω-10 Ω-4 Ω=2 886 Ω,则调零后R0接入电路的电阻将变小。
答案:(1)×100 3 000 (2)①A ②小
6.(2019·山东临沂联考)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G:满偏电流为300 μA,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 kΩ,额定电流为1 A;
D.滑动变阻器R2:最大阻值约为16 kΩ,额定电流为0.5 A;
E.电阻箱R0:0~9 999.9 Ω;
F.定值电阻R3:40 kΩ,额定电流为0.1 A;
G.开关两个,导线若干。
(1)若用图示电路测量电流表G的电阻,则滑动变阻器R应选用________(选填“C”或“D”)。
(2)将开关S1、S2都断开,连接好实物图,将滑动变阻器的滑片P调到________(选填“a”或“b”)端。接通开关S1,调节滑动变阻器使电流表G的指针示数为200 μA;闭合开关S2,调节电阻箱R0的阻值为100 Ω时电流表G的指针示数为100 μA,则电流表G的内阻测量值为________Ω。
(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改装电压表对应的量程,其中R0应取值为________kΩ。
解析:(1)由题图可知,本实验中采用半偏法确定表头内阻,为了减小并联电阻箱后对电流的影响,滑动变阻器应选择总阻值较大的D。
(2)为确保电路安全,闭合开关前滑片P应调到b端;闭合开关S2,调节电阻箱R0的阻值为100 Ω时电流表G的示数为100 μA,则说明电流表半偏,电阻箱分流100 μA;根据串并联电路的规律可知,电流表G的内阻为100 Ω。
(3)由电流表改装成电压表要将电阻与电流表串联,量程越大,串联的电阻越大,所以电路图如图:
电流表G与电阻箱串联改装成的电压表量程为3 V,则有:Ig(Rg+R0)=3 V,解得:R0=9 900 Ω=9.9 kΩ。
答案:(1)D (2)b 100 (3)见解析图 9.9
7.(2019·贵阳模拟)实验室有一捆长度约为230 m的铝导线,某同学想通过实验测定其准确长度。该同学用螺旋测微器测得导线的直径如图甲所示,查得铝的电阻率为2.83×10-8 Ω·m,再利用图乙所示电路测出铝导线的电阻Rx,从而测定导线的实际长度。
实验室可供使用的器材有:
A.电流表:量程0.6 A,内阻约0.2 Ω;
B.电压表:量程3 V,内阻约9 kΩ;
C.滑动变阻器R1:最大阻值5 Ω;
D.滑动变阻器R2:最大阻值20 Ω;
E.定值电阻:R0=3 Ω;
F.电源:电动势6 V,内阻可不计;
G.开关、导线若干。
请回答下列问题:
(1)图甲中铝导线的直径D=________ mm。
(2)实验中滑动变阻器应选________(选填“R1”或“R2”)。
(3)在如图丙所示的实物图中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路完成剩余部分的连接。
(4)调节滑动变阻器,当电流表的读数为0.50 A时,电压表示数如图丁所示,由此可得铝导线的电阻Rx=________ Ω。(保留三位有效数字)
(5)导线实际长度为________ m。(保留三位有效数字)
解析:(1)螺旋测微器读数为D=2 mm+30.0×0.01 mm=2.300 mm。
(2)因控制电路是限流式接法,而测量电路总电阻在3.0 Ω以上,为使测量电路有较大的调节范围,滑动变阻器应选用总阻值较大的R2。
(3)实物连接图如图所示。
(4)由于电压表量程为3 V,则分度值为0.1 V,故读数为2.30 V。测量电路的总阻值R0+Rx=eq \f(U,I)=4.60 Ω,则Rx=1.60 Ω。
(5)由R=ρeq \f(l,S)可知,
l=eq \f(RS,ρ)=eq \f(RπD2,4ρ)=eq \f(1.60×3.14×2.32×10-6,2.83×10-8×4) m≈235 m。
答案:(1)2.300 (2)R2 (3)见解析图 (4)1.60 (5)235
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