高考物理二轮复习热点强化13电学创新实验含答案

电学创新实验

1．超高亮LED灯与传统的照明灯相比，有寿命长、低耗、彩色鲜艳、点亮速度快等特点．被广泛应用于商场照明、舞台灯光控制、汽车尾灯等诸多领域．为探究LED灯的性能，某兴趣小组想描绘某发光二极管(LED灯)的伏安特性曲线，实验测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示.

(1)实验应该选择的电路图为________；并根据你选择的电路图，用笔画线代替导线将实物图甲中的连线补充完整．

(2)根据实验得到的数据，在如图乙所示的坐标纸上描绘出该发光二极管(LED灯)的伏安特性曲线．

(3)采用(1)中所选的电路，发光二极管(LED灯)电阻的测量值________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值．

(4)若实验中该发光二极管(LED灯)最佳工作电流为8 mA，现将此发光二极管(LED灯)与电动势为3 V、内阻不计的电源两端相接，还需要串联一个阻值R＝________Ω的电阻，才能使它工作在最佳状态．(结果保留两位有效数字)

【答案】(1)C　见解析图　(2)见解析图　(3)大于　(4)15

【解析】(1)根据题中表格数据可知，发光二极管(LED灯)的电阻较大，电流表采用内接法，C正确；实物连接如图．

(2)根据表中数据描绘出该发光二极管(LED灯)的伏安特性曲线．

(3)由于电流表为内接法，电流表分压使测量值偏大．

(4)根据图像可读出I＝8 mA时，对应的电压U＝2.88 V，可得串联电阻两端的电压为0.12 V，故可求出R＝ Ω＝15 Ω.

2．如图甲所示为实验室的一直流电流表，其使用说明书上附的该电流表的内部电路如图乙所示．

(1)某次用0～3 A量程测量时，示数如图丙所示，其读数为________A．

(2)该电流表0～0.6 A量程对应的内阻约为______Ω.(结果保留两位小数)

(3)若电阻R1断路，则电流表允许通过的最大电流约为________mA(结果保留两位有效数字)．

【答案】(1)1.20　(2)0.50　(3)5.0

【解析】(1)电流表量程为0～3 A，由图丙所示表盘可知，其分度值为0.1 A，示数为1.20 A．

(2)由图乙所示电路图可知，电流表量程为0～0.6 A时，电流表内阻为

R＝＝ Ω≈0.50 Ω.

(3)由图示电路图可知，电流表量程为0～3 A时3 A＝Ig＋＝Ig＋＝605Ig

解得Ig≈0.005 0 A＝5.0 mA．

3．随着智能手机耗电的增加，充电宝成了手机及时充电的一种重要工具．可将充电宝视为跟蓄电池和干电池一样的可移动直流电源，其电动势约5 V．某同学想测量该充电宝在充满电后的电动势和内阻，他剥开充电宝连接线的外绝缘层，里面有四根导线，红导线为充电宝的正极，黑导线为负极，另外两根导线空置不用．实验室还提供了如下器材：

A．量程是3.0 A，内阻约为0.2 Ω的电流表；

B．量程是6 V，内阻约为6 kΩ的电压表；

C．量程是15 V，内阻约为30 kΩ的电压表；

D．阻值为0～1 kΩ，额定电流为0.5 A的滑动变阻器；

E．阻值为0～10 Ω，额定电流为3 A的滑动变阻器；

F．阻值为2.5 Ω的定值电阻；

G．阻值为20 Ω的定值电阻；

H．开关S一个，导线若干．

(1)实验中滑动变阻器应选用________．(填相应器材前的字母)

(2)根据所给器材，该同学设计了如图甲所示的电路，其中R0应选择________(填相应器材前的字母)，它在电路中的作用是_____．

(3)该同学记录的8组数据如表中所示，请在图乙的坐标纸上画出该充电宝的U－I图线．由图线可知该充电宝的电动势E＝______V，内阻r＝______Ω.(保留到小数点后两位)

【答案】(1)E

(2)F　防止滑动变阻器调节过度导致电流表损坏

(3)如图所示　5.07　0.11

【解析】(1)滑动变阻器R用于改变电路中的电流，从安全和方便性原则应选E.

(2)R0作为保护电阻，除了防止滑动变阻器调节过度导致电流表损坏外，还要保证测量，因此不能选G，只能选F.

(3)由E＝U＋Ir可知，充电宝的电动势为E＝5.07 V，U－I图线的斜率大小即为充电宝的内阻大小，则内阻为r＝0.11 Ω.

4．(2020年河北六校联考)如图甲所示为某一电路中的一部分，由于其中的一个电阻发生了断路，导致整个电路不能正常工作，小明和小亮两位同学利用多用电表进行了以下实验操作，请根据他们的测量情况，回答相应的问题．

(1)小明首先在P、Q间接上一直流电源，P接电源正极，多用电表的选择开关置于“直流电压2.5 V”挡位，红表笔接P，黑表笔接Q，稳定后电表指针在表盘上的位置如图乙所示，则P、Q之间的电压是________V.

