2022届高考物理二轮复习专题分层突破练14电学实验含解析

专题分层突破练14　电学实验

A组

1.(2021浙江绍兴高三二模)小明同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,有一根导线处于断路状态,如图所示。

(1)为了寻找这根导线,小明同学想先闭合开关,调节滑动变阻器滑片到某位置,把多用电表的黑表笔接在电路中的a点,再将红表笔分别在图中b、c、d点进行测量,下列选挡中,符合操作规程的是　　　; 

A.直流5 V挡 B.直流0.5 A挡

C.交流2.5 V挡 D.欧姆挡×10

(2)在(1)中的测量结果如下表

则断路的导线应是　　　　　(填图中导线的编号)。 

2.(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1.5 V,内阻r约为1 Ω);

b.量程为3 V的电压表V(具有一定的内阻);

c.满偏电流IG=100 mA的电流计G(rG=0.6 Ω);

d.定值电阻R1=0.1 Ω,R2=0.15 Ω,R3=0.2 Ω,R4=0.3 Ω,R5=2 Ω;

e.滑动变阻器R(阻值变化范围0~15.0 Ω);

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　　　;(均选填器材对应的符号) 

(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　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值,内阻的测量值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。 

3.(2021上海高三二模)某同学“用DIS测电源的电动势和内阻”的实验电路如图(a)所示,其中R0是阻值为4 Ω的定值电阻,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。

图(a)

图(b)

(1)定值电阻R0在实验中的作用是　　　　　　　　。 

(2)测得电源的路端电压U与电流I的关系图线如图(b)所示,电源电动势E=　　　　 V,内阻r=　　　　 Ω。 

(3)滑动变阻器滑片从最左端M处向中点O移动的过程中,滑动变阻器R上消耗的功率变化情况是　　　　　　　　　　。 

(4)另一位同学用电流传感器、电阻箱、电源等器材设计了如图(c)所示的电路,通过改变电阻箱的阻值R,得到不同的电流I,由实验数据作出R-图线,若该图线的斜率为k,则电源电动势为　　　。 

图(c)

B组

4.(2021湖南卷)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)将器材如图甲连接。

甲

乙

丙

(2)开关闭合前,金属夹应夹在电阻丝的　　　　(选填“a”或“b”)端。 

(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,所得图象如图乙所示,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,在图丙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。

5.(2021山西晋中高三二模)某实验小组为探究电表的改装原理,欲将一个小量程电流表A改装为量程为6 mA的电流表,然后在此基础上,把新电流表进一步改装为欧姆表。所用器材如下:

A.电流表A:满偏电流Ig=1 mA,内阻Rg=150 Ω;

B.电阻箱R1:最大阻值为999.9 Ω;

C.待测可调电阻R2;

D.滑动变阻器R3;

E.一节干电池:电动势约为1.5 V,内阻约为2 Ω;

F.开关一个,红、黑表笔各1支,导线若干。

(1)在虚线框内画出欧姆表内部的电路图并标注所选器材的符号(例如R1),其中红、黑表笔已经画好。

(2)按照电路图连好电路,电阻箱R1应调为　　　　 Ω。把红、黑表笔短接,调节滑动变阻器使电流表示数达到满偏。现将红、黑表笔连上待测电阻R2,当R2=720.0 Ω时,电流表示数正好为满偏电流的四分之一。所用干电池的电动势为　　　　 V。(结果保留3位有效数字) 

(3)在(2)的基础上,不改变电路结构,为使正确测量时电流表表盘的中间刻度能正好对应250 Ω电阻,以下操作可能实现上述目的的是　　　。 

A.换一个电源,适当增大电源电动势

B.换一个电源,适当增大电源内阻

C.适当减小R1的阻值

D.适当增大R1的阻值

6.(2021福建福州高三二模)某实验小组设计了如图甲所示电路图测量电流表G1的内阻r1;实验室提供的实验器材有:

A.待测电流表G1(0~5 mA,内阻约为300 Ω)

B.电流表G2(0~10 mA,内阻约为150 Ω)

C.定值电阻R1(300 Ω)

D.定值电阻R2(10 Ω)

E.滑动变阻器R3(0~1 000 Ω)

F.滑动变阻器R4(0~20 Ω)

G.干电池(1.5 V)2节

H.开关S及导线若干

甲

乙

(1)实验电路中的定值电阻应选　　　,滑动变阻器应选　　　;(填所选择仪器前的序号) 

(2)请在图乙中完成实物连接;

(3)实验中测出G1和G2电流表的示数I1和I2,图丙为该组同学测出数据的I2-I1图线,则待测电流表G1的内阻r1=　　　　 Ω(保留3位有效数字); 

