高考物理二轮复习讲练(新高考版) 第1部分 专题5 第18课时 电学实验（含解析）

这是一份高考物理二轮复习讲练(新高考版) 第1部分 专题5 第18课时 电学实验（含解析），共24页。试卷主要包含了电流表和电压表，用下列器材测量电容器的电容等内容，欢迎下载使用。
高考题型1 基本仪器的使用与读数
1．电流表和电压表
2.多用电表的读数及使用
(1)电流的流向
电流从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出，即“红进黑出”．
(2)“机械零点”与“欧姆零点”
“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮．
(3)倍率选择：使用欧姆挡测电阻时，应使指针位于表盘中间附近，若表头指针偏角过大，则说明所测电阻偏小，应换用小倍率．
(4)使用欧姆表测电阻时，换挡后需重新进行欧姆调零，读数之后要乘以倍率得阻值．
(5)电池用久了，电动势变小，内阻变大，使测量结果偏大．
命题预测
1．如图1所示为电压表和电流表的刻度盘示意图，指针位置分别如图甲、乙所示．
图1
(1)若使用的是0～3 V量程的电压表，读数为________ V．若使用的是0～15 V量程的电压表，读数为________ V.
(2)若使用的是0～0.6 A量程的电流表，读数为________ A．若使用的是0～3 A量程的电流表，读数为________ A.
(3)如图丙所示，电阻箱的读数为________．
答案 (1)1.68(1.67～1.69均正确) 8.4(8.3亦可) (2)0.46 2.30(2.29～2.31均正确) (3)530.0 Ω
解析 (1)对于电压表，当选取0～3 V量程时，每小格为0.1 V，读数为1.68 V，当选取0～15 V量程时，每小格为0.5 V，读数为8.4 V；
(2)对于电流表，当选取0～0.6 A量程时，每小格为0.02 A，读数为0.46 A，当选取0～3 A量程时，每小格为0.1 A，读数为2.30 A.
(3)电阻箱读数为：100×5 Ω＋10×3 Ω＝530.0 Ω.
2．某同学在做“用多用电表测电阻”的实验中：
(1)测量某电阻时，用“×10 Ω”挡时发现指针偏转角度过大，他应该换用“________”(填“×1 Ω”或“×100 Ω”)挡，换挡后，在测量前先要进行________．
(2)某次使用多用电表的实验中，多用电表指针的位置如图2所示，请你读数：
图2
①如果使用的是直流“2.5 V”的电压挡，则读数为________ V；
②如果使用的是“×100 Ω”的电阻挡，则读数为________ Ω；
③如果使用的是直流“10 mA”的电流挡，则读数为________ mA.
答案 (1)×1 Ω 欧姆调零 (2)①0.80 ②3.0×103 ③3.2
解析 (1)根据欧姆表的工作原理可知，指针的偏转角度过大，说明电阻较小，即所选的倍率过大，应选择“×1 Ω”挡，换挡后在测量前要重新进行欧姆调零．
(2)①如果使用的是直流“2.5 V”的电压挡，则每小格代表0.05 V，读数为16×0.05 V＝0.80 V；
②如果使用的是“×100 Ω”的电阻挡，则读数为30×100 Ω＝3.0×103 Ω；
③如果使用的是直流“10 mA”的电流挡，则每小格代表0.2 mA，读数为16×0.2 mA＝3.2 mA.
高考题型2 与电阻的测量相关的实验
1．常见的电阻测量方法对比
2．滑动变阻器分压式接法与限流式接法的选择
(1)“以小控大用分压，相差无几用限流”
①当采用分压式接法时，一般应选用最大阻值较小、而额定电流较大的滑动变阻器．
②当采用限流式接法时，一般应选用最大阻值比待测电阻稍大或差不多的滑动变阻器．
(2)必须采用分压式接法的三种情况：①要求电压从零开始变化；②滑动变阻器阻值太小，不能起到限流的作用；③限流式接法不能获取有区分度的多组数据．
考题示例
例1 (2020·全国卷Ⅲ·23)已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系．所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)．
(1)在图3中所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图．
图3
(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值．若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为________ kΩ(保留2位有效数字)．实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图4(a)所示．
图4
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ.由图(a)求得，此时室温为________ ℃(保留3位有效数字)．
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图(b)所示．图中，E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警．若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中________(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________ kΩ(保留2位有效数字)．
答案 (1)见解析图 (2)1.8 (3)25.5 (4)R1 1.2
解析 (1)滑动变阻器最大阻值仅20 Ω，应采用分压式接法，电压表为理想电表，应采用毫安表外接法，测量电路图如图所示．
(2)热敏电阻的阻值R＝eq \f(U,I)＝eq \f(5.5 V,3.0 mA)≈1.8 kΩ.
