2023届二轮复习通用版 专题6 第2讲 电学实验及创新 作业

第一部分　专题六　第2讲 电学实验及创新

基础题——知识基础打牢

1．(2020·新课标Ⅰ卷)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx，所用电压表的内阻为1kΩ，电流表内阻为0.5Ω．该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O、P两点之间，另一种是跨接在O、Q两点之间．测量得到如图(b)所示的两条U-I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数．

回答下列问题：

(1)图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在__O、P__(填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的．

(2)根据所用实验器材和图(b)可判断，由图线__Ⅰ__(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为__50.5__Ω(保留1位小数)．

(3)考虑到实验中电表内阻的影响，需对(2)中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为__50.0__Ω(保留1位小数)．

【解析】　(1)若将电压表接在O、P之间，I＝＋则U＝·I

根据一次函数关系可知对应斜率为

若将电压表接在O、Q之间，电流表分压为UA＝IRA

根据欧姆定律变形可知Rx＝解得U＝I(Rx＋RA)

根据一次函数可知对应斜率为(Rx＋RA)，对比图象的斜率可知kⅠ＞kⅡ

所以Ⅱ图线是采用电压表跨接在O、P之间．

(2)因为待测电阻为几十欧姆的电阻，通过图象斜率大致估算待测电阻为50Ω左右，根据＜

说明电流表的分压较小，电压表的分流较大，所以电压表应跨接在O、Q之间，所以选择图线I得到的结果较为准确．根据图象可知Rx＝≈50.5Ω．

(3)考虑电流表内阻，则修正后的电阻为Rx′＝Rx－RA＝50.5Ω－0.5Ω＝50.0Ω．

2．(2022·四川成都二诊)为将一只毫安表A(量程3mA，内阻约几十欧姆)改装成量程为1.5V的电压表，实验室提供了下列器材：电源E(电动势约6V，内阻不计)；滑动变阻器R1(0～50Ω)；滑动变阻器R2(0～5kΩ)；电阻箱R(0～999.9Ω)；开关两个、导线若干．

某同学先按图示电路连接线路，测量表A的内阻．他的操作步骤如下：

a．将滑动变阻器的阻值调到最大，闭合S1后调节变阻器的阻值，使表A的指针满偏；

b．闭合S2保持变阻器的阻值不变，调节电阻箱R的阻值，使表A的指针偏转到量程的位置；

c．记下R的阻值为30.0Ω．

(1)上述实验中，滑动变阻器应选用__R2__(选填“R1”或“R2”)．

(2)表A的内阻测量值RA＝__30.0或30__Ω．此测量值__小于__(选填“大于”“等于”或“小于”)表A内阻的真实值．

(3)若取表A内阻的测量值RA进行计算，为达成改装的目的，可将表A与电阻箱R__串联__(选填“串联”或“并联”)，且将电阻箱R的阻值调到__470.0__Ω．

【解析】　(1)毫安表A的量程3mA，则电路中的最大电流为3mA，电路的最小电阻为R＝＝Ω＝2000Ω，故滑动变阻器应选用R2．

(2)实验中用半偏法测电表的内阻，所以R的阻值即为电表的测量值，则表A的内阻测量值RA＝30Ω，由于闭合S2，电阻箱R并入电路，电路的总电阻变小，干路电流变大，而流过毫安表的电流为满偏的一半，所以流过电阻箱R的电流大于满偏的一半，根据并联电路的特点，可知电阻箱R的阻值小于毫安表的内阻，即测量值小于表A内阻的真实值．

(3)应把毫安表与电阻箱串联，改装成电压表，量程为1.5V，则有U＝Ig(RA＋R)，则将电阻箱R的阻值调到R＝470.0Ω．

3．(2020·新课标Ⅱ卷)某同学要研究一小灯泡L(3.6V，0.30A)的伏安特性．所用器材有：电流表A1(量程200mA，内阻Rg1＝10.0Ω)，电流表A2(量程500mA，内阻Rg2＝1.0Ω)、定值电阻R0(阻值R0＝10.0Ω)、滑动变阻器R1(最大阻值10Ω)、电源E(电动势4.5V，内阻很小)、开关S和若干导线．该同学设计的电路如图(a)所示．

