第十章　105.电学实验综合---高中物理人教版（2019）高三 课后同步加练半小时 练习（解析版）

这是一份第十章　105.电学实验综合---高中物理人教版（2019）高三 课后同步加练半小时 练习（解析版），共13页。试卷主要包含了06−0，李华同学查阅资料，9 Ω)等内容，欢迎下载使用。
1.(10分)(2025·广东湛江市期末)某实验小组为改装一电子秤，选用器材如下：电动势为3 V的电源(内阻不计)、量程为0~3 V的理想电压表、阻值为5 Ω的定值电阻R0、阻值随长度均匀变化的电阻丝R(长度为0.05 m，总阻值为25 Ω)、轻弹簧(电阻不计)、托盘、开关、导线等，实验原理如图甲所示；电阻丝的滑动端与轻弹簧上端相连，当托盘中没有放重物时，滑动触头恰好指在电阻丝的最上端，此时电压表示数为零，g取10 m/s2。
(1)(2分)图甲中，定值电阻R0的主要作用是 ；
(2)(4分)弹簧所受弹力F与其形变量ΔL的关系如图乙所示，该弹簧的劲度系数为 N/m；若按图甲进行实验，则电压表示数U与被测重物质量m成 (选填“正比”或“反比”)关系；
(3)(2分)某同学利用相同的器材提出另一实验方案，如图丙所示，若按此方案进行实验，则U与被测重物质量m的关系式为 (用m表示)；
(4)(2分)对比甲与丙两种方案，你觉得哪个方案更优，并说出你的理由： 。
答案 (1) 防止出现短路，保护电源 (2)10 000
正比 (3)U=3mm+10 (V) (4) 甲方案更优，因为电压表示数与重物质量成正比关系，电子秤的刻度可以在电压表上均匀标示出来
解析 (1)定值电阻R0的主要作用是：防止电路出现短路，避免电路中电流过大，烧坏电源，从而起到保护电源的作用；
(2)由图像可得，图像的斜率表示弹簧的劲度系数，即k=ΔFΔL=600−2000.06−0.02 N/m=10 000 N/m
对于题图甲，设滑动变阻器总长度为L，当托盘中放入质量为m的重物时，此时有F=kΔL=mg
则ΔL=mgk
则电压表的示数为U=ER0+R·ΔLLR=mgk·REL(R0+R)=10×25×310 000×0.05×30m (V)=120m (V)，故电压表示数U与被测重物质量m成正比关系；
(3)若按题图丙方案进行实验，则电压表示数U与被测重物质量m的关系式为U=ER0+Rx·Rx， Rx=ΔLLR=12m (V)，联立可得U=3mm+10 (V)
(4)对比甲与丙两种方案，显然甲方案更优，因为甲方案中电压表示数与重物质量成正比关系，电子秤的刻度可以在电压表上均匀表示出来。
2.(12分)(2024·山东淄博市一模)干电池用久后通常电动势会减小，内阻增大。某同学利用DIS系统、定值电阻R0、电阻箱R等实验器材分别研究新、旧两节干电池的电动势和内阻，实验装置如图甲所示。首先测量电池a的电动势和内阻，实验时多次改变R的阻值，用电流传感器测得对应的电流值I，在计算机上显示出如图乙所示的1I-R的关系图线a，重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻，得到图乙中的图线b。
(1)(2分)某次实验电阻箱调节后如图丙所示，则此时电阻箱的读数为 Ω。
(2)(4分)若定值电阻R0=1.0 Ω，令y=1I，x=R，由图乙中实验图线a的拟合方程可得，电池a的电动势Ea= V(可用分数表示)，内阻ra= Ω。
(3)(2分)根据图乙可以判断，图线 (选填“a”或“b”)对应的是新电池。
