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2018届高考物理二轮复习:专题限时集训14 电学实验

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            专题限时集训(十四) 电学实验

                           (对应学生用书第       143 页)
                               (限时:40   分钟)

1.(8  分)在“测定金属丝的电阻率”的实验中,待测金属丝的电阻                          Rx 约为 3 
    Ω,实验室备有下列实验器材:
      A.电压表     V(量程  3 V,内阻约为      3 kΩ)
      B.电流表     A(量程  0.6 A,内阻约为     1 Ω)
      C.滑动变阻器       R(0~10 Ω,额定电流      0.5 A)
      D.电源    E(电动势为    3 V,内阻约为      0.3 Ω)
      E.开关   S,导线若干


                            甲          乙


                            丙          丁

                                  图  14­14
      (1)为减小实验误差,应选用图            14­14 中________(选填“甲”或“乙”)为
      该实验的电路原理图.

      (2)现用刻度尺测得金属丝长度为             60.00 cm,用螺旋测微器测得其直径示
      数如图   23 丙,则直径为______mm.图丁为两电表的示数,则该金属丝的
      电阻率为______Ω·m.(结果保留三位有效数字)
                    RV  3 000        Rx  3
      【解析】 (1)因Rx=        3 =1 000,RA=1=3,
          RV Rx
      则有Rx>RA,电流表应选择外接法,因此实验电路应选乙.
      (2)螺旋测微器的固定刻度读数为             0.5   mm,可动刻度读数为          0.01×10.8 
      mm=0.108 mm,所以最终读数为          0.608 mm.
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      由图示电压表可知,其量程为             3 V,分度值为      0.1 V,示数为     1.20 V,由
      图示电流表可知,其量程为            0.6 A,分度值为      0.02 A,示数为    0.50 A,电

                  U  1.20                      L                 RxS

      阻阻值:Rx=     I =0.50  Ω=2.4    Ω;由   Rx=ρS可知,电阻率:ρ=          L =
               1
      2.4 × 3.14 × × 0.608 × 10-3 2
              (2           )
                0.6           Ω·m≈1.16×10-6 Ω·m.
      【答案】 (1)乙 (2)0.608(0.606~0.609     均正确)
1.16×10-6(1.15×10-6~1.17×10-6    均正确)
2.(8  分)(2017·“超级全能生”26       省联考)某同学用下列器材组装的简易欧姆表,
    如图   14­15 所示.
      a.干电池一节:电动势为           1.5 V 且其内电阻可忽略;
      b.电流计一块:量程为          0 至 1 mA,最小刻度      0.1 mA,内电阻     20 Ω;
      c.可变电阻一只:阻值范围为             100 Ω 至 2 500 Ω.
      (1)测量电阻前,先进行欧姆调零.将可变电阻                   P 的阻值调节为      R=
      ________,此时电流计指针指到最大刻度;
      (2)欧姆表正确调零后,将待测电阻的两端分别连至红、黑表笔,若电流

      计的示数为     0.5 mA,待测电阻的阻值         Rx=________;
      (3)若将电流计示数范围限制在            0.1 mA 到 0.9 mA  之间,欧姆表可测量的
      电阻范围为________;
      (4)如果将   r=20  Ω 的电阻与电流计并联,重新调零后,与第(3)问相比,
      可测量的电阻范围将如何变化?


                                  图  14­15

                                                         1.5 V
      【解析】 (1)电流计的读数为           1 mA 时,全电路的电阻为1         × 10-3A=1 500 
      Ω.所以,可变电阻的阻值为           1 500 Ω-20 Ω=1 480 Ω.
      (2)调零后,可变电阻的阻值为            1 480 Ω,电流计的示数为         0.5 mA 时,待
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                       1.5 V
      测电阻的阻值为0.5      × 10-3 A-1 480 Ω-20 Ω=1 500 Ω(即欧姆表内阻等于
      中值电阻).

