新教材适用2024版高考物理二轮总复习第1部分核心主干复习专题专题7物理实验第18讲常考电学实验

这是一份新教材适用2024版高考物理二轮总复习第1部分核心主干复习专题专题7物理实验第18讲常考电学实验，共9页。试卷主要包含了5 V时，电池的输出功率为_0，5×10－5__Ω·m，9 Ω)；等内容，欢迎下载使用。

A组·基础练
1. (2023·新课标卷)在“观察电容器的充、放电现象”实验中，所用器材如下：电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。
(1)用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时，红表笔应该与电池的_正极__(填“正极”或“负极”)接触。
(2)某同学设计的实验电路如图(a)所示。先将电阻箱的阻值调为R1，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间的变化。电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变化情况可能是_C__。(填正确答案标号)
A．迅速变亮，然后亮度趋于稳定
B．亮度逐渐增大，然后趋于稳定
C．迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭
(3)将电阻箱的阻值调为R2(R2>R1)，再次将开关S与“1”端相接，再次记录电流随时间的变化情况。两次得到的电流I随时间t变化如图(b)中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为_R2__(填“R1”或“R2”)时的结果，曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的_电荷量__(填“电压”或“电荷量”)。
【解析】 (1)多用电表的两支表笔中的电流满足红进黑出，故红表笔与电源的正极相连。
(2)开关S与“2”端相接，电容器放电，放电电流先很大，后逐渐变小，直至为0，故小灯泡迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭。
(3)电阻较大时，开始充电电流较小，故实线是电阻箱阻值为R2时的结果，根据i＝eq \f(Δq,Δt)可得，曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的电荷量。
2. (2023·浙江6月高考卷)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中。
(1)部分连线如图甲所示，导线a端应连接到_B__(选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上。正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图乙所示，其示数为_1.20__V。
(2)测得的7组数据已标在如图丙所示U－I坐标系上，用作图法求干电池的电动势E＝_1.50__V和内阻r＝_1.04__Ω。(计算结果均保留两位小数)
【解析】 (1)电压表应直接测量路端电压，故导线a端接到B接线柱上。电压表示数为1.20 V。
(2)将图像向外延伸，与纵轴的交点即为电源的电动势E＝1.50 V，图像的斜率绝对值即为电源的内阻r＝eq \f(1.50－1.00,0.48) Ω＝1.04 Ω。
3. (2023·江西联考模拟)某实验小组想用伏安法测量在光照一定的情况下某太阳能电池的电动势E(约3 V)并探究其内阻的变化特性。设计的电路如图甲所示，电路中R0＝4 Ω，电流表的内阻忽略不计。
(1)电路中定值电阻R0的作用是_保护电路__。
(2)实验小组调节滑动变阻器测得多组电压和电流数据，并在坐标纸上描绘出光照一定情况下，电池的路端电压U与输出电流I的关系如图乙，由图像可知，当输出电流0≤I≤150 mA时，U与I成线性关系。则该电池的电动势E＝_2.9__V，在满足U与I成线性关系的条件下，该电池的内阻r＝_3.3__Ω。(均保留两位有效数字)
(3)当电流大于150 mA时，随着电流增大，电池的电阻_增大__(选填“增大”“减小”或“不变”)；当电压表(可视为理想电压表)的示数为0.5 V时，电池的输出功率为_0.42__W(保留两位有效数字)。
【解析】 (1)电路中定值电阻R0起保护电路的作用。
(2)由图像可知，电池的电动势为2.9 V；
由闭合电路的欧姆定律可知
U＝E－Ir
图像线性部分的斜率的绝对值等于内阻的大小
r＝eq \f(2.9－2.1,0.11) Ω－4 Ω＝3.3 Ω。
(3)当电流大于150 mA时，随着电流增大，图线斜率变大，电池的电阻增大；