丙

(4)用该电路测量出电流表内阻值的方法,　　　　　(选填“存在”或“不存在”)系统误差。 

专题分层突破练14　电学实验

1.答案(1)A　(2)②

解析(1)电路中电源的电动势为3V,则需要选用电压大于3V的直流挡位,故选A。

(2)表盘指针偏转的两点间存在断路,且只有一根导线处于断路状态,所以导线②断路。

2.答案(1)V　G　(2)1.50　1.21 Ω　(3)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V,C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RA==0.12Ω

根据图甲及闭合电路的欧姆定律,可得

U=E-5IG(r+RA)

由图乙可知,电源的电动势为E=1.50V

斜率绝对值为k=Ω=5(r+RA)

解得r=1.21Ω

(3)由U=E-5IG(r+RA)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。

3.答案(1)保护电路　(2)2.9　3　(3)先增大后减小　(4)k

解析(1)为防止滑动变阻器接入电路的阻值太小时电路电流太大损坏电源,要在电路中接入保护电阻,因此图中R0的作用是保护电路。

(2)根据题图(a)所示电路图,由闭合电路的欧姆定律可知,电源电动势E=U+I(r+R0)

则路端电压U=E-I(r+R0)

由图示U-I图象可知,电源电动势E=2.9V

图象斜率的绝对值k=r+R0=Ω=7Ω

电源内阻r=k-R0=7Ω-4Ω=3Ω

(3)定值电阻R0与电源等效为电源,等效电源电动势E=2.9V

等效内阻r'=r+R0=3Ω+4Ω=7Ω

滑动变阻器最大阻值Rm=10Ω

当滑动变阻器滑片从最左端向最右端移动时,滑动变阻器的阻值从10Ω减小到零,外电路(滑动变阻器)的阻值先小于等效电源内阻后大于等效电源内阻,当外电路阻值与等效电源内阻相等时电源输出功率即外电路(滑动变阻器)功率最大,因此在滑动变阻器滑片从最左端逐渐向右移动的过程中,R上功率的变化情况是先增大后减小。

(4)由题图(c)所示电路图可知,电源电动势E=I(r+R)

整理得R=E-r

R-图线的斜率,k=E

4.答案(2)b

(4)-R0-RA

(5)如图所示

解析(2)开始时接入线路电阻应最大,金属夹应夹在电阻丝的b端。

(4)根据闭合电路欧姆定律得

E=I(R0+Rx+RA+r)

Rx=r0θ

解得r0θ+

由题图乙得=k,=d

联立得E=,r=-R0-RA。

(5)电路图如答案图所示。

S先打到b端,读出电流表读数I,再把S打到a端,移动Rx上的金属夹,使电流表的读数也为I,此时Rx的值与R0相等,记下偏转角度θ,则r0=。

5.答案(1)见解析　(2)30.0　1.44　(3)AD

解析(1)电路图如图所示

(2)电流表的放大倍数n==6

则R1==30.0Ω

根据闭合电路欧姆定律可得6×10-3A=

×6×10-3A=

联立解得E=1.44V,R内=240Ω

(3)要想使正确测量时电流表表盘的中间刻度能正好对应250Ω电阻,即要求欧姆表的内阻为250Ω。根据闭合电路欧姆定律可知,应增大中值电阻即欧姆表的内阻,又R内=

由电路图可知R内=R1+R3

可增大电源电动势;可适当增大R1的阻值,使电流表的量程适当变小一点,故A、D正确。

6.答案(1)C　F　(2)见解析　(3)317　(4)不存在

解析(1)定值电阻应选择与待测电流表G1阻值接近的R1(300Ω),使待测电流表G1的示数基本为G2的一半,则可以使G1、G2的示数基本同时达到最大和最小,从而测得更多的数据,故选C;

电流表G1、G2和R1连接后的总电阻约为300Ω,能承受的最高电压约为300Ω×10mA=3V,选择阻值较小的滑动变阻器R4(0~20Ω),更利于改变加在G1、G2和R1上的电压大小,故选F。

(2)根据电路图,可连接出实物图如图所示。

(3)由部分电路的欧姆定律及串、并联电路的电压、电流关系可得I2=I1+=I1

即I2-I1图象的斜率k=

解得r1=(k-1)R1=-1×300Ω=317Ω。

(4)电路中G1、G2测量的是流过其自身的电流I1和I2,不会引入系统误差;计算中用到的定值电阻R1,其阻值是已知的,也不会产生系统误差;所以该测量方案不存在系统误差。