2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時提升練23 電學(xué)設(shè)計性實(shí)驗

2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時提升練23 電學(xué)設(shè)計性實(shí)驗 1．(xx·滁州模擬)有一根圓臺狀勻質(zhì)合金棒如圖7­3­12甲所示，某同學(xué)猜測其電阻的大小與該合金棒的電阻率ρ、長度L和兩底面直徑d、D有關(guān)．他進(jìn)行了如下實(shí)驗： 甲 圖7­3­12 (1)測量該合金棒電阻的實(shí)物電路如圖7­3­12乙所示(相關(guān)器材的參數(shù)已在圖中標(biāo)出)，該合金棒的電阻約為幾歐姆．圖中有一處連接不當(dāng)?shù)膶?dǎo)線是________(用標(biāo)注在導(dǎo)線旁的數(shù)學(xué)表示)． 乙 圖7­3­12 (2)改正電路后，通過實(shí)驗測得合金棒的電阻R＝5.72 Ω.根據(jù)電阻定律計算電阻率為ρ、長為L、直徑分別為d和D的圓臺狀合金棒的電阻分別為Rd＝13.3 Ω、RD＝3.38 Ω.他發(fā)現(xiàn)：在誤差允許范圍內(nèi)，電阻R滿足R2＝Rd·RD，由此推斷該圓臺狀合金棒的電阻R＝________. 【解析】　(1)合金棒的電阻為幾歐，所以<，應(yīng)外接，故⑥連接不當(dāng) (2)Rd＝　RD＝ R＝＝ 【答案】　　(1)⑥　(2) 2．欲測量一個電流表的內(nèi)阻，根據(jù)以下要求來選擇器材并設(shè)計電路： a．無論怎樣調(diào)節(jié)變阻器，電流表都不會超量程； b．有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù)． 現(xiàn)備有如下器材： A．待測電流表A1(量程3 mA，內(nèi)阻約為50 Ω) B．電壓表V(量程3 V，內(nèi)阻未知) C．電流表A2(量程15 mA，內(nèi)阻為10 Ω) D．保護(hù)電阻R＝120 Ω E．直流電源E(電動勢2 V，內(nèi)阻忽略不計) F．滑動變阻器(總阻值10 Ω，額定電流0.5 A) G．開關(guān)一個，導(dǎo)線若干 (1)在以上提供的器材中，除A、E、F、G以外，還應(yīng)選擇________、________(填字母代號)． (2)請畫出符合要求的實(shí)驗電路圖． 【解析】　根據(jù)題中給出的備用器材，選擇內(nèi)阻已知的電流表A2作為電壓表，選擇保護(hù)電阻R與并聯(lián)的兩個電流表串聯(lián)．由于電流表兩端電壓最大只有0.15 V，滑動變阻器最大電阻只有10 Ω，所以選擇分壓電路，電路圖如圖所示． 【答案】　(1)C　D　(2)見解析 3．如圖7­3­13甲所示的電路中，A、V均為理想電表，R0為阻值未知的定值電阻．改變滑動變阻器R的阻值，將得到的A、V示數(shù)繪制成U­I圖線如圖7­3­13乙．圖象中U軸的初始坐標(biāo)為U0，I軸的初始坐標(biāo)為零；圖線與U軸的交點(diǎn)為U1，與I軸的交點(diǎn)為I1.實(shí)驗中電流表的最大示數(shù)為Im.回答下列問題： 　　　　甲　　　　　　　　　　　乙 圖7­3­13 (1)電源的電動勢E＝__________，內(nèi)阻r＝__________. (2)當(dāng)滑動變阻器的阻值R＝__________，定值電阻R0消耗的功率最大，最大值為__________． (3)定值電阻的阻值為R0＝__________. 【解析】　結(jié)合電路圖和閉合電路歐姆定律，U＝E－Ir，在U­I圖象中，圖線與U軸的交點(diǎn)即為電動勢；圖線斜率的絕對值即為電源內(nèi)阻的大小．定值電阻R0消耗的功率P＝I2R0，當(dāng)R＝0時，I最大，P最大為ImU1－I.根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝Im(r＋R0)，整理得R0＝－. 【答案】　(1)U1　　(2)0　ImU1－I　(3)－ 4．當(dāng)小燈泡發(fā)光時其燈絲的電阻會隨著發(fā)光亮度的變化而變化．某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，按照自己設(shè)計的實(shí)驗電路圖測量小燈泡的電流I和電壓U，得到如下表所示的數(shù)據(jù). I(A) 0.12 0.22 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50 U(V) 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 (1)請你根據(jù)上表數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，在虛線框中畫出實(shí)驗電路圖．