2023届高考物理二轮复习专题十一电学实验作业含答案

这是一份2023届高考物理二轮复习专题十一电学实验作业含答案，共20页。试卷主要包含了饮酒驾车，害人害己等内容，欢迎下载使用。

专题十一 电学实验
1．(2022·山东)某同学利用实验室现有器材，设计了一个测量电阻阻值的实验．实验器材：

干电池E(电动势1.5 V，内阻未知)；
电流表A1(量程10 mA，内阻为90 Ω)；
电流表A2(量程30 mA，内阻为30 Ω)；
定值电阻R0(阻值为150 Ω)；
滑动变阻器R(最大阻值为100 Ω)；
待测电阻Rx；
开关S，导线若干．
测量电路如图所示．
(1)断开开关，连接电路，将滑动变阻器R的滑片调到阻值最大一侧．将定值电阻R0接入电路；闭合开关，调节滑片位置，使电流表指针指在满刻度的处，该同学选用的电流表为________(填“A1”或“A2”)；若不考虑电池内阻，此时滑动变阻器接入电路的电阻值应为________Ω.
(2)断开开关，保持滑片的位置不变，用Rx替换R0，闭合开关后，电流表指针指在满刻度的处，则Rx的测量值为________Ω.
(3)本实验中未考虑电池内阻，对Rx的测量值________(填“有”或“无”)影响．
答案　(1)A1　60　(2)100　(3)无
解析　(1)器材选择需要结合测量电路，用假设法初步分析，电流表半偏时，若电流表为A1，由闭合电路欧姆定律可计算出电路中总电阻为300 Ω，定值电阻与电流表A1的内阻之和为240 Ω，不考虑电池内阻，此时滑动变阻器接入电路的阻值应为60 Ω，实验器材可满足需求；若电流表为A2，电流表半偏时，电路中总电阻为100 Ω，不符合题意．
(2)由闭合电路欧姆定律有E＝(rA1＋R0＋r＋R)，E＝(rA1＋Rx＋r＋R)，(1)问得到的滑动变阻器接入电路的阻值60 Ω，实际上是滑动变阻器R和电池内阻r串联后的总阻值，联立可得Rx＝100 Ω.
(3)由(2)问分析可得，是否考虑电池内阻对实验结果无影响．
2．(2022·浙江6月选考)(1)探究滑动变阻器的分压特性，采用图1所示的电路，探究滑片P从A移到B的过程中，负载电阻R两端的电压变化．
①图2为实验器材部分连线图，还需要________(选填“af”“bf”“fd”“fc”“ce”或“cg”)连线(多选)．
②图3所示电压表的示数为________V.

③已知滑动变阻器的最大阻值R0＝10 Ω，额定电流I＝1.0 A．选择负载电阻R＝10 Ω，以R两端电压U为纵轴，为横轴(x为AP的长度，L为AB的长度)，得到U－分压特性曲线为图4中的“Ⅰ”；当R＝100 Ω，分压特性曲线对应图4中的________(选填“Ⅱ”或“Ⅲ”)；则滑动变阻器最大阻值的选择依据是________．

(2)两个相同的电流表G1和G2如图5所示连接，晃动G1表，当指针向左偏转时，静止的G2表的指针也向左偏转，原因是________(多选)．
A．两表都是“发电机”
B．G1表是“发电机”，G2表是“电动机”
C．G1表和G2表之间存在互感现象
D．G1表产生的电流流入G2表，产生的安培力使G2表指针偏转
答案　(1)①af、fd、ce　②1.50±0.02　③Ⅱ　R0 解析　(1)①由电路图可知，应将电压表并联在电阻箱两端，又由图2可知电源是两节干电池，因此电压表的量程应选择3 V，即连接af；由于滑动变阻器采用分压接法，因此滑动变阻器的接线柱c与开关的接线柱e相连，即连接ce；电阻箱的接线柱f应连接在滑动变阻器上侧的一个接线柱上，即连接fd；②由图3可知电压表的读数为1.50 V；③在x相同的条件下，电阻箱的阻值越大，电阻箱与滑动变阻器AP部分并联的电阻值越接近AP部分的真实阻值，电压表的示数越大，因此当R＝100 Ω时，分压特性曲线对应图4中的Ⅱ，由以上分析可知滑动变阻器的最大阻值相比负载电阻越小越好，因此选择的依据为R0 (2)晃动G1表，当指针向左偏转时，静止的G2表的指针也向左偏转，其原因是G1表中的线圈在磁场中做切割磁感线运动产生了感应电动势，闭合回路中产生了感应电流；由于两个电表构成了闭合回路，则电流会通过G2表中的线圈，线圈受安培力的作用，使得G2表的指针发生偏转，因此G1表是“发电机”，G2表是“电动机”，B、D两项正确，A、C两项错误．
3．(2022·广东)弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件．某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系，实验过程如下：
(1)装置安装和电路连接
如图a所示，导电绳的一端固定，另一端作为拉伸端，两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图b所示的电路中．


