2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 第二部分 熱點訓(xùn)練十 電學(xué)實驗.doc

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熱點十　電學(xué)實驗 “電阻的測量”是高中教材中一個重要的學(xué)生實驗，一直是高考物理實驗考查的熱點。電阻的測量實驗?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，實驗方法的選擇，實驗數(shù)據(jù)的處理方法等。雖然該實驗題目年年翻新，角度也經(jīng)常變化，但實驗試題中涉及的基本知識和實驗技能的要求仍然立足于教材實驗，即運用已學(xué)過的原理解決新的問題。 考向一　測電阻或電阻率 　(2018全國卷Ⅰ)某實驗小組利用如圖1(a)所示的電路探究在25 ℃～80 ℃范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性。所用器材有：置于溫控室(圖中虛線區(qū)域)中的熱敏電阻RT，其標(biāo)稱值(25 ℃時的阻值)為900.0 Ω；電源E(6 V，內(nèi)阻可忽略)：電壓表V(量程150 mV)；定值電阻R0(阻值20.0 Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)：電阻箱R2(阻值范圍0～999.9 Ω)：單刀開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2。 實驗時，先按圖(a)連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80 ℃。將S2與1端接通。閉合S1，調(diào)節(jié)R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值U0；保持R1的滑片位置不變，將R2置于最大值，將S2與2端接通，調(diào)節(jié)R2，使電壓表讀數(shù)仍為U0；斷開S1，記下此時R2的讀數(shù)。逐步降低溫控室的溫度t，得到相應(yīng)溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0 ℃。實驗得到的R2－t數(shù)據(jù)見下表。 t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 回答下列問題： (1)在閉合S1前，圖(a)中R1的滑片應(yīng)移動到____(填“a”或“b”)端； (2)在圖(b)的坐標(biāo)紙上補齊數(shù)據(jù)表中所給的數(shù)據(jù)點，并做出R2－t曲線； 圖1 (3)由圖(b)可得到RT在25 ℃～80 ℃范圍內(nèi)的溫度特性。當(dāng)t＝44.0 ℃時，可得RT＝______Ω； (4)RT握于手心，手心溫度下R2的相應(yīng)讀數(shù)如圖(c)所示，該讀數(shù)為______Ω則手心溫度為______℃。 [答案]　(1)b (2)如圖 (3)450 (4)620.0　33.0 考向二　測電源的電動勢和內(nèi)阻 　某同學(xué)利用如圖2甲所示電路來測量一節(jié)干電池的電動勢和電阻，實驗時共記錄了5組電壓表和電流表的示數(shù)(電表均視為理想電表)，并繪得如圖乙所示的U－I圖線。 圖2 (1)由圖線可知該干電池的電動勢E＝________V，電阻r＝________Ω。 (2)該同學(xué)選用的滑動變阻器標(biāo)有“10 Ω　2.5 A”字樣，實驗時將滑片從左端緩緩向右移動，記錄第1組數(shù)據(jù)(I1＝0.27 A，U1＝1.35 V)時滑片大約移動了________。 A．1/4長度　　　　　　　　　　B．1/3長度 C．1/2長度 D．2/3長度 (3)改變滑動變阻器接入電路的阻值，直到電源輸出功率達到最大，請在圖乙上畫出表示最大輸出功率的“面積”圖。 [解析]　(1)根據(jù)干電池的U－I圖線可得該干電池的電動勢E＝1.5 V，內(nèi)阻r＝ Ω。 (2)記錄第1組數(shù)據(jù)時電流I1＝0.27 A，U1＝1.35 V，由歐姆定律可得滑動變阻器接入電路部分電阻為＝5.0 Ω，滑片大約移動了1/2長度，選項C正確。 (3)當(dāng)外電阻R＝r＝ Ω時電源的輸出功率最大，其電流I＝＝1.125 A，對應(yīng)路端電壓U＝E－Ir＝0.75 V，作出平行于橫軸的直線U＝0.75 V和平行于縱軸的直線I＝1.125 A，這兩條直線與坐標(biāo)軸所圍的面積表示電源最大輸出功率的“面積”圖，如圖所示。 [答案]　(1)1.5　　(2)C　(3)如解析圖中陰影所示 考向三　電學(xué)創(chuàng)新實驗 　太空探測器在探索宇宙過程中，由太陽能電池板給它提供能源。光明中學(xué)物理實驗室有一塊太陽能電池板，當(dāng)有光照射它時(作為電源)，其路端電壓與總電流的關(guān)系圖像如圖3甲中的曲線①所示；若沒有光照射它時，相當(dāng)于一個只有電阻的電學(xué)器件、無電動勢。物理實驗探究小組用“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗方法，探究該太陽能電池板在沒有光照射時的伏安特性曲線，利用電壓表(內(nèi)阻約3 kΩ)、電流表(內(nèi)阻約100 Ω)測得的多組數(shù)據(jù)作出的圖像如圖甲中曲線②所示。 圖3 (1)分析曲線②可知，該電池板作為電阻器件時的阻值隨通過電流的增大而______(填“增大”或“減小”)，若所設(shè)計的是電路如圖乙所示，實驗時應(yīng)將圖乙中電壓表另一端a接在____點(填“b”或“c”)； (2)圖乙電路中a端接好后還少接了一根導(dǎo)線，請在圖乙中畫出； (3)分析曲線①可知，該電池板作為電源時的電動勢約為______V，若把它與阻值為1 kΩ的定值電阻連接構(gòu)成一個閉合電路，在有光照射的情況下，該太陽能電池板的效率約為______%(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 [解析]　(1)由圖線②可知，無光照時太陽能電池板的阻值遠(yuǎn)大于電流表內(nèi)阻，所以采用電流表內(nèi)接法，即a端接b點。 (2)描繪伏安特性曲線要求電壓從零開始調(diào)節(jié)，即滑動變阻器要采用分壓式接法，故應(yīng)該將滑動變阻器右端與電源正極用導(dǎo)線相連，如圖1所示。 (3)太陽能電池板的電動勢由圖線①與縱軸的交點直接讀出，即2.75 V；在題圖甲中作1 kΩ電阻的伏安特性曲線③如圖2所示，圖線③與圖線①的交點即電路的工作點，其坐標(biāo)為(1.80,1.80)，電池板的效率η＝100%＝100%＝100%＝100%≈65%。 [答案]　(1)減小　b　(2)如解析圖1所示　(3)2.75　65 1．某物理興趣小組的同學(xué)要測定某電阻Rx的阻值，通過討論，決定采用下列方法來測定。 (1)方法一：用多用電表測量 首先，選用歐姆表“1”擋進行粗測，正確操作后，表盤指針如圖4甲所示，則該電阻的測量值為Rx＝______Ω。 圖4 (2)方法二：用伏安法測量 所用的部分器材：電壓表V(0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ)；電流表A(0～0.6 A，內(nèi)阻約2 Ω)，分析下列問題。 ①他們設(shè)置了如圖乙、圖丙所示的兩種電路圖，為減小實驗誤差應(yīng)選用______(填“圖乙”或“圖丙”)作為測量電路； ②請根據(jù)它們所選的電路將圖5甲所示的實物圖連接好； ③他們選擇了正確的電路后，通過測量，根據(jù)得到的實驗數(shù)據(jù)作出了如圖乙所示的U－I圖像，根據(jù)圖像，可得Rx＝________Ω。 圖5 (3)方法三：等效替代法 某同學(xué)設(shè)計了如圖6所示的測量電路，實驗步驟如下所示： A．按圖6連接好實驗電路 B．保持開關(guān)S2斷開，將開關(guān)S1閉合，然后調(diào)節(jié)電阻箱R和滑動變阻器R′，待電路穩(wěn)定后電阻箱讀數(shù)R1如圖7所示，記下此時電壓表的示數(shù) C．閉合開關(guān)S2，保持滑動變阻器的滑片位置不變，然后調(diào)節(jié)電阻箱的電阻，使電壓表的讀數(shù)與步驟B中的示數(shù)相同，此時電阻箱的讀數(shù)R2＝26 Ω。 ①在步驟A中電阻箱的讀數(shù)為R1＝________Ω； ②由以上實驗測得電阻Rx的阻值為Rx＝______Ω。 解析　(1)歐姆表讀數(shù)＝刻度盤讀數(shù)倍率，讀數(shù)是Rx＝7 Ω。 (2)①由于待測電阻的阻值遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)阻，所以電流表使用外接法，故選圖乙作為測量電路； ②所連實物圖如圖所示； ③U－I圖像的斜率表示電阻的阻值，由所作的圖像可知，圖像的斜率為k＝＝6.25，故被測電阻的限值為Rx＝6.25 Ω。 (3)①在步驟B中電阻箱的讀數(shù)為R1＝20 Ω； ②由于R1與Rx串聯(lián)在電路中所起的作用與R2相同(電壓表指針指示同一位置)，則有R1＋Rx＝R2，故有Rx＝R2－R1。由題意可知R1＝20 Ω，R2＝26 Ω，故被測電阻的阻值為Rx＝R2－R1＝26 Ω－20 Ω＝6 Ω。 答案　(1)7　(2)①圖乙?、谌缃馕鰣D所示　③6.25　(3)①20?、? 2．(1)某實驗小組在“測定金屬電阻率”的實驗過程中，正確操作獲得金屬絲的直徑以及電流表、電壓表的讀數(shù)如圖8所示，則它們的讀數(shù)依次是________mm、________A、________V。 圖8 (2)已知實驗中所用的滑動變阻器阻值范圍為0～10 Ω，電流表內(nèi)阻約為幾歐，電壓表內(nèi)阻約20 kΩ，電源為干電池(不宜在長時間、大功率狀況下使用)，電動勢E＝4.5 V，內(nèi)阻較小。則以下電路圖中________(選填字母代號)電路為本次實驗應(yīng)當(dāng)采用的最佳電路，但用此最佳電路測量的金屬絲電阻仍然會比真實值偏________(選填“大”或“小”)。 圖9 (3)若已知實驗所用的電流表內(nèi)阻的準(zhǔn)確值RA＝2.0 Ω，那么測量金屬絲電阻Rx的最佳電路應(yīng)是上圖中的________電路(選填字母代號)電路，此時測得電流為I、電壓為U，則金屬絲電阻Rx＝________(用題中字母代號表示)。 解析　螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為0.5 mm，可動刻度讀數(shù)為49.90.01 mm＝0.499 mm，金屬絲直徑為0.5 mm＋0.499 mm＝0.999 mm。電流表讀數(shù)為0.42 A，電壓表讀數(shù)為2.23 V。 (2)因RV?Rx(Rx＝ Ω≈5.3 Ω)，測量電路采用電流表外接法，故最佳電路為甲電路，此時測量結(jié)果因電壓表的分流而偏小。 (3)若已知電流表內(nèi)阻時，最佳電路為乙電路，由歐姆定律得Rx＋RA＝，那么Rx＝－RA。 答案　0.999(0.998～1.000 mm間均可)　0.42　2.23(2.22～2.24間均可) (2)甲　小 (3)乙?。璕A 3．(1)多用電表的歐姆擋有三個倍率，分別是1、10、100。用10擋測量某電阻Rx時，操作步驟正確，發(fā)現(xiàn)表頭指針偏轉(zhuǎn)角度過大，為了較準(zhǔn)確地進行測量，應(yīng)換到________擋。如果換擋后立即用表筆連接待測電阻進行讀數(shù)，那么缺少的步驟是__________，若補上該步驟后測量，表盤的示數(shù)如圖，則該電阻的阻值是______ Ω. 圖10 (2)現(xiàn)要用伏安法進一步測量待測電阻Rx的阻值，可供使用的器材如下： 電流表A1(量程0.6 A，內(nèi)阻約0.6 Ω)； 電流表A2(量程100 mA，內(nèi)阻約10 Ω)； 電壓表V1(量程15 A，內(nèi)阻約15 kΩ)； 電流表V2(量程3 V，內(nèi)阻約3 kΩ)； 滑動變阻器R1(0～5 Ω)； 滑動變阻器R2(0～500 Ω)； 電源E(3 V，內(nèi)阻很小)； 電源S、導(dǎo)線若干。 要求測得結(jié)果盡量準(zhǔn)確，實驗操作正確。 ①所選電流表為______(選填“A1”或“A2”) ②在虛線框內(nèi)畫出測量電路的原理圖，并在電路圖中標(biāo)柱所選器材的代號。 ③所測量的結(jié)果與真實值比較______(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。 解析　(1)多用電表歐姆擋指針偏轉(zhuǎn)太大，應(yīng)換用小倍率1擋，使指針偏到中央附近，且應(yīng)先重新歐姆調(diào)零，表盤的讀數(shù)為21 Ω。 (2)①電源電動勢3 V，選電壓表V2，通過電阻的最大電流Im＝ A≈0.136 A，電流表選A1量程太大，指針最大達不到電流表處，誤差大，應(yīng)選A2。②因Rx＜，電流表采用外接法，用伏安法則電阻Rx，如果限流式接法R1太小、R2太大，故滑動變阻器應(yīng)采用分壓式連接，應(yīng)接R1。③電流表外接，電流測量偏大，則所測電阻偏小。 答案　(1)1　歐姆調(diào)零　21　(2)①A2　②如圖?、燮　? 4．材料的電阻隨壓力的變化而變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”，利用這種效應(yīng)可以測量壓力大小。如圖甲所示為某壓敏電阻在室溫下的－F圖線，其中RF、R0分別表示有、無壓力時壓敏電阻的阻值，為了測量壓力F，需先測量壓敏電阻處于壓力中的阻值RF。請按要求完成下列實驗。 圖11 (1)設(shè)計一個可以測量處于壓力中的該壓敏電阻阻值的電路，在圖乙的虛線框內(nèi)畫出實驗電路原理圖(壓敏電阻及所給壓力已給出，待測壓力大小約為0.4102～0.8102 N，不考慮壓力對電路其他部分的影響)，要求誤差較小，提供的器材如下： A．壓敏電阻，無壓力時阻值R0＝6 000 Ω B．滑動變阻器R，最大電阻值約200 Ω C．電流表A，量程2.5 mA，內(nèi)阻約30 Ω D．電壓表V，量程3 V，內(nèi)阻約3 kΩ E．直流電源E，電動勢3 V，內(nèi)阻很小 F．開關(guān)S，導(dǎo)線若干 (2)正確接線后，將壓敏電阻置于待測壓力下，通過壓敏電阻的電流是1.33 mA，電壓表的示數(shù)如圖丙所示，則電壓表的讀數(shù)為________V。 (3)此時壓敏電阻的阻值為________Ω；結(jié)合圖甲可知待測壓力的大小F＝________N。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 解析　(1)由于待測電阻較大，電流表采用內(nèi)接法，由于滑動變阻器R阻值比RF小的多，故滑動變阻器采用分壓式接法。 (2)由電壓表的表盤刻度，可以讀出電壓表示數(shù)為2.00 V。 (3)根據(jù)歐姆定律可以得到此時壓敏電阻的阻值為RF＝＝ Ω＝1.5103 Ω；＝＝4，由圖像可以知道此時壓力為60 N。 答案　(1)如圖所示 (2)2.00　(3)1.5103　60 5．(2017唐山一模)為測量一未知電源電動勢和內(nèi)阻，某同學(xué)設(shè)計了如圖12所示電路，電路中所用到的器材規(guī)格如下： 圖12 待測電源：電動勢為4～6 V，內(nèi)阻為幾十歐姆； 定值電阻：R0＝10 Ω； 定值電阻：R2＝3 kΩ； 電阻箱R1：0～9 999 Ω； 電壓表：量程0～3 V，內(nèi)阻RV＝3 kΩ； 開關(guān)、導(dǎo)線若干 (1)閉合開關(guān)后，將電阻箱的阻值由零開始逐漸增大，記錄若干組電阻箱R1和電壓表的讀數(shù)； (2)第一次該同學(xué)將得到的數(shù)據(jù)在U－R1坐標(biāo)系中描點連線，得到如圖13甲所示曲線。曲線與縱軸的截距為b1＝0.8 V，虛線為圖中曲線的漸近線由圖可得電動勢E＝______V，內(nèi)阻r＝________ Ω； 圖13 (3)第二次該同學(xué)將得到的數(shù)據(jù)在－坐標(biāo)系中描點連線。得到如圖乙所示直線，直線與縱軸的截距為b2＝0.4 V－1，斜率k＝8.4 ΩV－1。由圖可得電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________ Ω； (4)將兩次數(shù)據(jù)處理方式進行對比，誤差較小的應(yīng)為第______(填“一”或“二”)次。 解析　(2)當(dāng)R1接近最大值時R外?r，則此時的路端電壓近似等于電源的電動勢，因R2＝Rv，則U外＝4.8 V，故E＝4.8 V。當(dāng)R1＝0時，R外＝10 Ω，而此時的路端電壓U外＝20.8 V＝1.6 V，據(jù)＝得r＝20 Ω。 (3)據(jù)閉合電路歐姆定律有E＝2U＋r，變形得＝＋，結(jié)合圖像可知＝0.4 V－1，＝8.4 ΩV－1，得E＝5.0 V，r＝21 Ω。 (4)在數(shù)據(jù)處理中，畫出的圖線為直線時，更容易找出對應(yīng)關(guān)系，可精確求解。 答案　(2)4.8　20　(3)5.0　21　(4)二