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2019年高考物理大二輪專題復(fù)習(xí) 考前增分練 實(shí)驗(yàn)題專練部分 電學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與探究 1．(xx·廣東·34(1))某同學(xué)設(shè)計(jì)的可調(diào)電源電路如圖1(a)所示，R0為保護(hù)電阻，P為滑動(dòng)變阻器的滑片，閉合電鍵S. 圖1 ①用電壓表測量A、B兩端的電壓：將電壓表調(diào)零，選擇0～3 V擋，示數(shù)如圖(b)，電壓值為________ V. ②在接通外電路之前，為了保證外電路的安全，滑片P應(yīng)先置于________端． ③要使輸出電壓U變大，滑片P應(yīng)向________端滑動(dòng)． ④若電源電路中不接入R0，則在使用過程中，存在______的風(fēng)險(xiǎn)(填“斷路”或“短路”)． 答案?、?.30?、贏　③B?、軘嗦? 解析?、僮x數(shù)為1.30 V；②接通電路前，應(yīng)該使滑片置于A端，使用電器兩端的電壓為0，這樣才能保證外電路安全；③要增大外電路電壓，需要使滑片滑向B端；④如果電路中不接入保護(hù)電阻，可能造成電流過大，可調(diào)電源內(nèi)電路出現(xiàn)斷路現(xiàn)象，無法對外輸出電壓． 2．(xx·安徽·21Ⅱ)某同學(xué)為了測量一個(gè)量程為3 V的電壓表的內(nèi)阻，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)． (1)他先用多用表進(jìn)行了正確的測量，測量時(shí)指針位置如圖2所示，得出電壓表的內(nèi)阻為3.00×103 Ω，此時(shí)電壓表的指針也偏轉(zhuǎn)了．已知多用表歐姆擋表盤中央刻度值為“15”，表內(nèi)電池電動(dòng)勢為1.5 V，則電壓表的示數(shù)應(yīng)為________ V(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． 圖2 圖3 (2)為了更準(zhǔn)確地測量該電壓表的內(nèi)阻RV，該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖3所示的電路圖，實(shí)驗(yàn)步驟如下： A．?dāng)嚅_開關(guān)S，按圖3連接好電路； B．把滑動(dòng)變阻器R的滑片P滑到b端； C．將電阻箱R0的阻值調(diào)到零； D．閉合開關(guān)S； E．移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R的滑片P的位置，使電壓表的指針指到3 V的位置； F．保持滑動(dòng)變阻器R的滑片P的位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱R0的阻值使電壓表指針指到1.5 V的位置，讀出此時(shí)電阻箱R0的阻值，此值即為電壓表內(nèi)阻RV的測量值； G．?dāng)嚅_開關(guān)S. 實(shí)驗(yàn)中可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材有： a．待測電壓表 b．滑動(dòng)變阻器：最大阻值2 000 Ω c．滑動(dòng)變阻器：最大阻值10 Ω d．電阻箱：最大阻值9 999.9 Ω，阻值最小改變量為0.1 Ω e．電阻箱：最大阻值999.9 Ω，阻值最小改變量為0.1 Ω f．電池組：電動(dòng)勢約6 V，內(nèi)阻可忽略 g．開關(guān)、導(dǎo)線若干 按照這位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法，回答下列問題： ①要使測量更精確，除了選用電池組、導(dǎo)線、開關(guān)和待測電壓表外，還應(yīng)從提供的滑動(dòng)變阻器中選用________(填“b”或“c”)，電阻箱中選用________(填“d”或“e”)． ②電壓表內(nèi)阻RV的測量值R測和真實(shí)值R真相比，R測________R真(填“>”或“<”)；若RV越大，則越________(填“大”或“小”)． 答案　(1)1.0　(2)①c　d?、?　小 解析　(1)歐姆表的中值電阻即為其內(nèi)阻值．由歐姆擋中央刻度值為“15”可知?dú)W姆表內(nèi)阻為1.5×103 Ω，根據(jù)電阻分壓原理可知，電壓表的示數(shù)U＝·RV＝×3×103 V＝1.0 V. (2)①明確半偏法測電阻的實(shí)驗(yàn)原理．由半偏法測電阻和滑動(dòng)變阻器的分壓接法可知，滑動(dòng)變阻器的阻值應(yīng)遠(yuǎn)小于電表內(nèi)阻，故滑動(dòng)變阻器選c.電阻箱的最大阻值應(yīng)與電壓表內(nèi)阻相近或大于電壓表內(nèi)阻，故電阻箱選d. ②接入電阻箱后，電路總電阻阻值變大，干路電流變小，變阻箱R0和電壓表分擔(dān)的電壓變大，則UR0>URV，故R測>R真．