2024届高考物理二轮专题复习与测试专题强化练十七电学实验与创新

这是一份2024届高考物理二轮专题复习与测试专题强化练十七电学实验与创新，共13页。

(1)将多用电表的选择开关调到直流电压挡．如图甲所示，闭合开关，将电压表并联在A、B两点间，电压表示数为U1，并联在A、C两点间，电压表示数也为U1，并联在B、C两点间，电压表示数为零，已知R1，R2阻值相差不大，出现上述情况的原因可能是________________．
A．AB段断路 B．BC段断路
C．AB段短路 D．BC段短路
(2)将选择开关调到电阻挡“×1k”的位置，将红，黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使表的指针指在表盘________(选填“左侧”或“右侧”)零刻度线处，将光敏电阻与欧姆表直接相连，通过用手遮挡的方式来改变照射到光敏电阻的光照强弱，在不改变选择开关位置的情况下，欧姆表指针位置发生变化，如图乙所示，由此可判断光照变弱时，该光敏电阻的阻值________(选填“变大”或“变小”)．
(3)如图丙所示是一个简单的欧姆表电路示意图，其中电流表电流为500 μA，内阻为100 Ω，电池电动势为1.5 V，内阻为1 Ω；变阻器R1最大阻值为5 000 Ω.
①调零后测量某定值电阻时，指针指在刻度盘的正中央，则该定值电阻阻值为________Ω.
②使用一段时间后电池老化，电动势下降到1.4 V、内阻增大到4 Ω，但仍可调零，正确操作后，测量另一个定值电阻，欧姆表读数为300 Ω，则这个电阻的阻值应为________Ω.
解析：(1)电压表有示数说明并联部分无短路，串联部分无断路，电压表无示数说明并联部分可能短路或者串联部分断路．根据题意电压表并联在A、C两点间，电压表示数为U1，当并联在A、B两点间时，电压表示数也为U1，当并联在B、C两点间时，电压表的示数为零，则可以判断电路的故障可能是AB段断路，也可能是BC段短路，故选AD.
(2)将选择开关调到电阻挡“×1k”的位置，将红，黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使表的指针指在表盘电阻挡零刻度线即右侧零刻度线处．由图乙可知，遮挡后电阻变大，由此可判断光照变弱时，该光敏电阻的阻值变大．
(3)调零后，欧姆表内阻R内＝eq \f(1.5,0.5×10－3) Ω＝3 000 Ω，
指针指在刻度盘的正中央，表盘中值电阻等于欧姆表内阻，即R＝R内＝3 000 Ω.
电动势变为1.4 V调零后，欧姆表内阻
R′内＝eq \f(1.4,0.5×10－3) Ω＝2 800 Ω，
由300 Ω对应的电流列出关系式
I＝eq \f(1.5,3 000＋300)＝eq \f(1.4,2 800＋R真)，
解得R真＝280 Ω.
答案：(1)AD (2)右侧 变大 (3)3 000 280
2．某物理兴趣小组在物理实验室测量一根粗细均匀的合金丝的电阻率，实验室里有一半径10 cm的量角器，但是缺少刻度尺．该小组首先取一段合金丝绕在该量角器上，并接入如图1所示的电路中，通过金属夹所夹位置改变合金丝接入电路的长度，接入电路的合金丝所对应的圆心角θ可以由量角器读出．实验时多次改变金属夹所夹位置，通过调节滑动变阻器的阻值，使每次电流表的读数I达到一相同值时记录电压表的示数U，从而得到多组U、θ的值，作出U-θ图像如图2所示．
(1)在实验开始前，滑动变阻器的滑片P应置于________(选填“左端”或“右端”)．
(2)实验中电流表指针位置如图3所示，则读数I＝________A.
