2021年高考物理试题专题34 电学实验（B）

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2021年高考物理精品试题专题34 电学实验（B）一、实验题在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5 V 2.5 W”的小灯泡、导线和开关外，还有：A.直流电源（电动势约为 5 V，内阻可不计）B.直流电流表（量程 0∼3 A，内阻约为 0.1 Ω）C.直流电流表（量程 0∼600 mA，内阻约为 5 Ω）D.直流电压表（量程 0∼15 V，内阻约为 15 kΩ）E.直流电压表（量程 0∼5 V，内阻约为 10 kΩ）F.滑动变阻器（最大阻值 10 Ω，允许通过的最大电流为 2 A）G.滑动变阻器（最大阻值 1 kΩ，允许通过的最大电流为 0.5 A）实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据。(1) 实验中电流表应选用 ，电压表应选用 ，滑动变阻器应选用 （均用序号字母表示）。(2) 某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示，现把实验中使用的小灯泡接到如图乙所示的电路中，其中电源电动势 E=2 V，内阻 r=1 Ω，定值电阻 R=9 Ω，此时灯泡的实际功率为 W。（结果保留两位有效数字）实际电压表内阻并不是无限大，可等效为理想电流表与较大的电阻的串联。现要测量一只量程已知的电压表的内阻，器材如下：A.待测电压表( 0∼3 V，内阻约 3 kΩ 待测)B.电流表( 0∼3 A，内阻 0.1Ω )C.电池组（电动势约为 3 V，内阻不计)D.滑动变阻器E.变阻箱（可以读出电阻值，0∼9999Ω )F.开关和导线若干。某同学利用上面所给器材，进行如下实验操作：(1) 该同学设计了如图甲、乙两个实验电路。为了更准确地测出该电压表内阻的大小，你认为其中相对比较合理的是 （填“甲”或“乙”）电路；(2) 用你选择的电路进行实验时，闭合电键 S，调节变阻箱的阻值，记录需要直接测量的物理量：电压表的读数 U 和 （填上文字和符号）；(3) 由所测物理量选择下面适当坐标轴，能作出相应的直线图线，最方便地计算出电压表内阻的是 ；A. U−I   B. U−1I   C. 1U−R   D. U−R (4) 设直线图象的斜率为 k 、截距为 b，请写出待测电压表内阻的表达式为 RV= 。某个同学设计了一个电路，既能测量电池组的电动势 E 和内阻 r，又能同时测量未知电阻 R2 的阻值。器材如下：A.电池组（四节干电池）B.待测电阻 Rx（约 10 Ω）C.电压表 V1（量程 3 V 、内阻很大）D.电压表 V2（量程 6 V 、内阻很大）E.电阻箱 R（最大阻值 99.9 Ω）F.开关一只，导线若干实验步骤如下：①将实验器材连接成如图（a）所示的电路，闭合开关，调节电阻箱的阻值，先让电压表 V1 接近满偏，逐渐增加电阻箱的阻值，并分别读出两只电压表的读数。(1) 根据记录的电压表 V1 的读数 U1 和电压表 V2 的读数 U2，以 U2U1 为纵坐标，以对应的电阻箱的阻值 R 为横坐标，得到的实验结果如图（b）所示。由图可求得待测电阻 Rx= Ω（保留两位有效数字）。(2) 图（c）分别是以两电压表的读数为纵坐标，以两电压表读数之差与电阻箱阻值的比值 U2−U1R 为横坐标得到结果。两图线的交点的横坐标为 A，纵坐标为 V。（结果均保留两位有效数字）。用下列器材测出电压表 V1 的内阻。要求有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据：A.电压表 V1（量程 3 V，内阻约几千欧）B.电压表 V2（量程 15 V，内阻约几十千欧）C.定值电阻 R0（10 kΩ）D.滑动变阻器 R（0∼20 Ω）E.直流电源 E（电动势约 6 V，内阻较小）F.开关 S 与导线若干(1) 请在虚线框内画出测量电路图，按图中元件标上相应符号。(2) 若实验中电压表 V1 的示数用 U1 表示，电压表 V2 的示数用 U2 表示，电压表 V1 内阻的表达式为：Rv= 。