                                              1.5 V
      (3)电流计示数     0.1 mA,待测电阻的阻值为0.1        × 10-3 A-1 480 Ω-20  Ω=
                                                        1.5 V
      13 500  Ω;电流计示数       0.9 mA,待测电阻的阻值为0.9         × 10-3 A-1  480 
      Ω-20 Ω≈167 Ω.欧姆表可量测的电阻范围             167 Ω~13 500 Ω.
      (4)可测量的电阻范围将变小,因电流计两端并联与电流计内阻相同的电
      阻后,电路中的总电流变为原来的两倍,而电池的电动势仍为                           1.5 V,故
      可测量的电阻范围将变小.
      或者:电阻与电流计并联后,调零时,通过电流计的最大电流为                            1  mA,

                                             1.5 V
      通过干路的电流为        2 mA,全电路的电阻为2         × 10-3 A=750 Ω.
      所以,可变电阻的阻值为           750 Ω-10 Ω=740 Ω.

                                           1.5 V
      电流计示数     0.1 mA,待测电阻的阻值为0.2         × 10-3 A-740 Ω-10 Ω=6 750 
      Ω,

                                            1.5 V
      电流计示数     0.9 mA,待测电阻的阻值为1.8          × 10-3 A-740 Ω-10   Ω≈83 
      Ω,
      欧姆表可量测的电阻范围           83 Ω~6 750 Ω.

      【答案】 (1)1 480 Ω (2)1 500 Ω (3)167 Ω~13 500 Ω

      (4)可测量的电阻范围将变小或者             83 Ω~6 750 Ω
3.(9  分)(2017·海淀期末)利用如图        14­16 所示的电路测量一个满偏电流为             300 

    μA,内阻    rg 约为 100  Ω 的电流表的内阻值,有如下的主要实验器材可供选
    择:


                                  图  14­16

      A.滑动变阻器(阻值范围          0~20 Ω)
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      B.滑动变阻器(阻值范围          0~1 750 Ω)
      C.滑动变阻器(阻值范围          0~30 kΩ)
      D.电源(电动势      1.5 V,内阻   0.5 Ω)
      E.电源(电动势      8 V,内阻    2 Ω)
      F.电源(电动势      12 V,内阻   3 Ω)
      (1)为了使测量尽量精确,在上述可供选择的器材中,滑动变阻器                           R 应选
      用________,电源    E 应选用________.(选填器材前面的字母序号)  
      (2)实验时要进行的主要步骤有:

      A.断开    S2,闭合   S1
      B.调节    R 的阻值,使电流表指针偏转到满刻度

      C.闭合    S2
      D.调节    R′的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的三分之二
      E.记下此时     R′的阻值为      190 Ω

      则待测电流表的内阻         rg 的测量值为________      Ω,该测量值________此电
      流表内阻的真实值.(选填“大于”“小于”或“等于”) 
                                                  【导学号:19624169】
      【解析】 (1)在半偏法测电流表的电阻实验中,两次步骤的干路电流为了
      保持不变,即滑动变阻器尽量选择较大的,电源电压尽量选择较大的,
      故滑动变阻器      R 应选用   C;电源    E 应选用    E,为什么不选      F 呢?因为如
      果选择了    F,由于它的电压太大,当变阻器的电阻达到最大时电路中的最

                12 V
      小电流   I=30 000 Ω=400 μA,故不能使电流表满偏;(2)当电流表满偏时,
      说明干路电流为       300  μA,若使电流表指针偏转到满刻度的三分之二,即
      200 μA 时,通过电阻箱       R′的电流就为      100   μA,由于电流表与电阻箱
      的电流之比为      2∶1,则它们的电阻之比为            1∶2,所以电流表的电阻为
      190 Ω/2=95  Ω;该测量值小于电流表的真实值,因为实际干路的电流会
      比 300  μA 稍大一些,故电阻箱的电流会比              100  μA 稍大一些,所以它的
      电阻就会稍小一些.

      【答案】 (1)C E (2)95 小于
4.(9  分)(2017·福州一中模拟)为了测量某高内阻电源的电动势                    E 和内阻   r(电动
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势约   5 V、内阻约    500 Ω),现提供下列器材:
  A.待测电源
  B.电压表     V(0~3 V,内阻约几千欧)

  C.电流表     A(10 mA,RA=10 Ω)

  D.电阻箱     R0(0~9 999.9 Ω)

  E.滑动变阻器      R1(0~20 Ω)

  F.滑动变阻器      R2(0~1 000 Ω)
  G.开关及导线
  H.干电池若干节(内阻很小)
  (1)实验中需要将电压表改装.首先测定其内阻,某同学采用图                          14­17 甲

  所示的电路,电源为干电池组.开关                S 闭合前,电阻箱       R0 的阻值应该调
  到________(选填“零”或“最大”).闭合开关,调节电阻箱,当电压表

  指针满偏时,阻值为         R01=2 950 Ω;当电压表指针半偏时,阻值为               R02=8 

  900 Ω,则电压表内阻       RV=________Ω.


