2022年高考物理冲破高分瓶颈考前必破：破（25）电学实验猜押练（解析版）

2020年高考物理冲破高分瓶颈考前必破破（25）电学实验猜押练（解析版）【真题引领】1.（2019·全国卷I·T23）某同学要将一量程为250μA的微安表改装为量程为20mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1200Ω,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)中的实物连线。(2)当标准毫安表的示数为16.0mA时,微安表的指针位置如图(c)所示,由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值,而是　　　。(填正确答案标号) A.18mAB.21mAC.25mAD.28mA(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1200ΩB.微安表内阻测量错误,实际内阻小于1200ΩC.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否正确,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】(1)见解析图　(2)C　(3)A、C　(4)9979解析:(1)电流表改装时,微安表应与定值电阻R并联接入虚线框内,则实物电路连接如图所示: (2)由标准毫安表的示数与微安表的指针位置可知,改装后的电流表量程被扩大的倍数n=16mA160×10-3mA=100倍,则当微安表表盘达到满偏时,改装的电表量程为:250×10-3mA×100=25mA,故选项C正确。(3)根据IgRg=(I-Ig)R,可得:I=1+RgRIg,改装后的量程偏大的原因可能是原微安表内阻测量值偏小,即电表实际内阻Rg真实值大于1200Ω,故选项A正确,B错误;改装后的量程偏大的原因还可能是定值电阻R的计算有误,计算值偏大,实际接入定值电阻R阻值偏小,故选项C正确,D错误。(4)由于接入电阻R时,改装后的表实际量程为25mA,故满足IgRg=(25-Ig)R;要想达到预期目的,即将微安表改装为量程为20mA的电流表,应满足IgRg=(20-Ig)kR,其中Ig=250μA=0.25mA,联立解得:k=9979。2.(2019·全国卷Ⅱ·T23)某小组利用图(a)所示的电路,研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系,图中V1和V2为理想电压表;R为滑动变阻器,R0为定值电阻(阻值100Ω);S为开关,E为电源。实验中二极管置于控温炉内,控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图(b)是该小组在恒定电流为50.0μA时得到的某硅二极管U-I关系曲线。回答下列问题:(1)实验中,为保证流过二极管的电流为50.0μA,应调节滑动变阻器R,使电压表V1的示数为U1=　　　mV;根据图(b)可知,当控温炉内的温度t升高时,硅二极管正向电阻　　　　(选填“变大”或“变小”),电压表V1示数　　　　(选填“增大”或“减小”),此时应将R的滑片向　　　　(选填“A”或“B”)端移动,以使V1示数仍为U1。 (2)由图(b)可以看出U与t成线性关系,硅二极管可以作为测温传感器,该硅二极管的测温灵敏度为|ΔUΔt|=　　　　×10-3V/℃(保留2位有效数字)。  【答案】(1)5.00　变小　增大　B　(2)2.8解析:(1)U1=IR0=50×10-6×100V=5.00×10-3V=5.00mV;由于R=UI,I不变,据图(b)可知,当t升高时,正向电压U减小,故R变小;由于R变小,总电阻减小,电流增大;R0两端电压增大,即V1表示数变大;只有增大电阻才能使电流减小,故滑动变阻器滑片向右调节,即向B端调节。(2)由图(b)可得图线的斜率|ΔUΔt|=0.44−0.3080−30V/℃=2.8×10-3V/℃。3.(2019·全国卷Ⅲ·T23)某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准,要求改装后欧姆表的15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度。