2018年高考考点完全题物理考点通关练：考点30 测定金属的电阻率 描绘小灯泡的伏安特性曲线 Word版含解析

这是一份2018年高考考点完全题物理考点通关练：考点30 测定金属的电阻率 描绘小灯泡的伏安特性曲线 Word版含解析，共18页。试卷主要包含了2014年山东高考第22题等内容，欢迎下载使用。
考点名片
考点细研究：本部分考查要点有：(1)游标卡尺、螺旋测微器读数；(2)伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率；(3)描绘灯泡的伏安特性曲线；(4)电路的设计与连接、仪器的选择。其中考查到的如：2016年天津高考第9题、2016年浙江高考第22题、2015年海南高考第11题、2015年福建高考第19题、2015年浙江高考第22题、2015年广东高考第34题(2)、2014年山东高考第22题、2014年福建高考第19题、2014年江苏高考第10题、2014年浙江高考第22题等。
备考正能量：高考中对这两个实验考查频率较高，侧重对实验原理，电流表、电压表和滑动变阻器使用方法的考查。主要考查形式有：电路设计、数据处理、误差分析、描点画图等能力。预计今后仍为命题热点。
一、基础与经典
1．(1)如图1所示的两把游标卡尺，它们的游标尺从左至右分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分，它们的读数依次为________mm，________mm。
(2)使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径，示数如图2所示，则图a、b金属丝的直径分别为_______mm，_______mm。
(3)①图3甲用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，表针的示数是________A；当使用3 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________A。
②图3乙使用较小量程时，每小格表示________V，图中指针的示数为________V，若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示______V，图中表针指示的是______V。
答案 (1)17.7 23.85 (2)2.150 0.045 (3)①0.02 0.44 0.1 2.20 ②0.1 1.70 0.5 8.5
解析 (1)左边主尺读出17 mm，游尺上第7格与主尺刻度对齐，故读数为17 mm＋7×0.1 mm＝17.7 mm；
右边主尺读出23 mm，游尺上第17格与主尺刻度对齐，故读数为23 mm＋17×0.05＝23.85 mm。
(2)a图：主尺读出2 mm，套筒读出15.0×0.01＝0.150 mm，故读数为2 mm＋0.150 mm＝2.150 mm。
b图：主尺读出0，套筒读出4.5×0.01＝0.045 mm，故读数为0＋0.045 mm＝0.045 mm。
(3)①0.6 A量程时最小分度为0.02 A，读数应读到本位即百分位，故表针示数为0.44 A；3 A量程最小分度为0.1 A，读数应读到下一位，即百分位，故表针示数为2.20 A。
②较小量程3 V的最小分度为0.1 V，读数应读到下一位，即百分位，图中指针示数为1.70 V；较大量程15 V的最小分度为0.5 V，应读到本位即十分位，图中表针指示为8.5 V。
2. 在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 Ω，电压表的内阻约为2 kΩ，电流表的内阻约为10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示，结果由公式Rx＝eq \f(U,I)计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数。若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
答案 Rx1 大于 小于
解析 由于Rx>eq \r(RARV)，利用内接法即题图甲误差更小，更接近待测电阻的真实值。测量值Rx1＝eq \f(URx＋URA,I)＝Rx＋RA，即Rx1大于真实值。测量值Rx2＝eq \f(U,IRx＋IV)，即Rx2小于真实值。
3．某同学通过实验测量一种合金的电阻率。
(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧图甲所示的部件________(填“A”“B”“C”或“D”)。从图中的示数可读出合金丝的直径为________ mm。
