高考物理二輪復習 第1部分 核心突破 專題5 物理實驗 第2講 電學實驗特訓

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第2講 電學實驗 1．(2016廣州綜合練習二)測電池的電動勢E和內阻r. (1)首先直接用多用電表測定該電池電動勢，在操作無誤的情況下，多用電表盤面如圖甲所示，其示數(shù)為__1.55__V. (2)然后，用電壓表、電阻箱R、定值電阻(R0＝5 Ω)、開關S、若干導線和該電池連成電路，進一步測定該電池電動勢和內阻． ①在圖乙中，根據(jù)電路圖，用筆畫線代替導線，完成實物圖連接． 丙 ②閉合開關S，調整電阻箱阻值R，讀出電壓表相應示數(shù)U.記錄多組R、U數(shù)據(jù)，并計算出相應的與的值，作出－圖線如圖丙所示．分析該圖線斜率k的物理意義知k＝　　.(用E、r、R0表示) ③從圖線中可求得待測電池電動勢E＝__1.59(1.54～1.67)__V，內阻r＝__0.55(0.44～0.80)__Ω(計算結果均保留到小數(shù)點后兩位)． ④若考慮電壓表為非理想表，則電池電動勢E測量值相對真實值__偏小__(填“偏大”“偏小”或“不變”)． 解析：(1)多用電表的轉換開關指在直流電壓“2.5 V”擋，應使用第二排刻度讀數(shù)．先應用“250 V”量程讀數(shù)，為155 V，故“2.5 V”擋的讀數(shù)為1.55 V； (2)①連線如圖所示；②根據(jù)閉合電路歐姆定律得 E＝U＋I(R0＋r)＝U＋(R0＋r)， 解得＝＋， 故該圖線縱坐標的截距為，斜率k＝； ③根據(jù)圖線，縱坐標的截距為0.62左右，即＝0.62， 解得電池電動勢E＝1.61 V(1.54～1.67 V均可)， k＝＝＝3.5， 解得R0＋r＝5.64 Ω，故電池內阻r＝0.64 Ω(0.44～0.80 Ω均可)． 2．(2016武漢4月調研)某實驗小組用下列器材設計了如圖甲所示的歐姆表電路，通過調控開關S和調節(jié)電阻箱，可使歐姆表具有“1”“10”兩種倍率． A．干電池：電動勢E＝1.5 V，內阻r＝0.5 Ω B．電流表：滿偏電流Ig＝1 mA，內阻Rg＝150 Ω C．定值電阻R1＝1 200 Ω D．電阻箱R2：最大阻值999.99 Ω E．電阻箱R3：最大阻值999.99 Ω F．電阻箱R4：最大阻值9 999 Ω G．開關一個，紅、黑表筆各1支，導線若干 (1)該實驗小組按圖甲正確連接好電路．當開關S斷開時，將紅、黑表筆短接，調節(jié)電阻箱R2，使電流表達到滿偏電流，此時閉合電路的總電阻叫作歐姆表的內阻R內，則R內＝__1500__Ω，歐姆表的倍率是__10__(填“1”或“10”)． (2)閉合開關S： 第一步：調節(jié)電阻箱R2和R3，當R2＝__14.5__Ω且R3＝__150__Ω時，再將紅、黑表筆短接，電流表再次達到滿偏電流． 第二步：在紅、黑表筆間接入電阻箱R4，調節(jié)R4，當電流表指針指向圖乙所示的位置時，對應的歐姆表的刻度值為__50__. 解析：由閉合電路歐姆定律得， R內＝＝＝1500 Ω， 歐姆表的倍率為＝＝10. (2)歐姆表的倍率為“1”時，即當電流表的電流達到滿偏時歐姆表的內阻為R′內＝150 Ω，由歐姆定律得，干路電流I2＝＝＝0.01 A， 通過電流表的電流I1＝0.001 A， 在并聯(lián)電路中干路電流等于支路電流之和， 通過R3的電流I3＝I2－I1＝0.01 A－0.001 A＝0.009 A， 由并聯(lián)電路的電壓相等得，R3兩端的電壓 U3＝I1(R2＋Rg)＝0.001 A(1200 Ω＋150 Ω)＝1.35 V， 由歐姆定律得R3＝＝＝150 Ω， R2＋r＝＝＝15 Ω， 則R2＝15 Ω－r＝15 Ω－0.5 Ω＝14.5 Ω. 