可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14kΩ),滑动变阻器R1(最大阻值1500Ω),滑动变阻器R2(最大阻值500Ω),电阻箱(0~99999.9Ω),干电池(E=1.5V,r=1.5Ω),红、黑表笔和导线若干。(1)欧姆表设计。将图甲中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后,滑动变阻器R接入电路的电阻应为　　　Ω,滑动变阻器选　　　(选填“R1”或“R2”)。 (2)刻度欧姆表表盘。通过计算,对整个表盘进行电阻刻度,如图乙所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75,则a、b处的电阻刻度分别为　　　、　　　。  (3)校准。红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向　　　kΩ处;将红、黑表笔与电阻箱连接,记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值,完成校准数据测量。若校准某刻度时,电阻箱旋钮位置如图丙所示,则电阻箱接入的阻值为　　　　Ω。 【答案】(1)实物图见解析　900　R1　(2)45　5(3)0　35000.0解析:(1)实物连线如图所示。根据欧姆表的改装原理,由短接时的欧姆定律和中值电阻的意义可得出R0+R+98.5Ω+r=15kΩ,代入数据可求得R=900Ω,为了电路安全,应选择R1。(2)由欧姆表表盘的刻度原理可知Rx=E(1I-1Ig),代入具体数据。当I=25μA时,求得Rx=45kΩ;当I=75μA时,求得Rx=5kΩ。故a、b处的电阻刻度分别为45、5。(3)校准时,应将红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向0kΩ处。由图丙可知,电阻箱接入的阻值为3×10kΩ+5×1kΩ+0×100Ω+0×10Ω+0×1Ω+0×0.1Ω=35000.0Ω。【高考猜押】4．请读出以下测量仪器的示数，其中游标卡尺读数为________cm，螺旋测微器读数为________mm，多用电表挡位为直流电压挡50V时读数为________V，若用欧姆表×100挡时的读数为________Ω。 【答案】1.140　4.715　30　1000解析　根据游标卡尺读数规则，游标卡尺主尺读数为1.1cm，游标尺第8个刻度线与主尺刻度线对齐，20分度游标尺精度为0.05mm，游标尺读数为8×0.05mm＝0.40mm，测量值为1.1cm＋0.40mm＝1.140cm。根据螺旋测微器读数规则，读数为4.5mm＋0.215mm＝4.715mm。多用电表挡位为直流电压挡时，按照中间的刻度盘刻度读数，为30.0V；若用欧姆表×100挡时读数为10×100Ω＝1000Ω。5．(2017·长沙模拟)某实验小组用如图甲所示的电路来测量定值电阻R0的阻值及电源的电动势和内阻。(1)根据图甲电路，将图乙所示的实物图连线补充完整。(2)实验时用U1、U2、I分别表示电表V1、V2、A的读数，定值电阻R0的计算表达式是：R0＝________(用测得的物理量表示)，若实验中的所有操作和数据处理无错误，实验中测得R0的值________(填“大于”、“等于”“小于”)实际值。(3)将滑动变阻器的滑片P移动到不同位置时，记录了U1、U2、I的一系列值。实验小组在同一坐标上分别作出U1—I、U2—I图线，则所作的图线斜率绝对值较小的是________图线(填“U1—I”或“U2—I”)。若用该图线来求电源电动势E和内阻r，且电表V2的内阻极大，则引起系统误差的主要原因是________。【答案】(1)如图　(2)　大于　(3)U1－I　电压表V1分流 解析　(2)定值电阻R0两端电压为U＝U1－U2，由欧姆定律可得定值电阻R0计算表达式为：R0＝。由于电压表的分流，定值电阻中的实际电流大于电流表读数，所以测量值大于真实值。(3)U1－I图线为电源的伏安特性曲线，其斜率绝对值表示电源内阻；U2－I图线为把定值电阻视为电源内阻一部分的等效电源的伏安特性曲线，其斜率绝对值表示电源内阻与定值电阻之和；所以所作图线斜率绝对值较小的是U1－I图线。若用该图线来求电源的电动势和内阻，则引起实验系统误差的主要原因是电压表V1分流。6．(2017·天津)某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1＝1.0kΩ，电阻R1＝9.0kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0＝3.0Ω的电阻。