RV越大，R測越接近真實(shí)值，故越小． 3．使用多用電表測量電阻時(shí)，多用電表內(nèi)部的電路可以等效為一個(gè)直流電源(一般為電池)、一個(gè)電阻和一表頭相串聯(lián)，兩個(gè)表筆分別位于此串聯(lián)電路的兩端．現(xiàn)需要測量多用電表內(nèi)電池的電動(dòng)勢，給定的器材有：待測多用電表，量程為60 mA的電流表，電阻箱，導(dǎo)線若干．實(shí)驗(yàn)時(shí)，將多用電表調(diào)至×1 Ω擋，調(diào)好零點(diǎn)；電阻箱置于適當(dāng)數(shù)值．完成下列填空： (1)儀器連線如圖4所示(a和b是多用電表的兩個(gè)表筆)．若兩電表均正常工作，則表筆a為______(填“紅”或“黑”)色． 圖4 (2)若適當(dāng)調(diào)節(jié)電阻箱后，圖4中多用電表、電流表與電阻箱的示數(shù)分別如圖5(a)、(b)、(c)所示，則多用電表的讀數(shù)為________ Ω.電流表的讀數(shù)為________ mA，電阻箱的讀數(shù)為________ Ω. 圖5 (3)計(jì)算得到多用電表內(nèi)電池的電動(dòng)勢為________ V．(保留3位有效數(shù)字) 答案　(1)黑　(2)14.0　53.0　4.6　(3)1.54 解析　(1)多用電表在使用時(shí)必須使電流從紅表筆(正接線柱)流進(jìn)，黑表筆(負(fù)接線柱)流出，串聯(lián)的電流表也必須使電流從正接線柱流進(jìn)，負(fù)接線柱流出，所以可以判斷電流是從a表筆流出的，a為黑表筆． (3)當(dāng)表頭短接時(shí)電路電流最大，為表頭的滿偏電流Ig＝，將Rg取為r＋rg＋R為多用電表的內(nèi)阻，當(dāng)待測電阻等于Rg時(shí)，這時(shí)表頭半偏，表針指在歐姆表盤的中值上，所以Rg又稱為中值電阻．當(dāng)選擇×1 Ω擋測量時(shí)中值電阻直接在歐姆表盤上讀數(shù)為15 Ω，在(2)中多用電表外的電阻為多用電表的讀數(shù)14.0 Ω，干路電流是53.0 mA，則電源電動(dòng)勢是E＝I(R內(nèi)＋R外)＝0.053×(15＋14) V＝1.537 V≈1.54 V. 4．(1)實(shí)驗(yàn)室新進(jìn)了一批低電阻的電磁螺線管，課外活動(dòng)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測算螺線管使用的金屬絲長度(金屬絲材料已知)．他們選擇了多用電表、電流表、電壓表、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、螺旋測微器、導(dǎo)線和學(xué)生電源等． (1)使用多用電表粗測金屬絲的電阻，操作過程分以下三個(gè)步驟： a．機(jī)械調(diào)零后，將紅、黑表筆分別插入多用電表的“＋”、“－”插孔，選擇“×1”的歐姆擋； b．________________________________________________________________________ (填寫b步驟的操作)； c．把紅、黑表筆分別與螺線管金屬絲的兩端相接，多用電表的示數(shù)如圖6所示，測得金屬絲電阻為________ Ω； 圖6 (2)利用電路更準(zhǔn)確測量金屬絲Rx的電阻，為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用圖7中________(選填“甲”或“乙”)電路； 圖7 圖8 (3)如圖8所示，使用螺旋測微器測得金屬絲的直徑為________ mm. 由以上測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及查表得到的金屬絲電阻率值，可測算出金屬絲的長度． 答案　(1)紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指0 Ω　4　(2)乙 (3)0.260 mm 解析　(1)使用多用電表測電阻時(shí)，選擋后要先進(jìn)行歐姆調(diào)零，具體操作是：紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指0 Ω；歐姆表讀數(shù)等于表盤示數(shù)乘以倍率：4×1 Ω＝4 Ω. (2)由多用電表知被測電阻阻值約為4 Ω，被測電阻為小電阻，用電流表外接法．由題意要求在實(shí)驗(yàn)中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，故滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，故電路圖應(yīng)選乙． (3)螺旋測微器固定刻度讀數(shù)為0 mm，可動(dòng)刻度讀數(shù)為26.0×0.01 mm＝0.260 mm，故最終讀數(shù)為：0 mm＋0.260 mm＝0.260 mm. 圖9 5．