2023届高考物理加练必刷题（新高考版）第九章 微专题65　电学实验综合【解析版】

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微专题65　电学实验综合
1．熟练掌握闭合电路欧姆定律和串并联电路特点是分析电学实验的关键.2.基本实验原理是创新实验的基础，真正领会实验基本原理是处理创新实验的关键．　　　　　　　　　　　　　　　　

1．某电阻Rx的阻值约为100 Ω，现要用如图所示的电路测量其阻值，可选器材如下：

A．电源E(电动势约3 V)；
B．滑动变阻器R1(最大阻值10 kΩ)；
C．滑动变阻器R2(最大阻值10 Ω)；
D．电压表V(量程0～3 V，内阻为1 kΩ)；
E．电流表A1(量程0～10 mA，内阻约为1 Ω)；
F．电流表A2(量程0～30 mA，内阻约为3 Ω)；
G．开关、导线若干．
(1)电流表应选择________(填“E”或“F”)；
(2)某同学做实验的过程中，发现滑动变阻器的滑片即便在很大范围内滑动，电压表和电流表的示数都几乎为零，不方便获得多组电压电流数据，于是向你求助．你帮他检查后发现器材完好，电路连接无误，各接线柱接触良好．请帮该同学判断最有可能存在的问题并告诉他解决问题的办法：________________________________________________________________
______________________________________________________________________________.
(3)为了消除因电表内阻造成的系统误差，测量时S2应接________(填“a”或“b”)．某次测量中读得电压表的示数为1.60 V，电流表的示数为17.2 mA，消除系统误差之后，算得Rx的阻值为________ Ω(保留3位有效数字)．
答案　(1)F　(2)滑动变阻器的规格选择错误，应该选用最大阻值为10 Ω的滑动变阻器　(3)b　103
解析　(1)由电路图可知，采用的是“分压式”接法，Rx可获得的电压范围为0～3 V，故通过Rx的最大电流约为Imax＝＝30 mA，故电流表应该选择A2.
(2)实验的过程中，发现滑动变阻器的滑片即便在很大范围内滑动，电压表和电流表的示数都几乎为零，不方便获得多组电压电流数据，可能是滑动变阻器的规格选择错误，应该选用最大阻值为10 Ω的滑动变阻器．
(3)根据题中所给器材，电压表的内阻已知，而电流表的内阻未知，因此，可根据电压表示数得到流过它的电流值，故采用电流表外接法，故S2接“b”．
电压表分得的电流IV＝＝＝1.6 mA，故流过Rx的电流IRx＝(17.2－1.6) mA＝15.6 mA
故由欧姆定律得Rx＝＝≈103 Ω.
2．某电阻Rt的阻值与温度成线性关系，利用这个规律，某科技小组自己动手制作了一个测温计．首先，她们设计了如图甲所示的电路，其中A是量程为3 mA，内阻不计的电流表，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R1，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________(选填“R1”或“R2”)，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＝R0；
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，就得到了一个电学温度计．若要求电学温度指针向右偏时读数增大，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________ ℃.
(4)方宇同学用该温度计测的值比标准温度计测的值偏低，为了校准刻度，他可以________(写出一条合理建议即可)．
答案　(1)RB　(2)R2　(3)b、c　50　(4)将R2调小或换新电池
解析　(1)电源电动势1.5 V，当电流表达到3 mA时回路电阻约为500 Ω，为保护电流表，滑动变阻器R1应选用RB.
(2)①调节温度，使Rt的温度达到t1；②将S拨向接点1，调节R1，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R2，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＝R0
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)由于Rt的阻值随温度的升高而增大，由闭合电路欧姆定律可知其两端电压也增大，所以电压表应并联在b、c两点．
由串联分压规律可得，电压表示数为2 V时，电阻箱两端电压为1 V，故回路电流为I＝ A，电阻Rt的阻值为Rt＝＝150 Ω，由乙图可得Rt＝(100＋t) Ω，可得对应的温度数值为50 ℃.
(4)用该温度计测的值比标准温度计测的值偏低，可知Rt测量值偏小，其两端电压偏小，说明回路中其他元件的分压偏大，故为了校准刻度，可以将R2调小，或换新电池．
3．某同学欲测量电流表G1的内阻rg.电流表G1的满偏电流Ig为5 mA，内阻rg在150～250 Ω之间．
电路如图所示，利用半偏法测定电流表G1的内阻rg，供选用的器材如下：

