2023版高考物理专题64实验：电学拓展创新实验练习含解析

专题64　实验：电学拓展创新实验

1．结合闭合电路欧姆定律、串并联电路特点，去理解电路，找出测量量与已知量间的关系.2.熟练掌握基本实验的原理、实验方法等是解决创新实验的关键．

1．(2020·河北邯郸市期末)某同学欲测量电流表G1的内阻r1，实验室有如下实验器材：

待测电流表G1(量程为0～6 mA，内阻约200 Ω)

电流表G2(量程为0～60 mA，内阻约40 Ω)

定值电阻R(阻值为20 Ω)

滑动变阻器R1(阻值范围为0～1 000 Ω)

滑动变阻器R2(阻值范围为0～20 Ω)

电源(电动势约为3 V)

开关、导线若干

请回答下列问题：

(1)实验过程中，要求电流表示数从零开始变化，则滑动变阻器应选用______(选填“R1”或“R2”)．

(2)为尽可能精确测量电流表G1的内阻，请在虚线框中画出实验电路原理图．

(3)利用上述实验电路，测量多组数据，图1甲为实验过程中某次电流表G1的示数，其示数为_______ mA.

(4)若实验中读得G1表和G2表的读数为I1和I2，根据多组数据作出I2－I1图象，如图乙所示，图线的斜率为k，则G1表的内阻r1＝________(用k、R0表示)．

图1

答案　(1)R2　(2)见解析图　(3)3.60　(4)(k－1)R0

解析　由于电流表示数从零开始变化，滑动变阻器采用分压接法，因而滑动变阻器选择阻值小的，故选R2.

由于题目没有电压表，而提供的电流表电阻未知，根据题意可知需要定值电阻作为电压表使用，此时需要知道通过定值电阻的电流，滑动变阻器采用分压接法；

故采用实验电路图如图所示：

电流表的最小刻度为0.1 mA，估读到下一位，故电流表读数为3.60 mA.

根据电路图和欧姆定律得：

I1r1＝(I2－I1)R0，整理得：I2＝·I1

结合图象可得：k＝

解得：r1＝(k－1)R0.

2．(2020·河南、广东、湖北、湖南四省部分学校联考)某实验小组欲将一量程为2 V的电压表V1改装成量程为3 V的电压表，需准确测量电压表V1的内阻，经过粗测，此表的内阻约为2 kΩ.可选用的器材有：

电压表V2(量程为5 V，内阻为5 kΩ)

滑动变阻器R1(最大值为100 Ω)

电流表(量程为0.6 A，内阻约为0.1 Ω)

电源(电动势E＝6 V，内阻不计)

定值电阻R(阻值已知且满足实验要求)．

图2

图2甲为测量电压表V1的内阻实验电路图，图中M、N为实验小组选用的电表．

(1)请选择合适的电表替代M、N，按照电路图用线条替代导线连接实验电路；

(2)实验电路正确连接，调节滑动变阻器，M表的读数为Y，N表的读数为X，请用两表的读数和定值电阻R表示电压表V1的内阻________；

(3)改变滑动变阻器滑片的位置，得到多组M表和与之对应的N表的读数，建立直角坐标系，通过描点作出M表(纵坐标)和与之对应的N表的读数(横坐标)的函数图象．若使M表和N表可同时达到满偏，则函数图象的斜率约为________；(结果保留2位有效数字)

(4)若测得电压表V1的内阻准确值为R0，则将此表改成量程为3 V的电压表需________(选填“串”或“并”)联电阻的阻值为________．

答案　(1)见解析图　(2)　(3)2.5　(4)串　

解析　(1)将一量程为2 V的电压表V1改装成量程为3 V的电压表，应将定值电阻与电压表V1(N)串联，为测量电压表V1的内阻，再将电压表V2(M)并联到电压表V1和定值电阻两端，电路如图．

(2)根据欧姆定律可得，M表(纵坐标)和与之对应的N表的读数(横坐标)的函数关系为Y＝X，则RV1＝.

