备战2025年高考二轮复习物理（广东版）专题分层突破练17 电学实验（Word版附解析）

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(1)保持玻璃管内压强为标准大气压,电流表示数为100 mA,电压表量程为0~3 V,表盘如图丙所示,示数为 V,此时金属丝阻值的测量值R为 Ω(保留3位有效数字);
(2)打开抽气泵,降低玻璃管内气压p,保持电流I不变,读出电压表示数U,计算出对应的金属丝阻值;
(3)根据测量数据绘制R-p关系图线,如图丁所示;
(4)如果玻璃管内气压是标准大气压的12,保持电流为100 mA,电压表指针应该在图丙指针位置的 (选填“左”或“右”)侧;
(5)若电压表是非理想电压表,则金属丝电阻的测量值 (选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
答案 (1)1.23 12.3
(4)右
(5)小于
解析 本题考查电学创新实验。(1)电压表分度值为0.1 V,则电压表读数需估读一位,读数为1.23 V,根据欧姆定律可知,金属丝的测量值R=UI=12.3 Ω。
(4)根据图丁可知气压越小电阻越大,则压强p减小,则电阻R增大,再根据U=IR,故电压增大,电压表的指针位置应该在题图丙中指针位置的右侧。
(5)电流表采用外接法会导致电压表分流,即R测=UI测,I测=I真+URV,即I测偏大,故R测2.(12分)(2024广西卷)某同学为探究电容器充、放电过程,设计了图甲实验电路。器材如下:电容器,电源E(电动势6 V,内阻不计),电阻R1=400.0 Ω,电阻R2=200.0 Ω,电流传感器,开关S1、S2,导线若干。实验步骤如下:
(1)断开S1、S2,将电流传感器一端与a节点相连,其数据采样频率为5 000 Hz,则采样周期为 s。
(2)闭合S1,电容器开始充电,直至充电结束,得到充电过程的I-t曲线如图乙,由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为 mA(结果保留3位有效数字)。
甲
乙
(3)保持S1闭合,再闭合S2,电容器开始放电,直至放电结束,则放电结束后电容器两极板间电压为 V。
丙
(4)实验得到放电过程的I-t曲线如图丙,I-t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.018 8 C,则电容器的电容C为 μF。图丙中I-t曲线与横坐标、直线t=1 s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.003 8 C,则t=1 s时电容器两极板间电压为 V(结果保留2位有效数字)。
答案 (1)2×10-4
(2)15.0
(3)2
(4)4.7×103 5.2
解析 考查电容器充、放电过程和电容的基本性质。
(1)采样频率为5 000 Hz,周期T=1f=0.000 2 s=2×10-4 s。
(2)由图乙可知, 开关S1闭合瞬间流经R1的电流约为15.0 mA。
(3)稳定之后,电容器两极板间的电压为电阻R2两端的电压,根据闭合电路欧姆定律得电容器两极板间电压为UC=ER1+R2×R2=2 V。
(4)电容器的放电过程,电压由6 V减小至2 V,ΔU=4 V,C=ΔQΔU=0.018 84×106 μF=4.7×103 μF。设t=1 s时电容器两端电压为UC',则(E-UC')C=ΔQ',(6 V-UC')×4.7×103×10-6 F=0.003 8 C
解得UC'≈5.2 V。
3.(12分)某实验小组要测定一节蓄电池的电动势及内阻,要求测量结果尽量准确。实验器材如下,电流表A1(量程0~200 μA,内阻为800 Ω);电流表A2(量程0~300 mA,内阻为0.3 Ω);定值电阻R1(阻值为4.0 Ω);定值电阻R2(阻值为9 200 Ω);滑动变阻器R(最大阻值为50 Ω);待测蓄电池一节(电动势约为2 V);开关S一个,导线若干。
甲
(1)该实验小组利用所学知识正确连接实物电路如图甲所示,图中虚线框内的电流表应选 (选填“A1”或“A2”),虚线框内的定值电阻应选 (选填“R1”或“R2”)。
(2)电流表A1示数用I1表示,电流表A2示数用I2表示,该实验小组通过改变滑动变阻器滑片的位置,得到了多组I1、I2数据,并作出I1-I2图像,如图乙所示。根据I1-I2图像可知,该蓄电池的电动势为 V,内阻为 Ω。(结果均保留2位有效数字)
乙
(3)从实验设计原理来看,该蓄电池电动势的测量值 (选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
答案 (1)A2 R2
(2)1.9 1.0
(3)等于
解析 (1)图中虚线框内电流表通过的电流比较大,应选择量程大的电流表A2,A1用来改装成电压表;蓄电池的电动势为2 V,改装后电压表量程为2 V,
所以串联电阻大小为R=UIg-RA1=9 200 Ω,故选R2。
(2)如图所示延长I1-I2图像与两坐标轴相交。
根据闭合电路欧姆定律可得E=I1(R2+RA1)+(I1+I2)(r+R1),