(2)导电绳拉伸后的长度L及其电阻Rx的测量
①将导电绳拉伸后，用刻度尺测量并记录A、B间的距离，即为导电绳拉伸后的长度L.
②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端．断开开关S2，闭合开关S1，调节R，使电压表和电流表的指针偏转到合适位置．记录两表的示数U和I1.
③闭合S2，电压表的示数________(选填“变大”或“变小”)．调节R使电压表的示数仍为U，记录电流表的示数I2，则此时导电绳的电阻Rx＝________(用I1、I2和U表示)．
④断开S1，增大导电绳拉伸量，测量并记录A、B间的距离，重复步骤②和③.
(3)该电压表内阻对导电绳电阻的测量值________(选填“有”或“无”)影响．
(4)图c是根据部分实验数据描绘的Rx－L图线．将该导电绳两端固定在某种机械臂上，当机械臂弯曲后，测得导电绳的电阻Rx为1.33 kΩ，则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为________cm，即为机械臂弯曲后的长度．
答案　(2)变小　　(3)无　(4)51.80
解析　(2)断开开关S2，根据欧姆定律可得定值电阻的阻值R0＝.闭合开关S2，导电绳与定值电阻并联，并联后的总电阻小于定值电阻的阻值R0，电流表示数增大，电压表示数变小．调节滑动变阻器R使电压表的示数仍为U，设导电绳与定值电阻并联后的总电阻为R′，则R′＝，根据欧姆定律得R′＝，联立解得Rx＝.
(3)考虑电压表内阻时，有＝＋，＝＋＋，联立解得Rx＝，与(2)中分析的结果相同，故电压表内阻对导电绳电阻的测量值无影响．
(4)由Rx－L图线可知，导电绳电阻Rx＝1.33 kΩ对应的导电绳拉伸后的长度L＝51.80 cm.
4．(2022·全国乙卷)一同学探究阻值约为550 Ω的待测电阻Rx在0～5 mA范围内的伏安特性．可用器材有：电压表V(量程为3 V，内阻很大)，电流表A(量程为1 mA，内阻为300 Ω)，电源E(电动势约为4 V，内阻不计)，滑动变阻器R(最大阻值可选10 Ω或1.5 kΩ)，定值电阻R0(阻值可选75 Ω或150 Ω)，开关S，导线若干．

(1)要求通过Rx的电流可在0～5 mA范围内连续可调，将图a所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图；
(2)实验时，图a中的R应选最大阻值为________(填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器，R0应选阻值为________(填“75 Ω”或“150 Ω”)的定值电阻；
(3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线．若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图b和图c所示，则此时Rx两端的电压为________V，流过Rx的电流为________mA，此组数据得到的Rx的阻值为________Ω(保留3位有效数字)．

答案　(1)如图所示　(2)10 Ω　75 Ω　(3)2.30　4.20　548

解析　(1)该实验探究待测电阻Rx在0～5 mA范围内的伏安特性，因此滑动变阻器采用分压式连接，电压表的内阻很大，故可看成理想电压表，故采用电流表外接法，由于题目中给的电流表量程太小，故应与电流表并联一定值电阻扩大其量程．
(2)滑动变阻器R选最大阻值为10 Ω的，方便调节；又因电流表的量程为1 mA，内阻为300 Ω，通过测量电阻的最大电流为5 mA，因此电流表量程应扩大为原来的5倍，因此分流电阻阻值应为该电流表内阻的四分之一，故电流表并联的电阻的阻值为R0＝75 Ω.
(3)Rx两端电压即为电压表读数2.30 V；因电流表并联R0，量程扩大，通过待测电阻的电流为电流表读数的5倍，即通过Rx的电流为5×0.84 mA＝4.20 mA，故Rx＝ Ω≈548 Ω.
5．(2022·安徽模拟)某同学探究导电溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律．他拿了一根弹性很好的橡胶管，里面灌满了盐水，两端用与胶管内径大小相同的铜棒塞住管口，形成一段封闭的盐水柱，给两铜棒连接导线，测量盐水柱的电阻．
(1)该同学测出了在不受拉力时盐水柱的长度L＝30.00 cm，并用欧姆表的“×1”挡粗略测量此时的电阻，如图甲所示，则此时电阻为________ Ω.