當通過電流表的電流為1 mA時，通過干路中的電流為10 mA，由圖乙可知，電流表的示數(shù)為0.75 mA，則通過干路中的電流為7.5 mA，由閉合電路歐姆定律得，電路的總電阻 R＝＝＝200 Ω， 被測電阻Rx＝R－R′內＝200 Ω－150 Ω＝50 Ω. 3．(2016長沙二模)兩位同學在實驗室利用如圖甲所示的電路測定定值電阻R0、電源的電動勢E和內電阻r，調節(jié)滑動變阻器的滑動觸頭P向某一方向移動時，一個同學記錄了電流表A和電壓表V1的測量數(shù)據(jù)，另一同學記錄的是電流表A和電壓表V2的測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)描繪了如圖乙所示的兩條UI直線．回答下列問題： (1)根據(jù)兩位同學描繪的直線，可知圖線__甲__(填“甲”或“乙”)是根據(jù)電壓表V1和電流表A的數(shù)據(jù)所描繪的． (2)根據(jù)圖乙，可以求出：電源電動勢E＝__1.50__V，內電阻r＝__1.0__Ω.圖象中兩直線的交點表示定值電阻R0上消耗的功率為__0.5__W. 解析：電壓表V1和電流表A測量的是路端電壓U和干路中的電流I，由公式U＝E－Ir可知路端電壓隨著電流I的增大而減小，因此甲圖線是根據(jù)電壓表V1和電流表A的數(shù)據(jù)所描繪的．(2)甲圖線在縱軸的截距為電源的電動勢E＝1.5 V，內電阻r在數(shù)值上等于甲圖線的斜率r－＝1 Ω，圖象中兩直線的交點表示定值電阻R0上消耗的功率為P＝UI＝0.5 W. 4．(2016江蘇南通調研二)描繪“6 V　3 W”燈泡的伏安特性曲線，提供了下列器材： A．電壓表V(3 V，內阻約3 kΩ) B．電流表A(0.6 A，內阻約0.3 Ω) C．電阻箱R(0～99 999.9 Ω) D．滑動變阻器R1(0～20 Ω) E．滑動變阻器R2(0～100 Ω) F．待測燈泡L“6 V　3 W” G．電源E(電動勢約8 V、內阻較小) H．開關、導線苦干 (1)按照實驗需要，將電壓表的量程由3 V擴大至6 V．首先測量電壓表內阻，某同學采用了如圖甲所示的電路，閉合開關S，調節(jié)電阻箱阻值Ra＝4 870 Ω時，電壓表指針剛好滿偏；再調節(jié)電阻箱阻值Rb＝12 720 Ω時，電壓表指針在滿刻度的一半，則電壓表的內阻RV＝__2980__Ω；從理論上分析，實驗測得電壓表內阻值__大于__(填“大于”“小于”或“等于”)真實值． (2)圖乙是測量燈泡電流隨電壓變化的實物電路，請你用筆畫線代替導線完成電路連接(要求在閉合開關前，滑動變阻器滑動頭置于最左端)． 如圖所示 (3)實驗中，滑動變阻器應選擇__R1__(填“R1”或“R2”)． (4)某同學根據(jù)實驗測得數(shù)據(jù)，描點作出燈泡伏安特性曲線如圖丙所示，根據(jù)圖線可求得燈泡在工作電壓是0.5 V時的電阻值為__2.5__Ω；你認為該同學實驗選擇的測量點分布不均勻是__合理__(填“合理”或“不合理”)的． 解析：(1)設電源電動勢為E，當電壓表指針滿偏時， 則I＝＝， 當電壓表指針半偏時， 則＝＝， 由此兩式解得RV＝2 980 Ω上面的解答，沒有考慮到電源的內阻，若電源內阻為r，則有 I＝＝， ＝＝， 可解得電壓表的真實值R′V＝(2 980－r) Ω，所以實驗測得的電壓表的內阻值大于真實值．