(3)RV1约为2 kΩ，而电路分压需要5 V，RV1分到电压为2 V，故要求R分压为3 V，电阻约为3 kΩ，图象斜率约为k＝＝2.5.

(4)将电压表改装成大量程的电压表时应串联电阻分压，根据串联电路规律可知，串联电阻应分1 V电压即为电压表V1的一半，串联电路中电流相等，则串联电阻应为电压表V1的一半即为.

3．(2020·贵州贵阳市四校联考)为测量某一未知电阻的阻值，某同学设计了如图3甲所示的电路图，实验中该同学得到电流表和电压表的读数分别为I和U，于是根据公式Rx＝得出了被测电阻的阻值．试分析：

图3

(1)若电流表不是理想电表，且其内阻不可忽略，则利用该电路测出的阻值Rx________(选填“大于”或“小于”)被测电阻的真实值；

(2)为消除电流表内阻对实验结果的影响，该同学又设计了如图乙所示的电路图，连接好电路后他的具体操作步骤如下：

①调节滑动变阻器的滑片到适当位置，闭合开关K1及K2，得到电流表A和电压表V1、V2的示数分别为I1、U1、U2，可求出电流表的内阻RA＝________.

②断开开关K2读出电流表A和电压表V1的示数分别为I′和U′，可求出被测电阻的阻值为Rx＝________.

③在有效消除电流表内阻对实验结果的影响后，该同学认为实验中使用的电压表也不是理想电表，那么该同学得出的被测电阻阻值应________．

A．大于被测电阻的真实值

B．小于被测电阻的真实值

C．与被测电阻的真实值一致

答案　(1)大于　(2)①　②－　③C

解析　(1)由内接法原理，电流表测量电流准确，电压表测量值偏大，故电阻的测量值大于真实值．

(2)①由闭合电路欧姆定律可知RA＝

②由串联电路电流关系与闭合电路欧姆定律可知Rx＝－

③步骤①中，电压表V1、V2的电阻对测量结果无影响；步骤②中，开关K2断开，电压表V1的电阻对测量结果无影响，故Rx与被测电阻真实值一致，故选C.

4．(2020·河南洛阳市一模)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍．某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法)．实验室提供的器材如下：待测电压表V(量程3 V，内阻约为3 000 Ω)，电阻箱R0(最大阻值为99 999.9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值100 Ω，额定电流2 A)，电源E(电动势6 V，内阻不计)，开关两个，导线若干．

(1)如图4所示，虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分．将电路图补充完整．

(2)将这种方法测出的电压表内阻记为RV′.则RV′＝________.与电压表内阻的真实值RV相比，RV′________RV.(选填“>”“＝”或“<”)

图4

答案　(1)见解析图　(2)R0　＞

解析　(1)待测电压表电阻(3 000 Ω)远大于滑动变阻器R1的电阻值(100 Ω)，故滑动变阻器R1采用分压式接法；

电路图如图所示：

(2)根据设计的电路进行的实验步骤是：移动滑动变阻器的滑片，以保证通电后电压表所在的支路分压最小；

闭合开关S1、S2，调节R1，使电压表的指针满偏；

保持滑动电阻器滑片位置不变，断开S2，调节电阻箱R0，使电压表的指针半偏；

读取电阻箱所示的电阻值，此即为测得的电压表内阻；

电压表串联电阻箱后认为电压不变，而实际该支路电压变大，则电阻箱分压大于计算值，则会引起测量值的偏大，故RV＜RV′.

5.(2020·湖北武汉市质量检测)某小组用惠斯通电桥测量电阻Rx的阻值：

方案一：如图5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.

图5

(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“>”“<”或“＝”)φD.