当电压表(可视为理想)的示数为0.5 V时，电流表的示数为0.268 A，此时电池的输出功率
P＝UI＋I2R0＝0.42 W。
4. (2023·四川巴中模拟)某同学想通过实验测量某定值电阻的阻值。
(1)用欧姆表测该电阻阻值，选择×10挡，短接调零，测量时指针如图甲所示，则该电阻的阻值为_280__Ω。
(2)为准确测量电阻的阻值，该同学选用了下列器材：
A．电压表V(0～3 V)
B．电流表A1(0～10 mA)
C．电流表A2(0～20 mA)
D．滑动变阻器R1(0～10 Ω，额定电流1 A)
E．电阻箱R2(500 Ω，额定电流1 A)
F．直流电源E(3 V)
G．开关两个、导线若干
为避免电表内阻对测量结果的影响，设计了如图乙所示的电路，其中R为待测电阻，操作过程如下：
a．按电路图连接好电路；
b．S2断开，将R1的滑片滑至_左端__(填“左端”“中间”或“右端”)，将R2调至_最大阻值__(填“最大阻值”或“最小阻值”)，闭合S1；
c．调节R1、R2，使电流表A1的示数恰好是A2示数的一半；
d．闭合S2并保持R2不变，读取V、A1、A2示数，分别记作U、I1、I2。
则待测电阻的准确阻值为eq \f(U,I1) ；该同学要将电阻箱阻值由300 Ω调至280 Ω，应如何操作：_先将电阻箱为×10挡位调至数字8处，再将×100挡位调至数字2处__。
【解析】 (1)欧姆表选择×10挡，由图甲所示可知，该电阻的阻值为：28×10＝280 Ω。
(2)b.S2断开，将R1的滑片滑至左端，将R2调至最大阻值，闭合S1；
d．因电流表A1的示数恰好是A2示数的一半，则电阻箱R2的阻值等于待测电阻R的阻值，大小为R＝eq \f(U,I1)；
要将电阻箱阻值由300 Ω调至280 Ω，操作方法：先将电阻箱为×10挡位调至数字8处，再将×100挡位调至数字2处即可。
B组·综合练
5. (2023·辽宁高考卷)导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆。现有一根用导电漆制成的截面为正方形的细长样品(固态)，某同学欲测量其电阻率，设计了如图(a)所示的电路图，实验步骤如下：
a．测得样品截面的边长a＝0.20 cm；
b．将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触，其中甲、乙、丁位置固定，丙可在乙、丁间左右移动；
c．将丙调节至某位置，测量丙和某探针之间的距离L；
d．闭合开关S，调节电阻箱R的阻值，使电流表示数I＝0.40 A，读出相应的电压表示数U，断开开关S；
e．改变丙的位置，重复步骤c、d，测量多组L和U，作出U－L图像如图(b)所示，得到直线的斜率k。
回答下列问题：
(1)L是丙到_乙__(填“甲”“乙”或“丁”)的距离；
(2)写出电阻率的表达式ρ＝eq \f(ka2,I) (用k、a、I表示)；
(3)根据图像计算出该样品的电阻率ρ＝_6.5×10－5__Ω·m(保留两位有效数字)。
【解析】 (1)由题图(b)可知，电压表示数U与L成正比例关系，随L的增大而增大，由串联分压关系可知，L是丙到乙的距离。
(2)由电阻定律R＝ρeq \f(L,S)可得，ρ＝eq \f(RS,L)，根据欧姆定律可得R＝eq \f(U,I)，由题中条件可得S＝a2，所以ρ＝eq \f(Ua2,LI)，由图(b)可得图线斜率k＝eq \f(U,L)，所以电阻率的表达式为ρ＝eq \f(ka2,I)。
(3)样品截面边长a＝0.20 cm，电流I＝0.40 A，斜率k＝eq \f(0.13 V,2.0 cm)，代入电阻率表达式计算得ρ＝6.5×10－5 Ω·m。
6. (2023·全国甲卷)某同学用伏安法测绘一额定电压为6 V、额定功率为3 W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为6 kΩ，电流表内阻约为1.5 Ω，实验中有图甲和图乙所示的两个电路图供选择。
(1)实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图丙所示，该同学选择的电路图是图_甲__(选填“甲”或“乙”)。
(2)若选择另一个电路图进行实验，在图丙中用实线画出实验中应得到的关系曲线的示意图。
【答案】 (2)见解析图
【解析】 (1)小灯泡正常发光时的额定电流I＝eq \f(P额,U额)＝eq \f(3,6) A＝0.5 A＝500 mA
小灯泡正常发光时的电阻RL＝eq \f(U\\al(2,额),P额)＝eq \f(62,3) Ω＝12 Ω
因RL＝12 Ω结合图像，从零开始，当电流为500 mA时，电压小于6 V，选择题图甲实验才有此结果，故该同学选择的电路图是题图甲。
(2)若选用题图乙进行实验，当小灯泡正常发光时，电流表示数为0.5 A，而电压表示数要大于6 V，故得到的关系曲线的示意图应如图所示。