電動(dòng)自行車是一種環(huán)保、便利的交通工具，越來越受大眾的青睞，為了測定電動(dòng)車電池組的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖9所示的實(shí)驗(yàn)電路，所用實(shí)驗(yàn)器材有： A．電池組(電動(dòng)勢約為12 V，內(nèi)阻未知) B．電流表(量程為300 mA，內(nèi)阻忽略不計(jì)) C．電阻箱R(0～999.9 Ω) D．定值電阻R0(阻值為10 Ω) E．導(dǎo)線和開關(guān) (1)當(dāng)閉合開關(guān)后，無論怎樣調(diào)節(jié)電阻箱，電流表都沒有示數(shù)，反復(fù)檢查確認(rèn)電路連接完好，該同學(xué)利用多用電表，又進(jìn)行了如下操作： 斷開電源開關(guān)S. 將多用電表選擇開關(guān)置于“×1 Ω”擋，調(diào)零后，將紅、黑表筆分別接在R0兩端，讀數(shù)為10 Ω. 圖10 將多用電表選擇開關(guān)置于“×10 Ω”擋，調(diào)零后，將紅、黑表筆分別接電阻箱兩接線柱，指針位置如圖10所示，則所測電阻箱的阻值為________ Ω. 用多用電表分別對電源和開關(guān)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)電源、開關(guān)均完好． 由以上操作可知，發(fā)生故障的元件是________． (2)在更換規(guī)格相同的元件后重新連接好電路． (3)改變電阻箱R的阻值，分別測出電路中相應(yīng)的電流I. 為了保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行且使測量結(jié)果更準(zhǔn)確些，電阻箱R的取值范圍應(yīng)為________． A．100 Ω～300 Ω B．40 Ω～100 Ω C．15 Ω～40 Ω 圖11 (4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)，繪出的－R圖象如圖11所示． 若直線的斜率為k，在坐標(biāo)軸上的截距為b，則該電池組的電動(dòng)勢E＝________，內(nèi)阻r＝________(用k、b和R0表示)． 答案　(1)70　電流表　(3)B　(4)?。璕0 解析　(1)歐姆表表盤讀數(shù)為70 Ω；故障檢測時(shí)，除電流表其余部分均沒有問題，故問題只能出在電流表處． (3)為減小電流表的讀數(shù)誤差，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度應(yīng)該盡量大于三分之一，即電流范圍為：100 mA≤I≤300 mA，根據(jù)歐姆定律，總電阻120 Ω≥R總≥40 Ω，扣除定值電阻10 Ω，即電流表內(nèi)阻和電源內(nèi)阻加上電阻箱電阻應(yīng)該大于或等于30 Ω，而小于或等于110 Ω，由于電流表內(nèi)阻不計(jì)，故應(yīng)該選B. (4)根據(jù)閉合電路歐姆定律，有E＝I(r＋R0＋R)，則＝R＋，解得E＝，r＝－R0. 6．用下列器材組裝成一個(gè)電路，既能測量出電池組的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r，又能同時(shí)描繪小燈泡的伏安特性曲線． A．電壓表V1(量程6 V、內(nèi)阻很大) B．電壓表V2(量程4 V、內(nèi)阻很大) C．電流表A(量程3 A、內(nèi)阻很小) D．滑動(dòng)變阻器R(最大阻值10 Ω、額定電流4 A) E．小燈泡(2 A、5 W) F．電池組(電動(dòng)勢E、內(nèi)阻r) G．開關(guān)一只，導(dǎo)線若干 實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，多次測量后發(fā)現(xiàn)：若電壓表V1的示數(shù)增大，則電壓表V2的示數(shù)減?。? (1)請將設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖在圖12中補(bǔ)充完整． 圖12 (2)每一次操作后，同時(shí)記錄電流表A、電壓表V1和電壓表V2的示數(shù)，組成兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(I，U1)、(I，U2)，標(biāo)到U－I坐標(biāo)系中，經(jīng)過多次測量，最后描繪出兩條圖線，如圖13所示，則電池組的電動(dòng)勢E＝________ V、內(nèi)阻r＝________ Ω.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖13 (3)在U－I坐標(biāo)中兩條圖線在P點(diǎn)相交，此時(shí)滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值應(yīng)為________ Ω，電池組的效率為________． 