2020屆高考物理一輪復習 課時提升練23 電學設計性實驗（通用）

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1、課時提升練　電學設計性實驗 (限時：45分鐘) 1．(2020·滁州模擬)有一根圓臺狀勻質合金棒如圖7-3-12甲所示，某同學猜測其電阻的大小與該合金棒的電阻率ρ、長度L和兩底面直徑d、D有關．他進行了如下實驗： 甲 圖7-3-12 (1)測量該合金棒電阻的實物電路如圖7-3-12乙所示(相關器材的參數已在圖中標出)，該合金棒的電阻約為幾歐姆．圖中有一處連接不當的導線是________(用標注在導線旁的數學表示)． 乙 圖7-3-12 (2)改正電路后，通過實驗測得合金棒的電阻R＝5.72 Ω.根據電阻定律計算電阻率為ρ、長為L、直徑分別為d和D的圓臺狀合金棒的電阻分

2、別為Rd＝13.3 Ω、RD＝3.38 Ω.他發(fā)現：在誤差允許范圍內，電阻R滿足R2＝Rd·RD，由此推斷該圓臺狀合金棒的電阻R＝________. 【解析】　(1)合金棒的電阻為幾歐，所以<，應外接，故⑥連接不當 (2)Rd＝　RD＝ R＝＝ 【答案】　　(1)⑥　(2) 2．欲測量一個電流表的內阻，根據以下要求來選擇器材并設計電路： a．無論怎樣調節(jié)變阻器，電流表都不會超量程； b．有盡可能高的測量精度，并能測得多組數據． 現備有如下器材： A．待測電流表A1(量程3 mA，內阻約為50 Ω) B．電壓表V(量程3 V，內阻未知) C．電流表A2(量程15 mA，內阻

3、為10 Ω) D．保護電阻R＝120 Ω E．直流電源E(電動勢2 V，內阻忽略不計) F．滑動變阻器(總阻值10 Ω，額定電流0.5 A) G．開關一個，導線若干 (1)在以上提供的器材中，除A、E、F、G以外，還應選擇________、________(填字母代號)． (2)請畫出符合要求的實驗電路圖． 【解析】　根據題中給出的備用器材，選擇內阻已知的電流表A2作為電壓表，選擇保護電阻R與并聯的兩個電流表串聯．由于電流表兩端電壓最大只有0.15 V，滑動變阻器最大電阻只有10 Ω，所以選擇分壓電路，電路圖如圖所示． 【答案】　(1)C　D　(2)見解析 3．如圖7-3-1

4、3甲所示的電路中，A、V均為理想電表，R0為阻值未知的定值電阻．改變滑動變阻器R的阻值，將得到的A、V示數繪制成U-I圖線如圖7-3-13乙．圖象中U軸的初始坐標為U0，I軸的初始坐標為零；圖線與U軸的交點為U1，與I軸的交點為I1.實驗中電流表的最大示數為Im.回答下列問題： 　　　　甲　　　　　　　　　　　乙 圖7-3-13 (1)電源的電動勢E＝__________，內阻r＝__________. (2)當滑動變阻器的阻值R＝__________，定值電阻R0消耗的功率最大，最大值為__________． (3)定值電阻的阻值為R0＝__________. 【解析】　結合

5、電路圖和閉合電路歐姆定律，U＝E－Ir，在U-I圖象中，圖線與U軸的交點即為電動勢；圖線斜率的絕對值即為電源內阻的大?。ㄖ惦娮鑂0消耗的功率P＝I2R0，當R＝0時，I最大，P最大為ImU1－I.根據閉合電路歐姆定律E＝Im(r＋R0)，整理得R0＝－. 【答案】　(1)U1　　(2)0　ImU1－I　(3)－ 4．當小燈泡發(fā)光時其燈絲的電阻會隨著發(fā)光亮度的變化而變化．某同學為研究這一現象，按照自己設計的實驗電路圖測量小燈泡的電流I和電壓U，得到如下表所示的數據. I(A) 0.12 0.22 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0