①按图示电路进行连接后，发现aa′、bb′和cc′三条导线中，混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的，将电建S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、b′间电压，读数不为零，再测量a、a′间电压，若读数不为零，则一定是________导线断开：若读数为零，则一定是________导线断开。②排除故障后，该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如右图。由I1－I2图象得到电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。【答案】①aa′　bb′　②1.41(1.36～1.44均可)　0.5(0.4～0.6均可解析　①用电压挡检测电路故障，电压表的表头是电流计，原电路有断路，回路中无电流，将电压表接在ab′间后有示数，说明电路被接通，即ab′间有断路故障，再测量aa′间电压，电压表读数不为零，说明断路故障的范围被缩小到aa′间，则一定是aa′导线断开；若读数为零，则说明电路仍未被接通，断路故障的范围被确定在bb′间。②根据闭合电路的欧姆定律：E＝I1(R1＋r1)＋(I1＋I2)(R0＋r)，I1≪I2，上式可简化为E＝I1(R1＋r1)＋I2(R0＋r)，读出两点坐标：(60,0.12)和(260,0.05)，代入方程解得：电动势E＝1.41V，内阻r＝0.5Ω。 7．实验室中有一块量程较小的电流表G，其内阻约为100Ω，满偏电流为100μA，将它改装成量程为1mA、5mA的双量程电流表，现有器材如下：A．滑动变阻器R1，最大阻值50Ω；B．滑动变阻器R2，最大阻值50kΩ；C．电阻箱R′，最大阻值9999Ω；D．电池E1，电动势3.0V；E．电池E2，电动势4.5V；(所有电池内阻均不计)F．单刀单掷开关S1和S2，单刀双掷开关S3，及导线若干。(1)采用如图甲所示电路测量电流表G的内阻，为提高测量精确度，选用的滑动变阻器为________，选用的电池为________(均填写器材前的字母序号)；采用此种方法电流表G内阻的测量值________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。(2)如果在步骤(1)中测得电流表G的内阻为90Ω，将电流表G改装成双量程电流表，设计电路如图乙所示，则在此电路中，R1＝________Ω，R2＝________Ω。【答案】(1)B　E　小于　(2)2　88．(2017·济宁一模)某同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E、内阻r和电阻R1的阻值。实验器材有：待测电源(电动势为E，内阻为r)；待测电阻R1；电压表V(量程1.5V，内阻很大)；电阻箱R(0～99.99Ω)；开关S1；单刀双掷开关S2；导线若干。(1)先测量电阻R1的阻值，请将该同学的操作补充完整。 ①闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数R0和对应的电压表示数U1②保持电阻箱示数不变，将S2切换到b读出电压表的示数U2③则电阻R1表达式为R1＝________。(2)该同学已经测得电阻R1＝4.95Ω，继续测量电源电动势E和内阻r做法是：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图乙所示的－图线，则电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。(保留三位有效数字)【答案】(1)R0　(2)1.43V；1.05Ω解析　(1)根据欧姆定律，电阻箱的电流I＝，R1的电压为U2－U1，所以可求：R1＝＝R0；(2)根据闭合电路的欧姆定律：E＝U＋(R1＋r)，整理得＝＋，所以图象与纵轴的截距＝，可得电动势E＝1.43V，斜率k＝，可求内阻r＝1.05Ω。9．某同学测量直流恒流源的输出电流I0和定值电阻Rx的阻值，电路如图1所示。实验器材如下：直流恒流源(电源输出的直流电流I0保持不变，I0约为0.8A)；待测电阻Rx(阻值约为20Ω)滑动变阻器R(最大阻值约为50Ω)；电压表V(量程15V，内阻约为15kΩ)；电流表A(量程0.6A，内阻约为0.2Ω)；请回答下列问题。(1)实验所用器材如图2所示，图中部分电路已经连接好，请完成实验电路的连接。 (2)电路开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应滑动到________处(选填“a”、“b”)，其理由是________；(3)所得实验数据如下表，请在图3所示的直角坐标系上画出U－I图象。12345电流表的示数I/A0.200.300.400.500.60电压表的示数U/V13.912.110.27.606.1(4)根据所画U－I图象，可求得直流恒流源输出电流I0＝________A，待测电阻的阻值Rx＝________Ω。(结果保留两位有效数字)【答案】(1)如图。(2)a　开关S闭合后，流过电流表的电流不会超过电流表的量程(4)0.87A～0.92A　19Ω～22Ω解析　(1)连线如图(2)电路开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应滑动到a处，其理由是开关S闭合后，流过电流表的电流不会超过电流表的量程；(3)图象如图 (4)由图象可知，当U＝0时电流表示数即为恒流源电流I＝0.90A；当I＝0时，此时电流都通过Rx，则IRx＝18.0V，解得Rx＝20Ω。10．用伏安法测定电源的电动势和内阻，提供的实验器材有：A．待测电源(电动势约18V，内阻约2Ω)B．电压表(内阻约几十kΩ，量程为6V)C．电流表(内阻约为0.3Ω，量程为3A)D．滑动变阻器(0～50Ω，3A)E．电阻箱(最大阻值999999Ω)F．开关G．导线若干(1)为完成实验，该同学将量程为6V的电压表扩大量程，需测定电压表的内阻，该同学设计了图所示的甲、乙两个电路，经过思考，该同学选择了甲电路，该同学放弃乙电路的理由是：________________________。(2)该同学按照图甲连接好电路，进行了如下几步操作：①将滑动变阻器触头滑到最左端，把电阻箱的阻值调到零；②闭合开关，缓慢调节滑动变阻器的触头，使电压表指针指到6.0V；③保持滑动变阻器触头不动，调节电阻箱的阻值，当电压表的示数为2.0V时，电阻箱的阻值如图丙所示，示数为________Ω：④保持电阻箱的阻值不变，使电阻箱和电压表串联，改装成新的电压表，改装后电压表的量程为________V。 (3)将此电压表(表盘未换)与电流表连成如图丁所示的电路，测电源的电动势和内阻，调节滑动变阻器的触头，读出电压表和电流表示数，作出的U－I图象如图戊所示，则电源的电动势为________V，内阻为________Ω。【答案】(1)电路中的电流太小，电流表无法准确测量(2)50452　18(3)17.4　1.60(结果保留三位有效数字)　11．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3.8V，额定电流0.32A)；电压表V(量程3V，内阻3kΩ)；电流表A(量程0.5A，内阻0.5Ω)；固定电阻R0(阻值1000Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0Ω)；电源E(电动势5V，内阻不计)；开关S；导线若干。(1)实验要求能够实现在0～3.8V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________(填“增大”“不变”或“减小”)。(3)用另一电源E0(电动势4V，内阻1.00Ω)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。(结果均保留两位小数)【答案】(1)(2)增大；增大；(3)0.39W　1.17W解析　(1)要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，故滑动变阻器用分压式接法，小灯泡为小电阻，电流表用外接法，如图(2)由I－U图象知，切线的斜率在减小，故灯泡的电阻随电流的增大而增大，再由电阻定律R＝ρ知，电阻率增大；(3)当滑动变阻器的阻值为9Ω时，电路电流最小，灯泡实际功率最小，此时E＝U＋I(r＋R)得U＝4－10I，在图中作出该直线如图所示交点坐标约为U＝1.75V，I＝225mA，P1＝UI＝0.39W；设滑动变阻器的阻值为R时，灯泡功率最大。E＝U＋I(r＋R)整理得：I＝－U＋。当直线的斜率最大时，与灯泡的I－U 曲线的交点坐标最大，即灯泡消耗的功率最大。当滑动变阻器电阻值R＝0时，灯泡消耗的功率最大，此时交点坐标为U＝3.67V，I＝0.32A，如图所示，最大的功率为P3＝UI＝1.17W。