(3)在实验时，b端应与________相连接．
A．d端 B．e端
C．g端 D．c端
(4)已知合金丝的横截面积为4.0×10－8 m2，则合金丝的电阻率为________Ω·m(结果保留2位有效数字)．
解析：(1)本实验采用滑变分压接法，需要为使合金丝的电压从0开始记录，故需要将滑动变阻器的滑片P应置于左端；(2)电流表量程是0～0.6 A，由图3所示表盘可知，其分度值为0.02 A，示数为0.40 A；(3)在实验时，b端应与e端相连，通过改变金属夹的位置来改变所接入的合金丝的电阻；(4)已知合金丝的横截面积为4.0×10－8 m2，读图可知，当θ＝eq \f(π,2)时，所对应的电压大小为0.92 V，则根据欧姆定律，可得此时合金丝的电阻为R＝eq \f(U,I)＝eq \f(0.92,0.40) Ω＝2.3 Ω，
则根据电阻率的公式可得R＝ρeq \f(l,S)，
ρ＝eq \f(RS,l)＝eq \f(2.3×4×10－8,\f(π,2)×0.1) Ω·m≈5.9×10－7 Ω·m.
答案：(1)左端 (2)0.40 (3)B (4)5.9×10－7或[(5.7～6.1)×10－7]均正确
3．(2023·广东广州一模)如图(a)是一种双量程电流表内部各元件的连接图．
(1)这种电流表“3 A”量程的内阻________0.22 Ω(选填“大于”“小于”)；
(2)某同学用多用电表的欧姆挡检测这种电流表，选择“×10”挡，欧姆调零后将红、黑表笔分别接到电流表的“－”“0.6 A”接线柱，指针指示如图(b)，示数为________，保持黑表笔不动，将红表笔从“－”接线柱移到“3 A”接线柱，示数几乎与图(b)相同，由此可知电流表内部阻值为0.88 Ω的电阻发生________故障(选填“断路”“短路”)；
(3)由于0.88 Ω的故障电阻阻值较小，该同学设想用如图(c)的电路测得一段阻值为4.40 Ω的电阻丝，再将它分成等长的5段，用其中一段替代．实验时移动小金属夹P到电阻丝的某位置时，电流表和电压表的示数分别为0.50 A和1.30 V，接下来应将P向________(选填“左”“右”)移动．
(4)用电阻丝替代故障电阻后，若电阻丝实际接入电路的阻值略小于标准值，则会导致用该电流表“0.6 A”量程测电流时的测量值________(选填“偏大”“偏小”)．
解析：(1)电流表接“3 A”的量程时，根据并联电路的总电阻小于分支电阻，由图(a)可知此时电流表的内阻为电路的总电阻，小于分支的电阻0.22 Ω；
(2)欧姆表表盘10～15之间有5格，每小格代表1 Ω，据读数规则，要读到下一位，且倍率为“×10”，故读数为14.0×10 Ω＝140 Ω.根据欧姆表电流流向“红进黑出”，由图(a)可知，140 Ω为接线柱中间两电阻10 Ω、130 Ω之和，说明此时10 Ω、130 Ω两电阻并未与0.22 Ω，0.88 Ω两电阻并联；保持黑表笔不动，将红表笔从“－”接线柱移到“3 A”接线柱，示数几乎与图(b)相同，说明更换接线柱后，电流表总电阻的阻值几乎未发生变化，故可推知电流表内部10 Ω、130 Ω与0.22 Ω串联，阻值为0.88 Ω的电阻发生断路，若短路则欧姆表示数应为0；
(3)由示数U＝1.30 V，I＝0.50 A，可得R＝eq \f(U,I)＝2.6 Ω<4.4 Ω，要增大电阻，接下来应将P向右滑．
(4)设R1＝10 Ω，R2＝130 Ω，R3＝0.22 Ω，R4＝0.88 Ω，用电阻丝替代故障电阻后，若电阻丝实际接入电路的阻值略小于标准值，电阻丝实际接入电路的阻值为R′4<0.88 Ω；接0.6 A量程时，设某次测电流时，流过表头的电流为I1，则电流测量值为I测＝I1＋eq \f(I1（R1＋R2）,R3＋R4)，
电流的真实值为I真＝I1＋eq \f(I1（R1＋R2）,R3＋R′4)，
由于R′4可得I测会导致用该电流表“0.6 A”量程测电流时的测量值偏小．
答案：(1)小于 (2)140 断路 (3)右 (4)偏小