(2)如图乙所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出。合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。由此可以推断：电路中________(填图中表示接线柱的数字)之间出现了________(填“短路”或“断路”)。
(3)在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23 V和38 mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7 Ω。为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进？请写出两条建议。
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答案 (1)B 0.410 (2)7、9 断路 (3)电流表改为内接；测量多组电流和电压值，计算出电阻的平均值。(或测量多组电流和电压值，用图象法求电阻值)
解析 本题考查“测金属电阻率”实验、器材的使用及读数、实验分析与实验设计能力。
(1)螺旋测微器读数前应旋紧止动旋钮，即部件B，防止读数时螺杆移动；由图中的示数，读出合金丝直径为0.01 mm×41.0＝0.410 mm。
(2)图示位置电压表的示数很大，而电流表的示数很小，调节滑动变阻器示数变化很小，可以判断电路中出现断路，使电压表和电流表串联在电路中，可能是电路中7、9之间出现了断路。
(3)由于电流表的内阻只有约0.3 Ω，又由于58.7 Ω>eq \r(0.3×3000) Ω＝30 Ω，因此采用电流表内接，可以减小电阻测量的误差；另外也可以采用多次测量求平均值的方法减小实验误差。
4．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图甲所示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零。闭合开关后：
(1)若不管怎样调节滑动变阻器，小灯泡亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是________导线断路。
(2)某同学测出电源和小灯泡的U­I图线如图乙所示，将小灯泡和电阻R串联后接到电源上，要使电路中电流为1.0 A，则R＝________ Ω。
答案 (1)g (2)0.8
解析 (1)调节滑动变阻器，电压表、电流表示数总不能为零，说明滑动变阻器不起分压作用，所以可能是g导线断路。
(2)由电源的U­I图线知E＝3.0 V，r＝1 Ω，当小灯泡与电阻串联后由闭合电路欧姆定律得E＝I(R＋r＋R灯)，又由小灯泡的U­I图线得R灯＝eq \f(U,I)＝1.2 Ω，解得R＝0.8 Ω。
二、真题与模拟
5．2016·浙江高考]某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3 V、内阻约为3 kΩ的电压表和量程为0.6 A、内阻约为0.1 Ω的电流表。采用分压电路接线，图1是实物的部分连线图，待测电阻为图2中的R1，其阻值约为5 Ω。
(1)测R1阻值的最优连接方式为导线①连接________(填“a”或“b”)、导线②连接________(填“c”或“d”)。
(2)正确接线测得实验数据如下表，用作图法求得R1的阻值为________Ω。
(3)已知图2中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R2的边长是R1的eq \f(1,10)，若测R2的阻值，则最优的连线应选________(填选项)。
A．①连接a，②连接c B．①连接a，②连接d
C．①连接b，②连接c D．①连接b，②连接d
答案 (1)a d (2)如图所示 4.5(4.4～4.7) (3)B
解析 (1)因电压表的内阻远大于电阻R1的阻值，故电流表应外接，导线①连接a，因题述要求采用分压电路接线，故导线②连接d。
(2)由实验数据用作图法求得R1的阻值为
R1＝eq \f(ΔU,ΔI)＝eq \f(2.2,0.49) Ω＝4.5 Ω。
(3)根据电阻定律R＝ρeq \f(l,S)＝ρeq \f(l,l·h)＝eq \f(ρ,h)(其中l为边长，h为厚度)，由题设条件知R2＝R1＝4.5 Ω，因电压表的内阻仍远大于电阻R2的阻值，测电阻R2阻值的最优连接方式应是导线①连接a，导线②连接d，故选项B正确。