(1)根据图(a)，在图(b)的实物图中画出连线．

(2)若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流，利用I1、I2、Rg1和R0写出：小灯泡两端的电压U＝__I1(Rg1＋R0)__，流过小灯泡的电流I＝__I2－I1__．为保证小灯泡的安全，I1不能超过__180__mA．

(3)实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零．逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2．所得实验数据在下表中给出．

根据实验数据可算得，当I1＝173mA时，灯丝电阻R＝__11.6__Ω(保留1位小数)．

(4)如果用另一个电阻替代定值电阻R0，其他不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所用电阻的阻值不能小于__8.0__Ω(保留1位小数)．

【答案】　(1)见解析图

【解析】　(1)根据电路图连接实物图如图所示

(2)①根据电路图可知灯泡两端的电压为电流表A1和R0的总电压，故根据欧姆定律有U＝I1(Rg1＋R0 )；②根据并联电路特点可知流过小灯泡的电流为I＝I2－I1；③因为小灯泡的额定电压为3.6V，故根据题目中已知数据带入①中可知I1不能超过180mA．

(3)根据表中数据可知当I1＝173mA时，I2＝470mA；根据前面的分析代入数据可知此时灯泡两端的电压为U＝3.46V；流过小灯泡的电流为I＝297mA＝0.297A；故根据欧姆定律可知此时小灯泡的电阻为R＝＝Ω＝11.6Ω．

(4)要测量完整的伏安特性曲线则灯泡两端的电压至少要达到3.6V，而电流表A1不能超过其量程200mA，此时结合①有3.6＝0.2×(10＋R0)，解得R0＝8Ω，即要完整的测量小灯泡伏安特性曲线所用电阻的阻值不能小于8Ω．

4．(2020·新课标Ⅲ卷)已知一热敏电阻当温度从10℃升至60℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系．所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100Ω)．

(1)在所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图．

(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值．若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5V和3.0mA，则此时热敏电阻的阻值为__1.8__kΩ(保留2位有效数字)．实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图(a)所示．

(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2kΩ．由图(a)求得，此时室温为__25.5__℃(保留3位有效数字)．

(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图(b)所示．图中，E为直流电源(电动势为10V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0V时，便触发报警器(图中未画出)报警．若要求开始报警时环境温度为50℃，则图中__R1__(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为__1.2__kΩ(保留2位有效数字)．

【答案】　(1)见解析图

【解析】　(1)滑动变阻器应用分压式，电压表可视为理想表，所以用电流表外接．连线如图．

(2)由部分电路欧姆定律得R＝＝Ω≈1.8kΩ．

(3)由图(a)可以直接读该电阻的阻值为2.2kΩ对应的温度为25.5℃．

(4)温度升高时，该热敏电阻阻值减小，分得电压减少．而温度高时要求输出电压升高，以触发报警，所以R1为热敏电阻．由图线可知，温度为50℃时，R1＝0.8kΩ，由欧姆定律可得E＝I(R1＋R2)，U＝IR2，代入数据解得R2＝1.2kΩ．

5．(2022·广东高考)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__变小__(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__无__(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1.33kΩ，则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为__51.80__cm，即为机械臂弯曲后的长度．

【解析】　(2)闭合S2后，并联部分的电阻减小，根据闭合电路欧姆定律，电压表的示数变小．

加在导电绳两端的电压为U，流过导电绳的电流为I2－I1，因此导电绳的电阻Rx＝．

(3)在闭合S2之前，电流表I1的示数包括定值电阻的电流和电压表分得的电流，闭合S2之后，加在电压表两端的电压保持不变，因此流过电压表和定值电阻的总电流仍为I1，故流过导电绳的电流是I2－I1，与电压表内阻无关，电压表内阻对测量没有影响．

(4)由图(c)可知，导电绳拉伸后的长度为51.80cm．

6．(2022·浙江1月高考)小明同学根据图1的电路连接器材来“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”．实验时多次改变合金丝甲接入电路的长度l、调节滑动变阻器的阻值，使电流表的读数I达到某一相同值时记录电压表的示数U，从而得到多个的值，作出-l图象，如图2中图线a所示．

