适用于老高考旧教材2024版高考物理二轮复习专题分层突破练14电学实验（附解析）

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1.(2023黑龙江大庆三模)小明同学自制了一个两挡位(“×100”和“×1 000”)的简易欧姆表,其内部结构如图所示。
(1)在使用该欧姆表测量电阻时,下列说法正确的是 。
A.双手同时捏住两表笔金属杆,测量值将偏小
B.为了得到准确的测量结果,应让指针尽量指向表盘右侧
C.选择“×100”挡测量时发现指针位于20与30正中间,则测量值小于25 Ω
D.在测量未知电阻时,必须先选择倍率最大挡进行试测
(2)利用该简易欧姆表测某电压表内阻时,电压表正接线柱应接 (选填“A”或“B”)端;
(3)若该欧姆表使用一段时间后,电池电动势E未变,内阻r变大,调零后测量某电阻的阻值,其测量值 (选填“大于”“小于”或“等于”)真实值;
(4)选“×100”挡位欧姆调零后,在A、B间接入阻值为1 000 Ω的定值电阻R1,稳定后电流计G的指针偏转到满偏刻度的一半;取走R1,在A、B间接入待测电阻Rx,稳定后电流计G的指针偏转到满偏刻度的,则Rx= Ω;
(5)小明同学在未闭合S1时,完成了欧姆调零,试测后发现所选挡位不合适,立即将开关S1闭合,将选择开关旋至 (选填“×100”或“×1 000”)挡,此时欧姆调零,需将滑动变阻器R的滑片 (选填“向上”或“向下”)滑动。
2.(2023辽宁卷)导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆。现有一根用导电漆制成的截面为正方形的细长样品(固态),某同学欲测量其电阻率,设计了如图(a)所示的电路图,实验步骤如下:
图(a)
a.测得样品截面的边长a=0.20 cm;
b.将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触,其中甲、乙、丁位置固定,丙可在乙、丁间左右移动;
c.将丙调节至某位置,测量丙和某探针之间的距离L;
d.闭合开关S,调节电阻箱R的阻值,使电流表示数I=0.40 A,读出相应的电压表示数U,断开开关S;
e.改变丙的位置,重复步骤c、d,测量多组L和U,作出U-L图像如图(b)所示,得到直线的斜率k。
图(b)
回答下列问题:
(1)L是丙到 (选填“甲”“乙”或“丁”)的距离;
(2)写出电阻率的表达式ρ= (用k、a、I表示);
(3)根据图像计算出该样品的电阻率ρ= Ω·m(保留2位有效数字)。
3.(2023山东济宁高三一模)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。
4.(2023山东潍坊高三一模)某同学测量一量程为0~500 mV的电压表的内阻。实验所提供的器材有:待测电压表、滑动变阻器R1(0~20 Ω)、电阻箱R2、定值电阻R3(阻值20 Ω)、电池(电动势约1.5 V,内阻可忽略不计)、导线和两个开关。
甲
该同学设计了如图甲所示的电路图,正确连接电路后进行了如下操作:
①把滑动变阻器R1的滑片滑到a端,闭合开关S2,并将电阻箱R2的阻值调到适当阻值;
②闭合开关S1,调节滑动变阻器R1滑片的位置,使电压表的指针指到满刻度;
③保持开关S1闭合、滑动变阻器R1滑片的位置不变,断开开关S2,调整电阻箱R2的阻值,当电阻箱R2调节旋钮位置如图乙所示时,电压表的指针指在满刻度的处。
乙
请回答下列问题:
(1)用笔画线代替导线将实物图丙补充完整;
丙
(2)图乙中电阻箱R2接入电路的阻值为 Ω;
(3)该电压表内阻为 Ω;
(4)在操作无误的情况下,实际测出的电压表内阻的测量值R测 (选填“大于”“小于”或“等于”)真实值RV。在其他条件不变的情况下,若RV越大测量误差就越 (选填“大”或“小”)。
B组素能提升练