(4)(4分)根据实验测得的电池a的R、I数据，若令y=I2(R+R0)，x=R+R0，则由计算机拟合得出的y-x图线如图丁所示，则图线最高点A的坐标值应为x= Ω，y= W(结果均保留2位有效数字)。
答案 (1)12.0 (2)43 2.0 (3)b (4) 2.0 0.22
解析 (1)由电阻箱的读数规则有R=0×100 Ω+1×10 Ω+2×1 Ω+0×0.1 Ω=12.0 Ω
(2)由闭合电路欧姆定律有I=Eara+R0+R，整理有1I=1EaR+ra+R0Ea
结合题中图线a的解析式，有0.75=1Ea， 2.25=ra+R0Ea
解得Ea=43 V， ra=2 Ω
(3)由之前的分析可知，图像的斜率为电池的电动势的倒数，由题图可知，其图像a的斜率大，所以图线a的电动势小。根据题意，旧电池的电动势减小，所以图线a为旧电池，图线b为新电池。
(4)分析题图中电路可知，外电路的用电器为电阻R和R0，结合题意可知，题图的y轴为电池的输出功率，题图的x轴为外电路的电阻。对电池有P=I2R外=(EaR外+ra)2R外=Ea2R外R外2−2raR外+ra2+4raR外=Ea2R外−ra2R外+4ra
结合题图有y=Ea2x−rax+4ra
由之前的分析可知，有E=43 V， ra=2 Ω
题图中A点为y最大值，由上述公式可知，当x=ra，即外电路电阻等于电池内阻时，取得最大值，所以x=2.0 Ω， y≈0.22 W
3.(10分)(2025·湖南长沙市长郡中学模拟)李华同学查阅资料：某金属在0~100 ℃内电阻值Rt与摄氏温度t的关系为Rt=R01+αt，其中R0为该金属在0 ℃时的阻值，α为温度系数(为正值)。李华同学设计图甲所示电路以测量该金属的电阻R0和α值。可提供的实验器材有：
A.干电池(电动势约为1.5 V，内阻不计)
B.定值电阻R1(阻值为1 kΩ)
C.定值电阻R2(阻值为800 Ω)
D.滑动变阻器RP1(阻值范围0~40 Ω)
E.滑动变阻器RP2(阻值范围0~4 kΩ)
F.电流计G(量程0~200 μA，内阻约500 Ω)
G.电阻箱R(最大阻值为9 999.9 Ω)
H.摄氏温度计
I.沸水和冷水各一杯
J.开关两个及导线若干
请回答下列问题：
(1)(4分)滑动变阻器应选用 (选填“RP1”或“RP2”)，开关S1闭合前，滑动变阻器的滑片移到 (选填“a”或“b”)端。
(2)(2分)将电阻箱的阻值调为500 Ω，闭合开关S1，将滑动变阻器调到合适的阻值，读出电流计G的示数，再闭合开关S2，调节电阻箱的阻值，当电阻箱的示数为360.0 Ω时，此时发现闭合开关S2前、后电流计G的示数相等，则电流计G的内阻为 Ω。
(3)利用上述电流计G及电路测量该金属的电阻R0和α值的步骤如下：
①断开开关S1、S2，将R2取下换成该金属电阻，并置于沸水中；
②闭合开关S1，读出电流计G的示数；闭合开关S2，调节电阻箱的阻值，直至闭合开关S2前、后电流计G的示数没有变化，记下此时电阻箱的示数R和水的温度t；
③多次将冷水倒一点到热水中，重复步骤②，可获得电阻箱的示数R和温度t的多组数据。
(4)(4分)以电阻箱的示数R为纵轴，温度t为横轴，作出的图像如图乙所示，则该金属电阻在0 ℃时的阻值为 Ω，温度系数为 ℃-1(结果用a、b、c表示)。
答案 (1)RP2 a (2) 450 (4) 209a b−aac
解析 (1)S1闭合、S2断开时，干路中的最大电流约为I=Ig+Ig(Rg+R1)R2=575 μA
