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2016高考物理二轮复习 专题五 第12讲 电学实验提升训练


第 12 讲

电学实验

专题提升训练 1.(2015·中山二模)某同学在测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻 R0,步骤如下: (1)用游标为 20 分度的卡尺测量其长度如图 1 甲所示,由图可知其长度为________mm。

图1 (2)用螺旋测微器测量其直径如图乙,由图可知其直径为________mm。 (3)用多用电表的电阻“×10”挡, 按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻, 表盘的示数如图 2,则该电阻的阻值约为________Ω 。

图2 (4)该同学想用伏安法更精确地测量其电阻 R,现有的器材及其代号和规格如下: 待测圆柱体电阻 R 电流表 A1(量程 0~4 mA,内阻约 50 Ω ) 电流表 A2(量程 0~10 mA,内阻约 30 Ω ) 电压表 V1(量程 0~3 V,内阻约 10 kΩ ) 电压表 V2(量程 0~15 V,内组约 25 kΩ ) 直流电源 E(电动势 4 V,内阻不计) 滑动变阻器 R1(阻值范围 0~15 Ω ,允许通过的最大电流 2.0 A) 滑动变阻器 R2(阻值范围 0~2 kΩ ,允许通过的最大电流 0.5 A) 开关 S,导线若干 为使实验误差较小,要求测得多组数据进行分析,请在虚线框中画出测量的电路图,并标 明所用器材的代号。

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解析 (1)50 mm+3×0.05 mm=50.15 mm。 (2)4.5 mm+20.0×0.01 mm=4.700 mm。 (3)22×10 Ω =220 Ω 。 (4)电源电动势为 4 V,所以电压表选用 V1,通过待测电阻的电流最大值

U 3 RV1 R 约为 I= = A≈10 mA,所以电流表选用 A2;因 > ,所以电流表 R 220 R RA2
采用外接法;为使实验误差较小,且能测得多组数据,滑动变阻器图应 该采用分压式接法,变阻器若采用 R2,不便于调节,故应采用 R1,电路 图如图所示。 答案 (1)50.15 (2)4.700 (3)220 (4)见解析

2.(2015·浙江理综,22)图 3 是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连 接图。

图3

图4

2

(1)根据图 3 画出实验电路图;

(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图 4 中的①、②、③、④所示,电 流表量程为 0.6 A, 电压表量程为 3 V。 所示读数为: ①________、 ②________、 ③________、 ④________。两组数据得到的电阻分别为________和________。 解析 (1)实验电路图如图所示。

(2)电流表量程为 0.6 A 时,最小刻度为 0.02 A,读数读到小数点后两位,所以①表示数 为 0.10 A,②表示数为 0.24 A;电压表量程为 3 V,最小刻度为 0.1 V,应估读到 0.01 V,

U1 2.00 V 所以③表示数为 2.00 V,④表示数为 0.27 V,根据欧姆定律 R1= = =8.3 Ω ,R2 I1 0.24 A U2 0.27 = = Ω =2.7 Ω 。 I2 0.1
答案 (1)见解析图 (2)①0.10 A(0.10±0.02 均可) ②0.24 A(0.24±0.02 均可) ③2.00 V(2.00±0.02 均可) ④0.27 V(0.27±0.02 均可);

8.3 Ω (8.3±0.2 均可) 2.7 Ω (2.7±0.2 均可) 3.(2015·宁波市高三模拟)现有一特殊的电池,其电动势 E 约为 9 V,内阻 r 在 35 Ω ~55 Ω 范围,最大允许电流为 50 mA。为测定这个电池的电动势和内阻,某同学利用图 5 甲的电 路进行实验。图中电压表看做理想电表;R 为电阻箱,阻值范围为 0~9 999.9 Ω ;R0 为定 值电阻。

图5 (1)该同学接入符合要求的 R0 后,闭合开关 S,调整电阻箱的阻值,读出电压表的示数 U, 再改变电阻箱阻值,测得多组数据,然后作出有关物理量的线性图象,如图乙所示,由图

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可求得电源的电动势和内阻。 a.请写出该线性图象对应的函数表达式________。(用字母 E、r、U、R、R0 表示) b.请标明图乙中两个坐标轴所表示的物理量,横坐标________,纵坐标________。 (2)根据乙图所作出的图象求得该电池的电动势 E 为________V,内电阻 r 为________Ω 。 解析 (1)a.由闭合电路欧姆定律 E= b.自变量为 1 1 ,因变量 。 R+R0 U

U 1 r 1 1 ·(r+R0+R),经变换得 = · + 。 R0+R U E R+R0 E

1 r 1 1 1 r 0.65-0.1 (2)由 = · + 及题图乙知,纵截距为 =0.1,所以 E=10 V;斜率为 = U E R+R0 E E E 12×10-2 ≈4.6,所以 r=46 Ω 。 1 r 1 1 1 1 答案 (1)a. = · + b. U E R+R0 E R+R0 U (2)10 46(44~48) 4.LED 绿色照明技术已经走进我们的生活。某实验小组要精确测定额定电压为 3 V 的 LED 灯 正常工作时的电阻,已知该灯正常工作时电阻大约为 500 Ω ,电学符号与小灯泡电学符号 相同。 实验室提供的器材有 A.电流表 A1(量程为 50 mA,内阻 RA1 约为 3 Ω ) B.电流表 A2(量程为 3 mA,内阻 RA2=15 Ω ) C.定值电阻 R1=697 Ω D.定值电阻 R2=1 985 Ω E.滑动变阻器 R(0~20 Ω ) F.电压表 V(量程 0~12 V,内阻 RV=1 kΩ ) G.蓄电池 E(电动势为 12 V,内阻很小) H.开关 S (1)部分电路原理图如图 6 所示, 请选择合适的器材, 电表 1 为________, 电表 2 为________, 定值电阻为________。(填写器材前的字母编号)