A．电阻箱(阻值范围0～999 Ω)
B．电阻箱(阻值范围0～99 999 Ω)
C．电源(电动势3 V，内阻约为1 Ω)
D．电源(电动势30 V，内阻约为3 Ω)
实验主要步骤如下：
a．连接好电路接通K1，调节电阻R1，使电流表G1指针偏转到满刻度
b．接通K2，保持电阻R1不变，调节电阻R2，使电流表G1指针偏转到满刻度的一半
c．读出R2的阻值为198 Ω，即认为rg＝198 Ω
(1)根据该实验要求和实验过程，以下说法正确的是________．
A．该实验中R1最好选用阻值范围为0～999 Ω的电阻箱
B．该实验中最好选用电动势3 V的电源
C．该实验的要求是R1的阻值应远大于电流表G1的内阻rg
D．该实验存在系统误差，且电流表内阻的测量值与真实值相比偏小
(2)为了更准确测出电流表G1的内阻，另一同学利用以下器材去测量：待测电流表G1，另外一个电流表G2(量程为0～10 mA，内阻约40 Ω)；定值电阻R0(阻值为200 Ω)；电源E(电动势约为3 V，内阻不计)，滑动变阻器R(阻值范围为0～20 Ω)，单刀单掷开关一个，导线若干，要求实验中尽可能准确地测量电流表G1阻值，且能够获得多组实验数据
①请在虚线方框中画出测量电路图，并在图中标明选用器材的符号．


②若实验中读得G1表和G2表的读数分别为I1＝4.0 mA和I2＝8.2 mA，且电表读数十分准确，则G1表的内阻rg＝________.
③实验中把测量值与真实值之差除以真实值叫作测量结果的相对误差(δ＝×100%)，结合实验(1)(2)，实验(1)中的相对误差为________%(结果保留两位有效数字)．
答案　(1)CD
(2)①见解析图　②210 Ω　③5.7
解析　(1) 利用半偏法测定电流表G1的内阻rg时，因为电流表G1的满偏电流很小，所以该实验中R1的电阻很大，最好选用阻值范围为0～99 999 Ω的电阻箱，故A错误；电流表的满偏电压为Ug＝Igrg≈1 V，为了减小测量误差，Ug远小于电源电动势，该实验中最好选用电动势30 V的电源，故B错误；为了减小测量误差，电路中电流变化非常小，所以该实验的要求R1的值应远大于电流表G1的内阻rg，故C正确；K2闭合时，R2与G1并联，并联电阻小于rg，所以K2闭合后的干路电流大于闭合前的干路电流，此时电流表的电流是满偏的一半，则通过R2的电流大于满偏的一半，所以该实验存在系统误差，且电流表内阻的测量值与真实值相比偏小，故D正确．
(2)①滑动变阻器R的阻值较小，采用分压式接法，定值电阻R0与电流表G1的内阻差不多，采用并联，所以电路图如图．

②根据并联电路的特点可得rg＝R0＝210 Ω
③实验(1)中的相对误差δ＝×100%≈5.7%.
4．利用如图所示电路测量一量程为300 mV的电压表的内阻RV，RV约为300 Ω.

实验步骤如下：
①按电路图正确连接好电路，把滑动变阻器R的滑片P滑到a端，闭合开关S2，并将电阻箱R0的阻值调到较大；
②闭合开关S1，调节滑动变阻器滑片P的位置，使电压表的指针指到满刻度；
③保持开关S1闭合和滑动变阻器滑片P的位置不变，断开开关S2，调整电阻箱R0的阻值大小，使电压表的指针指到满刻度的一半，读出此时电阻箱R0的阻值，即为电压表内阻RV的测量值．
实验提供的器材除待测电压表、电阻箱(最大阻值999.9 Ω)、电池(电动势约1.5 V，内阻可忽略不计)、导线和开关之外，还有如下可供选择的实验器材：
A．滑动变阻器(最大阻值150 Ω)；
B．滑动变阻器(最大阻值10 Ω)；
C．定值电阻(阻值约20 Ω)；
D．定值电阻(阻值约200 Ω)．
根据以上设计的实验方法，回答下列问题：
(1)对于上述测量方法，从实验原理分析可知，在测量无误的情况下，实际测出的电压表内阻的测量值R测________(填“大于”“小于”或“等于”)真实值RV.
(2)为了使测量比较精确，从可供选择的实验器材中，滑动变阻器应选用________，定值电阻R′应选用________．(均填字母代号)
(3)在其他元件不变的情况下，为使测量更准确，可换用一电动势更________(填“大”或“小”)的电池(内阻可忽略)．
答案　(1)大于　(2)B　C　(3)大
解析　(1)从实验原理分析可知，当闭合开关S2，调整电阻箱R0的阻值，从而使得滑动变阻器两端电压变大，即使电压表示数为满刻度的一半，而电阻箱R0的电压偏大，导致所测电阻也偏大，所以测量电阻大于真实电阻．
(2)该实验中，滑动变阻器采用了分压接法，因此要选择总阻值较小的．故选B.
定值电阻R′的阻值不能过大，否则R′分得的电压偏大，影响实验的准确性．故选C.
(3)为使测量更准确，可换用一电动势更大的电池．
5．某同学想设计一个测量金属棒电阻率的实验方案，实验室提供的器材有：
A．电流表A1(内阻Rg＝100 Ω，满偏电流Ig＝3 mA)
B．电流表A2(内阻约为0.4 Ω，量程为0.6 A)
C．定值电阻R0＝900 Ω
D．滑动变阻器R(0～5 Ω，允许通过的最大电流2 A)
E．干电池组(电动势为6 V，内阻约0.05 Ω)
F．一个开关和导线若干
G．螺旋测微器，游标卡尺
(1)用多用电表粗测金属棒的阻值：当用“×10 Ω”挡时发现指针偏转角度过大，他应该换用________挡(填“×1 Ω”或“×100 Ω”)，换挡并进行一系列正确操作后，指针静止时如图所示，则金属棒阻值约为________ Ω；

