预测18 电学实验之两类典型问题 -【临门一脚】 高考物理三轮冲刺过关

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2021年高考物理【临门一脚】（全国通用）预测18  电学实验之两类典型问题概率预测☆☆☆☆☆题型预测选择题☆☆☆☆计算题☆考向预测实验命题不避热点，注重陈题翻新；重点实验频频考，其他实验“轮换”考。实验“小题”常考力学内容，实验“大题”常考电学内容。在两个实验中，通常一个实验立足教材，立足创新，凸显对科学探究素养的考查，一般较为基础，注重对考生的实验基本功的考查；另一个实验题依据新课程标准要求挖掘改造，对考生的实验能力要求较高，突出选拔作用。 1、电学常用仪器的读数和使用（1）电流表和电压表量程精确度读数规则电流表0～3 A0.1 A与刻度尺一样，采用估读，读数规则较简单，只需要精确值后加一估读数即可电压表0～3 V0.1 V电流表0～0.6 A0.02 A估读位与最小刻度在同一位，采用估读电压表0～15 V0.5 V估读位与最小刻度在同一位，采用估读（2）多用电表的读数及使用①电流的流向电流从电表的“＋”插孔（红表笔）流入，从“－”插孔（黑表笔）流出，即“红进黑出”。②“机械零点”与“欧姆零点”“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮。2、测电表内阻常见的7种实验方案方案方法电路图表达式说明1伏安法Rx＝－RU：V的示数Ix：Ax的示数R：电阻箱的读数2安安法Rx＝·RgIg：A的示数Rg：A的内阻(已知)3Rx＝RIx：Ax的示数Ix：Ax的示数R：电阻箱的读数4替代法Rx＝Rg＋R2－R1Rg：A的内阻(已知)R1：S接1时R的读数R2：S接2时R的读数5Rx＝R0当单刀双掷开关分别接1和2时，调R为R0使表A示数相同6半偏法Rx＝R0S2断开时，Ax满偏；S2闭合调R＝R0时，Ax半偏7RV＝R2－2R1V满偏时，R＝R1；V半偏时，R＝R2 3、测电源电动势和内阻的常用方法 伏安法伏阻法安阻法实验原理E＝U＋IrE＝U＋rE＝IR＋Ir实验电路数据处理计算法由解得E、r由解得E、r由解得E、r图象法U＝－rI＋E＝·＋＝·R＋误差来源电压表的分流E测＜E真；r测＜r真电压表的分流E测＜E真；r测＜r真电流表的分压E测＝E真；r测＞r真 1．（2020·全国高考真题）某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx，所用电压表的内阻为1 kΩ，电流表内阻为0.5Ω。该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图（a）所示电路的O、P两点之间，另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图（b）所示的两条U–I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数。回答下列问题：（1）图（b）中标记为II的图线是采用电压表跨接在________（填“O、P”或“O、Q”）两点的方案测量得到的。（2）根据所用实验器材和图（b）可判断，由图线________（填“I”或“II”）得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为________Ω（保留1位小数）。（3）考虑到实验中电表内阻的影响，需对（2）中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为________Ω（保留1位小数）。【答案】  、    I        【解析】(1)若将电压表接在、之间，则根据一次函数关系可知对应斜率为。若将电压表接在、之间，电流表分压为根据欧姆定律变形可知解得根据一次函数可知对应斜率为，对比图像的斜率可知所以II图线是采用电压表跨接在、之间。（2）因为待测电阻为几十欧姆的电阻，通过图像斜率大致估算待测电阻为左右，根据说明电流表的分压较小，电流表的分流较大，所以电压表应跨接在、之间，所以选择图线I得到的结果较为准确。根据图像可知考虑电流表内阻，则修正后的电阻为2．（2020·山东高考真题）实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有：干电池一节（电动势约1.5 V，内阻小于1 Ω）；电压表V （量程3 V，内阻约3 kΩ）；电流表A （量程0.6 A，内阻约1 Ω）；滑动变阻器R （最大阻值为20 Ω）；定值电阻R1（阻值2 Ω）；定值电阻R2（阻值5 Ω）；开关一个，导线若干。