【原创】（新高考）2022届高三物理精准提升专练15 与闭合电路欧姆定律有关的实验

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     例1．(2021∙河北卷∙11)某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有；小灯泡（6.3 V，0.15 A），直流电源（9 V），滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干，设计的电路如图1所示。(1)根据图1，完成图2中的实物连线；(2)按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是______（单项选择，填正确答案标号）；A．电流表短路B．滑动变阻器的滑片接触不良C．滑动变阻器滑片的初始位置在b端(3)更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到I-U图像，其中一部分如图3所示，根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为______Ω（保留三位有效数字）。例2．(2021∙湖南卷∙12)某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻（阻值为R0）、一个电流表（内阻为RA）、一根均匀电阻丝（电阻丝总阻值大于R0，并配有可在电阻丝上移动的金属夹）、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：(1)将器材如图（a）连接：(2)开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的___________端（填“a”或“b”）；(3)改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据；(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图（b）所示，图线斜率为k，与纵轴截距为d，设单位角度对应电阻丝的阻值为r0，该电池电动势和内阻可表示为E=___________，r=___________（用R0、RA、k、d、r0表示）(5)为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0。利用现有器材设计实验，在图（c）方框中画出实验电路图（电阻丝用滑动变阻器符号表示）；(6)利用测出的r0，可得该电池的电动势和内阻。      1．用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V，内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻，除待测电池组、开关、导线外，还有下列器材供选用：A．电流表：量程0.6 A，内电阻约1 ΩB．电流表：量程3 A，内电阻约0.2 ΩC．电压表：量程3 V，内电阻约30 kΩD．电压表：量程6 V，内电阻约60 kΩE．滑动变阻器：0～1 000 Ω，额定电流0.5 AF．滑动变阻器：0～20 Ω，额定电流2 A(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)。(2)下图为正确选择仪器后，连好的部分电路．为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将________和________相连、________和________相连、________和________相连。(均填仪器上接线柱的字母代号)          (3)实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验．实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U.用图像法处理采集到的数据，为使在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线，则可以________为纵坐标，以________为横坐标。2．某学习小组拟研究一个标有“3.6 V，1.8 W”的小电珠的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：①电流表A，量程0～0.6 A，内阻约为0.2 Ω；②电压表V，量程0～15 V，内阻约为15 kΩ；③滑动变阻器R，阻值范围0～10 Ω；④学生电源E，电动势为4 V，内阻不计；⑤开关S及导线若干。