(3)因要描繪燈泡伏安特性曲線，電壓要從零開始調節(jié)，故變阻器要采用分壓式的接法，為了使調節(jié)滑動變阻器時燈泡的電壓、電流變化較平穩(wěn)，變化范圍大，以便取多組數(shù)據(jù)，故滑動變阻器選用阻值較小的R1.(4)由圖線知燈泡的電壓為0.5 V時，通過燈泡的電流為0.2 A，所以此時燈泡的電阻為R＝＝ Ω＝2.5 Ω.燈泡兩端的電壓增大后，由于燈泡的燈絲電阻變大，增加相同的電壓，電流的增加量小，所以該同學選擇的測量點分布不均勻是合理的． 5．(2016山東青島統(tǒng)一質檢)發(fā)光二極管(LED)的應用是非常廣泛的，2014年諾貝爾物理學獎被授予日本科學家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學家中村修二，以表彰他們發(fā)明了藍色發(fā)光二極管(LED)，并因此帶來的新型節(jié)能光源．某同學想要描繪某發(fā)光二極管的伏安特性曲線，實驗測得它兩端的電壓U和通過它的電流I的數(shù)據(jù)如下表所示. U/V 0.0 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 I/mA 0.0 0.9 2.3 4.3 6.8 12.0 19.0 30.0 實驗室提供了以下器材： A．電壓表(量程0～3 V，內阻約20 kΩ) B．電壓表(量程0～15 V，內阻約100 kΩ) C．電流表(量程0～50 mA，內阻約40 Ω) D．電流表(量程0～0.6 A，內阻約2 Ω) E．滑動變阻器(阻值范圍0～20 Ω，允許最大電流2 A) F．電源(電動勢6 V，內阻不計) G．開關，導線 (1)該同學做實驗時，電壓表選用的是__A__，電流表選用的是__C__.(填選項前字母) (2)如圖甲中的實物連線已經連了部分電路，請按實驗要求將實物圖中的連線補充完整． 如圖甲所示　(不考慮量程) (3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在圖乙中的坐標紙中畫出該二極管的IU圖線． 如圖乙所示 (4)若此發(fā)光二極管的最佳工作電流為15 mA，現(xiàn)將此發(fā)光二極管與電動勢為3 V、內阻不計的電池組相連，還需串聯(lián)一個阻值R＝__53(50～56之間均可)__Ω的電阻，才能使它工作在最佳狀態(tài)(結果保留兩位有效數(shù)字)． 解析：(1)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，電壓表應該選A，電流表應該選C．(2)電流表、電壓表要從零開始取值，滑動變阻器用分壓接法；因為＞，電流表用外接法．(3)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)描點連線．(4)從圖象中找出當電流為15 mA時圖線上的點，將該點與點(3 V,0)連接，該圖線的斜率倒數(shù)的絕對值等于R，即R＝＝53 Ω 6．(2016東北三省四市聯(lián)考二)在測量電阻的實驗中，電流表和電壓表必須匹配，如果不匹配可以進行一些改裝或轉換．某興趣小組要精確測定額定電壓為3 V的節(jié)能燈正常工作時的電阻．已知該燈正常工作時電阻約500 Ω.實驗室提供的器材有： A．電流表A(量程0～3 mA，內阻RA＝15 Ω) B．