6、.50 U(V) 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 (1)請你根據上表數據的特點，在虛線框中畫出實驗電路圖．可用的器材有：電壓表、電流表、滑動變阻器(0～10 Ω)、電源、小燈泡、開關和導線若干． (2)在圖7-3-14所示坐標紙上畫出小燈泡的U-Ⅰ曲線，并定性分析燈絲的電阻與燈泡發(fā)光亮度的變化關系：_______________ (3)如果將上面實驗中使用的小燈泡接在電動勢為1.5 V、內阻為2.0 Ω的電源兩端，利用上面的U-Ⅰ曲線可求出小燈泡的實際功率是________________W，電源效

7、率為________．(結果保留2位有效數字) 圖7-3-14 【解析】　電壓取值范圍大，應采用分壓式接法，燈絲電阻較小，采用電流表外接法．由圖象得燈絲電阻隨發(fā)光亮度的增加而增大．在U-Ⅰ圖象中作電動勢為1.5 V、內阻為2.0 Ω的伏安特性圖線，兩圖線交點為(0.35 A,0.8 V)，故P＝UI＝0.8×0.35 W＝0.28 W，η＝×100%＝53%. 【答案】　(1)如圖甲所示　(2)如圖乙所示　燈絲電阻隨發(fā)光亮度的增加而增大 (3)0.28　53% 　　 　　　　　　　甲　　　　　　　　　　乙 5．某物理實驗小組利用實驗室提供的器材測量一待測電阻的阻值．可選用的器

8、材的代號和規(guī)格如下： 甲 圖7-3-15 電流表A1(量程250 mA，內阻r1＝5 Ω) 電流表A2(量程300 mA，內阻r2約為5 Ω) 待測電阻Rx(阻值約為100 Ω) 滑動變阻器R(最大阻值10 Ω) 蓄電池E(電動勢為6 V，內阻r約為1 Ω) 單刀單擲開關S，導線若干 (1)小組同學根據實驗器材所設計的實驗電路原理圖如圖7-3-15甲所示，但兩只電流表的代號沒有明確．請用筆畫線代替導線，將圖乙中的實驗器材按電路原理圖連成實驗電路，并在電流表下方的虛線框內標明兩只電流表的代號． 乙 圖7-3-15 (2)他們需要直接測量的物理量是________，

9、用所測物理量表示待測電阻的計算式為Rx＝________. 【解析】　 (1)題中沒給電壓表，而是給了兩只電流表，可將已知阻值的電流表A1作為電壓表使用，因此與Rx并聯的電流表為A1，右側的電流表為A2，實驗器材連線如圖所示． (2)實驗中讀出電流表A1的示數I1、電流表A2的示數I2，則電阻Rx兩端的電壓為U＝I1r1，電流為I＝I2－I1，所以Rx＝＝. 【答案】　(1)見解析圖　(2)電流表A1的示數I1、電流表A2的示數I2　 6．某實驗小組要測量一個用電器L的額定功率(額定電壓為10 V、額定功率在12 W～15 W之間)，測量電路的部分導線已經接好(如圖7-3-16所示

10、)，實驗室有下列器材可供選用： 圖7-3-16 直流電源：E1(電動勢為3 V，內阻很小) E2(電動勢為15 V，內阻很小) 直流電流表：A1(量程0～0.6 A，內阻約為0.5 Ω) A2(量程0～3 A，內阻約為0.1 Ω) 直流電壓表：V(量程為3 V、內阻為3 kΩ) 滑動變阻器：R1(阻值范圍0～20 Ω) R2(阻值范圍0～200 Ω) 定值電阻：R3＝3 kΩ、R4＝9 kΩ、R5＝25 kΩ 開關一個，導線若干 為使測量盡可能準確、方便，請回答： (1)電源應該選擇________(填“E1”或“E2”)； (2)電流表應該選擇________(

11、填“A1”或“A2”)； (3)滑動變阻器應該選擇________(填“R1”或“R2”)； (4)由于電壓表的量程不夠，要利用一個定值電阻進行改裝．請選擇合適的定值電阻，在圖7-3-16中用筆畫線代替導線連接好測量電路的剩余部分． 【解析】　由于額定電壓為10 V，所以直流電源選擇電動勢為15 V的E2.其額定電流為1.2 A～1.5 A，所以直流電流表選擇A2.根據已有的電路結合使實驗結果更為精確的要求，采用限流電路，所以利用滑動變阻器R1作為限流電阻．若要將電壓表改裝為量程更大的電壓表，需要與其串聯一個定值電阻，根據串聯電路特點知，若串聯R3，則量程為6 V，若串聯R4，則量程為1

