高考物理二轮复习第1部分专题突破方略专题6第2讲电学实验及创新试题含解析

第一部分　专题六　第2讲　电学实验及创新

基础题——知识基础打牢

1．(2021·福建福州质检)利用图甲所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差．实验室供选择的器材有：

A．电流表A(0～0.6 A)

B．电压表V1(0～3 V)

C．电压表V2(0～15 V)

D．滑动变阻器R(0～20 Ω)

E．定值电阻R0＝1 Ω

F．开关一个，导线若干

(1)实验中电压表应选用  B  (选填相应器材前的字母)；

(2)闭合开关，电压表和电流表均有示数，但是无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表的读数变化都非常小．同学们讨论后，在原电路的基础上又加了一个定值电阻R0，问题得到解决．请你在虚线框内画出改进后的电路图．该小组用改进后的电路图，记录了6组数据，对应的点已经标在坐标纸上．请在图乙坐标纸上画出U－I图线，并根据所画图线可得出干电池的电动势E＝1.5 V，内电阻r＝  0.14(0.12～0.16)  Ω(保留两位有效数字)．

【答案】　(2)见解析图

【解析】　(1)实验中因为测量一节干电池的电动势，则电压表应选用B；

(2)改进后的电路图如图；

画出U－I图线如图；

由图可知电源内阻，r＝－R0＝ －1 Ω＝0.14 Ω.

2．(2021·福建龙岩质检)图甲为欧姆表“×10”挡的内部电路，电流表G的满偏电流Ig＝10 mA，内阻Rg＝90 Ω.

(1)某同学为了测量电路中电源的电动势，先将红、黑表笔短接，调节滑动变阻器R，使电流表G的指针满偏，接着在两表笔间接一阻值为82.0 Ω的定值电阻，电流表G的指针位置如图乙所示，则电流表G的电流读数为  6.5  mA，可求出电源的电动势为  1.5  V(结果保留两位有效数字)．

(2)该同学欲将此欧姆表改装为“×1”的倍率，可在图甲中电流表G两端并联一个阻值为  10  Ω的定值电阻．

【解析】　(1)电流表G的电流读数为6.5 mA；根据闭合电路欧姆定律，两表笔短接时有E＝Ig(R＋Rg＋r)，两表笔间接82.0 Ω的定值电阻时有E＝I(Rx＋R＋Rg＋r)，联立解得E＝1.5 V

(2)欲将此欧姆表改装为“×1”的倍率，就是将电流表内阻变为原来的，设并联的电阻为R1，＝Rg，解得R1＝10 Ω

3．(2021·河北“五个一名校联盟”联考)如图(a)为简易多用电表的电路图．图中E是电动势为1.5 V的干电池；R1、R2、R3、R4和R5是定值电阻，R6是可变电阻；表头G的满偏电流为250 μA，内阻为600 Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连．该多用电表有5个挡位，分别为：直流电压2.5 V挡位和10 V挡位；直流电流1 mA挡位和10 mA挡位；欧姆×100挡位．

(1)根据题给条件可得R1＋R2＝  200  Ω，R4＝  2_350  Ω.

(2)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示．若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为  4.0  mA；若此时B端是与“3”相连的，则读数为  2_200  Ω；若此时B端是与“4”相连的，则读数为  1.00  V.

(3)表内干电池由于使用时间较长了，导致电池的电动势变小，内阻变大了，但还能进行欧姆调零．此时测量一电阻的电阻值，在各项操作都无误的情况下，电阻的测量值  大于  (选填“大于”“小于”或“等于”)电阻的真实值．

【解析】　(1)由电流表的改装原理可知，接1时电流表的量程较大，为10 mA挡，接2时为1 mA挡位，由串并联知识可得R1＋R2＝ Ω＝200 Ω

表头G与R1、R2的总电阻为R＝150 Ω，接4为2.5 V挡，由电压表的改装原理可得R4＝ Ω＝2 350 Ω

(2)B端与“1”相连时为10 mA挡，最小分度为0.2 mA，不用估读到下一位，故读数为4.0 mA．

B端与“3”相连时为电阻×100挡，故读数为22×100＝2 200 Ω

B端与“4”相连时为电压2.5 V挡，最小分度为0.05 V，不用估读到下一位，读数为1.00 V.