4．某校举行了一次物理实验操作技能比赛，其中一项比赛为选用合适的电学元件设计合理的电路，并能较准确的测量同一电池组的电动势及其内阻．提供的器材如下：
A．电流表G(满偏电流10 mA，内阻10 Ω)
B．电流表A(0～0.6 A～3 A，内阻未知)
C．电压表V(0～5 V～10 V，内阻未知)
D．滑动变阻器R(0～100 Ω，1 A)
E．定值电阻R0(阻值990 Ω)
F．开关与导线若干
(1)图(a)是小宇同学根据选用的仪器设计测量该电池组电动势和内阻的电路图．根据该实验电路测出的数据绘制的I1－I2图线如图(b)所示(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，则由图线可以得到被测电池组的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω；(结果均保留2位有效数字)
(2)另一位小张同学则设计了图(c)所示的实验电路对电池组进行测量，记录了单刀双掷开关S2分别接1、2对应电压表的示数U和电流表的示数I；根据实验记录的数据绘制UI图线如图(d)中所示的A、B两条图线．
可以判断图线A是利用单刀双掷开关S2接______(选填“1”或“2”)中的实验数据描出的；分析A、B两条图线可知，此电池组的电动势为E＝______，内阻r＝______(用图中EA、EB、IA，IB表示)．
解析：(1)电流表G和定值电阻串联，其可看成一个电压表，则有E＝I1(RG＋R0)＋I2r，
整理可得I1＝－eq \f(r,RG＋R0)I2＋eq \f(E,RG＋R0)，
根据图像可知，图线与纵轴会相交于(0，7.5 mA)的位置，则有eq \f(E,RG＋R0)＝7.5×10－3 A，
可得E＝7.5 V，
且有－eq \f(r,RG＋R0)＝eq \f(（5－7）×10－3,0.5－0.1)，
可得r＝5.0 Ω.
(2)若单刀双掷开关接1，则电流表相对于电源内接，则因电流表分压作用，会导致E真＝E测，I短真>I短测，
若单刀双掷开关接2，则电流表相对于电源外接，因电压表分流作用，会导致E真>E测，I短真＝I短测，
结合所给图像，可以判断出A图线是利用单刀双掷开关S2接1，同样也可以判断出E＝EA，I短真＝IB，
则内阻为r＝eq \f(E,I短真)＝eq \f(EA,IB).
答案：(1)7.5 5.0 (2)1 EA eq \f(EA,IB)
5．力敏电阻器是一种能将机械力转换为电信号的特殊元件，其电阻值可随外加压力大小而改变．某同学为研究一个力敏电阻器Rx(阻值变化范围为几欧姆到几十欧姆)的特性．设计了如图(a)所示的电路，所用电源的电动势为3 V，内阻忽略不计，电阻箱(0～99.9 Ω)．除图(a)中的器材外，还有如下器材可供选择：
电流表A1(量程为0～0.6 A，内阻r1＝1.5 Ω)；电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻约为2 Ω)
(1)图(a)中P处选用电表________，Q处选用电表________；(均填选用电表的符号)
(2)闭合开关S，多次改变对力敏电阻的压力F，记录两电表读数，得到Rx不同的值，描绘出RxF图线如图(b)所示，由图线可得Rx与F的函数关系式Rx＝________；
(3)该同学用力敏电阻和所提供的器材，把电流表A1改成一个压力表(即在电流表A1表盘的对应刻度位置处标上压力大小)，请在图(c)虚线框内画出设计电路图；
(4)若将电流表A1表盘的0.15 A刻度处标为压力表的0刻度，则电阻箱R0接入电路的阻值应调为________Ω；保持R0不变，则压力表能测量压力的最大值是________N.
解析：(1)Q处选用电表A1，因为A1的内阻已知，可以把A1当成电压表使用，用来测量力敏电阻的电压；因为Q处选用电表A1，所以P处选用电表A2；
(2)根据图像得Rx＝kF＋b，
根据图像得18＝k×0＋b，10＝k×4＋b.
