专题突破练15 电学实验(时间:45分钟 满分:100分)1.甲(18分)(2022全国Ⅰ卷)某实验小组利用如图甲所示的电路探究在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900.0Ω;电源E(6V,内阻可忽略);电压表(量程150mV);定值电阻R0(阻值20.0Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω);电阻箱R2(阻值范围0~999.9Ω);单刀开关S1,单刀双掷开关S2。实验时,先按图甲连接好电路,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,逐渐降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0℃,实验得到的R2-t数据见下表。t/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列问题:(1)在闭合S1前,图甲中R1的滑片应移动到 (选填“a”或“b”)端; (2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并做出R2-t曲线;7\n乙丙(3)由图乙可得到RT在25~80℃范围内的温度特性,当t=44.0℃时,可得RT= Ω; (4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图丙所示,该读数为 Ω,则手心温度为 ℃。 2.(20分)(2022辽宁丹东一模)在研究性课题的研究中,小刚、小聪和小明所在的小组收集了手机的电池以及从废旧收音机上拆下的电阻、电容、电感线圈等电子器件。现从这些材料中选取两个待测元件进行研究,一是电阻Rx(阻值约2kΩ),二是手机中常用的锂电池(电动势E的标称值为3.4V),在操作台上还准备了如下实验器材:A.电压表V(量程4V,内阻RV约10kΩ)B.电流表A1(量程100mA,内阻RA1约20Ω)C.电流表A2(量程2mA,内阻RA2约20Ω)D.滑动变阻器(0~10Ω,额定电流1A)E.电阻箱R0(0~999.9Ω)F.开关S一只、导线若干(1)小刚采用伏安法测定Rx的阻值,他使用的电池是待测的锂电池。电流表应选择 ,图甲是他连接的部分实验器材,请你用笔划线完成实物连接;他用电压表的读数除以电流表的读数作为Rx的测量值,则测量值 真实值(选填“大于”或“小于”); (2)小聪和小明设计了图乙所示的电路图测量锂电池的电动势E和内阻r。①小聪的实验操作是:闭合开关S。调整电阻箱的阻值为R1时,读出电压表的示数为U1;调整电阻箱的阻值为R2时,读出电压表的示数为U2。根据小聪测出的数据可求得该电池的电动势,其表达式为E= ; ②小明认为用线性图象处理数据更便于分析。他在实验中多次改变电阻箱阻值,获取了多组数据,画出的1U-1R图象为一条直线(见图丙)。由图丙可知该电池的电动势E= V、内阻r= Ω。(保留两位有效数字) 3.(20分)(2022宁夏银川一中一模)某同学要测量额定电压为3V的某圆柱体电阻R的电阻率ρ。(1)用游标卡尺测量其长度,如图所示,则其长度L= mm。 7\n(2)为精确测量R的阻值,该同学先用如图所示的指针式多用电表粗测其电阻。他将红黑表笔分别插入“+”“-”插孔中,将选择开关置于“×1”挡位置,然后将红、黑表笔短接调零,此后测阻值时发现指针偏转角度如图甲所示。试问:①为减小读数误差,该同学应将选择开关置于“ ”挡位置。 ②再将红、黑表笔短接,此时发现指针并未指到右边的“0Ω”处,如图乙所示,那么他该调节 直至指针指在“0Ω”处再继续实验,结果看到指针指在如图丙所示位置。 ③现要进一步精确测量其阻值,实验室提供了下列可选用的器材:A.灵敏电流计G(量程200μA,内阻300Ω)B.电流表A(量程0.6A,内阻约0.3Ω)C.电压表V1(量程3V,内阻约3kΩ)D.电压表V2(量程15V,内阻约5kΩ)E.滑动变阻器R1(最大阻值为10Ω)F.最大阻值为99.99Ω的电阻箱R2以及电源E(电动势4V,内阻可忽略)、开关、导线若干若为了提高测量精确度并且使电阻R两端电压调节范围尽可能大,除电源、开关、导线以外还应选择的最恰当器材(只需填器材前面的字母)有 。请画出你设计的电路图。 4.(20分)(2022湖南益阳4月调研)某实验小组要描绘小灯泡(2.5V 0.5W)的伏安特性曲线,实验室提供以下器材可供选择:A.直流电源3V(内阻不计)B.直流电流表0~300mA(内阻约为5Ω)C.直流电流表0~600mA(内阻约为1Ω)D.直流电压表0~3V(内阻约为3kΩ)E.滑动变阻器0~100Ω(允许通过的最大电流为0.5A)F.滑动变阻器0~10Ω(允许通过的最大电流为2A)G.导线和开关实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。(1)实验中电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 。(填器材前的字母标号) (2)图中已将可能用到的仪器画出,请根据实验要求,将图中各器材连接成完整的电路。7\n(3)根据实验数据,作出的小灯泡I-U图线如图所示。由此可知,当电压为1.5V时,小灯泡的灯丝电阻为 Ω(结果保留两位有效数字)。 (4)如果将该小灯泡直接与电动势为2V、内阻为10Ω的电池连接,此时小灯泡的功率为 W(结果保留两位有效数字)。 5.