专题13 电学创新型实验题——【备考2023】高考物理实验题专题精讲精练学案（原卷版+解析版）

专题13 电学创新型实验题

1.发展型实验的解答有两个要点：

①立足于相应的教材实验原型，向新物理量、新物理关系做转移分析；

②综合应用相关电学规律分析实验原理，如欧姆定律、电功率、电路的串并联规律、电磁感应定律、安培力等。

2.创新型实验的解答有三个要点：

①充分参考教材原实验的原理、器材、步骤及数据处理方法，遵循正确、安全、准确的基本实验原则。

②立足实验要求，选用相关电学规律分析实验原理，如欧姆定律、电功率、电路的串并联规律、电磁感应定律、安培力等。

③加强探究性思考，运用物理方法科学设计。

典例1：（2021·重庆·高考真题）某兴趣小组使用如图1电路，探究太阳能电池的输出功率与光照强度及外电路电阻的关系，其中P为电阻箱，是阻值为的定值电阻，E是太阳能电池，μA是电流表（量程，内阻）

（1）实验中若电流表的指针位置如题图2所示，则电阻箱P两端的电压是______V。（保留3位有效数字）

（2）在某光照强度下，测得太阳能电池的输出电压U与电阻箱P的电阻R之间的关系如图3中的曲线①所示。不考虑电流表和电阻消耗的功率，由该曲线可知，M点对应的太阳能电池的输出功率是____。（保留3位有效数字）

（3）在另一更大光照强度下，测得关系如图3中的曲线②所示。同样不考虑电流表和电阻消耗的功率，与曲线①相比，在电阻R相同的情况下，曲线②中太阳能电池的输出功率______（选填“较小”、“较大”），由图像估算曲线②中太阳能电池的最大输出功率约为_____。（保留3位有效数字）

12．（2022·四川内江·三模）研究小组要测定某直流电动机正常工作时的机械功率，电动机铭牌上只有额定电压为10V，其它字迹不清楚。现实验室提供的器材有：电流表、电压表、滑动变阻器（阻值较小）、备用蓄电池，开关、若干导线、细线、重物等则：

（1）在小组成员中设计了如图甲、乙两个测量电路，其中，比较合理的是___________（选填“甲”或“乙”）图。

（2）根据选取的电路图，在答题卡上完成丙图中用电动机提升重物的实物电路连接。___________

（3）闭合开关S前，应将丙图中的滑动变阻器的滑片P移到最___________（ 选填“左”或“右”）端，闭合开关S后移动滑动变阻器，使电压表和电流表都有明显的示数，但电动机并未转动，读出此时电压表和电流表的示数分别为2V、1A，继续移动滑动变阻器的滑片P，将电压表的示数调为10V，这时电流表的示数为0.4A，此时，电动机输出的机械功率为___________W，若重物重为8N，那么，重物上升的速度大小为___________。

1．（2022·云南昆明·一模）图甲为一个简易欧姆表的电路图，图乙为其表盘的标度，已知表盘中间的刻度值为“15”，单位为欧姆，图中所用器材如下∶

A．干电池（电动势E=1.5V，内阻r=1Ω）   B．电流表G （满偏电流Ig=lmA，内阻Rg=180Ω）

C．电阻箱R0（最大阻值999.9Ω）          D．滑动变阻器R （最大阻值为2000Ω）

E.开关一个，导线若干

根据实验电路和实验器材，完成以下问题∶

（1）开关S断开时，将a、b表笔短接进行欧姆调零，此时滑动变阻器R接入电路的阻值为_____Ω，此时该欧姆表的倍率为_____ （ 选填“×1”“×10”“×100”或“×1000”）；

（2）现在（1）中倍率情况下进行欧姆调零后测某一电阻阻值，指针正好指在“30”刻度线上如图乙所示，由于欧姆表使用了一段时间，电池电动势变为1.45V，内阻变大，则该待测电阻的实际阻值为_________Ω

（3）闭合开关S，适当调整电阻箱R0的阻值，该欧姆表的倍率将_______（选填“变大”或“变小”）。

2．（2022·江苏·南京外国语学校模拟）某实验小组通过实验探究“电源输出功率P跟电源内电阻和负载的关系，以及在什么情况下电源输出功率最大”。实验室提供下列器材：

A．干电池两节；    B．定值电阻（）；    C．电阻箱R（）；

D．电压表（，内阻约为5kΩ）；  E.电流表（，内阻约为）；  F.开关1只，足量导线。

（1）为了让实验效果明显，将与两节干电池串联在一起当作“等效电源”。请根据实验要求设计好实验电路图并画在虚线框中。(        )

（2）按电路图连接实际电路。逐次调节电阻箱R，记录每个测试点的U、I并算出P值（如表所示），根据表中数绘出图线（如图所示），则等效电源的电动势_______V，内阻________。

（3）请根据上表数进一步绘出“等效电源”的输出功率P随电阻R的关系曲线（如图所示）(        )，从图中可得出，输出功率的最大值________（选填“大于”“等于”或“小于”）0.36W。

