高考物理二轮复习专题七第2讲电学实验与创新练习(含解析)

电学实验与创新

1．(高考全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表．可选用的器材有：微安表头(量程100 μA，内阻900 Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99 999.9 Ω)；导线若干．

要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表．组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡．

回答下列问题：

(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱．

(2)电阻箱的阻值应取R1＝________ Ω，R2＝________ Ω.(保留到个位)

解析：(1)微安表头改装成电流表需要并联一个小电阻，电流表改装成一个电压表需要串联一个大电阻，所以并联的电阻箱应为R1，串联的电阻箱应为R2，电路如答案图所示．

(2)微安表头改装成电流表需要并联一个小电阻R1＝＝100 Ω，电流表改装成一个电压表应串联一个大电阻R2＝＝2 910 Ω.

答案：(1)如图所示　(2)100　2 910

2．(湖南五校联考)为了精确测量一电阻的阻值Rx，现有以下器材：蓄电池组E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，电阻箱RP，开关S1、S2，导线若干．某实验小组设计了如图甲所示的电路，实验的主要步骤如下：

a．闭合S1，断开S2，调节R和RP，使电流表和电压表的示数适当，记下两表示数分别为I1、U1；

b．保持S1 闭合、RP阻值不变，闭合S2，记下电流表和电压表示数分别为I2、U2.

(1)按图甲所示的电路图将如图乙所示的实物连成电路．

(2)被测电阻的阻值Rx＝________(用两电表的示数表示)．

(3)由于电流表、电压表都不是理想电表，则被测电阻的阻值Rx的测量值________真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)．

解析：(1)如图所示．

(2)由题意易知RP＝，又RP、Rx并联的阻值为R并＝，又＋＝，联立解得Rx＝.

(3)若考虑电流表和电压表不是理想电表，则在分析时应考虑电压表的内阻，即在第(2)问的分析中表示的就是RP和RV并联时的总电阻，结合后面的分析可知此时Rx的测量值仍等于真实值．

答案：(1)见解析图　(2)　(3)等于

3．(2017·高考全国卷Ⅲ)图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图．图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头G的满偏电流为250 μA，内阻为480 Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连．该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1 V 挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5 mA挡，欧姆×100 Ω挡．

(1)图(a)中的A端与________(填“红”或“黑”)色表笔相连接．

(2)关于R6的使用，下列说法正确的是________(填正确答案标号)．

A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置

B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置

C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置

(3)根据题给条件可得R1＋R2＝____________Ω，R4＝____________Ω.　

(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示．若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”相连的，则读数为________；若此时B端是与“5”相连的，则读数为________．(结果均保留3位有效数字)

解析：(1)A端与电池正极相连，电流从A端流出，A端与黑表笔相连．

(2)使用多用电表前，应机械调零，即应调整“指针定位螺丝”，使指针指在表盘左端电流“0”位置，与R6无关，选项A错；使用欧姆挡时，需要红、黑表笔短接，使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置，选项B对；使用电流挡时，B端与“1”或“2”相连，与R6无关，C错．

(3)B端与“1”“2”相连时，该多用电表挡位分别为直流2.5 mA挡、直流1 mA挡，如图1所示，由电表的改装原理可知，B端与“2”相连时，有I2＝IG＋，解得R1＋R2＝160 Ω；B端与“4”相连时，如图2所示，多用电表为直流电压1 V挡，表头并联部分电阻R0＝，R4＝－R0＝880 Ω.

(4)B端与“1”相连时，电表读数为1.47 mA；B端与“3”相连时，多用电表为欧姆×100 Ω挡，读数为11.0×100 Ω＝1.10×103 Ω；B端与“5”相连时，多用电表为直流电压5 V挡，读数为×5 V＝2.95 V.

答案：(1)黑　(2)B　(3)160　880

(4)1.47 mA　1.10×103 Ω　2.95 V

4．(河南师范大学附属中学检测)某同学做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验：

(1)该同学先用多用电表粗测小灯泡的电阻，他将多用电表的选择开关打到欧姆挡“×1”倍率挡处，测量结果如图甲所示，则小灯泡的灯丝电阻为R＝________ Ω.

(2)他根据测量结果连接好了如图乙所示的实物图，请根据图乙画出实验电路图．

(3)调节滑动变阻器得到了两组电流表和两组电压表的示数如图中的①②③④所示，电流表的量程为0～0.6 A，电压表的量程为0～3 V，所示读数为①________、②________、③________、④________．两组数据得到的电阻分别是________和________．

解析：(1)根据多用电表读数的规则可知，小灯泡的电阻为R＝10 Ω.

(2)从实物图中可知电压表测量灯泡两端的电压，电流表采用外接法，滑动变阻器采用分压式接法，故电路图如图所示．

(3)电流表的量程为0～0.6 A，所以每小格的分度值为0.02 A，故①的读数为0.10 A，②的读数为0.24 A；电压表的量程为0～3 V，则每一小格表示0.1 V，所以③的读数为2.00 V，在④中电压表接0～3 V量程时，指针在0～1 V之间，固定刻度值是0.2 V，估读数为0.07 V，则总读数为0.27 V．根据欧姆定律可知①④为同一组数据，故得到的电阻为R1＝＝ Ω＝2.7 Ω；②③为同一组数据，故得到的电阻为R2＝＝ Ω≈8.3 Ω.