答案　(1)見解析圖　(2)4.5　1.0　(3)0　55.6% 解析　(1)先作出測量電源內(nèi)阻和電動(dòng)勢的電路圖，然后在此基礎(chǔ)上增加伏安特性曲線電路，需要注意，小燈泡額定電壓為2.5 V，且電阻較小，故電壓表V2直接與小燈泡并聯(lián)，而電壓表V1則測量路端電壓，電路如圖所示． (2)根據(jù)圖象可知，傾斜的直線為計(jì)算電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的圖線，該圖線的縱截距為電動(dòng)勢大小，圖線斜率的絕對值為電源內(nèi)阻大?。畵?jù)此可知電動(dòng)勢E＝4.5 V，r＝1.0 Ω. (3)由圖象可知，小燈泡兩端電壓為2.5 V，電源內(nèi)電壓為2 V，故滑動(dòng)變阻器連入電路阻值為0 Ω.電源的效率為η＝×100%＝55.6%. 7．(xx·四川廣安三診)實(shí)際電流表有內(nèi)阻，測量電流表G1內(nèi)阻r1的電路如圖14所示． 圖14 供選擇的儀器如下： ①待測電流表G1(0～5 mA，內(nèi)阻約300 Ω) ②電流表G2(0～10 mA，內(nèi)阻約100 Ω) ③定值電阻R1(300 Ω) ④定值電阻R2(10 Ω) ⑤滑動(dòng)變阻器R3(0～1 000 Ω) ⑥滑動(dòng)變阻器R4(0～20 Ω) ⑦干電池(1.5 V) ⑧電鍵S及導(dǎo)線若干． (1)定值電阻應(yīng)選________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________．(在空格內(nèi)填寫序號) (2)對照電路圖用筆連線連接如圖15所示實(shí)物圖． 圖15 (3)補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)步驟： ①按如圖14所示電路圖連接電路，將滑動(dòng)變阻器的觸頭移至最________(填“左端”或“右端”)； ②閉合電鍵S，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭至某一位置，記錄G1和G2的讀數(shù)I1和I2； ③多次移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，記錄G1和G2的讀數(shù)I1和I2； ④以I2為縱坐標(biāo)，I1為橫坐標(biāo)，作出相應(yīng)圖線，如圖16所示． 圖16 (4)根據(jù)I2－I1圖線的斜率k及定值電阻，寫出待測電流表內(nèi)阻的表達(dá)式________________． 答案　(1)③?、蕖?2)見解析圖　(3)左端　(4)r1＝(k－1)R1 解析　(1)因電流表G1的內(nèi)阻約為300 Ω，故定值電阻選擇R1；為調(diào)節(jié)方便滑動(dòng)變阻器選擇R4. (2)根據(jù)電路圖連接實(shí)物如圖所示： (3)為保護(hù)測量電路，閉合開關(guān)時(shí)，測量電路應(yīng)處于短路狀態(tài)，故滑片移至最左端． (4)由電路圖知I2＝I1＋，可得圖象的斜率k＝1＋，解得r1＝(k－1)R1. 【解題方法技巧】　　電學(xué)實(shí)驗(yàn)的處理技巧 電學(xué)實(shí)驗(yàn)中測定金屬的電阻率、描繪小燈泡的伏安特性曲線、測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻、多用電表的使用等在高考中出現(xiàn)的頻率較高.電學(xué)實(shí)驗(yàn)側(cè)重于考查電路設(shè)計(jì)、實(shí)物圖連接、數(shù)據(jù)處理和誤差分析.近年來，高考對實(shí)驗(yàn)的考查向拓展實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的方向發(fā)展，但不論實(shí)驗(yàn)題目怎么變化，其原理和方法都離不開課本上實(shí)驗(yàn)的原理、方法.,電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原理是閉合電路歐姆定律，電學(xué)實(shí)驗(yàn)本質(zhì)上都是測電阻，因此在復(fù)習(xí)中掌握測電阻的方法非常重要，比如要掌握用伏安法測電阻為主體的方法，還要掌握測定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻、壓敏電阻、磁敏電阻、電流表內(nèi)阻、電壓表內(nèi)阻和電源內(nèi)阻等的方法；通過復(fù)習(xí)提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，比如要熟練掌握以器材的選擇、儀器的量程選擇為主體的選擇方法，還要掌握電壓表、電流表、電源、定值電阻、滑動(dòng)變阻器、單刀與雙刀開關(guān)等器材的選擇方法與思路；對復(fù)習(xí)中的設(shè)計(jì)性能力的培養(yǎng)，要掌握以電路的設(shè)計(jì)方案的選取為主體的設(shè)計(jì)思想，還要掌握電流表的內(nèi)接與外接法、滑動(dòng)變阻器的分壓式與限流式接法、非理想電表的非常規(guī)接法等常規(guī)的設(shè)計(jì)思想.