专题09 电学实验-2021年高考北京市高三下学期4月一模物理试题汇编（解析版）

2021 年高考北京市高三下学期 4 月一模物理试题汇编 专题 09 电学实验 1、（2021·北京市房山区高三下学期 4 月一模）某实验小组利用一捆长度为 L=100m 铜芯导线测量铜的电阻 率，实验如下: ( 1）用螺旋测微器测铜芯线的铜芯直径示数如图 13 所示，铜芯的直径 D 为_____________mm； (2)为多测几组数据，要求电压能从零开始连续调节，请用笔画线代替导线，在图 14 中将未完成的实物 电路补充连接好； (3）在方框内画出符合（2）问要求的实验电路图； (4）正确连接实物电路后，闭合开关，调节滑动变阻器，测得的电流为 I，电压为 U，铜芯的直径为 D。 请用以上物理量写出铜的电阻率表达式ρ=________________； (5）实验小组通过查阅教材发现本实验测得的电阻率明显偏大，造成偏大的可能原因是 A．电流表测得的电流大于通过铜芯导线的电流﹐ B．实验时铜芯导线的温度过高 C．用螺旋测微器测得导线的铜芯直径偏大 D．选用的铜芯导线太长 【答案】（1）1.395±0.003mm（2 分）；（2）见图（2 分）；（3）电路图（1 分）；（4） 2 4 U D IL  （2 分）；（5） BC（2 分）。 【解析】（1）铜芯的直径 D=1mm+39.6×0.01mm=1.396mm； （2）因为要求电压能从零开始连续调节，说明电源采用分压式供电，铜导线的电阻属于小电阻，故采 用电流表外接法的测量电路，连接好的电路如图所示； （3）电路图如图所示； （4）根据电阻的决定式：R=ρ L S ，所以电阻率ρ= RS L = 2 4 U D IL  ； （5）由表达式可知，电流表测得的电流大于通过铜芯导线的电流时，计算得出的电阻率会偏小，选项 A 错误；实验时铜芯导线的温度过高，由于金属电阻会随温度的升高而增大，电阻变大了，则电阻率的结 果也会偏大，选项 B 正确；用螺旋测微器测得导线的铜芯直径偏大，即 D 较大，由表达式可知，电阻率的 计算值也会偏大，选项 C 正确；选用的铜芯导线太长，即 L 较大，则计算得出的电阻率会偏小，选项 D 错 误。 2、（2021·北京市西城区高三下学期 4 月一模）某同学通过实验测量一个电阻的阻值。 （1）他先用多用电表对该电阻进行了初步测量。 他用电阻×1 挡进行测量，指针位置如图 1 所示，则该电阻的阻值约为_________Ω。 图 1 （2）在（1）基础上，他想用电压表和电流表更精确地测量这个电阻的阻值。 他找来如下器材： 电流表：量程 0~0.6A，内阻约 0.1Ω； 电压表：量程 0~3V，内阻约 3 kΩ； 滑动变阻器：最大阻值 15Ω，额定电流 1.0 A； 电源：电动势 3V，内阻约 0.5Ω； 开关一个，导线若干。 ①为了减小实验误差，电流表和电压表的连接方法应该选用图 2 中的______（选填“甲”或“乙”），采用 这种方式测量的结果与真实值相比偏______（选填“大”或“小”）。 A Rx V 甲 图 2 A Rx V 乙 ②他在相关实验手册中，看到图 3 所示的两种滑动变阻器的连接方式，他选择了其中一种，经过实验 他得到下表中的数据。 甲 图 3 Rx R 乙 Rx R 电压 U/V 0.10 0.40 0.60 1.00 1.20 1.50 1.70 2.00 电流 I/A 0.02 0.08 0.12 0.19 0.25 0.31 0.34 0.40 由数据可知，他选择的滑动变阻器的连接方式是图 3 中的______（选填“甲”或“乙”）。你的判断依据是： _________________________________________________________________________________________。 【答案】（1）5（2 分）；（2）①甲（2 分）；小（1 分）；②乙（2 分）；层级 1：乙图是分压电路，采用 分压电路 Rx 的电压可以从 0 开始变化。表中的数据 U 的最小值是 0.10V，比较小，所以一定是采用了乙图。 （1 分） 层级 2：若采用甲图，Rx 的电压的最小值约为 0.75Vx x U R E R R r      ；若采用乙图，Rx 的电压可以 从 0 开始变化。表中的数据 U 的最小值是 0.10V，所以一定是采用了乙图。（2 分） 【解析】（1）多用电表的读数为“5”，故它的电阻大小为 5×1Ω=5Ω； （2）①由于被测电阻是小电阻，故采用电流表外接的方法，即甲图；而甲图中的电流表测量值偏大， 所以由 R= U I 得到的电阻值偏小； ②由表格中的数据可知，当电压表的示数为 0.10V 时，电路中的电流为 0.02A，而如果采用甲电路，则 电路中电流的最小值为 I= 3 5 15 0.5 E V Rx R r        ≈0.15A，不满足要求，所以他选择的连接方式是 乙。 3、（2021·北京市丰台区高三下学期 4 月一模）在“测量金属丝的电阻率”实验中，金属丝的电阻约为 5Ω； （1）用螺旋测微器测量金属丝直径，示数如图所示，则 d＝_________mm； （2）实验中能提供的器材有开关、若干导线及下列器材： 电压表（量程 0~3V，内阻约 3kΩ；量程 0~15V，内阻约 15k92） 电流表（量程 0~0.6A，内阻约 0.1Ω；量程 0~3A 内阻约 0.02Ω） 滑动变阻器（0~5Ω） 电源（电动势为 3V） 甲同学为了使金属丝两端电压调节范围更大，并使测量结果尽量准确，应选用下图所示的哪个电路进 行实验________________； A B C D （3）实验时电压表量程应选________，电流表量程应选________； （4）乙同学利用如图所示的电路进行实验时想到：向左移动滑片，滑动变阻器两端的电压 U 和流过它 的电流 I 均发生变化，请你判断此过程 U I   的值________（选填“增大”、“减小”或者“不变”），理由是 _________________。 【答案】（12 分）（1）0.184（读数范围 0.183－0.185）；（2）A；（3）0~3V，0~0.6A；（4）不变；理由： 由闭合电路欧姆定律可知，U＝E－(RA＋R 井＋r)I，故 U-I 图像为倾斜直线，斜率 k＝RA＋R 井＋r， U I   的值 等于斜率大小，所以 U I   的值不变。 【解析】（1）示数 d＝0+18.4×0.01mm=0.184mm；（2）实验中，为了使金属丝两端电压调节范围更大， 应选用分压式电路供电，故选项 CD 错误；为了使测量结果尽量准确，金属丝的小电阻，故应该采用电流表 外接的方法测量，选项 A 正确，B 错误； （3）由于电源的电动势约为 3V，故电压表的量程选择 0~3V；而电阻约为 5Ω，电路中的电流不会超 过 0.6A，故电流表的量程选择 0~0.6A；（4）因为滑动变阻器的两端电压为 U＝E－(RA＋R 井＋r)I，所以△ U=（ E－(RA＋R 井＋r)I1）-（ E－(RA＋R 井＋r)I2）=(RA＋R 井＋r)×△I，故 U I   =(RA＋R 井＋r)，其大小是不 变的。 4、（2021·北京市朝阳区高三下学期 4 月一模）（1）通过实验测量某金属丝的电阻率。 ①用螺旋测微器测量金属丝的直径，测量示数如图 1 所示，可得金属丝直径的测量值 d = mm。 ②将该金属丝绕在陶瓷管上，电阻值约为 25Ω。除了开关、若干导线之外还提供了如表 1 所示的器材： 器材名称 规格 电压表 量程 0~3V（内阻约为 3kΩ） 0~15V（内阻约为 15kΩ） 电流表 量程 0~0.6A（内阻约为 0.1Ω） 0~3A（内阻约为 0.02Ω） 滑动变阻器 总电阻为 10Ω 直流电源 电动势 6V 和 12V 图 1 图 2 表 1 为较准确测量该金属丝的阻值，某同学用所给器材组成实验电路，如图 2 所示。图中某个器材的连接 有不当之处，该器材是 ，理由是 。 ③若测得金属丝的长度为 L，直径为 d，电阻为 R，则金属丝的电阻率ρ= 。 （2）家庭装修时需要根据用电功率的不同选择相应粗细的导线，表 2 是不同横截面积的铜导线常温下 允许的负载电流范围。小明家正在装修，配备电器如表 3 所示，请你帮助他在安全、经济的原则下选择粗 细合适的总干路导线，其序号为 ，写出选择依据： 。 