(1)在实验中使用的是__0～20_Ω__(选填“0～20Ω”或“0～200Ω”)的滑动变阻器．

(2)在某次测量时，量程为3V电压表的指针位置如图3所示，则读数U＝__1.32(1.31～1.34)__V．

(3)已知合金丝甲的横截面积为7.0×10－8m2，则合金丝甲的电阻率为__1.1×10－6(0.90×10－6～1.3×10－6)__Ω·m(结果保留2位有效数字)．

(4)图2中图线b是另一根长度相同、材料相同的合金丝乙与合金丝甲并联后采用同样的方法获得的-l图象，由图可知合金丝甲的横截面积__小于__(选填“大于”“等于”或“小于”)合金丝乙的横截面积．

【解析】　(1)由实验原理可知Rx＝，而由-l图象可知待测电阻最大约为8Ω，为了使电压表有明显的读数变化，则滑动变阻器的阻值不能太大，故选0～20Ω比较合适．

(2)量程为3V的电压表，精度为0.1V，估读到0.01V，则电压为1.32V(1.31～1.34)．

(3)根据电阻定律有＝Rx＝·l则-l图象的斜率为k＝

可得合金丝甲的电阻率为ρ＝kS＝×7.0×10－8(Ω·m)≈1.1×10－6(Ω·m)．

(4)另一根长度相同、材料相同的合金丝乙与合金丝甲并联后，电阻率不变，而横截面积变为S′＝S＋S乙

由图2中图线b可得S′＝＝≈26.6×10－8m2

解得S乙＝S′－S≈19.6×10－8m2＞S

故合金丝甲的横截面积小于合金丝乙的横截面积．

7．(2022·贵州押题卷)李老师为了让同学们更好地理解电表的改装原理，将量程为0～3V～15V的电压表底座拆开后，展示其内部结构，如图甲所示．图中a、b、c是该表的3个接线柱，李老师已根据图甲画出如图乙所示的电路图．

(1)根据图乙可以判断，当需要选择0～3V的量程时，应接入电路的两个接线柱是__b、c__．

(2)若电压表的表头内阻为200Ω，满偏电流为600μA，则可以计算出R1＝__20_000__Ω，R2＝__4_800__Ω．

(3)某同学受到启发后，继续研究量程为0～0.6A～3A的电流表．拆开电流表底座后，发现其内部结构如图丙所示，其中“－”为电流表的负接线柱，d、e为其余两个接线柱．在所给的器材符号之间画出连线，组成该电流表的电路图；

(4)已知电流表中R4＝0.22Ω，表头与电压表的表头相同，则R3＝__0.88__Ω．

【答案】　(3)见解析图

【解析】　(1)电压表量程越大，与表头G串联的总电阻越大，所以当需要选择0～3V的量程时，表头G只与R2串联，应接入电路的两个接线柱是b、c．

(2)根据串联电路规律有IG(R2＋rG)＝3V，IG(R1＋R2＋rG)＝15V，联立解得R1＝20000Ω，R2＝4800Ω．

(3)根据题图丙作出电路图如图所示．

(4)电流表量程越大，分流总电阻越小，所以e接线柱对应0.6A量程，d接线柱对应3A量程，根据串并联电路规律有I1＝IG＋＝0.6A，I2＝IG＋＝3A，联立解得R3＝0.88Ω．

应用题——强化学以致用

8．(2021·全国高考甲卷)某同学用图(a)所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有：

小灯泡(额定电压2.5V，额定电流0.3A)

电压表(量程300mV，内阻300Ω)

电流表(量程300mA，内阻0.27Ω)

定值电阻R0

滑动变阻器R1(阻值0～20Ω)

电阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)

电源E(电动势6V，内阻不计)

开关S、导线若干．

完成下列填空：

(1)有3个阻值分别为10Ω、20Ω、30Ω的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在0～300mA的U-I曲线，R0应选取阻值为__10__ Ω的定值电阻．

(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的__a__(填“a”或“b”)端．

(3)在流过电流表的电流较小时，将电阻箱R2的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数U、I，结果如图(b)所示．当流过电流表的电流为10mA时，小灯泡的电阻为__0.7__ Ω(保留1位有效数字)．