5.(2022河北卷)某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲,设计电路如图甲所示。选用的器材有:限温开关S1(手动将其按下,开始持续加热煮饭,当锅内温度高于103 ℃时自动断开,之后不能自动闭合);保温开关S2(当锅内温度高于80 ℃时自动断开,温度低于70 ℃时自动闭合);电饭煲的框架(结构如图乙所示)。自备元件有:加热电阻丝R(阻值为60 Ω,用于加热煮饭);限流电阻R1和R2(阻值均为1 kΩ);指示灯L1和L2(2.5 V,0.6 W,当电流低于30 mA时可视为熄灭);保险丝T。
甲
乙
(1)按照兴趣小组设计的电路,下列说法正确的是 (多选)。
A.按下S1,L1和L2均发光
B.当锅内温度高于103 ℃时,S1自动断开,L1和L2均发光
C.保温过程中,S2自动在闭合、断开状态之间交替切换
D.当锅内温度低于70 ℃时,S2自动闭合,L1发光,L2熄灭
(2)简易电饭煲制作完成后,试用时L1始终不亮,但加热和保温功能均正常。在不增加元件的前提下,断开电源,使用多用电表判断发生故障的元件。下列操作步骤的正确顺序是 (填写各步骤前的字母)。
A.将选择开关旋转到“×100”位置
B.将两支表笔直接接触,调节“欧姆调零旋钮”,使指针指向欧姆零点
C.调整“指针定位螺丝”,使指针指到零刻度
D.测量指示灯L1两端的阻值
E.将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡
丙
丁
操作时,将多用电表两表笔与L1两端接触,若指针如图丙所示,可判断是 断路损坏;若指针如图丁所示,可判断是 断路损坏。(用电路中的元件符号表示)
6.(2023山东泰安一模)某实验小组欲将内阻Rg=40 Ω、量程为0~100 μA的电流表改装成欧姆表,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)为了保证改装后欧姆表能正常使用,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欧姆表。
甲
乙
(2)欧姆表改装好后,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刻度对应改装后的欧姆表的刻度为 kΩ。
(3)利用改装后的欧姆表进行电阻测量,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。
专题分层突破练14 电学实验
1.答案 (1)A (2)A (3)等于 (4)2 000 (5)×100 向下
解析 (1)在使用该欧姆表测量电阻时,双手同时捏住两表笔金属杆,相当于把人并联在了被测电阻两端,所以被测电阻测量值会偏小,A正确;欧姆表表盘中间刻度比较均匀,两端刻度不均匀,所以为了得到准确的测量结果,应让指针尽量指向表盘中间,B错误;选择“×100”挡测量时发现指针位于20与30正中间,由于刻度不均匀,则测量值小于25×100Ω=2500Ω,C错误;因为无论选择哪个倍率,测量范围都是0~∞,因此在测量未知电阻时,可以选择一个倍率进行测量,然后根据偏转角的情况进行调整,不必选择倍率最大挡进行试测,D错误。
(2)根据欧姆表内部电源的正负极,可知电流从欧姆表的A端流出,所以利用该简易欧姆表测某电压表内阻时,电压表正接线柱应接A端。
(3)根据欧姆表的欧姆调零原理Ig=
测电阻的原理为I=
可知,电池电动势E未变,内阻r变大,调零后R变小,R内不变,故被测电阻的测量值等于真实值。
(4)根据闭合电路的欧姆定律,有
Ig=
解得Rx=2000Ω。
(5)闭合S1后,欧姆表的内阻变小,所以应将选择开关旋至“×100”挡,根据欧姆调零原理可知,此时滑动变阻器接入电路的电阻应该变小,所以滑片向下滑动。
2.答案 (1)乙 (2) (3)6.5×10-5
解析 (1)由题图(b)可知,电压表示数U与L成正比例关系,随L的增大而增大,由串联分压关系可知,L是丙到乙的距离。
(2)由电阻定律R=ρ可得,ρ=,根据欧姆定律可得R=,由题中条件可得S=a2,所以ρ=,由图(b)可得图线斜率k=,所以电阻率的表达式为ρ=。