滑动变阻器两端的电压最小值约为UPmin=1.5 V-1kΩ+0.5kΩ×0.2 mA=1.2 V
滑动变阻器的最小电阻约为Rmin=≈2 kΩ，滑动变阻器应选用RP2。
为了保护电流计G不被损坏，开关S1闭合前，应将滑动变阻器的滑片向下移动到a端。
(2)闭合S2前、后电流计G的示数没有变化，则电流计G中的电流与R1的电流相等，R中的电流与R2中的电流相等，R1与R2两端的电压相等，电流计G与R两端的电压相等，可得电流计的内阻Rg=R1R2R=10.8×360 Ω=450 Ω
(4)将R2取下换成该金属电阻的情况下，同理可得Rt=R1RgR=209R
由题图乙得R=b−act+a，即Rt=20(b−a)9ct+209a
又Rt=R0(1+αt)=R0αt+R0
则R0α=20(b−a)9c，R0=209a
解得α=b−aac
4.(8分)(2025·山西省三模)从玩具车上拆下一个小电动机M，用一节5号干电池为它直接供电，发现电动机并不转动。将两节5号电池串联起来为该电动机直接供电，这时电动机转动起来了，但是转速较低。为较完整地描绘该电机通电后电流与电压的关系，某同学设计了图甲的电路进行实验，图中各器材的规格如下：
A.电压表V(量程0~1 V，内阻1.0 kΩ)；
B.电流表A(量程为0~1 A，内阻约0.2 Ω)；
C.滑动变阻器R(最大阻值20 Ω，额定电流2.0 A)；
D.电阻箱R0(最大阻值9 999.9 Ω)
(1)(2分)为完成实验，电阻箱R0的阻值应调为 (填“2 000.0 Ω”或“4 000.0 Ω”)。
(2)(2分)正确选择R0的值后，调节R的滑片使电动机两端的电压逐渐变大，记录电压表V的示数U与电流表A的示数I并描在了图乙中，请在图乙中作出该电动机的I-U图线。
(3)(2分)由图乙可知该电动机线圈的电阻为 Ω(保留2位有效数字)。
(4)(2分)若两节5号电池串联的电动势为3.0 V，内阻为0.5 Ω，用它为该电机直接供电时，电动机输出的机械功率约为 W(保留2位有效数字)。
答案 (1)4 000.0 Ω (2)见解析图 (3)2.5
(4)0.61(0.53~0.65)
解析 (1)由题意知，将两节5号电池串联起来为该电动机直接供电，电动机转动但转速较低，说明该电动机额定电压大于3 V。由电表扩程知识易知，R0的阻值调为2 000.0 Ω，改装后电压表和电阻箱两端最大电压为3.0 V，R0的阻值调为4 000.0 Ω，改装后电压表和电阻箱两端最大电压为5.0 V。因此，探究该额定电压大于3 V的电机通电后电流与电压的关系，电压表串联电阻箱后两端最大电压应大于3 V，故选4 000.0 Ω。
(2)作出该电动机的I-U图线如图(a)。
(3)由题图乙可知，当电压表的电压小于0.45 V时，电动机不转为纯电阻，由欧姆定律得该电动机内线圈的电阻为R=UI=0.45×50.90 Ω=2.5 Ω
(4)若两节5号电池串联的电动势为3.0 V，内阻为0.5 Ω，由闭合电路欧姆定律得路端电压随电流变化的关系为U端=E-Ir=3.0-0.5I
对应题图乙中电压表示数与电流表示数关系为5U=-0.5I+3.0，作出图线如图(b)所示，两图线交点对应为实际电压和电流，U=0.53 V，I=0.72 A；则电动机的功率P=5UI=5×0.53×0.72 W=1.908 W，电动机发热功率P热=I2r=0.722×2.5 W=1.296 W，电动机输出的机械功率为P机=P-P热≈0.61 W