(22分)(2022陕西宝鸡二质检)某实验小组的同学在实验室发现了一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝,于是设计了如图甲所示的电路进行了实验探究,其中MN为电阻丝,R0是阻值为1.0Ω的定值电阻,实验中调节滑片P,记录电压表示数U,电流表示数I以及对应的PN长度x,绘制了U-I图线如图乙所示。(1)由图乙求得电池的电动势E= V,内阻r= Ω。 (2)实验中由于电表内阻的影响,电动势测量值 (选填“大于”“等于”或“小于”)其真实值。 (3)根据实验数据可绘出图象,如图丙所示。图象斜率为k,电阻丝横截面积为S,可求得电阻丝的电阻率ρ= ,电表内阻对电阻率的测量 (选填“有”或“没有”)影响。 7\n专题突破练15 电学实验1.答案(1)b(2)将(60.0,32.0)和(70.0,270.0)两个点画进图中并连出圆滑的R2-t曲线(3)450.0(4)620.0 33.0解析(1)滑片在b端可以使R1的阻值全部接进电路,保证安全。(2)描点后注意与已有曲线连接成一个完整的圆滑曲线。(3)从R2-t曲线中可读出t=44.0℃时R2=450.0Ω,所以RT=R2=450.0Ω(4)从R2-t曲线中找到纵坐标为620.0的点,其横坐标为33.0℃。2.答案(1)C(或A2) 实线连接图如图所示 大于(2)①E=U1U2(R1-R2)U2R1-U1R2 ②3.3 0.25解析(1)测量Rx的阻值时,滑动变阻器采取分压接法,由于待测电阻的阻值较大,电流表采取内接法,实物图如图所示;通过待测电阻的最大电流为Im=3.42000=1.7mA,故电流表选取C或A2;由于电流表采取内接法,用电压表的读数除以电流表的读数应该为待测电阻与电流表内阻的阻值之和,所以测量值大于真实值,完整的实物连接图如图所示:(2)①由闭合电路的欧姆定律可知:E=U1+U1R1r,E=U2+U2R2r,联立解得:E=U1U2(R1-R2)U2R1-U1R2;②由闭合电路的欧姆定律可知:E=U+URr,整理得1U=rE×1R+1E,故截距1E=0.3,解得E=103V=3.3V,斜率rE=0.6-0.34=340,解得r=0.25Ω。3.答案(1)70.15 (2)①×10 ②欧姆调零旋钮 ③ACEF 电路图如图所示7\n解析(1)游标卡尺的读数:①确定游标卡尺的种类:20分度,精确度为0.05mm;②读出主尺上的示数:70mm;③读出游标尺上第几条刻度线与主尺的刻度线对齐:第3条;④计算游标尺的示数:3×0.05=0.15mm;⑤计算游标卡尺的示数:把主尺示数与游标尺示数相加,即长度L=70.15mm。(2)①欧姆表的读数:欧姆表的指针在表盘中间附近时读数比较准确。选择开关置于“×1”挡位置,由图甲所示,可知所选挡位太小,为准确测量,应换大挡,把选择开关置于×10挡位置。②欧姆调零:换挡后指针并未指到右边的“0Ω”处,应重新进行欧姆调零,把红黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮进行欧姆调零,由图丙所示,可知待测电阻阻值约为150Ω。③仪器的选择:电阻额定电压是3V,电压表应选C(量程3.0V,内阻约3kΩ);通过待测电阻的最大电流约为I=UR=3150A=0.02A=20mA=20000μA,电流远小于电流表量程(0.6A),远大于灵敏电流计G量程(200μA),量程太大或太小,读数误差太大。因此可以用电阻箱F与灵敏电流计并联改装成量程为20mA的电流表;此外还需要滑动变阻器E,因此所需实验器材为A、C、E、F。②电路连接方式:要求电阻R两端电压调节范围尽可能大,且滑动变阻器最大阻值远小于待测电阻阻值,故滑动变阻器应采用分压接法;改装后的电流表(灵敏电流计与电阻箱并联)的内阻约为3Ω,可知R2>RA·RV,故电流表采用内接法。实验电路图如图所示。4.答案(1)B F(2)(3)8.6 (4)0.094解析(1)已知小灯泡的额定电压为2.5V,额定功率为0.5W,可知额定电流I=PU=0.52.5A=0.2A,为了保证电流表读数的准确性,所以选择B;实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化,并能进行多次测量,应该采用分压式接法,滑动变阻器选择最大阻值较小的,采用分压式能使小灯泡两端电压变化更加均匀,作出的图象更加准确,所以选择F。(2)根据实验要求,将图中各器材连接成完整的电路,如图所示。7\n(3)根据图线可知,当电压为1.5V时,电流为0.175A,根据欧姆定律可知小灯泡的内阻为1.50.175Ω≈8.6Ω。(4)如果将该小灯泡与电动势为2V,内阻为10Ω的电池连接,在小灯泡的I-U图中画出电池的I-U图线,如图所示,两图线的交点I=0.125A,U=0.75V,表示流过小灯泡的电流与小灯泡两端的电压,所以其功率P=UI≈0.094W。5.答案(1)1.49 0.45 (2)小于 (3)kS 没有解析(1)由闭合电路欧姆定律可知:U=E-I(r+R0),则可知,图乙中的图象与纵坐标间的交点表示电动势,故E=1.49V;图象的斜率表示r+R0,则r+R0=1.49-1.20.20Ω=1.45Ω,解得:r=1.45Ω-1.0Ω=0.45Ω。(2)由图示可知,伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法,由于电压表分流作用,电流表测量值偏小,当外电路短路时,电压表不再有分流作用,电流测量值等于真实值,电源的U-I图象如图所示,由图象可知,电动势测量值小于真实值,电源内阻测量值小于真实值。(3)根据欧姆定律可知,电阻R=UI=ρxS,则可知k=ρS,解得:ρ=kS,若考虑电表内阻,则可得关系式UI=ρxS+RA,图象的斜率不变,所以得出的电阻率没有影响。7
