（山西專版）2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第二篇 實(shí)驗(yàn)題 熱點(diǎn)15 電學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)精練（含解析）

熱點(diǎn)15電學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)熱考題型“電阻的測(cè)量”是高中教材中一個(gè)重要的學(xué)生實(shí)驗(yàn),一直是高考物理實(shí)驗(yàn)考查的熱點(diǎn)。電阻的測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)苋婵疾殡妼W(xué)中電壓表、電流表的使用與讀數(shù),歐姆表的原理及應(yīng)用,電路的選擇,實(shí)驗(yàn)方法的選擇,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法等。雖然該實(shí)驗(yàn)題目年年翻新,角度也經(jīng)常變化,但實(shí)驗(yàn)試題中涉及的基本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的要求仍然立足于教材實(shí)驗(yàn),即運(yùn)用已學(xué)過(guò)的原理解決新的問(wèn)題。題型一測(cè)電阻或金屬的電阻率1.一細(xì)而均勻的導(dǎo)電材料,截面為同心圓環(huán),如圖a所示,此材料長(zhǎng)約3cm,電阻約為100,已知這種材料的電阻率為。欲測(cè)量該樣品的內(nèi)徑,但內(nèi)徑太小,無(wú)法直接測(cè)量?，F(xiàn)提供以下實(shí)驗(yàn)器材:A.20分度的游標(biāo)卡尺;B.螺旋測(cè)微器;C.電流表A1(量程050mA,內(nèi)阻r1=100);D.電流表A2(量程0100mA,內(nèi)阻r2約為40);E.滑動(dòng)變阻器R(010,額定電流2A);F.直流電源E(電動(dòng)勢(shì)為12V,內(nèi)阻很小);G.上述導(dǎo)電材料R2(長(zhǎng)約為3cm,電阻約為100);H.開(kāi)關(guān)一只,導(dǎo)線若干。 請(qǐng)用上述器材設(shè)計(jì)一個(gè)盡可能精確地測(cè)量該樣品內(nèi)徑d的實(shí)驗(yàn)方案,回答下列問(wèn)題:(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)得該樣品的長(zhǎng)度如圖b所示,其示數(shù)L=cm,用螺旋測(cè)微器測(cè)得該樣品的外徑如圖c所示,其示數(shù)D=mm。 (2)在所給的方框中畫(huà)出設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖,并標(biāo)明所選擇器材的物理量符號(hào)。(3)用已知的物理量和所測(cè)得的物理量的符號(hào)表示樣品的內(nèi)徑d=。 答案(1)3.0153.205(2)圖見(jiàn)解析(3)D2-4L(I2-I1)I1r1解析(1)由游標(biāo)卡尺主尺讀得30mm,游標(biāo)尺上第3條刻度線與主尺刻度線對(duì)齊,則該樣品的長(zhǎng)度L=30mm+0.15mm=30.15mm=3.015cm。螺旋測(cè)微器固定刻度上分度值為0.5mm,可動(dòng)刻度每旋轉(zhuǎn)一圈,測(cè)微螺桿前進(jìn)或后退0.5mm,由固定刻度讀得3mm,由可動(dòng)刻度讀得0.205mm,該樣品的外徑為3mm+0.205mm=3.205mm。(2)采用分壓式電路,用已知內(nèi)阻的電流表A1作為電壓表,電流表A2外接可以消除系統(tǒng)誤差。電路圖如圖所示。(3)由測(cè)量時(shí)兩電流表讀數(shù)可得待測(cè)電阻R2=I1r1I2-I1。樣品橫截面積S=(D2-d2)4,由電阻定律可得R2=LS,聯(lián)立解得樣品的內(nèi)徑d=D2-4L(I2-I1)I1r1。題型二測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻2.某研究性學(xué)習(xí)小組欲測(cè)定一塊電池的電動(dòng)勢(shì)E。(1)先直接用多用電表測(cè)定該電池電動(dòng)勢(shì)。在操作無(wú)誤的情況下,多用電表表盤(pán)示數(shù)如圖所示,其示數(shù)為V。 (2)然后,用電壓表V、電阻箱R、定值電阻R0、開(kāi)關(guān)S、若干導(dǎo)線和該電池組成電路,測(cè)定該電池電動(dòng)勢(shì)。(i)根據(jù)電路圖,用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線,將實(shí)物圖連接成完整電路。甲乙(ii)閉合開(kāi)關(guān)S,調(diào)整電阻箱阻值R,讀出電壓表V相應(yīng)示數(shù)U。