(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U-I坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是_____。（单选，填正确答案标号）A．电压表分流B．干电池内阻较小C．滑动变阻器最大阻值较小D．电流 表内阻较小(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。序号1234567I/A0.080.140.200.260.320.360.40U/V1.351.201.050.880.730.710.52请根据实验数据，回答以下问题：①答题卡的坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点，请在答题卡的坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图像________。②根据实验数据可知，所选的定值电阻为_____ （填“R1”或“R2”）。③用笔画线代替导线，请在答题卡上按照改进后的方案，将实物图连接成完整电路____________。【答案】  B        R1    【解析】(1)电压表示数变化过小，则原因是外电阻比内阻大的多，即电源内阻偏小，故选B。(2)根据数据做出U-I图像如图；由图像可知电源内阻小于1Ω，则定值电阻大于1.63Ω，可知定值电阻为R1；定值电阻与电源串联，电路如图；一、实验题1．（2021·辽宁鞍山市·鞍山一中高三其他模拟）为测量某电阻阻值，设计了图甲所示电路完成该实验。实验的主要步骤如下：a.断开，闭合，调节滑动变阻器和电阻箱，使电流表和电压表有合适读数，记下两表示数、；b.再闭合，保持阻值不变，仅改变，记下电流表和电压表的示数、。回答下列问题：（1）某次电流表示数如图乙，其值为___________；（选用的是量程）（2）写出被测电阻阻值的表达式___________（用两次测量的电表示数字母表示）；（3）实验中的电表都不是理想表，被测电阻的测量值___________真实值（选填“>”、“=”或“<”）。【答案】  0.52        =【解析】(1) 某次电流表示数如图乙，其值为0.52A。(2) 由欧姆定律根据步骤a，设电压表内阻为RV，则有根据步骤b由以上两式可得(3) 因把电压表内阻考虑在内后列出欧姆定律表达式，即可解出待测电阻的真实值，则被测电阻Rx的测量值等于真实值。2．（2021·天津高三其他模拟）某实验小组设计了如图甲所示电路，测量电流表G的内阻，可供选择的器材如下：待测电流表G：量程为0~100 mA，内阻约为2 Ω安培表A：量程为0~0.6 A，内阻为0.2 Ω定值电阻R1：阻值为10 Ω定值电阻R2：阻值为50 Ω定值电阻R3：阻值为300 Ω滑动变阻器R4：阻值范围为0~10 Ω滑动变阻器R5：阻值范围为0~1000 Ω学生电源，电动势为6 V开关S及导线若干实验要求测量时两个表的读数都能超过量程的。(1)定值电阻RA应选________，定值电阻RB应选________，滑动变阻器应选________。(2)用笔画线代替导线，按图甲要求，在图乙中连接实物图__________。(3)实验步骤如下：①按电路图连接电路（为电路安全，先将滑动变阻器滑片P调到左端）；②闭合开关S，移动滑片P至某一位置，记录A和G的读数，分别记为I1和I2；③多次移动滑片P，记录各次A和G的读数I1和I2；④以I1为纵坐标，I2为横坐标，作出相应图线，如图丙所示；⑤根据I1­I2图线的斜率k及定值电阻RA、RB，得到待测电流表G的内阻表达式为RG＝________（用k、RA、RB表示），利用图像中的数据测得RG＝________。【答案】  R2    R1    R4        （k-1）RB-RA    2.5Ω【解析】(1)由于待测电流表G的量程远小于安培表A的量程，根据欧姆定律可知应将电阻R2与电流表G串联在与R1并联，从而改装成一个大量程的电流表，该标的量程为可以满足测量时两个表的读数都能超过量程的，滑动变阻器采用的分压式接法，为方便实验操作应选择最大阻值较小的滑动变阻器；(2)根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示(3)根据欧姆定律可得根据图像代入数据可得3．