图6 (2)将电路图(图 6)补充完整。
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(3)写出测量 LED 灯正常工作时的电阻表达式 Rx=________(用已知量和测量量表示),当 表达式中的________(填字母)达到________,记下另一电表的读数代入表达式,其结果为 LED 灯正常工作时的电阻。 解析 (1)电表 2 与定值电阻串联,应是电流表,根据电流表示数可得 LED 两端的电压,由 于电流表 A1 阻值未知,所以电表 2 选用 A2,定值电阻 R1 阻值太小,因此定值电阻应选用

R2;电流表 A1 量程太大,电压表内阻已知,可以当电流表使用,所以电表 1 选用电压表。
(3)电压表示数为 U,电流表示数为 I2, =I2+

U RV

I2(R2+RA2) I2(R2+RA2) ,可得 Rx= ;当 Rx U -I2 RV

I2(R2+RA2)=3 V,即 I2=1.5 mA 时 LED 灯正常工作,Rx 的值为 LED 灯正常工作时的电阻。
答案 (1)F;B;D (2)如图所示 (3)

I2(R2+RA2) ;I2;1.5 mA U -I2 RV

5.(2015·安徽理综,21,Ⅱ)某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下 器材: 一个满偏电流为 100 μ A、 内阻为 2 500 Ω 的表头, 一个开关, 两个电阻箱(0~999.9 Ω )和若干导线。 (1)由于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为 50 mA 的电流表,则应将表头与 电阻箱________(填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为________Ω 。 (2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量, 实验电路如图 7 所示, 通 过改变电阻 R 测相应的电流 I,且作相关计算后一并记录如下表。

图7 1 2 75.0 18.7 1.40 3 55.0 24.8 1.36 4 45.0 29.5 1.33 5 35.0 36.0 1.26 6 25.0 48.0 1.20

R(Ω ) I(mA) IR(V)

95.0 15.0 1.42

①根据表中数据,图 8 中已描绘出四个点,请将第 5、6 两组数据也描绘在图 8 中,并画出

IR-I 图线;
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图8 ②根据图线可得电池的电动势 E 是________V,内阻 r 是________Ω 。 解析 (1)要将电流表量程扩大,需要并联电阻,由并联电路特点:IgRg=(I-Ig)R 并,将 I =50 mA,Ig=100 μ A,Rg=2 500 Ω 代入解得 R 并=5.0 Ω 。 (2)①作 IR-I 图线,如图所示。

(2)根据实验电路知,IR 表示电源的路端电压,I 表示电路的电流,故 IR-I 图线的纵轴截 Δ IR 距即为电池的电动势,则 E=1.53 V,图线斜率的绝对值即为电池的内阻,则 r=| | ΔI =2.0 Ω 。 答案 (1)并联 5.0 (2)①如解析图所示 ②1.53 2.0 6.为测量某金属丝的电阻率,现截取了其中的一段,用米尺测出金属丝的长度 L,用螺旋测 微器测得其直径为 D,用多用电表粗测其电阻约为 R。 (1)将米尺的 0 刻度线与金属丝的左端对齐,图 9 甲中读出其长度 L=________mm; (2)用螺旋测微器测金属丝的直径,图乙中读出其直径 D=________mm; (3)选择多用电表“×10”挡粗测金属丝的电阻,图丙中读出其电阻 R=________Ω 。

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图9 (4)接着, 该同学用伏安法尽可能精确地测出该金属丝的电阻, 然后根据电阻定律计算出该 金属丝的电阻率。实验室提供的器材有: A.直流电源 E(电动势 4 V,内阻不计) B.电流表 A1(量程 0~3 mA,内阻约 50 Ω ) C.电流表 A2(量程 0~15 mA,内阻约 30 Ω ) D.电压表 V1(量程 0~3 V,内阻 10 kΩ ) E.电压表 V2(量程 0~15 V,内阻 25 kΩ ) F.滑动变阻器 R1(阻值范围 0~15 Ω ,允许通过的最大电流 2.0 A) G.滑动变阻器 R2(阻值范围 0~2 kΩ ,允许通过的最大电流 0.5 A) H.待测电阻丝 Rx,开关、导线若干 要求较准确地测出其阻值,电流表应选________,电压表应选________,滑动变阻器应选 ________。(填题首字母) (5)在如图 10 所示的实物上画出连线(部分线已画出)。

图 10 解析 (1)由刻度尺读出长度为 L=191.2 mm;(2)由螺旋测微器读出其直径为 D=0.5 mm +18.0×0.01 mm=0.680 mm;(3)由欧姆表读出其阻值为 R=22×10 Ω =220 Ω ;(4)最 4 大电流约为 A=18 mA,电流表选量程为 0~15 mA 的 A2;由于最大电压为 4 V,电压表 220 选量程为 0~3 V 的 V1;由于尽可能精确测量其阻值,要求电流、电压值分布范围大,滑 动变阻器采用分压式连接,选阻值较小的 R1;(5)将待测电阻的阻值与所选电流表和电压 表的内阻进行比较可知,待测电阻为阻值较小的电阻,电流表外接,滑动变阻器分压式连 接,实物连线图如答图所示。 答案 (1)191.2(191.1~191.6 均可) (2)0.680 (3)220 Ω (4)C D F (5)如图所示

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