(2)小明又将红表笔接P，黑表笔接M，若多用电表示数与P、Q之间的电压完全相同，则可以确定必定是______发生了断路．

(3)小亮同学在该部分电路不接电源的情况下，将多用电表选择开关置于欧姆挡倍率“×10”的挡位，调零后红表笔接P，黑表笔接M，电表指针在表盘上的位置如图丙所示，由于多用电表最上面的刻度线被磨损得很严重，无法直接读取数据，他进一步观察发现，此时指针偏转的角度恰好位于表盘0～15 Ω之间的正中位置，其中15 Ω的位置是多用电表指针半偏时所指的位置，则此时多用电表所测的阻值是________ Ω，小亮据此确定电阻R2没有断路，你认为他的判断是________(填“正确”或“错误”)的．

【答案】(1)2.00　(2)R2　(3)50　错误

【解析】(1)根据多用电表电压挡读数规则，P、Q之间的电压为2.00 V.

(2)红表笔接P，黑表笔接M，若多用电表示数与P、Q之间的电压相同，说明多用电表测量的是电源电压，可以确定是R2发生了断路．

(3)在该部分电路不接电源的情况下，将多用电表选择开关置于欧姆挡倍率“×10”的挡位，指针偏转，根据多用电表欧姆挡测量原理，由闭合电路欧姆定律有Ig＝，Ig＝，Ig＝，又R中＝150 Ω，联立解得R＝50 Ω.P、M之间的电阻值可能为R1和R3串联后的电阻值，小亮确定R2没有断路是错误的．

5．(2020年济南模拟)如图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤，其中称重的关键元件是拉力传感器，其工作原理是：挂钩上挂上重物，拉力传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变，拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化，再经过相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成将重物的重力变换为电信号的过程．

小明找到了一根拉力敏感电阻丝RL，其阻值随拉力变化的图像如图乙所示，小明设计了合适的电路图并按图制成了一个简易“吊秤”．实验室提供了如下器材：

电源E(电动势为15 V，内阻约2 Ω)；

灵敏毫安表(量程为10 mA，内阻约50 Ω)；

滑动变阻器R(最大阻值为10 kΩ)；

RL接在A、B两接线柱之间，通过光滑绝缘小滑环可将重物吊起；

开关S和导线若干．

(1)请在图丙中帮助小明将设计的实验电路图补充完整．

丙

(2)小明根据设计好的电路图，连接好实验电路，完成下列操作：

a．滑环下不吊重物时，调节滑动变阻器，当电流表为某一合适示数时，读出电流表的示数I1；

b．滑环下吊上待测重物，测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ，保持滑动变阻器滑片位置不变，读出此时电流表的示数I2.

设RL－F图像的斜率为k，待测重物的重力G的表达式为G＝______________(用物理量的符号表示)．

(3)小明在实验的过程中不慎将灵敏毫安表烧坏，现手头只有量程为2 mA、内阻(标称值)为200 Ω的电流表，还有定值电阻R1(50 Ω)、定值电阻R2(10 Ω)可供选择，为了使实验顺利进行，小明决定改装电流表，将2 mA的量程扩大至10 mA，小明改装的方法是电流表应该和定值电阻________(填“串联”或“并联”)，且定值电阻应选择________(在空格内填写字母代号)．

(4)由于量程为2 mA、内阻为200 Ω的电流表内阻的真实值比标称值略大，导致改装后的电流表示数与真实示数相比________(填“偏大”或“偏小”)，应该使选择的定值电阻阻值适当________(填“增大”“减小”或“不变”)．

【答案】(1)如图所示

(2)

(3)并联　R1

(4)偏小　增大

【解析】(2)对待测重物受力分析，由平衡条件得2Fcos θ＝G，由题图乙得F＝，R0＝103 Ω，由闭合电路欧姆定律得R0＝－(R＋Rg＋r)，RL＝－(R＋Rg＋r)，故RL－R0＝－，联立解得G＝.

(3)将2 mA的电流表的量程扩大至10 mA，根据并联分流原理，电流表应该和定值电阻并联，由并联电路电压相等可知，IgRg＝(I－Ig)R′，解得R′＝50 Ω，故选R1.

(4)改装的电流表的分流电阻分得的电流偏大，改装后电流表示数比真实值偏小，根据改装电流表的原理，内阻真实值比标称值大，并联的分流电阻也应比50 Ω大，故应适当增大分流电阻的阻值．

6．(2020年山西二模)将一个量程在1.5～2.5 mA(标有清晰的刻度但没有标示数)、内阻在150～250 Ω的电流表G改装成一个量程为0～30 V的电压表．为了正确改装，采用如图甲所示的电路来测量电流表G的量程和内电阻，可以使用的实验器材如下：

A．电源(电动势约6 V、内电阻小于1 Ω)

B．标准电流表A(量程为0～10 mA，内电阻约为500 Ω)

C．电阻箱(阻值范围0～9.9 Ω)

D．电阻箱(阻值范围0～999.9 Ω)

E．滑动变阻器(阻值范围0～1 kΩ)

F．滑动变阻器(阻值范围0～20 Ω)

G．开关S和导线若干

(1)该实验中电阻箱应选________，滑动变阻器应选________(填题中仪器前面的字母序号)．

(2)该同学的实验操作过程为：

①将滑动变阻器的滑片P移至最右端，将电阻箱的阻值调至最大；

②闭合开关S，向左移动滑动变阻器滑片P、调节电阻箱阻值使电流表G指针指到满刻度，记录标准电流表A的读数I及此时电阻箱的阻值R；

③再次向左移动滑动变阻器滑片P、调节电阻箱阻值至电流表G指针指到满刻度，记录第二组标准电流表A的读数I及此时电阻箱的阻值R；

④重复步骤3～5次；

⑤该同学利用实验中所记录的五组标准电流表A的示数I和电阻箱的阻值R数据，画出I－图像如图乙所示．根据图线可以求得电流表G的量程为________A；内电阻为________Ω.