定值電阻R1＝1 985 Ω C．滑動變阻器R(0～10 Ω) D．電壓表V(量程0～12 V，內阻RV＝1 kΩ) E．蓄電池E(電動勢為12 V，內阻r很小) F．開關S一只 G．導線若干 (1)要精確測定節(jié)能燈正常工作時的電阻應采用下面電路圖中的__C__. (2)若電壓表V的示數(shù)用U表示，電流表A的示數(shù)用I表示，寫出測量節(jié)能燈正常工作時的電阻表達式Rx＝　　(用U、I、R1、RA、RV表示)．當表達式中的電流I＝__1.5__mA時，記下電壓表的讀數(shù)U并代入表達式，其結果即為節(jié)能燈正常工作時的電阻． 解析：(1)電流表A的量程為0～3 mA，則定值電阻R1和電流表A串聯(lián)的總電壓的最大值U＝IA(RA＋R1)＝310－3A(15 Ω＋1985 Ω)＝6 V，若電壓表V與節(jié)能燈串聯(lián)，則由并聯(lián)電阻兩端電壓相等可知，電壓表與節(jié)能燈兩端的總電壓的最大值為6 V，再根據(jù)串聯(lián)電路的分壓關系知，節(jié)能燈兩端電壓的最大值為2 V，因此節(jié)能燈不能正常發(fā)光，也就無法測出其正常發(fā)光時的電阻，選項AD錯誤；因滑動變阻器的總電阻遠小于節(jié)能燈的電阻，所以滑動變阻器的連接方式采用分壓式，選項B錯誤，選項C正確. (2)由并聯(lián)電路兩端電壓相等得Ux＝I(R1＋RA)，由并聯(lián)電路中干路電流等于支路電流之和得Ix＝－I，由歐姆定律得Rx＝＝；節(jié)能燈正常工作時兩端的電壓為3 V，由歐姆定律可得，通過電流表A的電流I＝＝＝＝1.5 mA，記下此時電壓表的示數(shù)，由表達式即可求節(jié)能燈正常工作時的電阻． 7．(2016南昌模擬二)小華所在的實驗小組設計了一個測量河水電阻率的實驗．他在一根均勻的長玻璃管兩端裝上兩個橡膠塞和鉑電極，如圖甲所示，兩電極相距L，其間充滿待測的河水．安裝前他用如圖乙的游標卡尺(圖為卡尺的背面)測量玻璃管的內徑，結果如圖丙所示．他還選用了以下儀器：量程15 V、內阻約為300 kΩ的電壓表，量程3 mA、內阻為2 kΩ的電流表，最大阻值約為50 Ω的滑動變阻器，電動勢E約為12 V、內阻r約為2 Ω的電池組，開關等各一個，以及導線若干．圖丁坐標中包括坐標為(0,0)的點在內的9個點表示他測得的9組電流I、電壓U的值．實驗中要求盡可能準確地測出該河水的電阻. 根據(jù)以上材料完成以下問題： (1)測量玻璃管內徑時，應將圖乙中的游標尺中的A、B、C三部分中的__A__(填“A”“B”或“C”)與玻璃管內壁接觸． (2)玻璃管的內徑d＝__6.70__mm. (3)圖戊中的儀器實物部分已連線，將其他部分連接成能測出圖丁數(shù)據(jù)的實物連接圖． 如圖所示(4)在圖丁中作出該電阻的UI圖線，并可求得該段水的電阻R＝__8.0(7.0～9.0均正確)__kΩ(要求保留兩位有效數(shù)字)，若已知R、d、L，則該段水的電阻率ρ＝　　(用符號表達式表示)． 解析：(1)測玻璃管內徑應該使用游標卡尺的內測量爪，也就是A．(2)根據(jù)游標卡尺的讀數(shù)原理，玻璃管內徑d＝6 mm＋0.0235 mm＝6.70 mm.(3)因為電流表內阻已知，又由于R2＞RARV應該用內接法，要測多組數(shù)據(jù)，滑動變阻器應采用分壓式接法，實物圖連接如圖所示．(4)在坐標圖上畫出U－I圖線，算出水柱的電阻R＝－RA＝8.0 KΩ.根據(jù)電阻定律R＝ρ＝ρ，解得ρ＝.