(3)根据R－t图像，R＝2.2 kΩ时，t约为25.5 ℃.
(4)输出电压变大时，R2两端电压变大，R1两端电压变小．根据R－t图像知，温度升高时热敏电阻的阻值减小，则电路中电流变大，固定电阻两端的电压变大，所以固定电阻应为R2，热敏电阻应为R1，t＝50 ℃，R1＝0.8 kΩ，根据串联电路中电阻与电压的关系可得eq \f(R1,R2)＝eq \f(10－6.0,6.0)，解得R2＝1.2 kΩ.
例2 (2019·天津卷·9(3))现测定长金属丝的电阻率．
(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图5所示，其读数是________mm.
图5
(2)利用下列器材设计一个电路，尽量准确地测量一段金属丝的电阻．这段金属丝的电阻Rx约为100 Ω，画出实验电路图，并标明器材代号．
电源E(电动势10 V，内阻约为10 Ω)
电流表A1(量程0～250 mA，内阻R1＝5 Ω)
电流表A2(量程0～300 mA，内阻约为5 Ω)
滑动变阻器R(最大阻值10 Ω，额定电流2 A)
开关S及导线若干
(3)某同学设计方案正确，测量得到电流表A1的读数为I1，电流表A2的读数为I2，则这段金属丝电阻的计算式Rx＝________.从设计原理看，则测量值与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“相等”)．
答案 (1)0.200(0.196～0.204均可)
(2)如图所示
(3)eq \f(I1R1,I2－I1) 相等
解析 (1)由螺旋测微器的读数规则可知，该金属丝的直径应为0 mm＋20.0×0.01 mm＝0.200 mm；
(2)对提供的实验器材分析可知，滑动变阻器的总电阻比待测电阻的阻值小得多，因此滑动变阻器应采用分压式接法，由于没有提供电压表，因此可以用内阻已知的电流表充当电压表，即将A1作为电压表，由于A1的内阻已知，因此A2应采用外接法；
(3)由电路图可知，Rx＝eq \f(I1R1,I2－I1)；由于A1的内阻已知，因此该实验不存在系统误差，因此测量值与真实值相等．
命题预测
3．(2020·陕西汉中市高三期末)LED绿色照明技术已经走进我们的生活．某实验小组要精确测定额定电压为3 V的LED灯正常工作时的电阻，已知该灯正常工作时电阻大约为500 Ω，电学符号与小灯泡电学符号相同．
实验室提供的器材有：
A．电流表A1(量程为0～5 mA，内阻RA1约为3 Ω)
B．电流表A2(量程为0～4 mA，内阻RA2＝10 Ω)
C．电压表V(量程为0～10 V，内阻RV＝1 000 Ω)
D．定值电阻R1＝590 Ω
E．定值电阻R2＝990 Ω
F．滑动变阻器R (最大阻值为20 Ω)
G．蓄电池E (电动势为4 V，内阻很小)
H．开关S一只，导线若干
图6
(1)如图6甲所示，请选择合适的器材，电表1为____________，电表2为__________，定值电阻为________ .( 填写器材前的字母序号)
(2)请将图乙中的实物连线补充完整．
(3)请写出测量LED灯正常工作时的电阻表达式：Rx＝________________(电表1的读数用a表示，电表2的读数用b表示，其余电学量用题中所对应的电学符号表示)
答案 (1)A B E (2)见解析图 (3)eq \f(bR2＋RA2,a－b)
解析 (1)LED灯正常工作时的电流约为ILED＝eq \f(ULED,RLED)＝eq \f(3,500) A＝0.006 A＝6 mA，故电表1选用A；要精确测定额定电压为3 V的LED灯正常工作时的电阻，需测量LED灯两端的电压和通过LED灯的电流，由于电压表的量程较大，测量误差较大，不能用已知的电压表测量LED两端的电压，可以将电流表A2与定值电阻串联改装为电压表测量电压，故电表2选用B；要改装成量程为3 V的电压表，需要串联的电阻为：R′＝eq \f(ULED,IA2g)－RA2＝eq \f(3,0.004) Ω－10 Ω＝740 Ω，则定值电阻应选E；
(2)因为滑动变阻器阻值远小于LED的电阻，所以滑动变阻器采用分压式接法．实物连线如图所示：
(3)根据欧姆定律知，灯泡两端的电压ULED＝b(R2＋RA2)，通过灯泡的电流ILED＝a－b，所以LED灯正常工作时的电阻Rx＝eq \f(ULED,ILED)＝eq \f(bR2＋RA2,a－b).
