备战2025年高考二轮复习物理（福建专版） 专题分层突破练17 电学实验（Word版附解析）

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(1)保持玻璃管内压强为标准大气压,电流表示数为100 mA,电压表量程为0~3 V,表盘如图丙所示,示数为 V,此时金属丝阻值的测量值R为 Ω(保留3位有效数字);
(2)打开抽气泵,降低玻璃管内气压p,保持电流I不变,读出电压表示数U,计算出对应的金属丝阻值;
(3)根据测量数据绘制R-p关系图线,如图丁所示;
(4)如果玻璃管内气压是标准大气压的12,保持电流为100 mA,电压表指针应该在图丙指针位置的 (选填“左”或“右”)侧;
(5)若电压表是非理想电压表,则金属丝电阻的测量值 (选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
答案 (1)1.23 12.3 (4)右 (5)小于
解析 本题考查电学创新实验。(1)电压表分度值为0.1 V,则电压表读数需估读一位,读数为1.23 V,根据欧姆定律可知,金属丝的测量值R=UI=12.3 Ω。
(4)根据图丁可知气压越小电阻越大,则压强p减小,则电阻R增大,再根据U=IR,故电压增大,电压表的指针位置应该在题图丙中指针位置的右侧。
(5)电流表采用外接法会导致电压表分流,即R测=UI测,I测=I真+URV,即I测偏大,故R测2.(12分)(2024广西卷)某同学为探究电容器充、放电过程,设计了图甲实验电路。器材如下:电容器,电源E(电动势6 V,内阻不计),电阻R1=400.0 Ω,电阻R2=200.0 Ω,电流传感器,开关S1、S2,导线若干。实验步骤如下:
(1)断开S1、S2,将电流传感器一端与a节点相连,其数据采样频率为5 000 Hz,则采样周期为 s。
(2)闭合S1,电容器开始充电,直至充电结束,得到充电过程的I-t曲线如图乙,由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为 mA(结果保留3位有效数字)。
甲
乙
(3)保持S1闭合,再闭合S2,电容器开始放电,直至放电结束,则放电结束后电容器两极板间电压为 V。
(4)实验得到放电过程的I-t曲线如图丙,I-t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.018 8 C,则电容器的电容C为 μF。图丙中I-t曲线与横坐标、直线t=1 s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.003 8 C,则t=1 s时电容器两极板间电压为 V(结果保留2位有效数字)。
丙
答案 (1)2×10-4
(2)15.0
(3)2
(4)4.7×103 5.2
解析 考查电容器充、放电过程和电容的基本性质。
(1)采样频率为5 000 Hz,周期T=1f=0.000 2 s=2×10-4 s。
(2)由图乙可知, 开关S1闭合瞬间流经R1的电流约为15.0 mA。
(3)稳定之后,电容器两极板间的电压为电阻R2两端的电压,根据闭合电路欧姆定律得电容器两极板间电压为UC=ER1+R2×R2=2 V。
(4)电容器的放电过程,电压由6 V减小至2 V,ΔU=4 V,C=ΔQΔU=0.018 84×106 μF=4.7×103 μF。设t=1 s时电容器两端电压为UC',则(E-UC')C=ΔQ',(6 V-UC')×4.7×103×10-6 F=0.003 8 C
解得UC'≈5.2 V。
3.(12分)某实验小组要测定一节蓄电池的电动势及内阻,要求测量结果尽量准确。实验器材如下,电流表A1(量程0~200 μA,内阻为800 Ω);电流表A2(量程0~300 mA,内阻为0.3 Ω);定值电阻R1(阻值为4.0 Ω);定值电阻R2(阻值为9 200 Ω);滑动变阻器R(最大阻值为50 Ω);待测蓄电池一节(电动势约为2 V);开关S一个,导线若干。
(1)该实验小组利用所学知识正确连接实物电路如图甲所示,图中虚线框内的电流表应选 (选填“A1”或“A2”),虚线框内的定值电阻应选 (选填“R1”或“R2”)。
甲
(2)电流表A1示数用I1表示,电流表A2示数用I2表示,该实验小组通过改变滑动变阻器滑片的位置,得到了多组I1、I2数据,并作出I1-I2图像,如图乙所示。根据I1-I2图像可知,该蓄电池的电动势为 V,内阻为 Ω。(结果均保留2位有效数字)
乙
(3)从实验设计原理来看,该蓄电池电动势的测量值 (选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
答案 (1)A2 R2
(2)1.9 1.0
(3)等于
解析 (1)图中虚线框内电流表通过的电流比较大,应选择量程大的电流表A2,A1用来改装成电压表;蓄电池的电动势为2 V,改装后电压表量程为2 V,所以串联电阻大小为R=UIg-RA1=9 200 Ω,故选R2。