(1)该学习小组中的甲同学设计了如图甲所示的电路进行测量，请按照图甲所示的电路图帮甲同学将图乙中的实物图连接起来。     (2)甲同学在实验中发现，由于电压表的量程较大而造成读数误差很大，因而影响了测量结果。于是又从实验室找来一量程为Ig＝100 μA、内阻Rg＝1000 Ω的灵敏电流计，想把该灵敏电流计改装成量程为5 V的电压表，则需串联一个阻值为________Ω的电阻。(3)甲同学用改装后的电压表进行实验，得到电流表读数I1和灵敏电流计读数I2如表所示：I1(A)00.190.300.370.430.460.480.49I2(μA)010203040506070请在图丙中的坐标纸上画出I1－I2图线。(4)若将该小电珠接在如图丁所示的电路中，则该小电珠消耗的电功率约为________W．已知电源的电动势为E′＝3.0 V，内阻r＝1.5 Ω，定值电阻R0＝4.5 Ω。(结果保留两位有效数字)3．小明在实验室中发现一个外观上像电阻的未知元件D，设计了如图甲所示电路进行实验探究，请按要求回答问题：       (1)小明按图甲连接好电路，闭合开关S，将滑动变阻器滑片缓慢地从a端移到b端，发现起始阶段电压表的示数逐渐增大，后续阶段电压表示数保持6 V不变，若D为电阻元件，则该过程中它的电阻值的变化情况可能是________。A．阻值一直为0B．阻值先不变，后续阶段变小C．阻值恒定且远大于R2D．阻值先不变，后阶段变大(2)根据元件D铭牌上的部分信息，小明从网络获知该元件为稳压二极管，它有正、负极之分，在电路中当D的正极接高电势时，其i－u线如图乙中OC所示；当D的负极接高电势时，其i－u线如图乙中OAB所示，其中AB段为D的稳压工作区，由此可判断图甲中D的黑色端是它的________极(选填“正”或“负”)。(3)小明接着设计了用多用电表欧姆挡按图丙对该元件进行探究，图丙中虚线框部分是其内部等效电路，已知电源电动势E＝9 V，电表满偏电流Ig＝3 mA。实验时小明先进行欧姆调零，则调零后多用电表内部总电阻为____________Ω；调零后按图丙连接元件D进行测量，若D恰好处于稳压工作区，则此时测得元件D的阻值应为____________Ω。4．为了探究某电阻Rt在不同温度下的阻值，某同学设计了如图甲所示的电路，其中A为内阻不计、量程为3 mA的电流表，E1为电动势为1.5 V、内阻约为1 Ω的电源，R1为滑动变阻器，R2为电阻箱，S为单刀双掷开关。     (1)实验室中提供的滑动变阻器有两个：RA(0～150 Ω)，RB(0～500 Ω)，本实验中滑动变阻器R1应选用________(选填“RA”或“RB”)。(2)完成下面实验步骤：①调节温度，使Rt的温度达到t1；②将S拨向接点1，调节________，使电流表的指针偏转到适当位置，记下此时电流表的读数I；③将S拨向接点2，调节________，使电流表的读数仍为I，记下此时电阻箱的读数R0，则当温度为t1时，电阻Rt＝________；④改变Rt的温度，重复步骤②③，即可测得电阻Rt的阻值随温度变化的规律。(3)现测得电阻Rt随温度t变化的图像如图乙所示。把该电阻与电动势为3.0 V、内阻不计的电源E2，量程为3.0 V的理想电压表V(图中未画出)和电阻箱R2连成如图丙所示的电路，用该电阻做测温探头，将电压表的电压刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“电阻温度计”。若要求电压表的读数必须随温度的升高而增大，则应在原理图丙中________(选填“a、b”或“b、c”)两点接入电压表．如果电阻箱阻值R2＝75 Ω，则电压表刻度盘2.0 V处对应的温度数值为________℃。5．某同学测定电源电动势和内阻，所使用的器材有：待测干电池一节(内阻很小)、电流表A(量程0.6 A，内阻RA小于1 Ω)、电流表A1(量程0.6 A，内阻未知)、电阻箱R1(0～99.99 Ω)、滑动变阻器R2(0～10 Ω)、单刀双掷开关S、单刀单掷开关K各一个，导线若干。(1)该同学按图甲所示电路连接进行实验操作。请在答题卡相应位置的虚线框内补全与图甲对应的电路图。(2)测电流表A的内阻：闭合开关K，将开关S与C接通，通过调节电阻箱R1和滑动变阻器R2，读取电流表A的示数为0.20 A、电流表A1的示数为0.60 A、电阻箱R1的示数为0.10 Ω，则电流表A的内阻RA＝________Ω。