(3) 根据实验中获得的数据，画出 U2−U1 图象如图所示，根据图象可求得 Rv 的值为 kΩ。二、填空题图示为简单欧姆表原理示意图，其中电流表的偏电流 IR=20 mA，内阻 Rg=10 Ω，可变电阻 R 的最大阻值为 1 kΩ，电池的电动势 E=1.5 V，内阻 r=0.5 Ω，图中与接线柱相连的左侧表笔颜色应是 色，按正确使用方法测量电阻 Rx 的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则 Rx= Ω。若使用一个普通万用表的欧姆挡，按正确使用方法测量某电阻的阻值，使用 ×100 的挡，发现指针偏转角太小，则应该换档 （填“×10”“×1000”）。三、实验题某同学要测量由三节相同的干电池串联组成的电池组的电动势 E 和内电阻 r，实验室提供的器材除了开关、导线外，还有：A.待测电池组B.电流表 A（量程 0∼500 mA，内阻等于 5 Ω）C.电压表 V1（量程 0∼3 V，内阻等于 3 kΩ）D.电压表 V2（量程 0∼15 V，内阻等于 15 kΩ）E.定值电阻 R1=9 kΩ F.定值电阻 R2=2 kΩ G.滑动变阻器 RL1（0∼50 Ω）H.滑动变阻器 RL2（0∼1 kΩ）要求测量结果尽量准确、能测量多组数据且滑动变阻器调节方便。该同学设计的测量电路如图甲所示。(1) 电路中的电压表 V 应选择 ；定值电阻 R 应选择 ；滑动变阻器 RL 应选择 ；（填各元件前的字母代码）(2) 该同学在实验中测出多组电流表 A 和电压表 V 的示数，根据记录数据作出的 U−I 图象如图乙所示，根据图象可求得：待测电池组的电动势 E= V；内阻 r= Ω。（结果保留两位有效数字）用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。待测电源的电动势约为 4 V 、内阻约为 2 Ω，保护电阻 R1=10 Ω 和 R2=5 Ω。除了导线和开关外，实验室还提供了如下器材：A.滑动变阻器 R（0∼50 Ω，额定电流 2 A）B.滑动变阻器 R（0∼5 Ω，额定电流 1 A）C.电流表 A（0∼6 A，内阻约为 0.2 Ω）D.电流表 A（0∼200 mA，内阻约 2 Ω）E.电压表 V（0∼15 V，内阻约 15 kΩ）F.电压表 V（0∼3 V，内阻约 3 kΩ）实验的主要步骤有： I .将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关 II .逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记录电压表示数 U 和相应电流表示数 I； III . U 为纵坐标，I 为横坐标，作 U−I 图线（U 、 I 都用国际单位）； IV .求出 U−I 图线斜率的绝对值 k 和在横轴上的截距 a。(1) 电压表应选用 ；电流表应选用 ；滑动变阻器应选用 。（填序号）(2) 若滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大，两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是 。A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱(3) 用 k 、 a 、 R1 、 R2 表示待测电源的电动势 E 和内阻 r 的表达式，E= ，r= ，代入数值可得 E 和 r 的测量值。某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。实验操作如下：(1) 螺旋测微器如图 1 所示。在测量电阻丝直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动 （选填“A”“B”或“C”），直到听见“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏。(2) 选择电阻丝的 （选填“同一”或“不同”）位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径。