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(課標(biāo)版)高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題限時(shí)訓(xùn)練14 電學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新(含解析)-人教版高三全冊(cè)物理試題

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1、專題限時(shí)訓(xùn)練14 電學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新 時(shí)間:45分鐘 1.一根均勻的細(xì)長空心金屬圓管,其橫截面如圖甲所示,長度為L,電阻R約為5 Ω,這種金屬的電阻率為ρ,因管線內(nèi)徑太小無法直接測(cè)量,某同學(xué)設(shè)計(jì)下列實(shí)驗(yàn)方案盡可能精確地測(cè)定它的內(nèi)徑d. (1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬管線外徑D,圖乙為螺旋測(cè)微器校零時(shí)的示數(shù),用該螺旋測(cè)微器測(cè)量的管線外徑讀數(shù)為5.200 mm,則所測(cè)金屬管線外徑D=5.167 mm. (2)為測(cè)量金屬管線的電阻R,取兩節(jié)干電池(內(nèi)阻不計(jì))、開關(guān)和若干導(dǎo)線及下列器材: A.電流表(0~0.6 A,內(nèi)阻約0.05 Ω); B.電流表(0~3 A,內(nèi)阻約0.01 Ω); C.

2、電壓表(0~3 V,內(nèi)阻約10 kΩ); D.電壓表(0~15 V,內(nèi)阻約50 kΩ); E.滑動(dòng)變阻器(0~10 Ω,額定電流為0.6 A); F.滑動(dòng)變阻器(0~100 Ω,額定電流為0.3 A). 為準(zhǔn)確測(cè)出金屬管線阻值,電流表應(yīng)選A,電壓表應(yīng)選C,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選E.(均填器材前的字母) (3)如下圖所示,請(qǐng)按實(shí)驗(yàn)要求將實(shí)物圖中的連線補(bǔ)充完整. 答案:如下圖所示. (4)根據(jù)已知的物理量(長度L、電阻率ρ)和實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的物理量(電壓表讀數(shù)U、電流表讀數(shù)I、金屬管線外徑D),則金屬管線內(nèi)徑表達(dá)式為d=. 解析:(1)螺旋測(cè)微器校零時(shí)的示數(shù)為3.3×0.01 mm=0

3、.033 mm;螺旋測(cè)微器測(cè)量的管線外徑讀數(shù)為5.200 mm,則所測(cè)金屬管線外徑D=5.200 mm-0.033 mm=5.167 mm. (2)兩節(jié)新的干電池電動(dòng)勢(shì)為3 V,因此電壓表選擇3 V的量程,即C;因?yàn)殡娐分凶畲箅娏鞔蠹s為Im== A=0.6 A,為了測(cè)量精確,電流表應(yīng)選擇A;滑動(dòng)變阻器采用限流式接法,因?yàn)榇郎y(cè)電阻較小,所以滑動(dòng)變阻器選擇E. (3)由于待測(cè)電阻屬于小電阻,所以電流表采用外接法,滑動(dòng)變阻器采用限流式接法. (4)該實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量空心金屬管線的內(nèi)徑,通過伏安法測(cè)出電阻的大小,結(jié)合電阻定律求出橫截面積,從而根據(jù)外徑求出內(nèi)徑的大小,根據(jù)歐姆定律得R=,而R=ρ,則S

4、=,因?yàn)镾=π2-π2,解得d=. 2.如圖甲為多用電表的電路原理圖.已知選用的電流表內(nèi)阻Rg=10 Ω、滿偏電流Ig=10 mA,當(dāng)選擇開關(guān)接3時(shí)為量程250 V的電壓表.該多用電表表盤如圖乙所示,下排刻度均勻,C為上排刻度線的中間刻度,由于粗心,上排刻度線對(duì)應(yīng)數(shù)值沒有標(biāo)出. (1)若指針指在圖乙所示位置,選擇開關(guān)接1時(shí)其讀數(shù)為6.9_mA;選擇開關(guān)接3時(shí)其讀數(shù)為173_V(171~175_V均可). (2)為了測(cè)該多用電表歐姆擋的電阻和表內(nèi)電源的電動(dòng)勢(shì),某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室找到了一個(gè)電阻箱,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn): ①將選擇開關(guān)接2,紅黑表筆短接,調(diào)節(jié)R1的阻值使電表指針滿偏; ②將多