可用的器材有：電壓表、電流表、滑動變阻器(0～10 Ω)、電源、小燈泡、開關(guān)和導(dǎo)線若干． (2)在圖7­3­14所示坐標(biāo)紙上畫出小燈泡的U­Ⅰ曲線，并定性分析燈絲的電阻與燈泡發(fā)光亮度的變化關(guān)系：_______________ (3)如果將上面實(shí)驗中使用的小燈泡接在電動勢為1.5 V、內(nèi)阻為2.0 Ω的電源兩端，利用上面的U­Ⅰ曲線可求出小燈泡的實(shí)際功率是________________W，電源效率為________．(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) 圖7­3­14 【解析】　電壓取值范圍大，應(yīng)采用分壓式接法，燈絲電阻較小，采用電流表外接法．由圖象得燈絲電阻隨發(fā)光亮度的增加而增大．在U­Ⅰ圖象中作電動勢為1.5 V、內(nèi)阻為2.0 Ω的伏安特性圖線，兩圖線交點(diǎn)為(0.35 A,0.8 V)，故P＝UI＝0.8×0.35 W＝0.28 W，η＝×100%＝53%. 【答案】　(1)如圖甲所示　(2)如圖乙所示　燈絲電阻隨發(fā)光亮度的增加而增大 (3)0.28　53% 　　 　　　　　　　甲　　　　　　　　　　乙 5．某物理實(shí)驗小組利用實(shí)驗室提供的器材測量一待測電阻的阻值．可選用的器材的代號和規(guī)格如下： 甲 圖7­3­15 電流表A1(量程250 mA，內(nèi)阻r1＝5 Ω) 電流表A2(量程300 mA，內(nèi)阻r2約為5 Ω) 待測電阻Rx(阻值約為100 Ω) 滑動變阻器R(最大阻值10 Ω) 蓄電池E(電動勢為6 V，內(nèi)阻r約為1 Ω) 單刀單擲開關(guān)S，導(dǎo)線若干 (1)小組同學(xué)根據(jù)實(shí)驗器材所設(shè)計的實(shí)驗電路原理圖如圖7­3­15甲所示，但兩只電流表的代號沒有明確．請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖乙中的實(shí)驗器材按電路原理圖連成實(shí)驗電路，并在電流表下方的虛線框內(nèi)標(biāo)明兩只電流表的代號． 乙 圖7­3­15 (2)他們需要直接測量的物理量是________，用所測物理量表示待測電阻的計算式為Rx＝________. 【解析】　 (1)題中沒給電壓表，而是給了兩只電流表，可將已知阻值的電流表A1作為電壓表使用，因此與Rx并聯(lián)的電流表為A1，右側(cè)的電流表為A2，實(shí)驗器材連線如圖所示． (2)實(shí)驗中讀出電流表A1的示數(shù)I1、電流表A2的示數(shù)I2，則電阻Rx兩端的電壓為U＝I1r1，電流為I＝I2－I1，所以Rx＝＝. 【答案】　(1)見解析圖　(2)電流表A1的示數(shù)I1、電流表A2的示數(shù)I2　 6．某實(shí)驗小組要測量一個用電器L的額定功率(額定電壓為10 V、額定功率在12 W～15 W之間)，測量電路的部分導(dǎo)線已經(jīng)接好(如圖7­3­16所示)，實(shí)驗室有下列器材可供選用： 圖7­3­16 直流電源：E1(電動勢為3 V，內(nèi)阻很小) E2(電動勢為15 V，內(nèi)阻很小) 直流電流表：A1(量程0～0.6 A，內(nèi)阻約為0.5 Ω) A2(量程0～3 A，內(nèi)阻約為0.1 Ω) 直流電壓表：V(量程為3 V、內(nèi)阻為3 kΩ) 滑動變阻器：R1(阻值范圍0～20 Ω) R2(阻值范圍0～200 Ω) 定值電阻：R3＝3 kΩ、R4＝9 kΩ、R5＝25 kΩ 開關(guān)一個，導(dǎo)線若干 為使測量盡可能準(zhǔn)確、方便，請回答： (1)電源應(yīng)該選擇________(填“E1”或“E2”)； (2)電流表應(yīng)該選擇________(填“A1”或“A2”)； (3)滑動變阻器應(yīng)該選擇________(填“R1”或“R2”)； (4)由于電壓表的量程不夠，要利用一個定值電阻進(jìn)行改裝．請選擇合適的定值電阻，在圖7­3­16中用筆畫線代替導(dǎo)線連接好測量電路的剩余部分． 【解析】　由于額定電壓為10 V，所以直流電源選擇電動勢為15 V的E2.其額定電流為1.2 A～1.5 A，所以直流電流表選擇A2.根據(jù)已有的電路結(jié)合使實(shí)驗結(jié)果更為精確的要求，采用限流電路，所以利用滑動變阻器R1作為限流電阻．