(3) 图 2 甲中 Rx 为待测电阻丝。请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入图 2 乙实物电路中的正确位置。(4) 为测量 Rx，利用图 2 甲所示的电路，调节滑动变阻器测得 5 组电压 U1 和电流 I1 的值，作出的 U1−I1 关系图象如图 3 所示。接着，将电压表改接在 a 、 b 两端，测得 5 组电压 U2 和电流 I2 的值，数据见下表： U2/V0.501.021.542.052.55I2/mA20.040.060.080.0100.0 请根据表中的数据，在方格纸上作出 U2−I2 图象。(5) 由此，可求得电阻丝的 Rx= Ω。根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率。某待测电阻 Rx（阻值约 20 Ω）。现在要较准确地测量其阻值，且测量时要求两电表的读数均大于其量程的 13，实验室还有如下器材：A.电流表 A1（量程 150 mA，内阻 r1 约为 10 Ω）B.电流表 A2（量程 20 mA，内阻 r2=30 Ω）C.定值电阻 R0（100 Ω）D.滑动变阻器 R（0∼10 Ω）E.直流电源 E（电动势约 4 V，内阻较小）F.开关 S 与导线若干(1) 在下图中虚线框内画出测量电阻 R2 的电路图，并将图中元件旁标上相应符号；(2) 用已知量和一组直接测得的量写出测量电阻 Rx 的表达式为 。答案一、实验题1. 【答案】(1) C；E；F(2) 0.075（0.073∼0.077 皆可）【解析】(1) 灯泡的额定电压为 5 V，因此电压表选择大于等于 5 V 的同时满足被测电压的最大值大于量程的 13 即可，故选E；而灯泡的额定电流 I=PU=2.55=0.5 A；故电流表应选择C；实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，为减小误差，滑动变阻器应选择F；(2) 将定值电阻等效为电源内阻，作出等效电源的伏安特性曲线如图所示：与灯泡的伏安特性曲线的交点为灯泡的工作点，由图可知，此时灯泡的电压：U=0.5 V，电流：I=0.15 A，则灯泡的功率：P=UI=0.5×0.15=0.075 W。2. 【答案】(1) 乙(2) 变阻箱的读数 R (3) C(4) bk 【解析】(1) 甲电路中电流表的示数变化很小，故采用乙电路可以较大范围地测量数据；(2) 电路中示数变化的为电压表以及变阻箱，因此需要记录这两个仪器的示数；(3) 由闭合电路欧姆定律可知 U=E−URVR，代入化简可得 1U=1E+1ERVR，由此可知正确选项为C；(4) 由③中表达式可知，斜率 k=1ERV 以及截距 b=1E，代入求解可得电压表电阻为 bk。3. 【答案】(1) 8.0 (2) 0.50；4.0 【解析】(1) 由欧姆定律可知：U2=U1+U1RxR，即 U2U1=1+1RxR；由表达式可知图象与纵轴的截距等于 1，则斜率 1Rx=3−116=18，即 Rx=8.0 Ω。(2) 由电路图可知 U2−U1R=I，则过原点的直线表示电阻 Rx 的伏安线，函数关系为 U=8I；倾斜的直线表示电源的 U−I 线，则由图象可知 E=6.0 V；r=ΔUΔI=6.01.5=4.0 Ω；U−I 关系为 U=6−4I，解方程组可得，两图象的交点为：I=0.5 A；U=4.0 V。4. 【答案】(1) (2) U1U2−U1R0 (3) 7.86 【解析】(1) 滑动变阻器最大阻值远小于电压表 V1 内阻，则滑动变阻器应用分压式接法；将电压表 V1 与定值电阻串联，再将电压表 V2 与它们并联，则通过支路电路中的电流为：I=U2−U1R0，求出了通过电压表 V1 的电流 I，即可得出电压表 V1 内阻。电路图如答案图所示。(2) 由欧姆定律得：Rv=U1I=U1U2−U1R0。(3) 由通过电压表和定值电阻的电流相等列方程： U1Rv=U2R0+Rv，得 U2=R0+RvRvU1，由数学知识得图象斜率意义为 R0+RvRv，斜率大小为 52.2，即 R0+RvRv=52.2，解得 Rv=7.86 kΩ。