5、用電表紅黑表筆與電阻箱相連,調(diào)節(jié)電阻箱使多用電表指針指在C處,此時(shí)電阻箱如圖丙所示,則C處刻度應(yīng)為150_Ω. ③計(jì)算得到多用電表內(nèi)電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5 V.(保留2位有效數(shù)字) 解析:(1)選擇開關(guān)接1時(shí)測(cè)電流,其分度值為0.2 mA,示數(shù)為6.9 mA;選擇開關(guān)接3時(shí)測(cè)電壓,其分度值為5 V,其示數(shù)為173 V; (2)②由題圖丙所示電阻箱可知,電阻箱示數(shù)為0×1 000 Ω+1×100 Ω+5×10 Ω+0×1 Ω=150 Ω;③由題圖乙所示可知,指針指在C處時(shí),電流表示數(shù)為5 mA=0.005 A,C處電阻為中值電阻,則電表內(nèi)阻為150 Ω,電源電動(dòng)勢(shì)E=I(R+R內(nèi))=0.00

6、5×(150+150) V=1.5 V. 3.(2019·全國卷Ⅱ)某小組利用圖(a)所示的電路,研究硅二極管在恒定電流條件下的正向電壓U與溫度t的關(guān)系,圖中和為理想電壓表;R為滑動(dòng)變阻器,R0為定值電阻(阻值100 Ω);S為開關(guān),E為電源.實(shí)驗(yàn)中二極管置于控溫爐內(nèi),控溫爐內(nèi)的溫度t由溫度計(jì)(圖中未畫出)測(cè)出.圖(b)是該小組在恒定電流為50.0 μA時(shí)得到的某硅二極管U-t關(guān)系曲線.回答下列問題: (1)實(shí)驗(yàn)中,為保證流過二極管的電流為50.0 μA,應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R,使電壓表的示數(shù)為U1=5.00 mV;根據(jù)圖(b)可知,當(dāng)控溫爐內(nèi)的溫度t升高時(shí),硅二極管正向電阻變小(填“

7、變大”或“變小”),電壓表示數(shù)增大(填“增大”或“減小”),此時(shí)應(yīng)將R的滑片向B(填“A”或“B”)端移動(dòng),以使示數(shù)仍為U1. (2)由圖(b)可以看出U與t成線性關(guān)系.硅二極管可以作為測(cè)溫傳感器,該硅二極管的測(cè)溫靈敏度為=2.8×10-3 V/℃(保留2位有效數(shù)字). 解析:(1)實(shí)驗(yàn)中硅二極管與定值電阻R0串聯(lián),由歐姆定律可知,定值電阻兩端電壓U1=IR0=50.0 μA×100 Ω=5.00 mV;由圖(b)可知,當(dāng)控溫爐內(nèi)溫度升高時(shí),硅二極管兩端電壓減小,又圖(b)對(duì)應(yīng)的電流恒為50.0 μA,可知硅二極管的正向電阻變小,由“串反”規(guī)律可知,定值電阻R0兩端電壓增大,即電壓表示數(shù)增

8、大,應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值以減小電路中的電流,從而使電壓表示數(shù)保持不變,故應(yīng)將R的滑片向B端移動(dòng).(2)由圖(b)可知||= V/℃=2.8×10-3 V/℃. 4.某實(shí)驗(yàn)小組用如圖甲所示的電路圖來測(cè)量電流表(量程2 mA,內(nèi)阻約為200 Ω)的內(nèi)阻,除待測(cè)電流表、1.5 V的電源、開關(guān)和導(dǎo)線外,還有下列可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材: A.定值電阻R1 B.定值電阻R2 C.滑動(dòng)變阻器R3(最大阻值為20 Ω) D.滑動(dòng)變阻器R4(最大阻值為1 000 Ω) E.電阻箱Rx(最大阻值為999.9 Ω) F.靈敏電流計(jì)G(內(nèi)阻很小可忽略) (1)為確保安全,精準(zhǔn)實(shí)驗(yàn).滑動(dòng)變阻器