整理得I1=ER2+RA1+r+R1-I2r+R1R2+RA1+r+R1,由图像可得ER2+RA1+r+R1=190×10-6 A,
r+R1R2+RA1+r+R1=(190-50)×10-6(280-0)×10-3,解得E=1.9 V,r=1.0 Ω。
(3)因为考虑到电表内阻,对电压表分流的影响进行了修正,电动势和内阻的测量值均等于真实值。
4.(12分)(2024广东一模)某同学利用如图甲所示的部分电路测量标识模糊的滑动变阻器的最大阻值。请完成下列相关内容:
甲
乙
(1)连接线路:要求在不拆电路的情况下完成欧姆调零和测量滑动变阻器的最大阻值,则闭合开关S前,a接线柱不能连接到滑动变阻器的 接线柱。
A.bB.c
C.dD.e
(2)欧姆调零:正确连接a与滑动变阻器的接线柱后,先将多用电表的选择开关旋至“×10”位置,再将滑动变阻器的滑片滑到 (选填“最左端”或“最右端”),闭合开关S,旋转多用电表的 (选填“P”或“Q”)旋钮,使指针指到 ,完成欧姆调零。
(3)调试:在(2)的基础上,将滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端,观察到多用电表的示数较小,为了得到比较准确的测量结果,应将选择开关旋至 位置, (选填“需要”或“不需要”)再次进行欧姆调零。
(4)测量:在(3)的调试后,进行正确操作和测量,多用电表指针指示如图乙,则滑动变阻器的最大阻值为 Ω。
答案 (1)CD
(2)最右端 Q 0处(或满偏电流处、电阻表零刻度处)
(3)“×1” 需要
(4)20
解析 (1)连接线路:要求在不拆电路的情况下完成欧姆调零和测量滑动变阻器的最大阻值,则闭合开关S前,a接线柱不能连接到滑动变阻器的d、e接线柱,只能连接b或者c接线柱,当滑动端滑到最右端时,闭合开关S可完成欧姆调零;当滑动端滑到最左端时,闭合开关S可完成测量滑动变阻器的最大阻值,故选CD。
(2)欧姆调零:正确连接a与滑动变阻器的接线柱后,先将多用电表的选择开关旋至“×10”位置,再将滑动变阻器的滑片滑到最右端,闭合开关S,旋转多用电表的调零旋钮“Q”旋钮,使指针指到0处(或满偏电流处、电阻表零刻度处),完成欧姆调零。
(3)调试:在(2)的基础上,将滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端,观察到多用电表的示数较小,说明挡位太高,为了得到比较准确的测量结果,应将选择开关旋至“×1”位置,需要再次进行欧姆调零。
(4)测量:在(3)的调试后,进行正确操作和测量,多用电表指针指示如图乙,则滑动变阻器的最大阻值为20 Ω。
5.(14分)某实验小组欲将内阻Rg=40 Ω、量程为0~100 μA的电流表改装成电阻表,供选择的器材有,定值电阻R0(阻值为14 kΩ);滑动变阻器R1(最大阻值为1 500 Ω);滑动变阻器R2(最大阻值为500 Ω);电阻箱(0~9 999.9 Ω);干电池(E=1.5 V,r=2 Ω);红、黑表笔各一只,开关,导线若干。
(1)为了保证改装后电阻表能正常使用,滑动变阻器选 (选填“R1”或“R2”)。请用笔画线代替导线将图甲中的实物连接组成电阻表。
甲
乙
(2)电阻表改装好后,将红、黑表笔短接进行调零,此时滑动变阻器接入电路的电阻应为 Ω;电流表表盘的50 μA刻度对应改装后的电阻表的刻度为 kΩ。
(3)利用改装后的电阻表进行电阻测量,小组同学发现当被测电阻的阻值为几百欧姆时,电流表指针偏转角太大,不能进行读数,他们利用电阻箱和开关,对电路进行了改进,使中值电阻为1 500 Ω,他们改进后的电路如图乙所示,图乙中电阻箱的阻值应调为 Ω。若用该表测量一阻值为1 000 Ω的电阻时,则电流表指针对应的电流是 μA。
答案 (1)R1 实物连接见解析
(2)958 15
(3)1 560 60
解析 (1)为了保证改装后电阻表能正常使用,欧姆调零时,有Ig=ER欧,解得欧姆调零时电阻表内阻为R欧=EIg=1.5100×10-6 Ω=15 000 Ω,此时滑动变阻器接入电路的阻值为R滑=R电-R0-Rg-r=(15 000-14 000-40-2) Ω=958 Ω,则滑动变阻器应选R1;电阻表黑表笔应接电源的正极,实物连接如图所示。
(2)由(1)分析可知欧姆调零时滑动变阻器接入电路的阻值为958 Ω;
设电流表表盘的50 μA刻度对应改装后的电阻表的刻度为Rx,
由闭合电路欧姆定律有I=ER电+Rx,
解得Rx=EI-R电=1.550×10-6 Ω-15 000 Ω=15 000 Ω=15 kΩ。
(3)设电阻表改装后干路的最大电流为Im,则欧姆调零时有Im=ER电',对电路进行了改进,使中值电阻为1 500 Ω,则有12Im=ER电'+1 500Ω,联立解得R电'=1 500 Ω,Im=1 mA=1 000 μA,图乙中电阻箱的阻值应调为R箱=Ig(R0+Rg)Im-Ig=1 560 Ω;若用该表测量一阻值为1 000 Ω的电阻时,此时干路电流为I总=ER电'+1 000Ω=0.6 mA=600 μA,则电流表指针对应的电流是I1=R箱R箱+R0+RgI总=1 5601 560+14 000+40×600 μA=60 μA。