該學(xué)習(xí)小組測(cè)出大量數(shù)據(jù),分析篩選出下表所示的R、U數(shù)據(jù),并計(jì)算出相應(yīng)的1R與1U的值。請(qǐng)用表中數(shù)據(jù)在圖上描點(diǎn),并作出1U-1R圖線。R()166.771.450.033.325.020.0U(V)8.35.94.84.23.22.91R(×10-2-1)0.601.402.003.004.005.001U(V-1)0.120.170.210.240.310.34(iii)從圖線中可求得E=V。 答案見(jiàn)解析解析(1)多用電表選用“010V”電壓擋,示數(shù)為9.4V。(2)(i)連線如圖所示。(ii)作圖線如圖所示。(iii)由閉合電路歐姆定律得E=U+UR(r+R0),變形得1U=1E+r+R0E·1R,從該式可看出在1U-1R圖像中,縱軸的截距即1E,所以E=10.0V(9.511.1V均正確)。跟蹤集訓(xùn)1.在“測(cè)定金屬絲的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中,待測(cè)金屬絲的電阻Rx約為4。(1)實(shí)驗(yàn)室提供了3V的電源和量程為100mA、內(nèi)阻為10的電流表,出于安全考慮,要將其改裝成量程為0.6A的電流表,則在改裝時(shí)應(yīng)將阻值為R0=的電阻與量程為100mA的電流表并聯(lián)。 (2)為了精確測(cè)量該金屬絲的電阻,某同學(xué)設(shè)計(jì)出如圖1所示的實(shí)驗(yàn)電路圖,請(qǐng)按照該電路圖完成圖2中的實(shí)物連接。圖1圖2(3)該同學(xué)正確連接好電路,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量后作出了電壓表和電流表示數(shù)的U-I圖線如圖3所示。若該金屬絲的長(zhǎng)度為50cm,金屬絲的直徑為0.680mm,結(jié)合圖3可得出金屬絲的電阻率應(yīng)為·m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 圖3答案(1)2(2)如圖所示(3)3.6×10-6解析(1)由并聯(lián)規(guī)律可得IgRg=R0(0.6A-Ig),代入數(shù)據(jù)可得R0=IgRg0.6A-Ig=0.1×100.6-0.1=2。(2)見(jiàn)答案。(3)由題圖及題意可知,該金屬絲的阻值為5,由電阻定律R=LS可得=RSL=d2R4L,代入數(shù)據(jù)可得3.6×10-6·m。2.實(shí)驗(yàn)室備有以下器材:電壓傳感器、電流傳感器、滑動(dòng)變阻器R1(阻值變化范圍020)、滑動(dòng)變阻器R2(阻值變化范圍01000)、電動(dòng)勢(shì)適當(dāng)?shù)碾娫础⑿襞?4V,2W)、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干。(1)要完整地描繪小燈泡的U-I曲線,請(qǐng)?jiān)诜娇蛑挟?huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖,并標(biāo)出所用滑動(dòng)變阻器的符號(hào)。(2)實(shí)驗(yàn)中描繪出的小燈泡U-I曲線如圖甲所示,由圖可知,小燈泡燈絲電阻隨溫度升高而(填“增大”“減小”或“不變”)。 甲(3)如果用上述器材測(cè)量所給電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻,實(shí)驗(yàn)電路如圖乙所示,圖中R0是阻值為9的保護(hù)電阻,實(shí)驗(yàn)中測(cè)得多組數(shù)據(jù)并記錄在下表中,試在圖甲中畫(huà)出等效電源的U-I圖像,由圖像可求出電源自身內(nèi)阻約為。 序號(hào)123456U/V4.003.402.802.001.500.80I/A0.200.250.330.400.460.52(4)若將上述小燈泡直接與電源和保護(hù)電阻組成串聯(lián)電路,如圖丙所示,此時(shí)小燈泡消耗的電功率約為W。 答案(1)圖見(jiàn)解析(2)增大(3)圖見(jiàn)解析1(4)0.82解析(1)描繪燈泡的伏安特性曲線,電壓與電流應(yīng)從零開(kāi)始變化,滑動(dòng)變壓器要采用分壓式接法,由于燈泡的阻值較小,電流傳感器應(yīng)采用外接法,電路圖如圖所示。(2)由題圖甲所示的燈泡的U-I圖像可知,隨電壓和電流的增大,燈泡的實(shí)際功率增大,燈絲溫度升高,電壓與電流的比值增大,由此可知,燈泡燈絲電阻隨溫度升高而增大。(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作出電源的U-I圖像如圖中直線所示,由圖示圖像可知,電源內(nèi)阻r=UI-R0=60.6-9=1。(4)由上圖可知,燈泡直接與電源和保護(hù)電阻組成串聯(lián)電路時(shí),燈泡兩端電壓約為2.1V,電流約為0.39A,燈泡的電功率為P=UI2.1×0.39W0.82W。8