（2021·湖南娄底市·高三零模）某手机电池的电动势约为4V左右，为精确测出该电池的电动势和内阻。除待测手机电池外，实验室可供选用的器材有：A．电流表A：（量程0.6A、内阻）B．电压表V：（量程15V、内阻约）C．滑动变阻器：最大阻值5ΩD．电阻箱：（0~9999.9Ω）E.一个开关及导线若干（1）为了能精确测量电池的电动势和内阻。请选用合适的器材设计电路，并把设计的电路画在方框内。（______）（2）根据设计的电路。在用图像法处理数据时，若纵轴为，为了保证得到的图像为直线。则横轴为______，得到图像1，若图像1与纵轴的截距为，斜率为，则电池的电动势______，内阻______；（3）为了保证得到的图像为直线，还可以以电流表的示数I为横轴，以______为纵轴；得到图像2；若图像2与纵轴的截距为，斜率的绝对值为，则电池的电动势______，内阻______。（用题中给出的物理量符号表示）【答案】      R            [或]        （或）【解析】（1）由实验室给出的仪器可知，电压表的量程太大，滑动变阻器的阻值太小，因而应选用电流表与电阻箱的方式连接，电路如下图所示。（2）由闭合电路欧姆定律，有可知若纵轴为，为了保证得到的图像为直线。则横轴为R。结合题意可知，解得，（3）由闭合电路欧姆定律，有可知为了保证得到的图像为直线，还可以以电流表的示数I为横轴，以为[或]纵轴；结合题意有，解得或
 则，4．（2021·山东济南市·高三一模）某兴趣小组用如图甲所示的电路测量待测电阻Rx的阻值（约为400Ω），图中G（Rg=100Ω）为量程10mA的灵敏电流计，R0为定值电阻（R0=100Ω），R为滑动变阻器（阻值范围0~10Ω）。(1)按照图甲所示的电路图，在答题纸上将图乙中的器材实物连线补充完整；______(2)将滑动变阻器置于适当位置后，闭合开关S1。将单刀双掷开关S2接1端，改变滑动变阻器滑片位置，记录此时电流计的示数I1；保持滑动变阻器滑片不动，将S2接2端，记录此时电流计的示数I2。忽路电路中M、N两点间的电压变化，则待测电阻Rx的阻值的表达式为Rx=______；（用I1、I2、R0、Rx表示）(3)改变滑动变阻器滑片位置，重复上述步骤，得到下表中4组数据： 1234I1/mA6.505.504.403.30I2/mA5.284.563.662.741.231.211.201.20利用表中数据，可以求得Rx=______Ω；（保留3位有效数字）(4)若考虑电阻变化对电路的影响，Rx的测量值______（填“大于”、“小于”或“等于”）真实值。【答案】          476    大于【解析】(1)按原理图连接实物图如图所示(2)由实验原理可知得(3)由表格可知的平均值为1.21，代入可得(4)若考虑电阻变化对电路的影响，则有则由此可知，测量值比真实值偏大。5．（2021·山东菏泽市·高三一模）一块电压表的刻度线清楚，但刻度上的数字模糊不清。某同学为了测定该电压表的内阻，除了待测电压表之外，实验室提供的器材如下：A．电流表（量程为）B．变阻箱C．滑动变阻器（最大阻值为，额定电流为）D．滑动变阻器（最大阻值为，额定电流为）E.电源（电动势为，内阻约为）F.开关一个，导线若干。(1)采用如图甲所示的实验电路，选用的滑动变阻器为________（填“”或“”）。(2)连接好实验电路，在闭合开关S前将滑动变阻器的滑片调到________（填“a”或“b”）端，电阻箱的阻值调到最大，闭合开关S，调节滑动变阻器和电阻箱。使电压表指针满偏，记录电流表的读数I和电阻箱的阻值R。(3)保持电压表的指针满偏，调节滑动变阻器、电阻箱的阻值，记录多组实验数据，绘出的图像如图乙所示。则该电压表的量程为____________，内阻为___________。
 【答案】      a        【解析】(1)采用如图甲所示的实验电路，滑动变阻器接成分压电路，则选用的滑动变阻器为阻值较小的R1。(2)连接好实验电路，在闭合开关S前将滑动变阻器的滑片调到a端；(3)由电路可知即由图像可知解得RV=6kΩ6．（2021·四川成都市·高三二模）测定干电池的电动势和内阻的电路如图（a）所示，MN为一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝，定值电阻。调节滑片P，记录电压表示数U、电流表示数I及对应的PN长度x，绘制出图（b）所示的图像。