12、2 V，若串聯R5，則量程為28 V，因此串聯R4比較合適． 【答案】　(1)E2　(2)A2　(3)R1　(4)如圖所示 7．(2020·江西重點中學聯盟第二次聯考)某同學要測量一節(jié)干電池的電動勢和內阻．他根據老師提供的以下器材畫出了如圖7-3-17所示的原理圖． 圖7-3-17 A．電壓表V(15 V,10 kΩ) B．電流表G(量程3.0 mA，內阻Rg為10 Ω) C．電流表A(量程0.6 A，內阻約為0.5 Ω) D．滑動變阻器R1(0～20 Ω，10 A) E．滑動變阻器R2(0～100 Ω，1 A) F．定值電阻R3＝990 Ω G．開關S和導線若干

13、 (1)該同學沒有選用電壓表是因為________； (2)該同學將電流表G與定值電阻R3串聯，實際上是進行了電表的改裝．則他改裝的電壓表對應的量程是________V； (3)為了能準確地進行測量，同時為了操作方便，實驗中應選用的滑動變阻器是________(填寫器材前的字母編號)； (4)該同學利用上述實驗原理圖測得以下數據，并根據這些數據繪出了如圖7-3-18所示的圖線，根據圖線可求出干電池的電動勢E＝________V(保留3位有效數字)．干電池的內阻r＝________Ω(保留2位有效數字)． 圖7-3-18 序號 1 2 3 4 5 6 電流表G (I

14、1/mA) 1.37 1.35 1.26 1.24 1.18 1.11 【解析】　(1)測量一節(jié)干電池的電動勢大約在1.5 V左右，而電壓表的量程卻達到0到15 V，讀數不到刻度盤十分之一，無法準確讀數． (2)電流表G與定值電阻R3串聯，串聯后的最大電壓Um＝Im(R3＋Rg)＝3 V，所以改裝的電壓表量程是0～3 V. (3)由于電源電壓只有1.5 V左右，若選用滑動變阻器R2(0～100 Ω，1 A)，電流最小只會有＝0.015 A遠小于電流表量程，讀數不準確，所以選擇較小的滑動變阻器R1(0～20 Ω，10 A)． (4)改裝后電壓表示數U＝I1(R3＋Rg)，根據

15、路端電壓和電流的關系有1 000I1＝E－I2r，圖象縱軸截距即為電動勢，所以電動勢E＝1.47 V，斜率即內阻r＝0.82 Ω. 【答案】　(1)量程太大　(2)0～3 V　(3)D　(4)1.47　0.82 8．某同學用如圖7-3-19甲所示的電路測量歐姆表的內阻和電源電動勢(把歐姆表看成一個電源)，實驗器材的規(guī)格如下： 電流表A1：200μA,300 Ω 電流表A2：30 mA,5 Ω 定值電阻R0：9700 Ω 滑動變阻器R：0～50 Ω 甲 圖7-3-19 ①閉合開關S，移動滑動變阻器的滑動觸頭至某一位置，讀出電流表A1和A2的示數I1和I2.多次改變滑動觸頭的

16、位置，得到的數據為 I1(μA) 120 125 130 135 140 145 I2/(mA) 20.0 16.7 13.2 10.0 6.7 3.3 乙 圖7-3-19 在圖7-3-19乙所示的坐標紙上以I1為縱坐標、I2為橫坐標，畫出所對應的I1-I2曲線； ②利用所得曲線求得歐姆表內電源的電動勢E＝__________V，歐姆表內阻r＝__________Ω； ③將該歐姆表兩個表筆短接，歐姆表的電流為I＝______A. 【解析】　把R1和A1整體等效為一個電壓表，測量路端電壓．根據閉合電路歐姆定律，I1(R1＋R0)＝E－(I1＋I2)r，即I1＝－I2，結合圖象可以求得E＝1.50 V．r＝15.0 Ω.短路電流為0.1 A. 【答案】　①如圖；②1.50(1.48～1.51)；15.0(14.0～ 16．0)；③0.1(0.09～0.11)