解得k＝－2，b＝18，
所以Rx＝－2F＋18.
(3)设计电路如图所示
(4)根据Rx＝－2F＋18，当F＝0时，Rx＝18 Ω，根据闭合电路欧姆定律得I＝eq \f(E,Rx＋R0＋r1)，
解得R0＝0.5 Ω.
当电流表的示数等于0.6 A时，表示压力表的压力最大．根据闭合电路欧姆定律得Im＝eq \f(E,Rx＋R0＋r1)，
解得Rx＝3 Ω，
根据Rx＝－2F＋18得F＝7.5 N.
答案：(1)A2 A1 (2)－2F＋18
(3)图见解析 (4)0.5 7.5
6．某实验小组准备用铜片和锌片作为2个电极插入苹果制成水果电池，探究电极间距、电极插入深度对水果电池的电动势和内阻的影响．实验小组在市场上购买了品种、大小和成熟程度几乎相同的苹果，成员设计了两个方案测量苹果电池的电动势E和内阻r，电路原理如下图所示．实验室可供器材如下：
电压表V(0～3 V，内阻约3 kΩ；0～15 V，内阻约15 kΩ)；
电流表A(0～0.6 A，内阻约0.125 Ω；0～3 A，内阻约0.025 Ω)；
微安表G(量程200 μA；内阻约1 000 Ω)；
滑动变阻器(额定电流2 A，最大阻值100 Ω)，电阻箱(最大阻99 999 Ω)，开关、导线若干．
(1)查阅资料知道苹果电池的电动势约为1 V，内阻约为几kΩ，经过分析后发现方案A不合适，你认为方案A不合适的原因是________(多选题)．
A．滑动变阻器起不到调节的作用
B．电流表几乎没有示数
C．电压表分流明显导致测量误差偏大
D．电压表示数达不到量程的三分之一
(2)实验小组根据方案B进行实验，根据数据作出eq \f(1,I)-R图像如(图C)，已知图像的斜率为k，纵轴截距为b，微安表内阻为rg，可求得被测电池的电动势E＝________，内电阻r＝________．
(3)改变电极间距、电极插入深度重复实验，测得数据如下表所示．
分析以上数据可知电极插入越深入，水果电池内阻越________，电极间距越大，水果电池内阻越________．
解析：(1)滑动变阻器最大阻值只有100 Ω，而苹果电池的内阻约为几kΩ，则滑动变阻器起不到调节的作用，选项A正确； 电路中电流只有不到1 mA，则电流表几乎没有示数，选项B正确；电压表内阻远大于滑动变阻器的电阻，电压表的分流不明显，选项C错误；使用量程为0～3 V的电压表，电压表示数达不到量程的三分之一，选项D正确．故选ABD.
(2)由电路可得E＝I(R＋rg＋r)，
解得eq \f(1,I)＝eq \f(1,E)R＋eq \f(rg＋r,E)，
则k＝eq \f(1,E)，b＝eq \f(rg＋r,E)，
解得E＝eq \f(1,k)，r＝eq \f(b,k)－rg.
(3)分析1、3两组数据可知电极插入越深入，水果电池内阻越小；分析1、2两组数据可知，电极间距越大，水果电池内阻越大．
答案：(1)ABD (2)eq \f(1,k) eq \f(b,k)－rg (3)小 大
7．某实验小组进行“探究热敏电阻的温度特性”实验，实验室提供如下器材：
热敏电阻R1(常温下约8 kΩ)；
电流表A(量程1 mA，内阻约200 Ω)；
电压表V(量程3 V，内阻约10 kΩ)；
电池组E(电动势4.5 V，内阻约1 Ω)；
滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)；
开关S、导线若干、烧杯和水、温度计．
(1)根据实验所提供的器材，设计实验电路，画在左图所示的方框中．
(2)右图是实验器材的实物图，图中已连接了部分导线，请根据你所设计的实验电路，补充完成实物间的连线．
(3)闭合开关前，滑动变阻器的滑动触头P应置于________端(填“a”或“b”)．
(4)若热敏电阻的阻值R与温度t的关系如图所示，关于产生系统误差的原因或减小系统误差的方法，下列叙述正确的是________．
A．电流表的分压造成电阻的测量值总比真实值大
B．电压表的分流造成电阻的测量值总比真实值小
C．温度升高到一定值后，电流表宜采用外接法
D．温度升高到一定值后，电流表宜采用内接法
(5)现将此热敏电阻接在电流恒定的电路中，当它产生的热量与向周围环境散热达到平衡时，热敏电阻的温度稳定在某一值t，且满足关系式I2R＝k(t－t0)，其中k是散热系数，t是电阻的温度，t0是周围环境温度，I为电流)，已知I＝40 mA，t0＝15 ℃，k＝0.16 W/℃，结合上图可知该热敏电阻的温度稳定在__________℃.