(3)由于电池的电动势变小，内阻变大了，导致中值变大，故读数总体会偏大，即电阻的测量值大于电阻的真实值．

4．(2021·广东六校联考)某同学要测量量程为3 V电压表的内阻值，步骤如下：

(1)先用多用电表的欧姆挡测量量程为3 V电压表的内阻值，用欧姆“×100”挡测量，表盘示数如图甲所示，则电压表示数为  2.20  V，阻值约为  2_200  Ω；

(2)要进一步精确测量电压表其阻值，实验室中可提供的器材有：

①电阻箱R，最大电阻为9 999 Ω

②定值电阻r＝2 kΩ

③电动势约为6 V，内阻不计的电源E

④开关、导线若干．

实验的电路图如图乙所示，先正确连好电路，再调节电阻箱R的电阻值，使得电压表的指针半偏，记下此时电阻箱R的电阻值R1＝4 450 Ω；然后调节电阻箱R的值，使电压表的指针满偏，记下此时电阻箱R的电阻值R2＝150 Ω.

(3)此实验计算电压表内阻RV的表达式为RV＝  2_150  Ω；

(4)若电源的内阻不能忽略，则电压表内阻RV的测量值将  A  .

A．偏大

B．不变

C．偏小

D．不能确定，要视电压表内阻的大小而定

【解析】　(1)电压表的最小分度为0.1 V，应估读到0.01 V，故读数为2.20 V.

阻值为22×100＝2 200 Ω

(3)设电压表半偏时电流为I，则电压表满偏时电流为2I，由闭合电路欧姆定律可得

E＝I(RV＋R1＋r)

E＝2I(RV＋R2＋r)联立代入数据可解得RV＝2 150 Ω.

(4)若电源的内阻不能忽略，假设为r′，则闭合电路欧姆定律应为E＝I(RV＋R1＋r＋r′)＝2I(RV＋R2＋r＋r′)，代入数据可解得电压表内阻的实际值为RV＝2 150 Ω－r′，则电压表内阻RV的测量值偏大，A正确．

5．(2021·河北张家口一模)电流表G的量程为0～100 μA，内阻r＝180 Ω，把它改装成如图所示的一个多量程多用电表，当开关S接到1或2位置时为电流挡，其中小量程为0～1 mA，大量程为0～10 mA．当开关S接到4时为电压挡，电压表量程为0～3 V.

(1)开关S接位置  2  (填“1”或“2”)时，电流表的量程为0～1 mA，图中电阻R1＝  2  Ω，R2＝  18  Ω，R4＝  2_982  Ω.

(2)图中电源E的电动势为1.5 V，当把开关S接到位置3时，短接A、B进行欧姆调零后，此欧姆挡内阻为  1_500  Ω，现用该挡测一电阻阻值，指针偏转到30 μA，则该电阻的阻值为  3_500  Ω.

【解析】　(1)根据电流表改装的规律，并联电阻越小，量程越大，所以开关S接位置2时，为小量程．

接2时，有＝＝

接1时，有＝＝99

解得R1＝2 Ω，R2＝18 Ω

接4时，有100×10－6×180＋0.001R4＝3 V，解得R4＝2 982 Ω

(2)表笔短接，电流表满偏，则有r′＝＝ Ω＝1 500 Ω

根据闭合电路的欧姆定律得R＝－r′＝－1 500 Ω＝3 500 Ω

6．(2021·湖北武汉质检)某实验小组测量一捆长度为L＝100 m铜芯线的电阻率，实验如下：

(1)如图甲所示，用螺旋测微器测得铜芯的直径为  1.402  mm；

(2)如图乙所示，取整捆铜芯线、2节干电池和相关器材，为了使电压表示数能从零开始连续调节，请补充连接好实物电路；

(3)正确连接实物电路后，闭合开关，调节滑动变阻器，测得电流表示数为2.00 A，此时电压表示数如图丙所示，则其示数为  2.40  V.计算得到铜芯线的电阻率为ρ测＝  1.8×10－8  Ω·m(计算结果保留两位有效数字)；

(4)实验小组查阅教材得知：在t0＝20 ℃时铜的电阻率为ρ0＝1.7×10－8Ω·m.显然ρ测>ρ0，你认为造成这种偏差的可能原因是  CD  .

A．电流表测得的电流大于通过铜芯线的电流

B．用螺旋测微器测得铜芯的直径偏小

C．实验时铜芯线的温度高于20 ℃

D．铜芯线不纯，含有杂质

【答案】　(2)见解析

【解析】　(1)螺旋测微器测得铜芯的直径为1 mm＋40.2×0.01 mm＝1.402 mm

(2)滑动变阻器采用分压式接法，电流表采用外接法，连接电路如图所示

(3)由于电压表接3 V量程，因此电压表读数为2.40 V

电阻的测量值R测＝＝1.2 Ω，根据R＝ρ＝ρ，整理得ρ测＝1.8×10－8Ω·m

(4)根据R＝，如果电流表测得的电流大于通过铜芯线的电流，会导致电阻测量值偏小，从而导致电阻率测量值偏小，A错误；用螺旋测微器测得铜芯的直径偏小，导致横截面积测量值偏小，从而导致电阻率测量值偏小，B错误；随着温度升高，电阻率增大，因此可能实验时铜芯线的温度高于20 ℃，导致电阻率偏大，C正确；铜芯线不纯，含有杂质导致电阻率偏大，D正确．故选CD.