【答案】（10 分）（1） ①0.346~0.349（2 分）；②滑动变阻器；无法实现调节且易发生短路（2 分）；③ L Rdρ 4 π 2  （2 分）；（2F；依据 U PI  及家庭电路电压可得干路电流约为 50A（4 分）。 【解析】（1）①金属丝直径的测量值 d =0+34.8×0.01mm=0.348mm；②由于题中所给的滑动变阻器的电 阻是 10Ω，而金属丝的电阻约为 25Ω，故电路需要采用分压式供电，应将变阻器的最大电阻先接到两端， 所以连接错误的器材是滑动变阻器；③因为 R=ρ L S ，故金属丝的电阻率ρ= 2( )2 RS R d L L   ，即 L Rdρ 4 π 2  ； （2）由表 3 可知，小明家所有用电器的总功率 P=10150W，则总电流为 I=10150W 220V =46.1A；故选用 F 做为总干路导线，如果选用 G 能满足电流的要求，但是不能满足经济的原则了。 5、（2021·北京市石景山区高三下学期 4 月一模）用多用电表测量一电阻的阻值。当选择开关置于倍率为 表 2 表 3 “×100”的欧姆挡时，表盘指针位置如图 1 所示，则被测电阻的阻值为_______。若待测电阻的阻值约为 200，则选择开关应调到电阻挡的______（选填“×1”、“×10”、“×100”或“×1k”）位置。 表笔 图 1 图 2 （2）电流表改装成欧姆表的电路如图 2 所示，两表笔直接相连时，指针指在表盘刻度“5”上；两表 笔之间接有 1200 Ω 的电阻时，指针指在刻度“1”上。则刻度“3”应标注的电阻值为_______。 【答案】（6 分）（1）1500（2 分）×10（2 分）；（2）200（2 分）； 【解析】（1）多用电表的读数是 15，而倍率是“×100”，故被测电阻的阻值为 1500；若待测电阻的 阻值约为 200，要让指针仍指在表盘的中央附近“20”的位置，则选择开关应调到电阻挡的“×10”； （2）两表笔直接相连时，指针指在表盘刻度“5”上，则 E=I×R 内；两表笔之间接有 1200 Ω 的电阻时， 指针指在刻度“1”上，则 E= 1 5 I×（R 内+1200）；若两表笔之间接有 Rx 的电阻时，指针指在刻度“3”上， 则 E= 3 5 I×（R 内+Rx）；联立以上三式，解之得 Rx=200。 6、（2021·北京市东城区高三下学期 4 月一模）灵敏电流计（俗称“表头”）的结构如图 1 所示，线圈由长而 细的铜丝绕制而成，当电流通过接柱流入线圈时，线圈会在均匀辐向磁场中转动，从线圈的偏转角度就能 判断电流的大小。灵敏电流计的优点是灵敏度高，但是允许通过的电流很弱，如希望用它测量较大的电流 值，就要进行电表的改装。 （1）当电流流过灵敏电流计的线圈时，线圈因受到 力的作用而转动。 （2）如图 2 所示，为将内阻为 200Ω，满偏电流为 2mA 的表头改装成量程为 0.1A 的电流表，应给表头 并联一个定值电阻 R1，R1 的阻值为 Ω。（结果保留两位有效数字） （3）某同学查阅资料了解到制作定值电阻的材料是锰铜或镍铬合金，而制作表头线圈的材料是铜，对 比材料的电阻率随温度变化的数据得知，图 2 中表头的阻值 Rg 随温度升高而增大，而 R1 几乎不随温度变化。 他认为电流表这样直接改装会因环境温度变化的影响对测量带来较大的误差。为了探究大量程电流表的结 构，他打开了双量程安培表的后盖观察内部电路，发现其表头是与一个电阻 R0 串联后才一起接入电路的， 如图 3 所示，经查阅资料发现这是一个温度补偿电阻。 a．为保持在一定温度区间内精准测量的要求，这个温度补偿电阻的阻值随温度变化的特点应为：随温 度升高电阻的阻值 （选填“增大”、“减小”或“不变”） b．若将用图 2 方法改装且已完成刻度盘重新标度的电流表，放到更高温度的环境下使用，会造成测量 结果偏大还是偏小？请分析说明。 【答案】（9 分）（1）安培；（2）4.1；（3）a．减小；b．设在不同温度下两次测量同一电流 I，则流过 表头的电流 1 1 =g g RI IR R ，当温度升高后，Rg 变大而 R1 不变，因此 Ig 变小；而改装表的读数正比于流过 表头的电流 Ig，因此测量值小于真实值。 