若要將電壓表改裝為量程更大的電壓表，需要與其串聯(lián)一個定值電阻，根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)知，若串聯(lián)R3，則量程為6 V，若串聯(lián)R4，則量程為12 V，若串聯(lián)R5，則量程為28 V，因此串聯(lián)R4比較合適． 【答案】　(1)E2　(2)A2　(3)R1　(4)如圖所示 7．(xx·江西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)盟第二次聯(lián)考)某同學(xué)要測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻．他根據(jù)老師提供的以下器材畫出了如圖7­3­17所示的原理圖． 圖7­3­17 A．電壓表V(15 V,10 kΩ) B．電流表G(量程3.0 mA，內(nèi)阻Rg為10 Ω) C．電流表A(量程0.6 A，內(nèi)阻約為0.5 Ω) D．滑動變阻器R1(0～20 Ω，10 A) E．滑動變阻器R2(0～100 Ω，1 A) F．定值電阻R3＝990 Ω G．開關(guān)S和導(dǎo)線若干 (1)該同學(xué)沒有選用電壓表是因為________； (2)該同學(xué)將電流表G與定值電阻R3串聯(lián)，實(shí)際上是進(jìn)行了電表的改裝．則他改裝的電壓表對應(yīng)的量程是________V； (3)為了能準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，同時為了操作方便，實(shí)驗中應(yīng)選用的滑動變阻器是________(填寫器材前的字母編號)； (4)該同學(xué)利用上述實(shí)驗原理圖測得以下數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪出了如圖7­3­18所示的圖線，根據(jù)圖線可求出干電池的電動勢E＝________V(保留3位有效數(shù)字)．干電池的內(nèi)阻r＝________Ω(保留2位有效數(shù)字)． 圖7­3­18 序號 1 2 3 4 5 6 電流表G (I1/mA) 1.37 1.35 1.26 1.24 1.18 1.11 【解析】　(1)測量一節(jié)干電池的電動勢大約在1.5 V左右，而電壓表的量程卻達(dá)到0到15 V，讀數(shù)不到刻度盤十分之一，無法準(zhǔn)確讀數(shù)． (2)電流表G與定值電阻R3串聯(lián)，串聯(lián)后的最大電壓Um＝Im(R3＋Rg)＝3 V，所以改裝的電壓表量程是0～3 V. (3)由于電源電壓只有1.5 V左右，若選用滑動變阻器R2(0～100 Ω，1 A)，電流最小只會有＝0.015 A遠(yuǎn)小于電流表量程，讀數(shù)不準(zhǔn)確，所以選擇較小的滑動變阻器R1(0～20 Ω，10 A)． (4)改裝后電壓表示數(shù)U＝I1(R3＋Rg)，根據(jù)路端電壓和電流的關(guān)系有1 000I1＝E－I2r，圖象縱軸截距即為電動勢，所以電動勢E＝1.47 V，斜率即內(nèi)阻r＝0.82 Ω. 【答案】　(1)量程太大　(2)0～3 V　(3)D　(4)1.47　0.82 8．某同學(xué)用如圖7­3­19甲所示的電路測量歐姆表的內(nèi)阻和電源電動勢(把歐姆表看成一個電源)，實(shí)驗器材的規(guī)格如下： 電流表A1：200μA,300 Ω 電流表A2：30 mA,5 Ω 定值電阻R0：9700 Ω 滑動變阻器R：0～50 Ω 甲 圖7­3­19 ①閉合開關(guān)S，移動滑動變阻器的滑動觸頭至某一位置，讀出電流表A1和A2的示數(shù)I1和I2.多次改變滑動觸頭的位置，得到的數(shù)據(jù)為 I1(μA) 120 125 130 135 140 145 I2/(mA) 20.0 16.7 13.2 10.0 6.7 3.3 乙 圖7­3­19 在圖7­3­19乙所示的坐標(biāo)紙上以I1為縱坐標(biāo)、I2為橫坐標(biāo)，畫出所對應(yīng)的I1­I2曲線； ②利用所得曲線求得歐姆表內(nèi)電源的電動勢E＝__________V，歐姆表內(nèi)阻r＝__________Ω； ③將該歐姆表兩個表筆短接，歐姆表的電流為I＝______A. 【解析】　把R1和A1整體等效為一個電壓表，測量路端電壓．根據(jù)閉合電路歐姆定律，I1(R1＋R0)＝E－(I1＋I(xiàn)2)r，即I1＝－I2，結(jié)合圖象可以求得E＝1.50 V．r＝15.0 Ω.短路電流為0.1 A. 【答案】　①如圖；②1.50(1.48～1.51)；15.0(14.0～ 16．0)；③0.1(0.09～0.11)