(2)如图所示延长I1-I2图像与两坐标轴相交。根据闭合电路欧姆定律可得E=I1(R2+RA1)+(I1+I2)(r+R1),整理得I1=ER2+RA1+r+R1-I2r+R1R2+RA1+r+R1,由图像可得ER2+RA1+r+R1=190×10-6 A,r+R1R2+RA1+r+R1=(190-50)×10-6(280-0)×10-3,解得E=1.9 V,r=1.0 Ω。
(3)因为考虑到电表内阻,对电压表分流的影响进行了修正,电动势和内阻的测量值均等于真实值。
4.(12分)(2024江西卷)某小组欲设计一种电热水器防触电装置,其原理是:当电热管漏电时,利用自来水自身的电阻,可使漏电电流降至人体安全电流以下。为此,需先测量水的电阻率,再进行合理设计。
(1)如图甲所示,在绝缘长方体容器左右两侧安装可移动的薄金属板电极,将自来水倒入其中,测得水的截面宽d=0.07 m和高h=0.03 m。
(2)现有实验器材:电流表(量程300 μA,内阻RA=2 500 Ω)、电压表(量程3 V或15 V,内阻未知)、直流电源(3 V)、滑动变阻器、开关和导线。请在图甲中画线完成电路实物连接。
甲
乙
(3)连接好电路,测量26 ℃的水在不同长度l时的电阻值Rx。将水温升到65 ℃,重复测量。绘出26 ℃和65 ℃水的Rx-l图线,分别如图乙中a、b所示。
(4)若Rx-l图线的斜率为k,则水的电阻率表达式为ρ= (用k、d、h表示)。实验结果表明,温度 (选填“高”或“低”)的水更容易导电。
(5)测出电阻率后,拟将一段塑料水管安装于热水器出水口作为防触电装置。为保证出水量不变,选用内直径为8.0×10-3 m的水管。若人体的安全电流为1.0×10-3 A,热水器出水温度最高为65 ℃,忽略其他电阻的影响(相当于热水器220 V的工作电压直接加在水管两端),则该水管的长度至少应设计为 m。(保留两位有效数字)
答案 (2)如图所示 (4)hdk 高 (5)0.46
解析 (2)题目明确给出了电流表的内阻RA=2 500 Ω,故采用“电流表内接法”,电源电动势是3 V,电压表量程选3 V。
(4)由电阻定律得Rx=ρldh=ρdh·l,知k=ρdh,故ρ=hdk。
由题图乙可知,同等情况下图线b代表的电阻更小,更容易导电。而图线b代表65 ℃时的图线,故温度高的水更容易导电。
(5)由电阻定律得Rx=ρlS,其中S=14πD2
由题图乙知ρ=hdk=0.03×0.07×8×1030.7 Ω·m=24 Ω·m
由欧姆定律得Rx=UI
联立解得
l=πUD24Iρ=π×220×(8.0×10-3)24×1.0×10-3×24 m=0.46 m。
5.(14分)某实验小组欲将内阻Rg=40 Ω、量程为0~100 μA的电流表改装成电阻表,供选择的器材有,定值电阻R0(阻值为14 kΩ);滑动变阻器R1(最大阻值为1 500 Ω);滑动变阻器R2(最大阻值为500 Ω);电阻箱(0~9 999.9 Ω);干电池(E=1.5 V,r=2 Ω);红、黑表笔各一只,开关,导线若干。
(1)为了保证改装后电阻表能正常使用,滑动变阻器选 (选填“R1”或“R2”)。请用笔画线代替导线将图甲中的实物连接组成电阻表。
甲
乙
(2)电阻表改装好后,将红、黑表笔短接进行调零,此时滑动变阻器接入电路的电阻应为 Ω;电流表表盘的50 μA刻度对应改装后的电阻表的刻度为 kΩ。
(3)利用改装后的电阻表进行电阻测量,小组同学发现当被测电阻的阻值为几百欧姆时,电流表指针偏转角太大,不能进行读数,他们利用电阻箱和开关,对电路进行了改进,使中值电阻为1 500 Ω,他们改进后的电路如图乙所示,图乙中电阻箱的阻值应调为 Ω。若用该表测量一阻值为1 000 Ω的电阻时,则电流表指针对应的电流是 μA。
答案 (1)R1 实物连接见解析
(2)958 15
(3)1 560 60
解析 (1)为了保证改装后电阻表能正常使用,欧姆调零时,有Ig=ER欧,解得欧姆调零时电阻表内阻为R欧=EIg=1.5100×10-6 Ω=15 000 Ω,此时滑动变阻器接入电路的阻值为R滑=R电-R0-Rg-r=(15 000-14 000-40-2) Ω=958 Ω,则滑动变阻器应选R1;电阻表黑表笔应接电源的正极,实物连接如图所示。
(2)由(1)分析可知欧姆调零时滑动变阻器接入电路的阻值为958 Ω;设电流表表盘的50 μA刻度对应改装后的电阻表的刻度为Rx,
由闭合电路欧姆定律有I=ER电+Rx,
解得Rx=EI-R电=1.550×10-6 Ω-15 000 Ω=15 000 Ω=15 kΩ。
(3)设电阻表改装后干路的最大电流为Im,则欧姆调零时有Im=ER电',对电路进行了改进,使中值电阻为1 500 Ω,则有12Im=ER电'+1 500Ω,联立解得R电'=1 500 Ω,Im=1 mA=1 000 μA,图乙中电阻箱的阻值应调为R箱=Ig(R0+Rg)Im-Ig=1 560 Ω;若用该表测量一阻值为1 000 Ω的电阻时,此时干路电流为I总=ER电'+1 000Ω=0.6 mA=600 μA,则电流表指针对应的电流是I1=R箱R箱+R0+RgI总=1 5601 560+14 000+40×600 μA=60 μA。