解析：(1)实验器材中的滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、热敏电阻Rt(常温下约8 kΩ)，滑动变阻器电阻远小于待测电阻；为了调节方便，使电表示数变化明显，滑动变阻器应采用分压接法；电流表A(内阻约200 Ω)、电压表V(内阻约10 kΩ)，根据eq \f(RV,R)可见电流表对测量电阻的影响较小，所以电流表采用内接法；实验电路图如图所示．
(2)根据电路图，实物连线如图所示
(3)闭合开关前，滑动变阻器的滑动触头P应置于a端，使待测电阻两端的电压为零，起到保护电路的作用．
(4)电流表内接法会产生实验误差，由于电流表的分压，测量得到的R1两端电压比实际电压偏大，所以计算得到的电阻R1偏大．由图像可知热敏电阻随着温度的升高，电阻值逐渐减小；当R1较小时，满足eq \f(RV,R)>eq \f(R,RA).这时电流表采用外接法误差较小．故选AC.
(5)当电流通过电阻产生的热量与电阻向周围环境散热达到平衡时，满足关系式I2R＝k(t－t0)，
其中I＝40 mA，t0＝15 ℃，k＝0.16 W/℃，
可得R＝100t－1 500 (Ω)，
在R-t图像中画出该函数对应图线，如图所示．
由图像交点对应温度可知，该热敏电阻的温度稳定在38 ℃.
答案：(1)见解析 (2)见解析 (3)a (4)AC (5)38
8．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(a)连接：
(2)开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的________端(填“a”或“b”)；
(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，所得图像如图(b)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)，此实验中的r测______r真(填“大于”，“等于”或“小于”)．
(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(c)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．
解析：(2)开关闭合前，为了保护电路中的元件，应将电阻丝的最大阻值接入电路，根据电阻定律R＝ρeq \f(L,S)可知电阻丝接入越长，接入电阻越大，金属夹应夹在电阻丝的b端．
(4)设圆心角为θ时，电阻丝接入电路中的电阻为θr0，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，
可知E＝I(RA＋R0＋θr0)＋Ir，
整理得eq \f(1,I)＝eq \f(r0,E)θ＋eq \f(RA＋R0＋r,E)，
结合图像的斜率和截距满足eq \f(r0,E)＝k，eq \f(RA＋R0＋r,E)＝d，
解得电源电动势和内阻为E＝eq \f(r0,k)，r＝eq \f(r0d,k)－R0－RA.
此实验中电流表的内阻已知，测得的电源内阻值等于真实的内阻值．
(5)实验器材中有定值电阻R0和单刀双掷开关，考虑使用等效法测量电阻丝电阻，如图
原理的简单说明：
①将开关置于R0位置，读出电流表示数I0；
②将开关置于电阻丝处，调节电阻丝的角度，直到电流表示数为I0，读出此时角度θ；
③此时θr0＝R0，即可求得r0的数值．
答案：(2)b (4)eq \f(r0,k) eq \f(r0d,k)－R0－RA 等于
(5)见解析
序号
电极插入深度h/cm
电极间距d/cm
电动势E/V
内阻r/Ω
1
4
2
1.016
5 981
2
4
4
1.056
9 508
3
2
2
1.083
11 073