（4）通过分析，前面测得的“等效电源”的内阻r与真实值几乎相当。有同学认为，当电阻箱的阻值时该“等效电源”的输出功率最大。通过表格中的数据，请你判定该同学的说法是______（选填“正确”或“错误”）的。

3．（2022·河南·模拟）某学习小组想要研究浓度对食盐溶液电导率的影响（电导率为电阻率的倒数），将食盐溶液装入两端开口的塑料圆筒形容器内，容器两端用金属圆片电极密封，从金属圆片电极分别引出两根导线用于电阻的测量，如图甲所示。经查阅相关资料发现，食盐溶液的电导率与塑料的电导率比较接近。

（1）学习小组首先用多用电表欧姆挡分别粗测出未装溶液和装满溶液时两导线间的电阻R、。用游标卡尺测出圆筒的深度h和内径D，则食盐溶液的电导率______；

（2）经测量发现，装满溶液时两导线间的电阻约为1kΩ，该学习小组想进一步精确测量溶液的电阻，实验室可提供以下器材：

A．学生电源3V（内阻可忽略）

B．电流表（量程为0～0.6A，内阻约为0.6Ω）

C．电流表（量程为0～50mA，内阻约为3.75Ω）

D．电流表（量程为0～0.5mA，内阻等于150Ω）

E．电压表（量程为0～3V，内阻约为5kΩ）

F．电压表（量程为0～15V，内阻约为15kΩ）

G．滑动变阻器（最大阻值为20Ω）

H．电阻箱（最大阻值为999.9Ω）

I．开关、导线若干

为了完成测量，除学生电源、开关、导线和滑动变阻器外，还应选择的器材是______（填写器材前面的字母）。实验要求测量尽可能准确，请你在答题卡中画出未完成的实验电路图（如图乙所示），并在图中标上相应的电学符号，待测电阻用表示______；

（3）该学习小组改变食盐浓度（溶质质量占全部溶液质量的百分比）后，测得了不同浓度下的食盐溶液的电阻率和电导率，得出了如下实验数据，请你分析说明：和两个物理量的函数关系是______（用文字说明即可）。

4．（2022·广东·模拟）某科技小组设计一款自动测量水库水位系统，包括电路系统和绝缘材料制作的长方体仪器，正视图如下。仪器内部高，在左右两侧壁上铺满厚度、电阻均可忽略的电极板A、B。仪器底部内侧是边长为的正方形，中间有孔与水库连通。将仪器竖直固定在水中，长方体中心正好位于每年平均水位处，此高度定义为0m，建立如图右侧坐标系。每隔一段时间，系统自动用绝缘活塞塞住底部连通孔，闭合开关，连接恒压电源，读出电流表示数I，通过计算得出此时水位h。已知此处水的电阻率。

（1）电流表应选择______（请填英文序号）

A．满偏电流，内阻可忽略的电流表

B．满偏电流，内阻可忽略的电流表

（2）将电流表表盘改为水库水位表，请写出电流表示数I与水位h之间关系式：I=______（请用符号E、h、H、、L表示）

（3）正确选择电流表后，当电流为满偏电流时，对应水位h=______

（4）若电流表内阻不能忽略，由电流表改装的水位刻度______（选填“均匀”、“不均匀”），请列式说明理由：______。

5．（2022·湖北·恩施市第一中学模拟）电子体温计（图1）正在逐渐替代水银温度计。电子体温计中常用的测温元器件是热敏电阻。某物理兴趣小组制作一简易电子体温计，其原理图如图2所示。

（1）兴趣小组测出某种热敏电阻的I－U图像如图3所示，那么他们选用的应该是图______电路（填“甲”或“乙”）；

（2）现将上述测量的两个相同的热敏电阻（伏安特性曲线如图3所示）和定值电阻、恒压电源组成如图4所示的电路，电源电动势为6V，内阻不计，定值电阻，热敏电阻消耗的电功率为______W（结果保留3位有效数字）；

（3）热敏电阻的阻值随温度的变化如图5所示，在设计的电路中（如图2所示），已知电源电动势为5.0V（内阻不计），电路中二极管为红色发光二极管，红色发光二极管的启动（导通）电压为3.0V，即发光二极管两端电压时点亮，同时电铃发声，红色发光二极管启动后对电路电阻的影响不计。实验要求当热敏电阻的温度高于时红灯亮且铃响发出警报，其中电阻______（填“”或“”）为定值电阻，其阻值应调为______Ω（结果保留3位有效数字）。

6．（2022·湖北武汉·模拟）半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器，其阻值会随压力变化而改变。

（1）利用图甲所示的电路测量一传感器在不同压力下的阻值，其阻值约几十千欧，现有以下器材：

压力传感器

电源：电动势

电流表A：量程250μA，内阻约为

电压表V：量程，内阻约为

滑动变阻器R：阻值范围

开关S，导线若干

为了提高测量的准确性，应该选下面哪个电路图进行测量_________；

（2）通过多次实验测得其阻值随压力F变化的关系图像如图乙所示：

由图乙可知，压力越大，阻值_________（选填“越大”或“越小”），且压力小于时的灵敏度比压力大于时的灵敏度（灵敏度指电阻值随压力的变化率）_________（选填“高”或“低”）；