【解析】（1）当电流流过灵敏电流计的线圈时，线圈因受到安培力的作用而转动； （2）根据并联的规律可知，IgRg=(I-Ig)R1，故电阻 R1=4.1Ω； （3）a．温度补偿电阻的作用是补偿表头的阻值 Rg 随温度升高而增大设置的，故它需要与表头的的化 相反，即温度升高时电阻的阻值减小； b．设在不同温度下两次测量同一电流 I，则流过表头的电流 1 1 =g g RI IR R ，当温度升高后，Rg 变大而 R1 不变，因此 Ig 变小；而改装表的读数正比于流过表头的电流 Ig，因此测量值小于真实值。 7、（2021·北京市通州区高三下学期 4 月一模）某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数关 系”的实验。 （1）下列实验器材必须要用的有___________（选填字母代号） A.干电池组 B.学生电源 C.多用电表 D.直流电压表 E.滑动电阻器 F.条形磁铁 G.可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈） （2）下列说法正确的是___________（选填字母代号） A.为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数 B.要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数 C.测量电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量 D.变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈 （3）该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中 n1、n2 分别为原、副线圈的匝数，U1、U2 分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是：___________。 实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 1600 400 12.1 2.90 2 800 400 10.2 4.95 3 400 200 11.9 5.92 【答案】（1）BCG；（2）BC；（3） 1 1 2 2 U n U n  。 【解析】（1）在探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验中，需要用交流电源，故干电池、直流 电压表都不能用，需要用学生电源、多用电表，和可拆式变压器，滑动变阻器是改变电流的，因为学生电 源可以改变原线圈的电压，所以也可以不用它，条形磁铁也没有什么用途，故选项 BCG 是必须要用到的； （2）为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，这样得到的电压才会较小，才可能安 全，选项 A 错误； 要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，选项 B 正确； 测量电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，选项 C 也是正确的； 变压器开始正常工作后，铁芯不导电，是导磁的，从而把电能由原线圈输送到副线圈，选项 D 错误。 （3）通过对比数据发现，在误差允许的范围内，原副匝数比等于原副线圈的电压之比，即 1 1 2 2 U n U n  。 8、（2021·北京市通州区高三下学期 4 月一模）关于“测电源的电动势和内阻”实验，某研究性学习小组的 同学用如图 1 所示的电路，测量两节干电池串联而成的电池组的电动势 E 和内电阻 r。实验室提供的器材如 下：待测电池、电压表、电阻箱（阻值范围 0~999.9）、开关、导线。 （1）请根据图 1 所示的电路图，在图 2 中画出连线，将器材连接成实验电路_________。 （2）开始做实验时，先把变阻箱阻值调到最大，再接通开关，然后逐次改变电阻箱接入电路的阻值 R， 读取与 R 对应的电压表的示数 U，并将相应的数据转化为坐标点描绘在 U‒ U R 图中。请将图 3、图 4 中电阻 箱和电压表所示的数据转化为坐标点描绘在图5所示的坐标系中（用“+”表示），并画出 UU R  图线_________。 （3）由 UU R  图线可得该电池组的电动势 E=___________V，内电阻 r =___________Ω。（均保留 3 位 有效数字） （4）若利用电流表、电压表来测量一节新的干电池的电动势和内电阻，要求尽量减小实验误差，图 6 中甲、乙两种连接方案应该选择哪一种，并说明理由：___________。 【答案】（1）如下图所示（2 分）；（2）如下图所示（2 分）；（3）2.80V～3.10V；1.30Ω～1.50Ω（4 分）； （4）选甲方案。因为电流表内阻的一节新干电池的内阻相差不多，会导致乙方案中电源内阻的测量值误差 较大。（2 分） 【解析】（1）根据电路图，一定要先连接电阻箱，使之与电源构成一个通路，然后再把电压表并联在 电阻箱两端即可； （2）电阻箱的读数为 6Ω，电压表的读数为 2.4V，故 U R =0.4A，将该点在图像中找出来，用直线把这 些点连接起来即可； （3）图线与 U 轴的交点即为该电池电动势的大小，其大小为 2.80V；图线的斜率大小即为电池的内电 阻，大小为 r= 2.80 1.0 1.35 0   =1.33Ω； （3）甲方案，因为电流表内阻的一节新干电池的内阻相差不多，会导致乙方案中电源内阻的测量值误 差较大。 9、（2021·北京市门头沟区高三下学期 4 月一模）利用电流传感器研究电容器的放电过程的电路如图所示， 其中电源电动势 8VE  。先使开关 S 与 1 相连，电容器充电结束后把开关 S 掷向 2，电容器通过电阻箱 R 放电。传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流 I 随时间 t 变化的曲线如图所示。 （1）实验中电阻箱的示数如图所示，其阻值 R=__________Ω。 2st  时，电容器的 a 极板带__________ 电（选填“正”或“负”）。 （2）图中画出了对应较短时间 t 的狭长矩形，该矩形面积的物理意义__________，是估算该电容器的 电容 C=__________F。 （3）一同学在深入研究的过程中发现：当改变一个或几个物理量时，I—t 图像会发生有规律的变化， 图中的虚线示意了 4 种可能的变化情形。如果只增大电阻 R，I—t 图像的变化应该是选项__________（填写 相应选项的字母）；如果只增大电容 C，I—t 图像的变化应该是选项__________（填写相应选项的字母）。 A B C D 【答案】(1)3360（2 分）；正电（1 分）；(3)电容器在△t 时间内的放电量（1 分）； 4 44.2 10 ~ 4.6 10   （42～46 格，应该是 45 格）（2 分）；（3）A（1 分）；D（2 分）。 【解析】（1）电阻箱的读数为 3360Ω；由最右边的图示可知， 2st  时，电容器仍然在放电，故它的上 极板带的是正电；因为充电时其上极板与电源的正极相连； （2）该矩形面积的物理意义是电容器在△t 时间内的放电量；由图线与时间轴所围成的面积可以计算 出电容器所放出的电荷量的大小，再与其两极板的最大电压相除即可；而其两端的最大电压就是电动势 8V； 数出格数为 45，不足半个的不算；而一个小格的电荷量是△q=0.2mA×0.4s=8×10-5C，所以电容器所带 的最大电荷量 Q=45×8×10-5C；故电容器的电容 C= 545 8 10 8 Q C U V   =4.5×10-4F； （3）如果只增大电阻 R，则电容器的最大电压是不变的，根据 I=U/R 得，放电时的最大电流减小，而 图线的面积是电荷量的大小，电荷量不变，即面积不变，故放电时间会变长一些，选项 A 正确；如果只增 大电容 C，则电容器充满电时的电荷量会增大，放电时的最大放电电流不变，面积变大，故选项 D 正确。