 (1)由图（b）求得电池的电动势______________V（保留3位有效数字），内阻______________Ω（保留2位有效数字）。(2)实验中因电表内阻的影响，电动势测量值_______________（选填“大于”、“等于”或“小于”）真实值。(3)根据实验数据可绘出图（c）所示的图像。若图像斜率为k，电阻丝横截面积为S，则电阻丝的电阻率_______________，电表内阻对电阻率的测量______________（选填“有”或“没有”）影响。【答案】  1.49    0.25    小于    kS    没有【解析】(1)由闭合电路欧姆定律可知U=E-I（r+R0）则可知图b中的图象与纵坐标间的交点表示电动势，故E=1.49V；
图象的斜率表示（r+R0），则解得r=1.45-1.2=0.25Ω(2)由图示可知，伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法，由于电压表分流作用，电流表测量值偏小，当外电路短路时，电流测量值等于真实值，电源的U-I图象如图所示

由图象可知，电动势测量值小于真实值。(3)根据欧姆定律可知，电阻则可知解得ρ=kS若考虑电流表的内阻，则则图象的斜率不变，所以得出的电阻率没有影响。7．（2021·新疆高三一模）为了利用伏安法测量某一未知电阻RX（阻值约为6Ω）的阻值，实验室里准备了以下器材：A．电源，电动势，内阻不计B．电压表V，最程，内阻约5kΩC．电流表A1，量程，内阻RA=8ΩD．电流表A2，量程，内阻约0．04ΩE．定值电阻R1=2ΩF．定值电阻R2=20ΩG．滑动变阻器，最大阻值5Ω，最大电流为H．滑动变阻器，最大阻值1000Ω，最大电流为I．开关S､导线若干（1）在用伏安法测量该电阻的阻值时，要求尽可能精确，则在上述提供的器材中电流表应选______；定值电阻应选______；滑动变阻器应选______（填器材前面的字母序号）；（2）若电流表的示数为I，电压表的示数为U，在考虑电表内阻的情况下，代入必要的已知数据，通过计算可得出待测电阻的表达式______；（3）请在虚线框内画出测量该电阻阻值的实验电路图。______【答案】  C    E    G        见解析【解析】(1)待测电阻中最大电流约为为了测量精确电流表选C。电流表C与R1并联改装的新电流表的量程为符合实验精确测量要求，故定值电阻选用R1。为方便实验操作，滑动变阻器必须分压式接法，则应选较小阻值的，即选G。(2)根据电流表电阻已知，Rx与改装后的电流表串联，求出(3)根据题意电流表内阻已知，所以选择电流表内接法，由于待测电阻的电压从零开始可以连续调节，变阻器采用分压式接法，所以设计如下实验电路。8．（2021·重庆高三二模）为了测量某电源的电动势E和内阻r，实验室准备了以下器材：a．待测电源（电动势E约为1.5V，内阻r约为1Ω）；b．量程为3V的电压表V（具有一定的内阻）；c．满偏电流IG=100mA的电流计G（rG=0.6Ω）；d．定值电阻R1=0.1Ω，R2=0.15Ω，R3=0.2Ω，R4=0.3Ω，R5=2Ω；e．滑动变阻器R（阻值变化范围0~15.0Ω）；f．开关S一个；g．导线若干。（1）利用以上实验器材，学习小组设计了如题图甲所示的实验电路，若B是滑动变阻器R，D是定值电阻R2，则A是_______，C是__________；（填器材对应的符号）
 （2）在器材选择、电路连接和实验操作都正确的情况下，调节滑动变阻器R，得到多组电表读数，作出如题图乙所示的图象，由图象可知该电源的电动势E=_________V，内阻r=_______；（均保留三位有效数字）（3）从实验原理上看，电源电动势的测量值__________（填“大于”“小于”或“等于”）真实值，内阻的测量值__________（填“大于”“小于”或“等于”）真实值。【答案】  V    G    1.50    1.21Ω    等于    等于【解析】（1）因实验中需要测量电压，其中A并联在电路中，故A是电压表VC和D是改装后的电流表，其中D是定值电阻R2，则C是电流计G；（2）改装后电流表的内阻为根据图甲及闭合电路的欧姆定律，可得由图乙可知，电源的电动势为斜率绝对值为解得（3）由及电路图可知，电压表测得的U，结合电流表两端电压可求得路端电压，5IG为通过电源的真实电流，RA已知，则电动势和内阻的测量值均等于真实值。