                              图  14­17

  (2)采用图乙所示的电路测量电源电动势和内阻.电阻箱                       R0 与电压表串联

  构成量程为     6         V 的电压表,则      R0=________Ω;滑动变阻器应选

  ________(选填“R1”或“R2”).
  (3)根据实验测得数据,作出电源路端电压                 U 随电流   I 变化的图象如图丙
  所示,由图象可知        E=________V,r=________Ω.
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      【解析】 (1)开关      S 闭合前,电阻箱       R0 的阻值应该调到最大.

            U             0.5 U

      由 U+RV·R01=0.5 U+   RV ·R02 解得 RV=3 000 Ω.

      (2)根据扩大电压表量程原理,电阻箱               R0 与电压表串联构成量程为          6  V 的

      电压表,则     R0=3 000 Ω;滑动变阻器应选阻值范围大的               R2.
      (3)由闭合电路欧姆定律,E=U+Ir,结合图线解得                   E=5.0  V,图线斜率
      的绝对值等于内阻        r=500 Ω,所以电源的内阻为           490 Ω.

      【答案】 (1)最大 3 000 (2)3 000 R2 (3)5.0 490
5.(8  分)(2017·揭阳市揭东一中检测)回答下列问题:(1)如图                 14­18 甲,是多用
    电表简化电路图,作为电压表使用时,选择开关应接________,作为欧姆
    表使用时,选择开关应接________(填“1”“2”或“3”).使用时,电流
    一定从________(填“A”或“B”)端流入多用电表.
      (2)利用多用电表和电阻箱测量电源的电动势和内阻的电路如图乙,调节
                                                          1
      电阻箱,记录多组电阻箱示数             R 和多用电表示数       I,作出    R­I的图线如图
      丙.由图丙可求得电动势           E=________V,内限     r=________Ω.(结果均保

      留两位有效数字)忽略偶然误差,本实验测得的                    E 测、r 测与真实值比较:

      E 测________E 真,r 测________r 真(选填“<”“=”或“>”). 
                                                  【导学号:19624170】


                                  图  14­18

      【解析】 (1)由图所示可知,作为电压表使用时,选择开关应接位置                            3;
      作为欧姆表使用时,选择开关应接               2,内部电源被接通,构成欧姆表,可
      测量电阻;使用时,电流一定从红表笔流入,即从                      A 端流入.
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                                                 1
   (2)根据闭合电路欧姆定律得:E=IR+Ir,解得:R=IE-r,
                                                              6+1.2
   可知图线斜率表示电动势,纵轴截距的绝对值表示内阻,则有:E=                              2.5  
   V=2.9 V,内阻为:r=1.2 Ω.

                                              1

   将多用电表的内阻等效到电源的内部,则有:R=IE-(RA+r),则可知测
   量的内阻等于电源的实际内阻与多用电表的内阻之和,测量值偏大.而
   电流表内阻对图象的斜率没有影响,故电动势准确.

   【答案】 (1)3 2 A (2)2.9 1.2 = >
       (2017·曲靖一中月考)如图所示的光学黑箱中,有两只电阻,定值电

阻  R0=8     Ω,另一为未知电阻         Rx;由箱内抽出三根引线          A、B、C.当开关
S 与 C 闭合时,电流表的示数为            1 A,电压表示数       8 V;当开关     S 与 D 闭合
时,电流表示数为         1 A,电压表的示数为        10 V.


   (1)请在黑箱中画出两个电阻和            A、B、C   的连接图;

   (2)由图可知    Rx=________Ω.

   【解析】 (1)由分析的思路可知,电阻               R0 和 Rx 是串联在    A、B 之间
   的.当   S、C  闭合时,电压表示数为           8 V、电流表示数为        1 A,而定值电

                   8 V

   阻 R0 的阻值正好是1 A=8       Ω;因此与     C 点连接的导线位于         R0、Rx 之间,

   且 R0 与 A 端相连,Rx    与 B 端相连,作图如下:


   (2)由题意及(1)题图可知:U0=8 V,I=1 A,U=10 V
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              U-U0   10 V-8 V

      所以  Rx=   I  =   1 A  =2 Ω.
      【答案】 (1)电路图见解析 (2)2
6.(8  分)二极管是一种半导体元件,它的符号为“                        ”,其特点是具有单
    向导电性.电流从正极流入时电阻比较小,而从负极流入时电阻比较大.
      (1)某课外兴趣小组想要描绘某种晶体二极管的伏安特性曲线,因二极管
      外壳所印的标识模糊,为判断该二极管的正、负极,他们用多用电表电
      阻挡测二极管的正、反向电阻.其步骤是:将选择开关旋至合适倍率,
      进行欧姆调零.将黑表笔接触二极管的左端、红表笔接触右端时,指针
      偏角比较小.然后将红、黑表笔位置对调后再进行测量,指针偏角比较
      大,由此判断________(选填“左”或“右”)端为二极管的正极.
      (2)厂家提供的伏安特性曲线如图             14­19,为了验证厂家提供的数据,该
      小组对加正向电压时的伏安特性曲线进行了描绘,可选用的器材有:


                                  图  14­19

      A.直流电源      E:电动势    3 V,内阻忽略不计
      B.滑动变阻器       R:0~20 Ω

      C.电压表     V1:量程   5 V,内阻约     50 kΩ

      D.电压表     V2:量程   3 V,内阻约     20 kΩ
      E.电流表    A:量程    0.6 A,内阻约    0.5 Ω
      F.电流表    mA:量程     50 mA,内阻约     5 Ω
      G.待测二极管       D
      H.单刀单掷开关        S,导线若干
      为了提高测量结果的准确度,电压表应选用________,电流表应选用
      ________(填序号字母).
      (3)为了达到测量目的,请画出正确的实验电路原理图.
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      (4)为了保护二极管,正向电流不要超过                25  mA,请你对本实验的设计或
      操作提出一条合理的建议:________.
      【解析】 (1)欧姆表内部有电源,电源正极接在负接线柱上,当红表笔
      接触右端时,说明红表笔接入电源的负极;此时指针偏角较小,说明电
      阻较大,故说明接入了反向电压,故二极管右端应为正极.
      (2)电源电压为     3 V,故电压表应选       3 V 量程进行测量;而由坐标可知,电
      路中电流较小,故电流表应选             50 mA 的即可.


      (3)为了得出完整的图象,应采用分压接法,同时因正向电阻较小,故可
      以采用外接法,原理图如图.
      (4)为了防止超过最大电流,可以在电路中串接保护电阻;同时也可以通
      过实验方法,即慢慢调节滑动触片,注视电流表,使电流表示数不得超
      过 25 mA.

      【答案】 (1)右 (2)D F (3)见解析 (4)可能的答案:a.在二极管支路
      串入一阻值合适的限流电阻起保护作用.b.闭合开关前滑动触头停在最左
      端,向右移动滑动触头时应缓慢进行,同时仔细观察电流表示数变化,

      以防止电流超过       25 mA(只要回答合理均可).
7.(10  分)(2017·武汉十一中模拟)用伏安法测量一电池的内阻.已知该待测电池
    的电动势     E 约为  9 V,内阻约数十欧,允许输出的最大电流为                   50  mA,可
    选用的实验器材有:

      电压表   V1(量程   5 V);

      电压表   V2(量程   10 V);

      电流表   A1(量程   50 mA);

      电流表   A2(量程   100 mA);
      滑动变阻器     R(最大电阻     300 Ω);
                                        1

      定值电阻    R1(阻值为   200 Ω,额定功率为8 W);
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定值电阻    R2(阻值为   220 Ω,额定功率为       1 W);
开关  S;导线若干.
测量数据如图      14­20 坐标纸上    U­I 图线所示.
(1)画出合理的电路原理图,并标明所选器材的符号.
(2)在设计的电路中,选择定值电阻的根据是
________________________.
(3)由 U­I 图线求得待测电池的内阻为________Ω.
(4)在你设计的电路中,产生系统误差的主要原因是________. 
                                            【导学号:19624171】


                            图  14­20

【解析】 (1)应用伏安法测电源电动势与内阻,电压表测路端电压,电流
表测电路电流,电路图如图所示:


                                                               1
                                     2         2
(2)定值电阻    R1 在电路中的最大功率:P1=I          R1=(0.05) ×200 W=0.5 W>8 
                                       2        2
W,定值电阻      R2 在电路中的最大功率:P2=I           R2=(0.05) ×220  W=0.55 

W<1 W,为保护电路安全,则定值电阻应选择                   R2.

                             ΔU   7.50-7.00
(3)由图示图象可知,电源内阻            r= ΔI =0.034-0.024 Ω=50 Ω.
(4)由实验电路图可知,相对于电源电流表采用外接法,由于电压表的分
流作用,电流表所测电流小于电路电流,电压表分流是造成系统误差的
原因.

【答案】 (1)电路原理图如解析图所示
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                                   1

(2)定值电阻在电路中消耗的功率会超过8 W,R2                 的功率满足实验要求
(3)50 (4)电压表分流
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