(3)测电源的电动势和内阻：断开开关K，调节电阻箱R1，将开关S接__________(填“C”或“D”)，记录电阻箱R1的阻值和电流表A的示数；断开开关K，开关S所接位置不变，多次调节电阻箱R1重新实验，并记录多组电阻箱R1的阻值R和电流表A的示数I。(4)数据处理：图乙是由实验数据绘出的－R图像，由此求出干电池的电动势E＝__________V、内阻r＝__________Ω。(计算结果保留二位有效数字)(5)如果电流表A的电阻未知，本实验__________ (填“能”或“不能”)测出该电源的电动势。6．举世瞩目的嫦娥四号，其能源供给方式实现了新的科技突破：它采用同位素温差发电与热电综合利用技术结合的方式供能，也就是用航天器两面太阳翼收集的太阳能和月球车上的同位素热源两种能源供给探测器。图甲中探测器两侧张开的是光伏发电板，光伏发电板在外太空将光能转化为电能。某同学利用图乙所示电路探究某光伏电池的路端电压U与电流I的关系，图中定值电阻R0＝5Ω，设相同光照强度下光伏电池的电动势不变，电压表、电流表均可视为理想电表。(1)实验一：用一定强度的光照射该电池，闭合开关S，调节滑动变阻器R的阻值，通过测量得到该电池的U－I曲线a（如图丁）。由此可知，该电源内阻是否为常数_______（填“是”或“否”），某时刻电压表示数如图丙所示，读数为________V，由图像可知，此时电源内阻为_______Ω。实验二：减小实验一光照的强度，重复实验，测得U－I曲线b（如图丁）。(2)在实验一中当滑动变阻器的电阻为某值时路端电压为2.5 V，则在实验二中滑动变阻器仍为该值时，滑动变阻器消耗的电功率为________W（计算结果保留两位有效数字）。7．某实验小组研究两个未知元件X 和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、定值电阻等。   (1)使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆档测量，示数如图1(a)所示，读数为________Ω。据此应选择图1中的 ________(填“b”或“c”)电路              进行实验。(2)连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐_______(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验。(3)图2(a)是根据实验数据作出的U－I图线，由图可判断元件________(填“X”或“Y”)是非线性元件。(4)该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R＝21 Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图2(b)所示。闭合S1和S2，电压表读数为3.00 V；断开S2，读数为1.00 V，利用图2(a)可算得E＝________V，r＝________Ω。(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表) 
 例1．【解析】(1)电流表负极与滑动变阻器的右端的b位置连接，如图。(2)开关闭合，小灯泡闪亮一下后灯丝烧断，说明通过小灯泡的电流过大。电流表内阻非常小，短路几乎不影响通过小灯泡的电流，与灯丝烧断无关，A错误；滑动变阻器滑片接触不良，无电流通过小灯泡，B错误；滑动变阻器的滑片开始时置于b端，小灯泡部分分压达到最大，通过电流最大，可能会烧断小灯泡灯丝，C正确。(3)根据小灯泡的伏安特性曲线可知在点时的电压和电流分别为，，根据欧姆定律I＝可知小灯泡的电阻。【答案】(1)见解析图    (2)C    (3)27.0例2．【解析】(2)开关闭合前，为了保护电路中的元件，应将电阻丝的最大阻值接入电路，根据电阻定律R＝ρ可知电阻丝接入越长，接入电阻越大，金属夹应夹在电阻丝的b端。(4)设圆心角为θ时，电阻丝接入电路中的电阻为θr0，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可知，整理得，结合图象的斜率和截距满足，，解得电源电动势和内阻为，。(5)实验器材中有定值电阻R0和单刀双掷开关，考虑使用等效法测量电阻丝电阻，如图所示。原理的简单说明：①将开关置于R0位置，读出电流表示数I0；②将开关置于电阻丝处，调节电阻丝的角度，直到电流表示数为I0，读出此时角度θ；③此时θr0=R0，即可求得r0的数值。【答案】(2)b    (4)       (5)见解析图  1．