二、填空题5. 【答案】红；75；×1000 【解析】根据电源内部正负极的接法，电流是从 B 表笔流出，而从 A 表笔流入，而欧姆表和其他表是共用一个表头的，而使用其他表是要求电流从红接线柱流进，从黑表表流出，所以左接线柱是红表笔；若使用正确方法测电阻时，指针指在中央，由闭合电路欧姆定律有：EIm=Rg+R+r，E12Im=Rg+R+r+Rx，联立解得：Rx=75 Ω。因为 Rx=k× 示数，由于指针偏转太小，则示数较大，要使示数适中，则增大倍率，所以选倍率较大的 ×1000。三、实验题6. 【答案】(1) C；F；G(2) 4.0；12.5 【解析】(1) 三节干电池的电动势约为 4.5 V，如果采用 15 V 的电压表进行测量误差太大，故应采用 3 V 量程的 V1 与定值电阻串联，根据改装原理可知，改装后电压表量程应大于 4.5 V，故应与 R2 串联，串联后电压表的量程为 5 V，符合题意，故定值电阻选择 R2；因电源内阻较小，为了便于调节，滑动变阻器应选择总阻值较小的 RL1，即C、F、G符合题意；(2) 根据改装原理可知，RV1+R2RV1U=53U=E−Ir，则可知 U=35E−35Ir，则可知，35E=2.4，35r=2.4−0.90.2，解得：E=4.0 V，r=12.5 Ω。7. 【答案】(1) F；D；A(2) C(3) ka；k−R2 【解析】(1) 待测电源的电动势约为 4 V，故电压表选F；当滑动变阻器接入电阻最小时，通过电流表电流最大，此时通过电流表电流大小约为：I=ER1+R2+r=410+5+2 A=235 mA，电流表选择D；电路中的滑动变阻器选用的是限流式接法，故应选最大值较大的滑动变阻器，故选A；(2) 滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大，说明移动过程中滑动变阻器接入电路的电阻增大，因此说明一根导线接在金属杆上，另一条导线接在电阻丝左端接线柱，故选C。(3) 由闭合电路欧姆定律可知 U=E−I(r+R2)，对比伏安特性曲线可知，图象的斜率为 k=r+R2，则内阻 r=k−R2，令 U=0，则有 I=Er+R2=Ek，由题意可知，图象与横轴截距为 a，则有 a=I=Ek，解得 E=ka。8. 【答案】(1) C (2) 不同(3) 根据图示电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示：(4) 根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后根据坐标系内描出的点作出图象如图所示：(5) 23.5 【解析】(1) 为保护螺旋测微器，将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动微调旋钮 C，直到听见“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏。(2) 为减小实验误差，选择电阻丝的不同位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径。(5) 由图示电路图可知： Rx+RA=R0=ΔU1ΔI1=1.9640×10−3 Ω=49 Ω， RA+R0=ΔU2ΔI2=2.0480×10−3 Ω=25.5 Ω，则电阻丝阻值： Rx=49 Ω−25.5 Ω=23.5 Ω。9. 【答案】(1) 如图所示(2) Rx=I2(r2+R0)I1−I2 【解析】(1) 本题易错点是想不到用已知内阻的电流表去改装电压表。从题给出的器材中知，这里对电阻 Rx 的测量可用伏安法来设计电路。由于题给出的器材中没有电压表，而电流表 A2 的内阻 r2 已知，因此电压表可由电流表 A2 和定值电阻 R0（100 Ω）串联。通过计算我们不难发现，这种设计完全符合题中的测量要求。考虑到题给出的其他器材规格与要求，控制电路宜采用分压式控制电路。完整的实验电路设计成如上图所示。(2) 进行实验时在某次合适的测量中，记下 A1 表与 A2 表的示数分别为 I1 与 I2，则有 (I1−I2)Rx=I2(r2+R0)，故 Rx=I2(r2+R0)I1−I2。