7. (2023·山东高考真题)电容储能已经在电动汽车、风、光发电、脉冲电源等方面得到广泛应用。某同学设计图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程，器材如下：
电容器C(额定电压10 V，电容标识不清)；
电源E(电动势12 V，内阻不计)；
电阻箱R1(阻值0～99 999.9 Ω)；
滑动变阻器R2(最大阻值20 Ω，额定电流2 A)；
电压表V(量程15 V，内阻很大)；
发光二极管D1、D2，开关S1、S2，电流传感器，计算机，导线若干。
回答以下问题：
(1)按照图甲连接电路，闭合开关S1，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向_b__端滑动(填“a”或“b”)。
(2)调节滑动变阻器滑片位置，电压表表盘如图乙所示，示数为_6.5__V。
(3)继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为8.0 V时，开关S2掷向1，得到电容器充电过程的I－t图像，如图丙所示。借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方法，根据图像可估算出充电结束后，电容器存储的电荷量为_3.5×10－3__C(结果保留2位有效数字)。
(4)本电路中所使用电容器的电容约为_4.4×10－4__F(结果保留2位有效数字)。
(5)电容器充电后，将开关S2掷向2，发光二极管_D1__(填“D1”或“D2”)闪光。
【解析】 (1)滑动变阻器分压式接法，故向b端滑动充电电压升高。
(2)量程15 V，每个小格0.5 V，eq \f(1,2)估读，故示数为6.5 V。
(3)I－t图像所围的面积，等于电容器存储的电荷量，35个小格，故电容器存储的电荷量为3.5×10－3 C。
(4)由电容的定义式C＝eq \f(q,U)得：C＝4.4×10－4 F。
(5)开关S2掷向2，电容器放电，故D1闪光。
8. (2023·吉林通化模拟)电导率是检验纯净水是否合格的一项重要指标，它是电阻率的倒数。某实验小组为了测量某品牌纯净水样品的电导率，将采集的水样装入粗细均匀的玻璃管内，玻璃管两端用装有金属圆片电极的橡胶塞密封，构成可接入电路的电阻Rx。
(1)先用多用电表粗测该电阻的阻值，已知多用电表内部灵敏电流计满偏电流500 μA，选择开关旋转到欧姆挡的“×1 k”挡，调节多用电表使指针指在图乙中的位置，读出粗测电阻的阻值_1.9×104__Ω，利用多用电表欧姆挡的简易结构图甲，计算出多用电表内置电源的电动势为_7.5__V。
(2)为了精确测量该电阻的阻值，该同学从实验室选取的器材有：
A．电流表A1(0～550 μA，内阻RA1约15 Ω)
B．电流表A2(0～0.6 A，内阻RA2约0.125 Ω)
C．电压表V(0～3 V，内阻RV＝3 kΩ)
D．定值电阻R1＝9 kΩ
E．定值电阻R2＝900 Ω
F．滑动变阻器R(0～50 Ω，额定电流2 A)
G．电源(12 V，内阻约1.0 Ω)
H．开关和导线若干
(3)请根据所选实验仪器在图丙方框中设计出合理的实验电路。
(4)若实验小组用刻度尺测出水样两电极相距L，用游标卡尺测得玻璃管的内径为D，请利用电路中电压表示数U，电流表示数I，及相关物理量的表示符号，表示出该水样品电导率的表达式为eq \f(4LIRV－U,πD2URV＋R1) 。
【答案】 (3)见解析图
【解析】 (1)由图乙可读得欧姆表读数为19×103 Ω＝1.9×104 Ω，由多用电表表盘原理可知，选择开关旋转到欧姆挡的“×1 k”挡时多用电表内电阻为15 000 Ω，因此可得E＝IgR内＝500 μA×15 000 Ω＝7.5 V。
(2)电源电动势为12 V，所给电压表量程为3 V，需要将电压表改成大量程，因电压表内阻RV＝3 kΩ，根据电压表的改装原理U′＝UV＋eq \f(UV,RV)Rx′，解得Rx′＝9 kΩ，所以应串联定值电阻R1＝9 kΩ，同时根据欧姆定律，可估算出纯净水最大电流Im＝eq \f(12,1.9×104) A＝632 μA，因此电流表应选A1。因新改装电压表内阻均为已知量，能准确的求出电压表所分得的电流，电流表选用外接法，此时能准确求出流过Rx的真实电流和其两端真实电压，从而求出Rx的准确阻值。滑动阻值相对较小，要想得到更多组实验数据，滑动变阻器应选用分压式接法，实验电路图如图所示。
(3)根据电阻定律Rx＝ρeq \f(L,S)＝ρeq \f(4L,πD2)
根据电路图即测量原理可得eq \f(\f(U,RV)R1＋RV,I－\f(U,RV))＝Rx
联立解得eq \f(1,ρ)＝eq \f(4LIRV－U,πD2URV＋R1)。