9、應(yīng)選用__C__ (填寫器材前對(duì)應(yīng)的字母). (2)用筆畫線代替導(dǎo)線,將實(shí)物圖乙連接成實(shí)驗(yàn)電路圖. 答案:見解析圖 (3)在閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于b(選填“a”或“b”)端,然后閉合開關(guān)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片使待測(cè)表的示數(shù)適當(dāng)后再不移動(dòng)滑片,只調(diào)節(jié)Rx,發(fā)現(xiàn)當(dāng)Rx=400 Ω時(shí)靈敏電流計(jì)的示數(shù)正好為零;將電阻箱和待測(cè)電流表位置互換,其他不動(dòng),再次調(diào)節(jié)Rx′=100 Ω時(shí)靈敏電流計(jì)的示數(shù)又正好為零,由此可知待測(cè)電流表的內(nèi)阻為200 Ω. 解析:(1)由于電源電動(dòng)勢(shì)較小,而兩個(gè)滑動(dòng)變阻器都沒有給出額定電流可認(rèn)為兩個(gè)都是安全的,此時(shí)為便于調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器宜小不宜大,選C即可.

10、(2)實(shí)物圖如圖所示. (3)為確保電路安全,閉合開關(guān)前滑片應(yīng)置于b端,讓分壓電路的電壓最?。?dāng)Rx=400 Ω時(shí)電流計(jì)的示數(shù)正好為零,表明=;將電阻箱和待測(cè)電流表位置互換,電流計(jì)的示數(shù)又正好為零時(shí)有=,于是有RA=,代入數(shù)據(jù)得RA=200 Ω. 5.某實(shí)驗(yàn)小組要測(cè)定一銘牌上只有額定電壓為10 V、而其他字跡不清楚的直流電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的機(jī)械效率,現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室提供的器材有電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器(阻值較小)、備用電池若干節(jié),開關(guān)、若干導(dǎo)線、固定電池的電池盒、細(xì)線、重物. (1)小組成員設(shè)計(jì)如圖甲、乙兩個(gè)測(cè)量電路,其中比較合理的是乙圖(選填“甲”或“乙”). (2)根據(jù)選取的電

11、路圖完善下面丙圖中用電動(dòng)機(jī)提升重物的實(shí)物電路連接. 答案:見解析 (3)閉合電鍵前應(yīng)將丙圖中的滑動(dòng)變阻器的滑片移到最右端(選填“左”或“右”).閉合電鍵后移動(dòng)滑動(dòng)變阻器,使電壓表和電流表都有明顯的示數(shù),但電動(dòng)機(jī)并未轉(zhuǎn)動(dòng),讀出此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)分別為2 V、1 A.繼續(xù)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,將電壓表的示數(shù)調(diào)為10 V,這時(shí)電流表的示數(shù)為0.4 A.此時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為3.68 W,若重物重為8 N,則重物上升的速度大小為0.46 m/s. 解析:(1)乙電路能夠使得電動(dòng)機(jī)得到從零開始連續(xù)可調(diào)的電壓,便于調(diào)節(jié)到在電壓較低的情況下電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)的電壓表和電流表的值,便于測(cè)出電動(dòng)機(jī)線圈的電阻,故選乙圖較好. (2)根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖,如圖所示, (3)為了使閉合電鍵時(shí)滑動(dòng)變阻器的輸出電壓為零,應(yīng)將丙圖中的滑動(dòng)變阻器的滑片移到最右端. 根據(jù)歐姆定律可得:電動(dòng)機(jī)線圈的內(nèi)阻:r== Ω=2 Ω. 加額定電壓時(shí),電動(dòng)機(jī)的輸出功率即機(jī)械功率: P機(jī)=U2I2-Ir=10×0.4 W-(0.4)2×2 W=3.68 W. 若重物的重力為8 N,由瞬時(shí)功率公式:P機(jī)=mgv 可得重物上升的速度為v== m/s=0.46 m/s.

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