6．2016·天津高考]某同学想要描绘标有“3.8 V,0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：
电压表V1(量程0～3 V，内阻等于3 kΩ)
电压表V2(量程0～15 V，内阻等于15 kΩ)
电流表A1(量程0～200 mA，内阻等于10 Ω)
电流表A2(量程0～3 A，内阻等于0.1 Ω)
滑动变阻器R1(0～10 Ω，额定电流2 A)
滑动变阻器R2(0～1 kΩ，额定电流0.5 A)
定值电阻R3(阻值等于1 Ω)
定值电阻R4(阻值等于10 Ω)
定值电阻R5(阻值等于1 kΩ)
电源E(E＝6 V，内阻不计)
(1)请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。
(2)该同学描绘出的I­U图象应是下图中的________。
答案 (1)如图所示 (2)B
解析 (1)描绘小灯泡的伏安特性曲线实验时，需要设计成滑动变阻器的分压接法，为了便于调节滑动变阻器应选择较小的R1。给出的元件电压表V1量程小于小灯泡的额定电压，电压表V2量程又太大，因此需要将电压表V1串联一个1 kΩ的定值电阻R5，改装成最大量程为4 V的电压表。给出的元件电流表A1量程小于小灯泡的额定电流，电流表A2量程又太大，因此需要将电流表A1并联一个10 Ω的定值电阻R4，改装成最大量程为400 mA的电流表。
(2)由于小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大，所以该同学绘出的小灯泡的I­U图象应是B。
7．2015·福建高考]某学习小组探究一小灯泡在不同电压下的电功率大小，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接。
(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接。
(2)某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为________A。
(3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将________只相同的小灯泡并联后，直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源组成闭合回路，可使小灯泡的总功率最大，其总功率的值约为________W(保留两位小数)。
答案 (1)如图所示 (2)0.44 (3)4 2.25(2.22～2.28均对)
解析 (1)根据题意，实验电路为分压电路，电流表外接，按照电流流向即可完成连线，在连线时要注意电表的极性，并注意接线要连到接线柱上。
(2)因为电流表的精度是0.02 A，所以读数时估读到本位，即0.44 A。
(3)当电源的内阻与外阻相同时，小灯泡的总功率最大，即当总电流I＝eq \f(E,2r)＝1.5 A，路端电压为U＝1.5 V时，小灯泡的总功率最大，从题图中可知U＝1.5 V时，通过每个小灯泡的电流为I0＝0.38 A，所以有n＝eq \f(I,I0)＝4，总功率约为P＝IU＝1.5×1.5 W＝2.25 W。
8．2015·广东高考]某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、定值电阻等。
(1)使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆挡测量，示数如图a所示，读数为________Ω。据此应选择图b、c中的________(填“b”或“c”)电路进行实验。
(2)连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐________(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验。
(3)图d是根据实验数据作出的U­I图线，由图可判断元件________(填“X”或“Y”)是非线性元件。
(4)该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R＝21 Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图e所示。闭合S1和S2，电压表读数为3.00 V；断开S2，读数为1.00 V。利用图d可算得E＝________V，r＝______Ω(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)。
答案 (1)10.0 b (2)增大 (3)Y (4)3.2 0.50