(2)请根据提供的器材，设计一个实验电路，要求尽可能精确测量金属棒的阻值，请在方框中画出电路图；





(3)若实验测得电流表A1示数为I1，电流表A2示数为I2，则金属棒电阻为Rx＝________(用I1，I2，R0，Rg表示)．
答案　(1)×1 Ω　12.0　
(2)见解析图
(3)
解析　(1)用多用电表粗测金属棒的阻值：当用“×10 Ω”挡时发现指针偏转角度过大，即偏向0刻度线，所以示数偏小，要增大示数则要倍率减小换成“×1 Ω”的倍率；
电阻为R＝12.0×1 Ω＝12.0 Ω
(2)由于题目中没有给出电压表，显然是用电流表A1与R0串联后组成电压表，为多测几组数据，滑动变阻器采用分压接法，设计的电路图如图所示

(3)由电路连接及欧姆定律可求出金属棒的电阻为Rx＝＝.
6．(2022·山东省济南市历城第二中学高三月考)实验室提供了以下器材，让学生设计实验电路测定电压表内阻RV1和电阻Rx的阻值：
a．待测电压表V1(量程0～1 V，内阻RV1约1 kΩ)和待测电阻Rx(阻值约2 kΩ)
b．电压表V2(量程0～3 V，内阻RV2约4.5 kΩ)
c．毫安表mA(量程0～20 mA，内阻约50 Ω)
d．微安表μA(量程0～50 μA，内阻约200 Ω )
e．滑动变阻器R
f．电阻箱R1(总阻值9 999.9 Ω)
g．电源E(电动势6 V，内阻不计)
h．开关S1、单刀双掷开关S一个和导线若干
(1)为了扩大电压表V1的量程，必须精确测定其内阻，实验小组设计的部分实验电路如图所示，请根据可用器材，完成虚线框内部分电路的设计，并画在虚线框内；

(2)根据你的设计和相应操作，用两电压表示数及对应其他量，表示待测电压表V1的内阻RV1＝________； 待测电阻Rx＝________.(用两电压表示数U1、U2及对应电阻箱阻值R1表示)
答案　(1)见解析图
(2)R1　R1
解析　(1)由R＝可知，若用伏安法精确测电阻，必须精确测出电阻两端电压和通过电流，V1的最大电流Im＝≈1 mA.
两个电流表均不能满足要求，且由于电流表内阻不是确定值，也就不能改装．因此，只能用电阻箱等效代替，设计电路如图所示；

(2)首先S接1，适当调节R，读出电压表示数U1、U2，然后S接2，调节R1，使两电压表示数仍为U1、U2，读出R1的值．由分压原理得＝，则RV1＝R1，Rx＝R1.
7．某小组用惠斯通电桥测量电阻Rx的阻值：
方案一：如图(a)所示，先闭合开关S，然后调整电阻箱R2的阻值，使开关S0闭合时，电流表G的示数为零．已知定值电阻R1、R3的阻值，即可求得电阻Rx.

(1)实验中对电流表G的选择，下列说法正确的是________．
A．电流表的零刻度在表盘左侧
B．电流表的零刻度在表盘中央
C．电流表的灵敏度高，无需准确读出电流的大小
D．电流表的灵敏度高，且能准确读出电流的大小
(2)若实验中未接入电流表G，而其他电路均已连接完好，调节电阻箱R2，当>，则B、D两点的电势的关系满足φB________(选填“>”“