(2)为了更精确的测量盐水柱的电阻，该同学设计了如图乙所示的电路，其中R1、R2为已知电阻，R0为电阻箱，R3为滑动变阻器，Rx为盐水柱形成的电阻．操作步骤如下：
①接通开关S1；
②接通开关S2后马上断开，观察灵敏电流计G的偏转情况；
③反复调节R0并重复步骤②，直至S2接通后灵敏电流计G示数为零．
则Rx＝________(用题目中物理量的符号表示)．
(3)该同学用力拉橡胶管，使橡胶管变长，测出几个不同长度L下橡胶管中盐水柱的电阻，并用图像法进行探究．他用盐水柱的电阻Rx为纵坐标，为了使图线为直线，则横坐标应为________(选填“L”“L2”或“”)．该同学选取正确的坐标作出图像，测得图线的斜率为k＝4.0(单位采用国际单位)，又测得橡胶管中盐水的体积为V＝1.5×10－2 m3，则可知该盐水的电阻率为________ Ω·m(保留两位有效数字)．
答案　(1)12　(2)　(3)L2　6.0×10－2
解析　(1)根据图甲可知，指针的示数为12，则此时电阻为R＝12×1 Ω＝12 Ω.
(2)根据实验原理可知，当灵敏电流计的示数为零时，满足关系式＝，化简得Rx＝.
(3)根据电阻定律Rx＝，而且V＝SL，联立得Rx＝，为了使图线为直线，则横坐标应为L2，此时斜率k＝＝4.0，则有盐水的电阻率ρ＝6.0×10－2 Ω·m.
6．(2021·山东模拟)要精确测量电压表V1的内阻，实验室提供了以下器材：
待测电压表V1(量程为2.50 V，内阻约为2 000 Ω)
电压表V2(量程为3.00 V，内阻约为3 000 Ω)
定值电阻R1(阻值500 Ω)
定值电阻R2(阻值5 000 Ω)
滑动变阻器R(阻值范围0～20 Ω，额定电流为1 A)
电源(电动势为3 V，内阻为0.5 Ω)
开关、导线若干
某实验小组设计的电路如图甲所示．

请回答以下问题．
(1)图中a、b两点间________(填“需要”或“不需要”)用导线连接．
(2)按(1)正确连接后，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应在________(填“b”或“c”)端．
(3)图中虚线框内的定值电阻应为________(填“R1”或“R2”)．
(4)测量中电压表V1的示数用U1表示，电压表V2的示数用U2表示，则电压表V1的内阻RV1＝________(用题中给出的字母表示)．
(5)为使测量值精确，通过调节滑动变阻器得到多组U1和U2的值，以U2为纵坐标，U1为横坐标描点画出的图像如图乙所示，由此可得电压表V1的内阻RV1为________ Ω(结果保留四位有效数字)．
答案　(1)需要　(2)b　(3)R1　(4)　(5)2 174
解析　(1)因滑动变阻器总阻值比两电压表内阻小很多，若采用限流接法，调节范围会很小，故采用分压接法，因此a和b两点间需要用导线连接．
(2)为保证安全，刚闭合开关时研究对象两端的电压应尽可能小，因此，闭合开关前，滑片应处于b端．
(3)虚线框中的定值电阻若为R2，电压表V2即使满偏，电压表V1中的偏角也会非常小，测量不精确；虚线框中的定值电阻若为R1，两电压表可同时偏角很大，测量结果都很精确，因此，虚线框内的定值电阻应为R1.
(4)由U2＝U1＋R1，得RV1＝.
(5)由U2＝U1＋R1＝(1＋)U1，图乙中图线的斜率k＝1.23＝1＋，解得RV1≈2 174 Ω.
7．(2022·广西二模)如图甲为一多用电表的表盘，图乙是其原理简化示意图．