答案：(1)10　(2)见解析图　(3)0.10 A　0.24 A

2．00 V　0.27 V　2.7 Ω　8.3 Ω

5．小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻．

(1)图中电流表的示数为________ A.

(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：

请根据表中的数据，在上面的方格纸上作出U－I图线．

由图线求得：电动势E＝________ V；内阻r＝____________ Ω.

(3)实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合．其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为__________________________________．

解析：(1)由图可知，电流表的量程为0.6 A，精度为0.02 A，因此电流表的示数为0.02 A×22＝0.44 A.

(2)U－I图线如图所示，由图象与纵轴的截距得电动势为1.60 V，斜率即内阻为r＝ Ω＝1.22 Ω.

(3)如果一直保持电路闭合，干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大．

答案：(1)0.44　(2)U－I图线如解析图　1.60(1.58～1.62都算对)　1.22(1.18～1.26都算对)

(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大

6．(山东六校联考)某同学利用图甲所示电路测量量程为2.5 V的电压表V的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ)，直流电源E(电动势3 V)，开关1个，导线若干．

实验步骤如下：

①按电路原理图甲连接线路；

②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图甲中最左端所对应的位置，闭合开关S；

③调节滑动变阻器，使电压表满偏；

④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00 V，记下电阻箱的阻值．

回答下列问题：

(1)实验中选择滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)．

(2)根据图甲所示电路将图乙中实物图连线．

(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变．计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位)．

(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号)．

A．100 μA B．250 μA

C．500 μA D．1 mA

解析：(1)为了使电阻箱调节时，滑动变阻器分得的电压变化很小，分压电路中滑动变阻器的最大阻值越小越好，因此应选用R1.

(3)如果认为滑动变阻器分得的电压不变，则调节电阻箱后，电压表两端的电压为2.00 V，电阻箱两端的电压为0.5 V，根据串联电路的分压原理，＝，求得电压表的内阻RV＝4×630.0 Ω＝2 520 Ω.

(4)如果此电压表由一个表头与一个电阻串联组成，可知此表头的满偏电流为Ig＝＝1 mA，D项正确．

答案：(1)R1　(2)连线如图所示　(3)2 520　(4)D

7．在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准．待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.

(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图甲所示，其读数应为________ mm(该值接近多次测量的平均值)．

(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为：电池组(电动势3 V，内阻约1 Ω)、电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)、开关、导线若干．某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：

由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用下图中的________(选填“乙”或“丙”)图．

(3)如图丁是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端．请根据(2)所选的电路图，补充完成图丁中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏．

(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系．如图戊所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点．请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U－I图线．由图线得到金属丝的阻值Rx＝________ Ω.(保留两位有效数字)

(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________(填选项前的符号)．

A．1×10－2 Ω·m 

B．1×10－3 Ω·m

C．1×10－6 Ω·m 

D．1×10－8 Ω·m

(6)任何实验测量都存在误差．本实验所用测量仪器均已校准．下列关于误差的说法中正确的选项是________．

A．用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差

B．由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差

C．若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差

D．用U－I图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差

解析：(1)主尺半刻度线未露出，读数为0 mm，螺旋尺的读数为39.8×0.01 mm＝0.398 mm，所以此螺旋测微器读数为(0＋0.398) mm＝0.398 mm.

(2)由图表数据可知，待测电阻阻值约为5 Ω，若电路采用限流接法，回路最小电流I＝，代入数值约为0.11 A，不可能达到0.020 A，所以应该是分压接法．

(3)实物连图时要注意：开关闭合前，滑动变阻器应处于零阻值处，以使待测电阻的电压最小；应保证开关能控制整个电路的通断；电流从电压表和电流表正极流入．

(4)在坐标系中描出2、4、6次测量数据对应的点，然后连线．由于第6个数据描点偏差太大，舍弃不用；图线的斜率即为Rx的阻值，由图象可知，Rx＝4.5 Ω.

(5)由电阻定律知R＝ρ，则ρ＝·R＝R≈1×10－6 Ω·m，C正确．

(6)由于读数而引起的误差是偶然误差，由于电压表与电流表的内阻而引起的误差是系统误差，A、B错误．若将电流表和电压表的内阻计算在内，则消除了电表内阻对实验的影响，即消除了由测量仪表引起的系统误差，C正确．用U－I图象处理数据，体现了多次测量求平均值的思想，而且剔除了个别偶然误差比较大的点，如图线中的第6个点，D正确．

答案：(1)0.398(0.397～0.399均正确)　(2)乙　(3)图见解析　(4)图见解析　4.5(4.3～4.7均正确)　(5)C　(6)CD