专题09 电学实验电路（解析版）-11年（2010-2020）高考全国1卷物理试题分类解析

1 10 年高考（2010-2020）全国 1 卷物理试题分类解析（解析版） 第 13 章 恒定电流 电学实验 1.（2010 年）23．(11 分) 用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻 ，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性 的。某同学将 和两个适当的固定电阻 、 连成图 1 虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻 的阻值随 所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安 法测量在不同温度下 的阻值，测量电路如图 1 所示，图中的电压表内阻很大。 的测量结果如表 l 所示。 回答下列问题： （1）根据图 1 所示的电路，在图 2 所示的实物图上连线。 TR TR 1R 2R LR TR LR LR2 (2)为了检验 与 t 之间近似为线性关系，在坐标纸上作 -t 关系图线 (3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图 3、4 所示。电流表的读数为____，电压表的读数为 ___。此时等效电阻 的阻值为___：热敏电阻所处环境的温度约为____。 【答案】（1）如图所示（2）如图所示（3）115.0mA，5.00V，43.5Ω，64.0℃ LR LR LR3 【解析】（3）电流表读数 115.0mA，电压表读数 5.0V，电阻 .对照图象得温度为 。 本题考查伏安法测电阻实验的实物图连接，电流表、电压表读数和电阻的计算及图象的应用。 2.（2010 年）19．电源的效率 定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。在测电源电动势 和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示，图中 u 为路端电压，I 为干路电流，a、b 为图线上的两点，相 应状态下电源的效率分别为 、 。由图可知 、 的值分别为 A. 、 B. 、 C. 、 D. 、 【解析】电源效率 ，E 为电源的电动势，根据图象可知 Ua= ,Ub= ，所以选项 D 正确。 本题考查电源的效率及用图象法（伏安法）求电源电动势。 【答案】D 3.（2011 年）22.（5 分） 为了测量一微安表头 A 的内阻，某同学设计了如图所示的电路。图中，A0 是标准电流表，R0 和 RN 分别是滑 动变阻器和电阻箱，S 和 S1 分别是单刀双掷开关和单刀开关，E 是电池。完成下列实验步骤中的填空： Ω=×= 43.510115 5.0R 3- C.064 0 η a η b η a η b η 3 4 1 4 1 3 2 3 1 2 1 2 2 3 1 3 E U EI UI ==η E3 2 E3 14 （1）将 S 拨向接点 1，接通 S1，调节________,使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时_____的读数 I； （2）然后将 S 拨向接点 2，调节________,使________,记下此时 RN 的读数； （3）多次重复上述过程，计算 RN 读数的________,此即为待测微安表头内阻的测量值。 【解析】以等效法测电流表电阻为背景考查电学实验的一般思路与方法，涉及闭合电路欧姆定律。 （1）将 S 合向 1，闭合 S1，将 Ro 调至使 Ao 表指针偏转到接近满偏值的某值 I，记下此示数。保持 Ro 不变； 闭合 S1 将 S 合向 2，调节 RN 使 Ao 表示数恢复到 I。由于电源的电动势 E、内阻 r、Ro 不变。因此，待测电流 表的电阻等于 RN.。 【答案】（1）Ro，Ao；（2）RN.，电流表 Ao 的示数为 I；（3）平均值。 4.（2012 年）23．图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场．现通过测量通电导线在磁 场中所受的安培力，来测量磁场的磁感应强度大小、并判定其方向．所用部分器材已在图中给出，其中 D 为位于纸面内的 U 形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；E 为直流电源；R 为电阻箱； 为电流表； S 为开关．此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线． （1）在图中画线连接成实验电路图． （2）完成下列主要实验步骤中的填空 ①按图接线． ②保持开关 S 断开，在托盘内加入适量细沙，使 D 处于平衡状态；然后用天平称出细沙质量 m1． ③闭合开关 S，调节 R 的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使 D　重新处于平衡状态　； 然后读出　电流表的示数 I　，并用天平称出　细沙的质量为 m2　． ④用米尺测量　金属框架下边的长度 l　． （3）用测量的物理量和重力加速度 g 表示磁感应强度的大小，可以得出 B=　 　．