(1)按正确使用方法将选择开关置于“×10”挡测量电阻Rx的阻值时，指针指在刻度盘的正中央15刻线处，则Rx＝________ Ω.
(2)把该多用电表的欧姆挡和一块内阻约为几十千欧的电压表接成电路，就能一次性既能测出电压表的内阻，又能测出多用电表中欧姆挡的内部电源的电动势及内部灵敏电流表的满偏电流．
①在多用电表连接电压表之前，正确的操作是________．
A．将选择开关置于倍率“×1”挡，两表笔短接进行欧姆调零，再将两表笔接在电压表接线柱上
B．将选择开关置于倍率“×1 k”挡，两表笔短接进行欧姆调零，再将两表笔接在电压表接线柱上
C．两表笔接在电压表接线柱上，再将选择开关置于倍率“×1”挡，两表笔短接进行欧姆调零
D．两表笔接在电压表接线柱上，再将选择开关置于倍率“×1 k”挡，两表笔短接进行欧姆调零
②图乙中的A表笔是________(填“红”或“黑”)表笔，在多用电表连接电压表时，与电压表“＋”接线柱连接的是________(填“A”或“B”)表笔．
③在实验中，同学们读出电压表的读数为2 V，欧姆表指针所指的刻度如图甲所示，并且在实验过程中，一切操作都是正确的，由此可得电压表的内阻为________，欧姆表内部电池的电动势为________，内部电流表的满偏电流为________ mA(取两位有效数字)．
答案　(1)150　(2)①B　②黑　A　③50 kΩ　2.6 V　0.17
解析　(1)将选择开关置于“×10”挡测量电阻Rx的阻值，指针指在刻度盘的正中央15刻线处，则电阻阻值Rx＝15×10 Ω＝150 Ω.
(2)①电压表的内阻约为几十千欧，为了减小误差，应选择“×1 k”挡，换挡后两表笔短接进行欧姆调零，再将两表笔接在电压表接线柱上，故B项正确，A、C、D三项错误．故选B项．
②由图乙可知，图中的A表笔与欧姆表内置电源正极相连，电流从A表笔流出多用电表，则A表笔是黑表笔．连接电压表时，应该让电流从电压表的“＋”接线柱流入电压表，所以电压表“＋”接线柱接黑表笔．
③欧姆表是“×1 k”倍率的，指针指在50处，所以欧姆表内阻为50 kΩ；
“×1 k”倍率时，欧姆表内阻为Rg＝15×1 000 Ω＝15 000 Ω
根据闭合电路欧姆定律可得欧姆表内部电池的电动势为E＝I＝(RV＋Rg)＝×(50 000＋15 000) V＝2.6 V
内部电流表的满偏电流Ig＝＝ A≈0.17 mA.
8．(2022·湖南模拟)甲、乙两个实验小组利用传感器研究电池组电动势和内阻及负载功率问题，已知两小组所选用的定值电阻阻值相同，均为R0＝1.0 Ω.
(1)甲小组利用电压传感器(相当于理想电压表)和电阻箱，实验电路图如图甲所示，改变电阻箱接入电路的阻值，获得多组电压U与电阻R的值，根据P＝在坐标纸上描出的P－R图像如图乙所示，发现当R＝1.5 Ω时，电阻箱的功率P达到最大值1.5 W．定值电阻R0的作用是______________________________________________________，
可求出甲小组电池组电动势E1＝________ V，内阻r1＝________ Ω.(结果均保留两位有效数字)

(2)乙小组利用电压传感器(相当于理想电压表)、电流传感器(相当于理想电流表)和滑动变阻器，实验电路图如图丙所示，移动滑动变阻器滑片，获得多组电压U与电流I的值，根据P＝UI，利用作图软件生成的P－U图像如图丁所示，发现当U＝1.4 V时，滑动变阻器的功率P达到最大值1.0 W，可求出乙小组电池组电动势E2＝________ V，内阻r2＝________ Ω.(结果均保留两位有效数字)
答案　(1)防止回路中电流过大损坏电源或其他设备　3.0　0.50　(2)2.8　0.96
解析　(1)定值电阻为保护电阻，防止回路中电流过大损坏电源或其他设备．
甲小组实验，电阻箱的功率为
P＝I2R＝＝
可知当R＝r1＋R0时，P有最大值，即r1＝R－R0＝0.50 Ω
最大功率P1max＝
得E1＝2＝3.0 V.
(2)乙小组实验，滑动变阻器的功率为
P＝UI＝U＝－U2＋U
P与U是二次函数关系，可知当U＝时，P有最大值E2＝2U＝2.8 V
最大功率P2max＝
得r2＝－R0＝0.96 Ω.
9．(2022·沈阳三模)饮酒驾车，害人害己．目前查酒驾的常用办法是测量驾驶员呼出的气体酒精浓度，依据国家酒驾、醉驾处罚标准，驾驶员呼出的气体酒精浓度大于90 mg/m3小于等于360 mg/m3是酒驾，大于360 mg/m3是醉驾．某实验小组要利用一种二氧化锡半导体气体酒精传感器组装一个气体酒精测试仪，现有器材如下：
A．二氧化锡半导体气体酒精传感器Rx
B．电压表(量程为3 V，内阻非常大，作为浓度表使用)
C．直流电源(电动势为4 V，内阻不计)
D．电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)
E．定值电阻R1(阻值为50 Ω)
F．定值电阻R2(阻值为10 Ω)
G．单刀双掷开关一个，导线若干
该传感器电阻Rx随气体酒精浓度的变化而变化，具体数据见下表：
Rx/Ω
60
40
30
20
10
气体酒精浓度ρ(mg/m3)
0
50
90
140
360
(1)请根据上表数据在坐标系中描绘出Rx－ρ关系曲线．