(4)为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V，该同学经计算知，应将R2的阻值调整为__2_700_Ω__．然后调节滑动变阻器R1，测得数据如下表所示：

(5)由图(b)和上表可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻__增大__(填“增大”“减小”或“不变”)．

(6)该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160mA，可得此时小灯泡电功率P1＝__0.074__W(保留2位有效数字)；当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡的电功率为P2，则＝__10__(保留至整数)．

【解析】　(1)因为小灯泡额定电压2.5V，电动势6V，则滑动滑动变阻器时，为了保证电路安全，需要定值电阻分担的电压U＝6V－2.5V＝3.5V，则有R0＝≈11.7Ω

则需要描绘小灯泡在0～300mA的伏安特性曲线，即R0应选取阻值为10Ω．

(2)为了保护电路，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的a端．

(3)由图可知当流过电流表的电流为10mA时，电压为7mV，则小灯泡的电阻为R＝Ω＝0.7Ω．

(4)由题知电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V时，有＝

解得R2＝2700Ω．

(5)由图(b)和表格可知流过小灯泡电流增加，图象中变大，则灯丝的电阻增大．

(6)根据表格可知当电流为160mA时，电压表的示数为46mV，根据(4)的分析可知此时小灯泡两端电压为0.46V，则此时小灯泡电功率P1＝0.46V×0.16A≈0.074W

同理可知当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡两端电压为2.5V，此时小灯泡电功率P2＝2.5V×0.3A＝0.75W

故有＝≈10．

9．(2022·广西南宁二模)某物理实验小组设计了如图甲所示的电路图，采用半偏法测量一电流计G的内阻Rg，然后将该电流计G改装为电压表，并对改装后的电压表进行检验．

(1)请根据图甲所示电路图，在图乙中用笔画线表示导线连接相应的实物电路：

(2)测量Rg的步骤如下：

①按图甲所示连接好实验电路，将R1的阻值调到最大，闭合开关S1，调节R1的阻值，使电流计指针满偏；

②闭合开关S2，调节R2的阻值，使电流计指针转到满偏刻度的一半处，记下R2的阻值并断开S1；

③待测电流计内阻R测＝R2．由于存在系统误差，按上述实验步骤测出的电流计内阻R测与电流计内阻的真实值Rg相比较，R测__＜__Rg(选填“＞”“＜”或“＝”)．

(3)该小组在上述实验中，测得电流计G(量程3mA)的内阻为400Ω．他们将此电流计与电阻R串联后改装成量程为6V的电压表，然后利用一标准电压表，根据图丙所示电路对改装后的电压表进行检验．

①与电流计串联的电阻R＝__1_600__Ω；

②调节滑动变阻器，当标准电压表读数为4.10V时，电流计G的读数为2.00mA，则改装后的电压表实际量程为__6.15__V．该小组发现改装的电压表量程不是6V，通过分析，原因是由于电流计G的内阻测量不准确造成的，此时不用做其他改动，要达到预期目的，只需将与电流计串联的电阻R换为一个阻值为__1_550__Ω的电阻即可．

【答案】　(1)见解析图

【解析】　(1)根据电路图连接实物图如图所示

(2)③当R1保持不变时，再闭合S2时，这样电路中的总电阻变小，总电流将大于Ig，当电流表半偏时，电阻箱的电流比大，所以电阻箱的电阻小于电流表，即测量值小于真实值．

(3)①将电流表改装成电压表，需要串联一较大的分压电阻R＝－Rg＝Ω－400Ω＝1600Ω．

②由题意，当微安表的示数为2mA时，理论上的电压U理＝I(R＋Rg)＝2×10－3×(1600＋400)V＝4V

但实际电压U′有4.10V．那么实际电流表G的内阻Rg′＝－R＝Ω－1600Ω＝450Ω

实际量程为U实＝I(Rg′＋R)＝3×10－3×(450＋1600)V＝6.15V

根据表头与分压电阻的串联关系，要达到预期6V的目的，只需将R减小50Ω即可，即换为1550Ω的定值电阻．