应用题——强化学以致用

7．(2021·湖北八市联考)某实验小组用如图(a)所示的电路测量一个电动势E约为9 V、内阻r在0～15 Ω范围内、允许通过的最大电流为0.6 A的电池的电动势和内阻，虚线框内表示的是由量程只有6 V、内阻为3 000 Ω的电压表和一只电阻箱R1共同改装成的新电压表．R2是保护电阻，R3也是电阻箱．

(1)若改装成的新电压表的量程为9 V，则电阻箱R1的阻值应该调节为  1_500  Ω；

(2)可备选用的定值电阻有以下几种规格，则R2宜选用  C  ；

A．5 Ω，2.5 W B．15 Ω，1.0 W

C．15 Ω，10 W D．150 Ω，5.0 W

(3)接好电路，闭合开关S，调节电阻箱R3，记录R3的阻值和改装成的电压表的示数U.测量多组数据，通过描点的方法在图(b)的坐标系中得到了一条在纵坐标上有一定截距的直线．若该小组选定纵轴表示电压的倒数，则横轴应为　　；

(4)该小组利用图(a)测量另一电源的电动势和内阻时，选取R2为10 Ω的定值电阻，将改装好的新电压表正确地接在A、C之间．调节电阻箱R3，测出若干R3的阻值和R2上相应的电压U1.用描点的方法绘出图(c)所示的图像．依据图像，可以测出电源的电动势E＝  7.5  V，内阻r＝  5.0  Ω(结果均保留两位有效数字)．

【解析】　(1)由题意可知，改装前的电压表参数为UV＝6 V，RV＝3 000 Ω

则其满偏电流为I＝＝ A

将其改装成新电压表，则改装后的电压表的内阻为RV′＝＝4 500 Ω

则可得R1＝RV′－RV＝1 500 Ω

(2)由题意可知，该电路的最大电流为0.6 A，则电路中最小总电阻约为Rmin＝＝15 Ω

其功率为P＝IR＝5.4 W，故选C.

(3)由闭合电路欧姆定律可得E＝U＋r

化简可得＝＋·

因此，若该小组选定纵轴表示电压的倒数，则横轴应为.

(4)由闭合电路欧姆定律可得E＝U＋(R3＋r)其中R2＝10 Ω

化简可得＝＋R3

结合图(c)可得

E＝7.5 V

r＝5.0 Ω

8．(2021·广东名校联盟联考)“测量土豆电池的电动势和内阻”的实验中．提供有以下器材

①新鲜土豆一个(质量约为300 g)

②铜片和铁片各一块

③量程为200 μA、内阻为RA＝500 Ω的电流表A

④电阻箱R(0～9 999.9 Ω)

⑤开关及导线若干

(1)请在方框内画出实验电路图．

(2)先将铜片和铁片分别插入土豆中合适的位置，连接线路时，应将铜片与电流表的  ＋  (填“＋”或“－”)接线柱相接．

(3)甲同学根据测量数据，选用合适的坐标轴作出一线性图像，根据图像，求出了电动势和内电阻，则他作的图像可能是  D  .(I为电流表示数，R为电阻箱读数)

A．I－R图像 B．I－图像

C．－图像 D．－R图像

(4)另一同学乙根据测量数据，作出了IR－I图像如图，根据图像可得该水果电池的电动势为  0.88～0.92  V，内电阻为  4.2～4.6  kΩ.(保留2位有效数字)

【答案】　(1)见解析图

【解析】　(1)因没有电压表，故本实验可以采用安阻法测电源电动势与内阻需要电阻箱与电流表，电路图如图所示：

(2)电荷从铁片一端流向铜片一端，即电流从铜片流向铁片，即铜片为正，所以应和电流表的“＋”相连；

(3)电阻箱阻值越大，电流表示数越小，不是线性图线，A错误；根据欧姆定律可知E＝I(R＋r＋RA)，解得I＝，变形可得＝＋·R，故－R为线性图像，故BC错误D正确．

(4)根据闭合回路欧姆定律可知E＝I(RA＋r)＋IR，变形可知IR＝E－I(RA＋r)，故IR－I图像的纵截距表示电源电动势，斜率表示RA＋r，将图丙的直线正反向延长，从与纵轴的交点读出电源电动势E＝0.90 V，直线的斜率绝对值为：k＝RA＋r＝ Ω＝5 000 Ω，故解得电源内阻：r＝5 000－500 Ω＝4 500 Ω＝4.5 kΩ.