(3)将电流表G与一个阻值为________Ω的电阻串联就可以改装成量程为0～30 V的电压表．

【答案】(1)D　E　(2)⑤2×10－3　200　(3)14 800

【解析】(1)因为待测电流表G的估计值为150～250 Ω之间，电源电动势E＝6 V，标准电流表A的量程为0～10 mA，内电阻约为500 Ω，故电阻箱应选D，以获得较大的测量范围，为了保证电表的安全，应限制干路的电流，应选择阻值范围较大的滑动变阻器，故滑动变阻器应选E.

(2)设电流表G的满偏电流为Ig，内电阻为Rg，根据支路电流之和等于干路电流，可得I＝Ig＋，

根据图乙可知IgRg＝ V＝0.4 V，

截距Ig＝2×10－3 A，

联立可得Rg＝200 Ω.

(3)设改装量程为0～30 V的电压表，需要串联的电阻为R′，根据欧姆定律可得

Umax＝Ig(Rg＋R′)，

即30＝2×10－3×(200＋R′)，

解得R′＝14 800 Ω.

7．某实验小组的同学在实验室发现了一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝，于是设计了如图甲所示的电路进行了实验探究，其中MN为电阻丝，R0是阻值为1.0 Ω的定值电阻，实验中调节滑片P，记录电压表示数U，电流表示数I以及对应的PN长度x，绘制了U－I图线如图乙所示．

(1)由图乙求得电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.

(2)实验中由于电表内阻的影响，电动势测量值______(填“大于”“等于”或“小于”)其真实值．

(3)根据实验数据可绘出图像，如图丙所示．图像斜率为k，电阻丝横截面积为S，可求得电阻丝的电阻率ρ＝________，电表内阻对电阻率的测量________(填“有”或“没有”)影响．

【答案】(1)1.49　0.45　(2)小于　(3)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，图乙中的图像与纵坐标间的交点表示电动势，故E＝1.49 V；图像的斜率表示r＋R0，则r＋R0＝ Ω＝1.45 Ω，解得r＝1.45 Ω－1.0 Ω＝0.45 Ω.

(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，电压表不再有分流作用，电流测量值等于真实值，电源的U－I图像如图所示，由图像可知，电动势测量值小于真实值，电源内阻测量值小于真实值．

(3)根据欧姆定律可知，电阻R＝＝＋RA，则可知k＝，解得ρ＝kS，电表内阻对图像的斜率无影响，所以得出的电阻率没有影响．

8．(2020年泰安三模)有一待测电阻Rx，测量过程如下：

(1)先用多用电表粗测电阻：如图甲所示，红表笔插入“＋”插孔，此时红表笔与表内电源的________(填“正”或“负”)极相连；选用“×100”倍率的电阻挡测量，多用电表的示数如图乙所示，测量结果为____Ω.

(2)除待测电阻Rx外，实验室还提供了下列器材：

A．电流表A1(量程为500 μA，内阻r1＝1 kΩ)

B．电流表A2(量程为1.5 mA，内阻r2≈2 kΩ)

C．滑动变阻器R(0～100 Ω)

D．定值电阻R1＝3 000 Ω

E．定值电阻R2＝100 Ω

F．电源(电动势E＝2 V，内阻可以忽略)

G．开关S、导线若干

①实验要求测量尽可能精确且通过电阻的电流调节范围尽量大，请将设计好的电路图画在虚线框中(要标出器材的符号)．

②按正确的电路连接，闭合开关，记录电流表A1、A2的示数I1和I2，移动滑动变阻器的滑片，记录多组数据，并作出I1－I2图线如图所示，则该待测电阻为Rx＝________Ω(结果保留两位有效数字)，测量值与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“相等”)．

【答案】(1)负　1 500　(2)①见解析图　②1.6×103　相等

【解析】(1)红表笔与欧姆挡内的负极相连；由图中可得待测电阻约为15×100 Ω＝1 500 Ω.

(2)①由于待测电阻远大于滑动变阻器最大阻值，故应采用分压式接法；电流表A1内阻已知，故应该将A1改装为电压表，电源电动势为2 V，故量程改装为2 V即可，因此A1与R1串联，故电路图如图．

②由欧姆定律可得Rx＝，整理得I1＝I2.由图像求得斜率k＝，代入数据解得Rx＝1 600 Ω.从以上推导可知，该实验方案没有系统误差，故测量值与真实值相等．