（3）利用该压力传感器设计了如图丙所示的自动分拣装置，可以将质量不同的物体进行分拣，图中为压力传感器，为滑动变阻器，电源电动势为（内阻不计）。分拣时将质量不同的物体用传送带运送到托盘上，OB为一个可绕O转动的杠杆，下端有弹簧，当控制电路两端电压时，杠杆OB水平，物体水平进入通道1；当控制电路两端电压时，杠杆的B端就会被吸下，物体下滑进入通道2，从而实现分拣功能。重力加速度大小为，若要将质量大于的货物实现分拣，至少应该将接入电路的阻值调为_________（结果保留3位有效数字）。

7．（2022·贵州贵阳·二模）力敏电阻器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器（阻值变化范围为几欧母到几十欧姆）的特性。设计了如图a所示的电路，所用电源的电动势为，内阻忽略不计，滑动变阻器的调节范围为。除图a中的器材外，还有如下器材可供选择：

电流表（量程为，内阻）

电流表（量程为，内阻约为）

电压表V（量程为，内阻约为）

（1）为使测量更准确，图a中P处选用电表______，Q处选用电表______（均填选用电表的符号）；

（2）团合开关，多次改变对力敏电阻的压力，记录下电表读数，得到不同的值，描绘出图像如图b所示，由图像可得与的函数关系表达式______；

（3）该同学用力敏电阻和所提供的器材，把电流表改成一个压力表（即在电流表表盘的对应刻度位置处标上压力大小），请在图c虚线框内画出设计电路图______；

（4）若将电流表表盘的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______，该压力表能测量压力的最大值是______。

8．（2022·贵州贵阳·模拟）某兴趣小组“探究一电池的输出功率与外电路电阻的关系”的电路如图1所示，图1中为电阻箱，是阻值为的定值电阻，是电流表（量程，内阻），是电池。

（1）实验中若电流表的指针位置如图2所示，则电流表的读数是___________，此时电阻箱两端的电压是___________V（保留3位有效数字）；

（2）改变电阻箱的电阻，测得该电池的输出电压与电阻箱的电阻之间的关系如图3中的曲线所示。由图像可知，该电池的电动势为___________V（保留3位有效数字）。

（3）图3曲线上P点对应电阻箱消耗的功率是___________W，此时电池的总功率为___________W（均保留3位有效数字）。

9．（2022·广东·模拟）如图甲所示是某种型号热敏电阻的阻值随温度t的变化曲线，现利用此热敏电阻和如图乙所示的电路图设计一种温度测量仪，要求温度测量时尽可能准确，测量范围为-20℃~20℃。提供器材如下：

A．热敏电阻

B．直流电源（电动势为3V，内阻不计）

C．电流表（量程为50mA，内阻很小，作为温度表使用）

D．电流表（量程为0.5A，内阻很小，作为温度表使用）

E．电阻箱（最大阻值为999.9Ω）

F．定值电阻（阻值为60Ω）

G．定值电阻（阻值为2Ω）

H．单刀双掷开关一个，导线若干

（1）图乙电路中定值电阻R应选用________（填“”或“”），电流表A应选用________（填“”或“”）；

（2）为便于识别，按照下列步骤调节此测量仪：

①电路接通前，先将电阻箱调为________Ω，然后开关向________（填“a”或“b”）端闭合，将电流表此时指针对应的刻度线标记为-20℃；

②逐步减小电阻箱的阻值，电流表的示数不断变大，按照图甲数据将电流表上“电流”刻度线标为“温度值”。当电流表读数如图丙所示时，应将电流表此时指针对应的刻度线标记为________℃；

③将开关向另一端闭合，测试仪即可正常使用。

10．（2022·河北石家庄·模拟）某同学用热敏电阻制作测温范围为的温度计，设计的电路如图甲所示，现查得热敏电阻的阻值随温度t变化的关系如图乙所示。

实验室备有如下器材：

直流稳压电源（电动势，内阻不计）；

滑动变阻器R（最大阻值为）；

电流表A（量程为，内阻约为）；

标准温度计（测温范围）；

开关、导线、自来水、冰块等。

（1）请将下列操作步骤补充完整：

①按图甲电路连接实物，将滑动变阻器R的滑片P调至________（选填“a”或“b”）端，闭合开关；

②将热敏电阻浸没在冰水混合物中，一段时间后，调节滑动变阻器R，使电流表指针________（选填“满偏”或“指零”）；

③热敏电阻仍浸没在水中，保持电路中____________不变，将水加热，用标准温度计测水温，记下不同水温时对应的电流值；

④利用测得的数据将电流表刻度盘改成温度刻度盘。

（2）当电流表的读数为时，水的温度为________℃。（保留3位有效数字）

（3）将电流表刻度盘改成温度刻度盘后，温度刻度________

A．均匀，温度越高，对应的电流值越大

B．均匀，温度越低，对应的电流值越大

C．不均匀，温度越高，刻度越密集

D．不均匀，温度越低，刻度越密集