方案二：在方案一的基础上，用一段粗细均匀的电阻丝替代R1、R3，将电阻箱R2换成定值电阻R，如图6所示．

图6

(3)闭合开关S，调整触头D的位置，使按下触头D时，电流表G的示数为零．已知定值电阻R的阻值，用刻度尺测量出l1、l2，则电阻Rx＝________.

(4)为消除因电阻丝的粗细不均匀而带来的误差，将图6中的定值电阻R换成电阻箱，并且按照(3)中操作时，电阻箱的读数记为R4；然后将电阻箱与Rx交换位置，保持触头D的位置不变，调节电阻箱，重新使电流表G的示数为零，此时电阻箱的读数记为R5，则电阻Rx＝______.

答案 　(1)BC　(2)<　(3)R　(4)

解析　(1)电流表G零刻度线在中央时，可以判断电流的流向，判断B和D两点电势的高低，所以要求电流表G的零刻度在表盘中央，所以B正确，A错误；根据电流表中表针摆的方向便可判断B和D两点电势的高低，进而进行调节，无需准确读出电流的大小，所以C正确，D错误．

(2)当没有接电流表G时，R2与Rx串联，R1与R3串联，然后再并联，则

I1R2＋I1Rx＝UAB＋UBC＝UAC

I2R1＋I2R3＝UAD＋UDC＝UAC

变形可得＝＝－1

＝＝－1

所以，当>时UBC<UDC

即φB<φD.

(3)闭合开关S后，调整触头D让电流表G示数为零，说明φB＝φD

则UAB＝UAD，UBC＝UDC

同时R与Rx电流相同，均匀电阻丝电流相同，设电阻丝单位长度的电阻为R0，则

＝，＝，整理得＝＝

得Rx＝R.

(4)将l1和l2的电阻记为R1′和R2′，

则＝，＝

联立得Rx＝.

6．(2019·广东茂名市第一次综合测试)热敏电阻包括正温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)，正温度系数热敏电阻的电阻随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻的电阻随温度的升高而减小．某实验小组选用下列器材探究某一热敏电阻Rx的导电特性．

A．电流表A1(量程10 mA，内阻r1＝1 Ω)

B．电流表A2(量程0.6 A，内阻r2约为0.5 Ω)

C．滑动变阻器R1(最大阻值200 Ω)

D．滑动变阻器R2(最大阻值20 Ω)

E．定值电阻R3(阻值1 499 Ω)

F．定值电阻R4(阻值149 Ω)

G．电源E(电动势15 V，内阻忽略不计)

H．开关与导线若干

图7

(1)实验采用的电路图如图7甲所示，则滑动变阻器选________，定值电阻R选________．(均填仪器前的字母序号)

(2)用笔画线代替导线将图乙中实物按图甲的电路补充完整．

(3)该小组根据测量数据作出热敏电阻的U－I图象如图丙所示，则该曲线对应的是________(选填“PTC”或“NTC”)热敏电阻．

(4)若将此热敏电阻直接接到一电动势为9 V、内阻为10 Ω的电源两端，则此时该热敏电阻的阻值为______ Ω(结果保留三位有效数字)．

答案　(1)D　E　(2)见解析图　(3)NTC　(4)80.0(78.0～82.0)

解析　(1)采用滑动变阻器分压接法，故滑动变阻器应选择总阻值较小的D；由题图甲可知，定值电阻R与电流表A1串联充当电压表使用，故应采用阻值较大的E；

(2)按照电路图，实物连线如图所示：

(3)由题图丙可知，图象上各点与原点连线的斜率减小，故说明电阻随电压的增大而减小，因此应为负温度系数的热敏电阻，即NTC热敏电阻；

(4)在热敏电阻的U－I图象中作出电源的U－I图线，如图所示：

两图的交点表示该热敏电阻的工作电压和工作电流，由图可知，电压U＝8.0 V，电流I＝0.1 A，故电阻R＝＝ Ω＝80.0 Ω(78.0～82.0均可以)