解析 (1)由题图a可知，多用电表的读数规则为：测量值＝读数×倍率，即10.0×1＝10.0，故测量结果为10.0 Ω，由于元件的电阻较小，电路应选用电流表外接法，即选择b电路。
(2)当滑动变阻器的滑片向右移时，滑动变阻器输出的电压增大，电流表的示数增大。
(3)由于元件Y的U­I图线是曲线，因此Y是非线性元件。
(4)设线性元件的电阻为R，由U­I图线可知，R＝eq \f(3.0 V,0.30 A)＝10 Ω，则S1、S2均闭合时，E＝0.3 A×(10 Ω＋r)，S1闭合、S2断开时，E＝0.1 A×(10 Ω＋21 Ω＋r)，解得E≈3.2 V，r＝0.50 Ω。
9．2014·山东高考]实验室购买了一捆标称长度为100 m的铜导线，某同学想通过实验测定其实际长度。该同学首先测得导线横截面积为1.0 mm2，查得铜的电阻率为1.7×10－8 Ω·m，再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻Rx，从而确定导线的实际长度。
可供使用的器材有：
电流表：量程0.6 A，内阻约0.2 Ω；
电压表：量程3 V，内阻约9 kΩ；
滑动变阻器R1：最大阻值5 Ω；
滑动变阻器R2：最大阻值20 Ω；
定值电阻：R0＝3 Ω；
电源：电动势6 V，内阻可不计；
开关、导线若干。
回答下列问题：
(1)实验中滑动变阻器应选________(填“R1”或“R2”)，闭合开关S前应将滑片移至________(填“a”或“b”)端。
(2)在实物图中，已正确连接了部分导线，请根据图甲电路完成剩余部分的连接。
(3)调节滑动变阻器，当电流表的读数为0.50 A时，电压表示数如图乙所示，读数为________ V。
(4)导线实际长度为________ m(保留2位有效数字)。
答案 (1)R2 a (2)图见解析 (3)2.30(2.29、2.31均正确) (4)94(93、95均正确)
解析 (1)由Rx＝ρeq \f(l,S)可估算铜导线的电阻Rx约为1.7 Ω，Rx＋R0约为4.7 Ω。若选用R1＝5 Ω的滑动变阻器，电流表和电压表的调节范围较小且面临“烧坏”的危险，故应选用R2＝20 Ω的滑动变阻器。滑动变阻器采用限流式接法，闭合开关前应将触头移至接入阻值最大的a端。
(2)如图所示。
(3)由图乙可知电压表的分度值为0.1 V，故电压表的读数需估读一位，数值为2.30 V。
(4)由欧姆定律可知，Rx＋R0＝eq \f(U,I)＝eq \f(2.30,0.50) Ω＝4.6 Ω，所以Rx＝1.6 Ω。再根据Rx＝ρeq \f(l,S)可解得l＝94 m。
10．2017·北京海淀区期末]在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，小灯泡的额定电压为2.5 V，额定功率为0.5 W，此外还有以下器材可供选择：
A．直流电源3 V(内阻不计)
B．直流电流表0～300 mA(内阻约为5 Ω)
C．直流电流表0～3 A(内阻约为0.1 Ω)
D．直流电压表0～3 V(内阻约为3 kΩ)
E．滑动变阻器100 Ω，0.5 A
F．滑动变阻器10 Ω，2 A
G．导线和开关
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。
(1)实验中电流表应选用__________，滑动变阻器应选用________。(均填写仪器前的字母)
(2)在图所示的虚线框中画出符合要求的实验电路图(虚线框中已将所需的滑动变阻器画出，请补齐电路的其他部分，要求滑片P向b端滑动时，灯泡变亮)。
(3)根据实验数据，画出的小灯泡I­U图线如图所示。由此可知，当电压为0.5 V时，小灯泡的灯丝电阻是______Ω。
(4)根据实验测量结果可以绘制小灯泡的电功率P随其两端电压U或电压的平方U2变化的图象，在图中所给出的甲、乙、丙、丁图象中可能正确的是________。(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)
答案 (1)B F (2)图见解析 (3)5.0 (4)甲、丙
解析 (1)灯泡的额定电流I＝eq \f(P,U)＝200 mA，故电流表选择B。因本实验只能用分压接法，故滑动变阻器选择小电阻F。
(2)根据实验要求可知，滑动变阻器采用分压接法，并且测量电路应与滑动变阻器的左半部分并联；电流表采用外接法，原理图如图所示。
(3)由画出的伏安特性曲线可知，U＝0.5 V时，电流I＝0.10 A，则对应的电阻R＝eq \f(U,I)＝5.0 Ω。
(4)由P＝eq \f(U2,R)可知，P与U为二次函数关系，图象开口向上，故甲正确。P与U2，在R不变时为正比例关系，由于eq \f(1,R)随电压的增大而减小，故丙图正确。