5 （4）判定磁感应强度方向的方法是：若　m2＞m1　，磁感应强度方向垂直纸面向外；反之，磁感应强度方 向垂直纸面向里． 【解析】（1）如图所示 （2）③重新处于平衡状态；读出电流表的示数 I；此时细沙的质量 m2；④D 的底边长度 l （3）根据平衡条件，有 |m2﹣m1|g=BIL 解得 （4）m2＞m1． 【答案】（1）如图所示；（2）③重新处于平衡状态；读出电流表的示数 I；此时细沙的质量 m2；④D 的底 边长度 l；（3） ；（4）m2＞m1． 5.（2013 年）23．（8 分）某学生实验小组利用图（a）所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻 “ lk”挡内部电路的总电阻。使用的器材有：多用电表；电压表：量程 5V，内阻十几千欧；滑动变阻器： 最大阻值 5kΩ；导线若干。6 回答下列问题： （1）将多用电表挡位调到电阻“ lk”挡，再将红表笔和黑表笔 ，调零点 （2）将图（a）中多用电表的红表笔和 （填“1”或“2”）端相连，黑表笔连接另一端。 （3）将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图（b）所示，这时电压表的示数如图 （c）所示。多用电表和电压表的读数分别为 kΩ和 V 。 （4）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表和电压表的读数分别为 12.0kΩ 和 4.00V。从测量数据可知，电压表的内阻为 kΩ。 （5）多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的 电路，如图（d）所示。根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为 V，电阻“ lk”挡内部电路的总电阻为 kΩ。 【答案】（1）短接；（2）1；（3）15.0 3.60；（4）12 .0 ；(5) 9.00 15.0 【解析】本题考查测量电源的电动势与内阻、多用电表的使用。中等难度。多用电表的欧姆档测电阻 时，表与待测原件组成闭合电路，它的读数等于表外电阻，表的内电阻、电源内阻与外电阻之和就是闭合 电路的总电阻。（1）多用电表测电阻时，选好倍率后，要将两表笔短接，进行电阻调零；（2）红表笔接7 的是表内电池的负极，由电压表接线柱可知，红表笔应接在“1”；（3）多用电表的读数为 kΩ =15.0kΩ，电压表的读数为 3.60V；（4）由于滑动变阻器的电阻调成了 0，此时多用电表的读数就等于电 压 表 的 电 阻 。 因 此 ， 电 压 表 的 电 阻 为 12.0k Ω ； （ 5 ） 由 欧 姆 定 律 有 、 ，解得：E=9.00V，r=15.0 kΩ。 6.（2014 年）23．（9 分）利用如图（a）所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有： 待测电源，电阻箱 R（最大阻值 999.9Ω），电阻 R （阻值为 3.0Ω），电阻 R （阻值为 3.0Ω），电流表○A（量 程为 200mA，内阻为 R =6.0Ω），开关 S。 实验步骤如下：○1将电阻箱阻值调到最大，闭合开关 S； ○2多次调节电阻箱，记下电流表的示数 I 和电阻箱相应的阻值 R ； ○3以 为纵坐标，R 为横坐标，作 -R 图线（用直线拟合）； ○4求出直线的斜率 k 和纵轴上的截距 b。 回答下列问题： （1）分别用 E 和 r 表示电源的电动势和内阻，则 与 R 的关系式为 。 （2）实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻 R=3.0Ω 时电流表的示数如图（b）所示，读出数据，完成 下表。答：○1 ，○2 。 R/Ω 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 I/A 0.143 0.125 ○1 0.100 0.091 0.084 0.077 0 1 A 2 I 1 I 1 I 1 图 a8 I /A 6.99 8.00 ○2 10.0 11.0 11.9 13.0 （3）在图（c）的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率 k= A Ω ，截距 b= A 。 （4）根据图线求得电源电动势 E= V,内阻 r= Ω。 【解析】本题考查利用电流表及电阻箱测量电动势于内阻实验，涉及电流表的改装。由于电流表的量 程太小，直接测电流误差较大，由于该电流表的电阻已知，且有定值电阻可供选择，题中的实验电路，就 是将电流表与其中一个定值电阻（R1）并联，扩大量程后使用，将另一定值电阻 Ro 作为电源内阻的补偿电 阻。 1− 1− 1− 1− 1−9 （ 1 ） 对 实 验 电 路 由 闭 合 电 路 欧 姆 定 律 有 ， 解 得 。 （2）由图（b）可读出，表中的数据①为 μA=0.110A，则数据②为 9.09A-1。 （3）由表中数据及补充数据做出 图线如图所示，则图线斜率为 k=1.0 A-1Ω-1，截距 b=6.0 A-1。 （4）由 可知， ， 代入数据解 得 E=3.0V，r=1.0Ω。 7.（2015 年）23．(9 分) 图(a)为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路。 (1)已知毫安表表头的内阻为 100Ω，满偏电流为 l mA；R1 和 R2 为阻值固定的电阻。若使用 a 和 b 两个接 线柱，电表量程为 3 mA；若使用 a 和 c 两个接线柱，电表量程为 10 mA。由题给条件和数据，可以求 出 R1 = ____Ω，R2 = ____Ω。 (2)现用一量程为 3 mA、内阻为 l50Ω的标准电流表④对改装电表的 3 mA 挡进行校准，校准时需选取的刻度 为 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mA。电池的电动势为 1.5 V，内阻忽略不计；定值电阻 R0 有两种规格， 阻值分别为 300Ω和 1000Ω；滑动变阻器 R 有两种规格，最大阻值分别为 750Ω和 3000Ω。则 R0 应选 用阻值为____Ω的电阻，R 应选用最大阻值为__Ω的滑动变阻器。 (3)若电阻 R1 和 R2 中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图(b)的电路可以判断出损坏的电阻。图(b)中的 R′为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图(a)虚线框内的电路。则图中的 d 点应和接线柱___ __(填 “b”或“c”)相连。判断依据是：_——————10 【答案】（1）15 ，35 （2） 300 ，3000 （3） c，闭合开关时，若电表指针偏转，则损坏的电阻是 R1； 若电表指针不动，则损坏的电阻是 R2。 8.（2016 年）23.（10 分） 现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，当要求热敏电阻的温度达到或超过 60°C 时，系统报警。提供 的器材有：热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过 时就会报警），电阻箱（最大阻值为 999.9 Ω），直流电源（输出电压为 U，内阻不计），滑动变阻器 （最大阻值为 1000Ω），滑动变阻器 （最大 阻值为 2000Ω），单刀双掷开关一个，导线若干。 在室温下对系统进行调节，已知 U 约为 18V， 约为 10mA；流过报警器的电流超过 20mA 时，报警器可能 损坏；该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在 60°C 时阻值为 650.0Ω。 （1） 在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线。 （2）在电路中应选用滑动变阻器________（填“ ”或“ ”）。 （3）按照下列步骤调节此报警系统： ① 电路接通前，需将电阻箱调到一定的阻值，根据实验要求，这一阻值为______Ω；滑动变阻器 的滑片应置于______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是______。 ② 将开关向______（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至______。 （4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。 【解析】根据实验步骤，电路接通前，需将电阻箱调到一定的阻值，根据实验要求，这一阻值为热敏电阻 的阻值 650.0Ω；滑动变阻器的滑片应置于 b，因为此位置滑动变阻器的阻值为最大，电流最小，否则，置 于另一端，滑动变阻器阻值为 0，电流可能过大，可能损坏报警器。滑动变阻器的阻值最大时，电流应小于 10mA ， 才 能 当 滑 动 变 阻 器 滑 片 滑 动 时 ， 电 流 可 以 达 到 10mA ， 根 据 10 , 解 得 ,所以滑动变阻器应选 R2. cI 1R 2R cI 1R 2R R+>× 0.650 1810 3- Ω> 1150R11 【答案】（1）如图。 （2） (3) ①b 报警器安全 ②c 开始报警 【点评】本题考查由热敏电阻控制的报警系统的原理、电路和调试，已经器材的选择等，难度：较难。 9.（2017 年）23．（10 分） 某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡 L（额定电压 3.8 V，额定电流 0.32 A）；电压 表○V （量程 3 V，内阻 3 kΩ）；电流表○A （量程 0.5 A，内阻 0.5 Ω）；固定电阻 R0（阻值 1 000 Ω）；滑动变阻 器 R（阻值 0~9.0 Ω）；电源 E（电动势 5 V，内阻不计）；开关 S；导线若干。 （1）实验要求能够实现在 0~3.8 V 的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图。 （2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图（a）所示。 由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻_________（填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率 2R12 __________（填“增大”“不变”或“减小”）。 （3）用另一电源 E0（电动势 4 V，内阻 1.00 Ω）和题给器材连接成图（b）所示的电路，调节滑动变阻 器 R 的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关 S，在 R 的变化范围内，小灯泡的最小功率为 ____________W，最大功率为___________W。（结果均保留 2 位小数） 【解析】（1）根据实验要求能够实现在 0~3.8 V 的范围内对小灯泡的电压进行测量，电路中滑动变阻器 要接成分压电路，见下图。 （2） 小灯泡伏安特性曲线的割线的斜率的倒数表示电阻，因为斜率 随着电流的增加减小，所以， 随着电流的增加小灯泡的电阻增大。灯丝的电阻率也增大。 在小灯泡的伏安特性曲线中分别作出电源电动势为 4.0V，内阻分别为 1.00 和 10 （把滑动变阻器最大电 阻看做内阻）的电源的 I-U 图象，两个焦点分别为： 最小功率 最大功率 【答案】23.（1） （2）增大 增大 k Ω Ω WW 39.022.075.1 =× WW 17.132.07.3 =×13 （3）0.39 1.17 10.（2018 年全国 1 卷）23.（10 分）某实验小组利用如图（a）所示的电路探究在 25℃~80℃范围内某热敏 电阻的温度特性，所用器材有：置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻 RT，其标称值（25℃时的阻值） 为 900.0 Ω：电源 E（6V，内阻可忽略）：电压表 （量程 150 mV）：定值电阻 R0（阻值 20.0 Ω），滑动 变阻器 R1（最大阻值为 1 000 Ω）：电阻箱 R2（阻值范围 0-999.9 Ω）：单刀开关 S1，单刀双掷开关 S2。 实验时，先按图（a）连接好电路，再将温控室的温度 t 升至 80.0℃，将 S2 与 1 端接通，闭合 S1，调节 R1 的滑片位置，使电压表读数为某一值 U0：保持 R1 的滑片位置不变，将 R2 置于最大值，将 S2 与 2 端 接通，调节 R2，使电压表读数仍为 U0：断开 S1，记下此时 R2 的读数，逐步降低温控室的温度 t，得到 相应温度下 R2 的阻值，直至温度降到 25.0°C，实验得到的 R2-t 数据见下表。 t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 回答下列问题： （1）在闭合 S1 前，图（a）中 R1 的滑片应移动到 （填“a”或“b”）端； （2）在图（b）的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出 R2-t 曲线：14 （3）由图（b）可得到 R1，在 25℃-80°C 范围内的温度特性，当 t=44.0℃时，可得 R1= Ω； （4）将 Rt 握于手心，手心温度下 R2 的相应读数如图（c）所示，该读数为 Ω，则手心温度为 ℃。 【解析】电流要从小逐渐增大，所以，电阻要逐渐减小，初始位置在电阻最大处，即 b。 【答案】23．（10 分）（1）b （2）如图所示 （3）450 （4）620.0 33.0 11. 2019 年高考全国 1 卷第 23 题．（10 分） 某同学要将一量程为 250μA 的微安表改装为量程为 20 mA 的电流表。该同学测得微安表内阻为 1 200 Ω， 经计算后将一阻值为 R 的电阻与微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图（a）所示电路对 改装后的电表进行检测（虚线框内是改装后的电表）。 （1）根据图（a）和题给条件，将（b）中的实物连接。 （2）当标准毫安表的示数为 16.0 mA 时，微安表的指针位置如图（c）所示，由此可以推测出改装的 电表量程不是预期值，而是 。（填正确答案标号） A．18 mA A．21 mA C．25mA D．28 mA15 （3）产生上述问题的原因可能是 。（填正确答案标号） A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于 1 200 Ω B．微安表内阻测量错误，实际内阻小于 1 200 Ω C．R 值计算错误，接入的电阻偏小 D．R 值计算错误，接入的电阻偏大 （4）要达到预期目的，无论测得的内阻值是都正确，都不必重新测量，只需要将阻值为 R 的电阻换为 一个阻值为 kR 的电阻即可，其中 k= 。 【答案】23．（1）连线如图所示 （2）C （3）AC （4） 【解析】（2）微安表的指针指160Ma, ,解得 (3)因为扩大量程是按内阻等于 1 200 Ω 算的，如果实际内阻大于 1 200 Ω，则量程大于 20mA. R 值计算错误，接入的电阻偏小，量程也会大于 20mA. (3)计算并联的电阻方法如下： ，其中 n 为扩大量程的倍数。要扩大至 20mA， ,并联的电阻为 要扩大至 25mA， ,并联的电阻为 ，所以要把量程为 25 mA 的电流表改完 20 mA 的电流表，并联的电阻由 R2 改为 R1，只需要将阻 99 79 m 0.16 250 160 I = mAI m 25= 1−= n RR G 8010250 1020 6- 3 1 =× ×= − n 791 gRR = 10010250 1025 6- 3 2 =× ×= − n 992 gRR =16 值为 R 的电阻换为一个阻值为 kR 的电阻即可，其中 k= 。 79 99