【答案】(1)A　D　F　(2)a　d　c　g　f　h　(3)　(或U　或　R)(横纵坐标互换亦可)【解析】(1)为了使测量更准确，电流表选量程为0.6 A的电流表A，电池组的电动势约4.5 V，故电压表选D，为了便于调节滑动变阻器应选F。(2)为了使测量误差尽可能小，测量电源电动势和内电阻的原理图如图(a)所示，因此将a、d相连，c、g相连，f、h相连。(3)用电阻箱和电压表测量电源电动势和内电阻的实验原理图如图(b)所示，根据闭合电路欧姆定律，得E＝U＋r，所以＝＋·，因此可作出－图像处理数据。2．【答案】(1)见解析图(a)　(2)49 000　(3)如图所示  (4)0.35【解析】(1)如图(a)所示。(2)设需要串联的电阻阻值为Rx，则有Ig(Rg＋Rx)＝5 V，代入数据可得Rx＝49000 Ω。(4)将定值电阻R0看做该电源的内阻的一部分，则内阻r′＝6 Ω，由此可得路端电压U＝E′－Ir′，在I1－I2图线所在坐标纸上作出该I－U图像如图(b)所示，可知其交点坐标表示的电流约为0.32 A，电压约为1.1 V，所以该小电珠消耗的功率约为P＝0.32×1.1 W≈0.35 W。     3．【答案】(1)B　 (2)负　 (3)3 000(或3×103)   6 000(或6×103)【解析】(1)因在滑片移动过程中，发现起始阶段电压表的示数逐渐增大，后续阶段电压表示数保持6 V不变，则知元件阻值可能先不变，后续阶段变小，故B正确。(2)结合第(1)问中所给条件，可知D元件黑色部分为负极。(3)由R总＝，解得R总＝3000 Ω；D恰好处于稳压工作区时，其两端电压U＝6 V，而U＝，解得RD＝6000 Ω。4．【答案】(1)RB　(2)②R1　③R2　R0　(3)b、c　50【解析】(1)由电源的电动势为1.5 V，电流表量程为3 mA可知，达到满偏时，电路总电阻约为500 Ω，故滑动变阻器选择RB。(2)实验中选用替代法测量电阻，第二步中，先将S拨向接点1，调节滑动变阻器R1，记录电流表读数I；然后将S拨向接点2，调节电阻箱R2，使电流表读数仍为I，此时电阻箱的读数即为待测电阻的阻值，即Rt＝R0。(3)由于电阻Rt随温度升高而增大，由闭合电路欧姆定律可知其两端电压也增大，所以电压表与之并联，即电压表接在b、c两点．根据题图乙中图像可得Rt＝(100＋t) Ω，由串联分压规律可得电压表示数为2.0 V时，Rt＝150 Ω，解得t＝50(℃)。5．【答案】(1)见解析图    (2)0.20    (3)D    (4)1.5    0.25    (5)能【解析】(1)由实物图连接原理图，如图所示。(2)根据串并联电路的规律可知，流过电阻箱R1的电流I＝(0.60－0.20)A＝0.40 A；电压U＝0.10×0.40 V＝0.040 V，则电流表内阻。(3)S接D，否则外电路短路。(4)根据(3)中步骤和闭合电路欧姆定律可知E＝I(R＋RA＋r)，变形可得，根据图像可知，，解得E＝1.5 V，r＝0.25 Ω。(5)由可知：当电流表内阻未知时，能测出电动势，但不能测出内电阻。6．【答案】(1)否    1.50    5.6    (2)7.2×10－2（7.0×10－2～7.4×10－2均算正确）    【解析】(1)由U－I图像可知，因图像的斜率等于电源的内阻，可知电源内阻不是常数；电压表的量程为3.0 V，则读数为1.50 V；由图中读出，此时电路中的电流为250 mA，因电源的电动势E＝2.9 V，可得此时电源的内阻；(2)在实验一中当滑动变阻器的电阻为某值时路端电压为2.5 V，可得此时的电流为100 mA，则滑动变阻器的阻值；则在实验二中滑动变阻器仍为该值时，此时外电路电阻R外＝R＋R0＝25 Ω，将此电阻的U－I线画在此电源的U－I图像中，如图，直线与b的交点为电路的工作点，此时I＝60 mA，则滑动变阻器消耗的电功率P＝I2R＝7.2×10－2 W。7．【答案】(1)10　b　 (2)增大　 (3)Y　 (4)3.2　0.50【解析】(1)欧姆表的读数R＝示数×倍率，得R＝10 Ω；根据实验电路产生误 差的原因知应选用电流表外接，故选择“b”电路进行实验。(2)滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，R左增大，待测电阻两端的电压增大， 所以电流表的示数增大。(3)根据伏安特性曲线知，X为线性元件，Y为非线性元件，且RX＝10 Ω。(4)由闭合电路欧姆定律：S1、S2均闭合，有U1＝RX；S1闭合，S2断开，有U2＝RX，解以上两式得r＝0.50 Ω，E＝3.2 V。