(2)图乙是该小组设计的酒精测试仪的电路图，为使电压表不超量程，图乙的定值电阻R应该选择________(填“R1”或“R2”)．

(3)该实验小组首先按照下列步骤标注此测试仪刻度：开关向b端闭合，逐步减小电阻箱的阻值，电压表的示数不断变大．按照甲图数据将电压表上“电压”刻度线标为对应的“气体酒精浓度ρ”，若电阻箱调为30 Ω，电压表指针对应的刻度应标注为________mg/m3；以此类推，逐一标注后再将开关向a端闭合，测试仪即可正常使用．
(4)一同学将标注好的酒精测试仪靠近某瓶口，发现电压表读数为0.80 V，则测得的酒精浓度为________mg/m3.
答案　(1)见解析　(2)R2　(3)90　(4)50
解析　(1)描点，用光滑曲线连接各点，如图所示．

(2)传感器电阻阻值最小时，电压表不会超过量程，根据欧姆定律≤3 V，
代入数据可得R≤30 Ω，故选R2.
(3)当电阻箱调为30 Ω时，对应酒精浓度为90 mg/m3，因此电压表指针对应的刻度应标为90 mg/m3.
(4)根据欧姆定律可得E＝Rx＋U，代入数据可得传感器电阻Rx＝40 Ω，对应酒精浓度为50 mg/m3.
10．(2022·海南模拟)电子秤是人们生活中常用的一种称量工具．某同学根据所学知识制作了一台简易电子秤，原理图如图甲所示，图中电压表可视为理想电压表(量程为3 V)，滑动变阻器的滑片为P，最大阻值为R＝12 Ω，该同学用刻度尺测得滑动变阻器滑片能滑动范围的长度为L＝2 cm.


请回答下列问题：
(1)该同学先利用图乙所示电路测定电子秤里两节纽扣电池(如图丙)的电动势和内阻，根据多次测量得到的数据，作出的U′－I图像如图丁所示，可知这两节纽扣电池串联后的电动势为E＝________ V，内阻为r＝________ Ω.
(2)该同学想得到电压表的示数U与被测物体质量m之间的关系，设计了如下实验：
①调节图甲中滑片P的位置，使电压表的示数恰好为零；
②在托盘里缓慢加入细沙，直到滑片P恰好滑到滑动变阻器的b端，然后调节电阻箱R0，直到电压表达到满偏，实验过程中弹簧一直处于弹性限度内，则此时电阻箱的读数为R1＝________ Ω；
③已知所用弹簧的劲度系数为k＝1.96×103 N/m，重力加速度为g＝9.8 m/s2，则该电子秤所能称量的最大质量为m＝________ kg.
(3)结合上面实验内容，可得电压表的示数U与被测物体质量m之间的关系式为U＝________________．(用题目中给出的物理量符号表示)
答案　(1)4　0.5　(2)②3.5　③4　(3)
解析　(1)对图乙所示电路，根据闭合电路欧姆定律可得E＝U′＋Ir，即U′＝E－Ir
U′－I图像与纵轴交点的纵坐标等于电源电动势，图线斜率的绝对值等于电源内阻，由题图丁可知，电源电动势为E＝4 V，内阻为r＝|| Ω＝0.5 Ω.
(2)②电压表达到满偏时滑动变阻器接入电路的阻值为R＝12 Ω，根据欧姆定律可得＝，解得R1＝3.5 Ω.
③滑片P滑到滑动变阻器的b端，弹簧的形变量增加了2 cm，由平衡条件有kΔx＝mg，则该电子秤所能称量的最大质量为m＝4 kg.
(3)根据闭合电路欧姆定律和力的平衡条件有＝，解得U＝.