(3)样品截面边长a=0.20cm,电流I=0.40A,斜率k=,代入电阻率表达式计算得ρ=6.5×10-5Ω·m。
3.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2V,改装后电压表量程为2V,所以串联电阻大小为R=-RA1=9200Ω,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=-I2,由图像可得=190×10-6A,,解得E=1.9V,r=1.0Ω。
(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.答案 (1)见解析 (2)596.0 (3)1 192.0 (4)大于 小
解析 (1)根据电路图将实物图补充如图所示。
(2)电阻箱的读数为0×10000Ω+0×1000Ω+5×100Ω+9×10Ω+6×1Ω+0×0.1Ω=596.0Ω。
(3)根据串联电路的分压特点有=2,代入数据解得RV=2R=1192.0Ω。
(4)实验中在断开S2,调整电阻箱接入电路的阻值时,滑动变阻器R1与电阻箱R2、电压表并联部分电路总电阻增大,根据串联电路的分压特点,滑动变阻器R1的左边部分电压增大,则电压表的指针指在满刻度的处时,电阻箱R2两端的电压大于U,则有=2,得RV真30mA,则L2一定发光,此时并联的整体的电压为U并=I总R并=11.89V,则流过L1的电流为IL1=A=0.012A,因为流过L1的电流小于30mA,则L1熄灭,B错误;由题知,保温过程中,S2在锅内温度高于80℃时自动断开,锅内温度降到70℃以下时S2自动闭合,C正确;当锅内温度低于70℃时,S2自动闭合,L2支路被短路,则L2不会发光,此时电路中R1和L1串联后再与R并联,则流过L1的电流为IL1'=A=0.218A,因为流过L1的电流大于30mA,则L1发光,D正确。
(2)多用电表的操作步骤:调整“指针定位螺丝”,使指针指到零刻度——机械调零;将选择开关旋转到欧姆挡“×100”挡位置——选挡;将两支表笔直接接触,调节“欧姆调零旋钮”,使指针指向欧姆零点——欧姆调零;测量指示灯L1两端的阻值——测量;将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡——关闭多用电表,故正确顺序为CABDE;由于使用时L1始终不亮,但加热和保温功能均正常,则说明R、L2、R2、T均正常,由图丙可知L1两端有1090Ω左右的电阻,则说明L1始终不亮的原因是L1断路损坏;由于使用时L1始终不亮,但加热和保温功能均正常,则说明R、L2、R2、T均正常,由图丁可知欧姆表的示数几乎为零,但由于RL=10.42Ω,此时选用的是“×100”挡,则说明灯泡L1正常,故L1始终不亮的原因是R1断路损坏。
6.答案 (1)R1 实物连接见解析 (2)958 15 (3)1 560 60
解析 (1)为了保证改装后欧姆表能正常使用,欧姆调零时,有Ig=,解得欧姆调零时欧姆表内阻为R欧=Ω=15000Ω,此时滑动变阻器接入电路的阻值为R滑=R欧-R0-Rg-r=(15000-14000-40-2)Ω=958Ω,则滑动变阻器应选R1;欧姆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958Ω;设电流表表盘的50μA刻度对应改装后的欧姆表的刻度为Rx,由闭合电路欧姆定律有I=,解得Rx=-R欧=Ω-15000Ω=15000Ω=15kΩ。
(3)设欧姆表改装后干路的最大电流为Im,则欧姆调零时有Im=,对电路进行了改进,使中值电阻为1500Ω,则有Im=,联立解得R欧'=1500Ω,Im=1mA=1000μA,图乙中电阻箱的阻值应调为R箱==1560Ω;若用该表测量一阻值为1000Ω的电阻时,此时干路电流为I总==0.6mA=600μA,则电流表指针对应的电流是I1=I总=×600μA=60μA。