第12讲 电学实验中常考的4个问题1．[2022·山东卷，21(2)]在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝：Rx(阻值约为4Ω，额定电流约为0.5A)；电压表：V(量程3V，内阻约3kΩ)；电流表：A1(量程0.6A，内阻约为0.2Ω)； A2(量程3A，内阻约为0.05Ω)；电源：E1(电动势3V，内阻不计)； E2(电动势12V，内阻不计)；滑动变阻器：R(最大阻值约20Ω)；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线．①用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图5－12－1所示，读数为________mm.图5－12－1②若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选________、电源应选________(均填器材代号)，在虚线框内完成电路原理图)．解析 ①螺旋测微器主尺读数为1.5mm，螺旋刻度读数为27.3×0.01mm＝0.273mm，读数应为：1.5mm＋0.273mm＝1.773mm.②由于待测电阻Rx阻值约为4Ω，额定电流约为0.5A，故电流表选A1，电源选E1.答案 ①1.773(1.771～1.775均正确)②A1 E1 电路图如图所示．2．[2022·山东卷，21(2)]-6-\n霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展．如图5－12－2甲所示，在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在M、N间出现电压UH，这个现象称为霍尔效应，UH为霍尔电压，且满足UH＝k，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数．某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数．①若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图甲所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“＋”接线柱与________(填“M”或“N”)端通过导线连接．②已知薄片厚度d＝0.40mm，该同学保持磁感应强度B＝0.10T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如下表所示.I(×10－3A)3.06.09.012.015.018.0UH((×10－3V)1.11.93.44.56.26.8根据表中数据画出UH－I图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为________×10－3V·m·A－1·T－1(保留2位有效数字)．③图5－12－2该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图乙所示的测量电路．S1、S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片(未画出)．为使电流自Q端流入，P端流出，应将S1掷向________(填“a”或“b”)，S2掷向________(填“c”或“d”)．为了保证测量安全，该同学改进了测量电路，将一合适的定值电阻串接在电路中．在保持其他连接不变的情况下，该定值电阻应串接在相邻器件________和________(填器件代号)之间．解析 ①通过矩形半导体元件的电流由P向Q，故根据左手定则可知带正电粒子受到的洛伦兹力由N端指向M端，故带正电粒子向M端偏转，故M端聚积正电荷，M端电势高于N端，电压表的“＋”接线柱接M端；②由UH＝k可得霍尔系数k＝，由图象可得k′＝＝0.38V/A，故k＝1.5×10－3V·m·A－1·T－1；③为使电流自Q端流入，P端流出，应将S1掷向b，将S2掷向c；为保证电路安全，定值电阻应接在S1和E(或S2和E)之间．答案 ①M ②如图所示，1.5(或1.4或1.6)③b c S1 E(或S2 E)3．(2022·山东卷，22)实验室购买了一捆标称长度为100m的铜导线，某同学想通过实验测定其实际长度．该同学首先测得导线横截面积为1.0mm2，查得铜的电阻率为1.7×10－8Ω·m，再利用图5－12－3甲所示电路测出铜导线的电阻Rx，从而确定导线的实际长度．-6-\n图5－12－3可供使用的器材有：电流表：量程0.6A，内阻约0.2Ω；电压表：量程3V，内阻约9kΩ；滑动变阻器R1：最大阻值5Ω；滑动变阻器R2：最大阻值20Ω；定值电阻：R0＝3Ω；电源：电动势6V，内阻可不计；开关、导线若干．回答下列问题：(1)实验中滑动变阻器应选________(填“R1”或“R2”)，闭合开关S前应将滑片移至________端(填“a”或“b”)．(2)在实物图5－12－4中，已正确连接了部分导线，请根据图5－12－3甲电路完成剩余部分的连接．图5－12－4(3)调节滑动变阻器，当电流表的读数为0.50A时，电压表示数如图5－12－3乙所示，读数为________V.(4)导线实际长度为________m(保留2位有效数字)．解析 (1)由(3)中电流表的读数为0.50A时，电压表的读数为2.30V可知，Rx和R0的总阻值约为4.60欧姆，若选用滑动变阻器R1，电源电压为6V，电流表的量程只有0.6A，会把电流表烧坏，故滑动变阻器应该选R2.闭合开关前应将滑片移至a端保证连入电阻最大．(2)连线如图所示．(3)由于电压表量程0～3V，分度值为0.1V，故读数为2.30V(4)Rx的阻值为1.60欧姆，由R＝ρ可知，l＝＝m≈94m.答案 (1)R2 a (2)如图所示(3)2.30(2.29、2.31均正确) (4)94(93、95均正确)4．(2022·新课标全国卷Ⅱ·23)在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200-6-\nΩ，电压表○的内阻约为2kΩ，电流表○的内阻约为10Ω，测量电路中电流表的连接方式如图5－12－5(a)或(b)所示，结果由公式Rx＝计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数．若将图(a)和(b)中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则________(填“Rx1“或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1________(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2________(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值．图5－12－5解析 由于＝＝10，而＝＝20，可见>，应采用图(a)电路测量更准确，即Rx1更接近待测电阻的真实值；由于Rx1＝，其中R真＝，而U>UR，I＝IR，则Rx1>R真，即测量值Rx1大于真实值；又由于Rx2＝，R真＝，其中U＝UR，I>IR，则Rx2<R真，即测量值Rx2小于真实值．答案 Rx1 大于 小于5．(2022·新课标全国卷Ⅰ，23)图5－12－6利用如图5－12－6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(最大阻值为999.9Ω)，电阻R0(阻值为3.0Ω)，电阻R1(阻值为3.0Ω)，电流表○(量程为200mA，内阻为RA＝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和在纵轴上的截距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5－12－7(a)所示，读出数据，完成下表．答：①_________________________________________________，②________________________________________________.R/Ω1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.125①0.1000.0910.0840.077/A－16.998.00②10.011.011.913.0-6-\n图5－12－7(3)在图(b)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－1·Ω－1，截距b＝______A－1.(4)根据图线求得电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.解析 (1)因为RA＝6.0Ω，R1＝3.0Ω，所以IR1＝2IA，由闭合电路欧姆定律得：E＝IRA＋3I(R＋R0＋r)，所以＝R＋＝R＋(5.0＋r)(2)根据图(b)可知电流的读数为110mA＝0.110A所以＝9.09A－1.(3)根据描点，画出如图所示的图象，则斜率k＝＝1.0(A－1Ω－1)截距b＝6.0A－1(4)由(1)、(3)结合得：＝1.0，＝6.0，代入数据得：E＝3.0V，r＝1.0Ω.-6-\n答案 (1)＝R＋(2)0.110 9.09(3)见解析 1.0(或在0.96～1.04之间) 6.0(或在5.9～6.1之间)(4)3.0(或在2.7～3.3之间) 1.0(或在0.6～1.4之间)(1)分析近几年的高考，考查的方向基本不变，主要体现在基本仪器的使用、实验原理的理解、实验数据的分析以及实验的设计方面．(2)基本仪器的使用仍是今后高考中考查的热点，同时注重对实验操作过程的考查和创新设计实验的考查．-6-