4．(2020·黑龙江实验中学测试)灵敏电流计G的量程为500 μA、内阻未知，某小组要将该电流计的量程扩大至5 mA，有下列器材可选：
图7
A．干电池一节
B．电压表V(量程1.5 V，内阻几千欧)
C．滑动变阻器R1(0～100 Ω)
D．电阻箱R2(0～999.9 Ω)
E．开关、导线若干
某同学设计了如下实验：
(1)用如图7所示电路测量电流计和电压表的内阻．
①将R1滑片滑到最左端，断开S2，闭合S1，调节R1，使电流计满偏，此时电压表V的示数为1.0 V；
②将R2调至最大，闭合S2，调节R1、R2，当电压表示数为1.2 V时，电流计的示数为300 μA，R2的阻值为180 Ω.由以上数据可得电压表的内阻RV＝________ Ω，电流计的内阻Rg＝________ Ω.
(2)用灵敏电流计和电阻箱改装电流表，请在方框中画出改装电路图，此时电阻箱的阻值应调为________ Ω.
答案 (1)①2 000 ②180 (2)见解析图 20
解析 (1)第一步为电压表和电流计串联的电路，由欧姆定律有U1＝IgRV
可得RV＝eq \f(U1,Ig)＝eq \f(1.0,500×10－6) Ω＝2 000 Ω
第二步为Rg与R2并联再与RV串联，由电路的电流关系可得eq \f(U2,RV)＝I2＋eq \f(I2Rg,R2)
代入数据解得Rg＝180 Ω
(2)电流计改装成电流表需要利用并联电阻分流，电路图如图所示：
由并联电路的电压关系得(I－Ig)R2′＝IgRg
解得R2′＝20 Ω，即电阻箱的阻值应调为20 Ω.
高考题型3 电源电动势与内阻的测量
1．电源电动势和内阻的测量方法
2.对实验的两点说明
(1)任何一种实验方法，一定要紧扣闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，其中最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I.
(2)利用图像求解电动势和内阻是常用的方法，对于不同的电路设计，一般采用化曲为直的方法，即得到有关电动势和内阻的一次函数关系，再利用图像中的斜率与截距求解．
考题示例
例3 (2020·山东卷·14)实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究．实验室提供的器材有：
干电池一节(电动势约1.5 V，内阻小于1 Ω)；
电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)；
电流表A(量程0.6 A，内阻约1 Ω)；
滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)；
定值电阻R1(阻值2 Ω)；
定值电阻R2(阻值5 Ω)；
开关一个，导线若干．
(1)该小组按照图8甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U－I坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是________．(单选，填正确答案标号)
A．电压表分流
B．干电池内阻较小
C．滑动变阻器最大阻值较小
D．电流表内阻较小
图8
(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示．
请根据实验数据，回答以下问题：
①图9中已标出后3组数据对应的坐标点，请标出前4组数据对应的坐标点并画出U－I图像．
图9
②根据实验数据可知，所选的定值电阻为________(填“R1”或“R2”)．
③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将图10所示实物图连接成完整电路．
图10
答案 (1)B (2)①见解析图(a) ②R1 ③见解析图(c)
解析 (1)电压表示数的变化范围小，原因是外电阻的阻值远大于电源内阻，选项B正确．
(2)①根据数据描点并连成一条直线，如图(a)所示．
②由图像可知E＝1.55 V，U＝0时I＝0.59 A，故r′＝eq \f(E,I)≈2.63 Ω，
由于2 Ω