11．2016·山东武城二中检测]为了测量某种材料制成的电阻丝Rx的电阻率，提供的器材有：
A．电流表G，内阻Rg＝120 Ω，满偏电流Ig＝3 mA
B．电流表A，内阻约为1 Ω，量程为0～0.6 A
C．螺旋测微器，刻度尺
D．电阻箱R0 (0～9999 Ω，0.5 A)
E．滑动变阻器R(5 Ω，1 A)
F．电池组E(6 V,0.05 Ω)
G．一个开关S和导线若干
某同学进行了以下操作：
(1)用多用电表粗测电阻丝的阻值，当用“×10”挡时发现指针偏转角度过大，他应该换用________(填“×1”或“×100”)挡，进行一系列正确操作后，指针静止时位置如图甲所示。
(2)把电流表G与电阻箱串联改装成量程为6 V的电压表使用，则电阻箱的阻值应调为R0＝________Ω。
(3)请用改装好的电压表设计一个测量电阻Rx阻值的实验，根据提供的器材和实验需要，请将图乙中电路图补画完整。
(4)电阻率的计算：测得电阻丝的长度为L，电阻丝的直径为d。电路闭合后，调节滑动变阻器的滑片到合适位置，电流表G的示数为I1，电流表A的示数为I2，请用已知量和测量量的字母符号(各量不允许代入数值)写出计算电阻率的表达式ρ＝________。
答案 (1)×1 (2)1880 (3)电路图见解析 (4)eq \f(πd2I1Rg＋R0,4LI2－I1)
解析 (1)因欧姆表刻度不均匀，欧姆表指针指在欧姆表中值电阻附近时读数较准，当用“×10”挡时发现指针偏转角度过大，说明电阻较小，所以应换用“×1”倍率读数。
(2)将电流表G与电阻箱串联改装成量程为0～6 V的电压表，而电流表G内阻Rg＝120 Ω，满偏电流Ig＝3 mA，改装后的电压表的内阻RV＝eq \f(U,Ig)＝2000 Ω，由于电流表G的内阻Rg＝120 Ω，因此电阻箱的阻值应调为R0＝(2000－120) Ω＝1880 Ω。
(3)滑动变阻器R(5 Ω，2 A)，因所测电阻约为15 Ω，为得到较大的电压调节范围，滑动变阻器用分压接法。由于Rx< eq \r(RARV)，待测电阻的电阻值较小，电流表采用外接法，故电路图如图所示。
(4)由电阻定律可知，通过待测电阻的电流I＝I2－I1，
待测电阻两端的电压U＝I1(Rg＋R0)，
根据欧姆定律有R＝eq \f(U,I)，根据电阻定律有R＝ρeq \f(L,S)，
解得ρ＝eq \f(SU,LI)＝eq \f(πd2I1Rg＋R0,4LI2－I1)。
12．2016·江苏模拟]为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用P＝UI得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V，1.8 W”，电源为12 V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10 Ω。
(1)准备使用的实物电路如图所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。(用笔画线代替导线)
(2)现有10 Ω、20 Ω和50 Ω的定值电阻，电路中的电阻R1应选________Ω的定值电阻。
(3)测量结束后，应先断开开关，拆除________两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。
(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图所示。请指出图象中不恰当的地方。
答案 (1)见解析图 (2)10 (3)电池 (4)图线不应画为直线；横坐标的标度不恰当。
解析 (1)测量小灯泡的电功率与电压的关系时，小灯泡两端电压从零开始变化，所以滑动变阻器应接成分压电路。
(2)小灯泡正常工作时两端电压是3 V，电流IL＝eq \f(P,UL)＝eq \f(1.8,3) A＝0.6 A，根据欧姆定律可知通过变阻器的电流I＝0.3 A，所以通过电源的电流为I′＝IL＋I＝0.9 A，根据闭合电路欧姆定律应有E＝U＋I′(r＋R0)，解得R0＋r＝10 Ω，所以保护电阻应选择10 Ω的定值电阻。
(3)断开开关后，电路中没有电流，但电池的两根导线相碰可能会引起电池短路，所以应该先拆除电池两端的导线。
(4)描点作图应该根据点的分布用平滑的曲线连接；画的图线应该尽量占满坐标纸。
U/V
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
2.40
I/A
0.09
0.19
0.27
0.35
0.44
0.53