2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)提升練23 電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)提升練23 電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 1.(xx·滁州模擬)有一根圓臺(tái)狀勻質(zhì)合金棒如圖7-3-12甲所示,某同學(xué)猜測(cè)其電阻的大小與該合金棒的電阻率ρ、長(zhǎng)度L和兩底面直徑d、D有關(guān).他進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn): 甲 圖7-3-12 (1)測(cè)量該合金棒電阻的實(shí)物電路如圖7-3-12乙所示(相關(guān)器材的參數(shù)已在圖中標(biāo)出),該合金棒的電阻約為幾歐姆.圖中有一處連接不當(dāng)?shù)膶?dǎo)線是________(用標(biāo)注在導(dǎo)線旁的數(shù)學(xué)表示). 乙 圖7-3-12 (2)改正電路后,通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得合金棒的電阻R=5.72 Ω.根據(jù)電阻定律計(jì)算電阻率為ρ、長(zhǎng)為L(zhǎng)、直徑分別為d和D的圓臺(tái)狀合金棒的電
2、阻分別為Rd=13.3 Ω、RD=3.38 Ω.他發(fā)現(xiàn):在誤差允許范圍內(nèi),電阻R滿足R2=Rd·RD,由此推斷該圓臺(tái)狀合金棒的電阻R=________. 【解析】 (1)合金棒的電阻為幾歐,所以<,應(yīng)外接,故⑥連接不當(dāng) (2)Rd= RD= R== 【答案】 (1)⑥ (2) 2.欲測(cè)量一個(gè)電流表的內(nèi)阻,根據(jù)以下要求來選擇器材并設(shè)計(jì)電路: a.無論怎樣調(diào)節(jié)變阻器,電流表都不會(huì)超量程; b.有盡可能高的測(cè)量精度,并能測(cè)得多組數(shù)據(jù). 現(xiàn)備有如下器材: A.待測(cè)電流表A1(量程3 mA,內(nèi)阻約為50 Ω) B.電壓表V(量程3 V,內(nèi)阻未知) C.電流表A2(量程15 mA,
3、內(nèi)阻為10 Ω) D.保護(hù)電阻R=120 Ω E.直流電源E(電動(dòng)勢(shì)2 V,內(nèi)阻忽略不計(jì)) F.滑動(dòng)變阻器(總阻值10 Ω,額定電流0.5 A) G.開關(guān)一個(gè),導(dǎo)線若干 (1)在以上提供的器材中,除A、E、F、G以外,還應(yīng)選擇________、________(填字母代號(hào)). (2)請(qǐng)畫出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖. 【解析】 根據(jù)題中給出的備用器材,選擇內(nèi)阻已知的電流表A2作為電壓表,選擇保護(hù)電阻R與并聯(lián)的兩個(gè)電流表串聯(lián).由于電流表兩端電壓最大只有0.15 V,滑動(dòng)變阻器最大電阻只有10 Ω,所以選擇分壓電路,電路圖如圖所示. 【答案】 (1)C D (2)見解析 3.如圖7-3
4、-13甲所示的電路中,A、V均為理想電表,R0為阻值未知的定值電阻.改變滑動(dòng)變阻器R的阻值,將得到的A、V示數(shù)繪制成U-I圖線如圖7-3-13乙.圖象中U軸的初始坐標(biāo)為U0,I軸的初始坐標(biāo)為零;圖線與U軸的交點(diǎn)為U1,與I軸的交點(diǎn)為I1.實(shí)驗(yàn)中電流表的最大示數(shù)為Im.回答下列問題: 甲 乙 圖7-3-13 (1)電源的電動(dòng)勢(shì)E=__________,內(nèi)阻r=__________. (2)當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值R=__________,定值電阻R0消耗的功率最大,最大值為__________. (3)定值電阻的阻值為R0=__________. 【解析】
5、結(jié)合電路圖和閉合電路歐姆定律,U=E-Ir,在U-I圖象中,圖線與U軸的交點(diǎn)即為電動(dòng)勢(shì);圖線斜率的絕對(duì)值即為電源內(nèi)阻的大?。ㄖ惦娮鑂0消耗的功率P=I2R0,當(dāng)R=0時(shí),I最大,P最大為ImU1-I.根據(jù)閉合電路歐姆定律E=Im(r+R0),整理得R0=-. 【答案】 (1)U1 (2)0 ImU1-I (3)- 4.當(dāng)小燈泡發(fā)光時(shí)其燈絲的電阻會(huì)隨著發(fā)光亮度的變化而變化.某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象,按照自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖測(cè)量小燈泡的電流I和電壓U,得到如下表所示的數(shù)據(jù). I(A) 0.12 0.22 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49
6、 0.50 U(V) 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 (1)請(qǐng)你根據(jù)上表數(shù)據(jù)的特點(diǎn),在虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖.可用的器材有:電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器(0~10 Ω)、電源、小燈泡、開關(guān)和導(dǎo)線若干. (2)在圖7-3-14所示坐標(biāo)紙上畫出小燈泡的U-Ⅰ曲線,并定性分析燈絲的電阻與燈泡發(fā)光亮度的變化關(guān)系:_______________ (3)如果將上面實(shí)驗(yàn)中使用的小燈泡接在電動(dòng)勢(shì)為1.5 V、內(nèi)阻為2.0 Ω的電源兩端,利用上面的U-Ⅰ曲線可求出小燈泡的實(shí)際功率是________________W,電
7、源效率為________.(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) 圖7-3-14 【解析】 電壓取值范圍大,應(yīng)采用分壓式接法,燈絲電阻較小,采用電流表外接法.由圖象得燈絲電阻隨發(fā)光亮度的增加而增大.在U-Ⅰ圖象中作電動(dòng)勢(shì)為1.5 V、內(nèi)阻為2.0 Ω的伏安特性圖線,兩圖線交點(diǎn)為(0.35 A,0.8 V),故P=UI=0.8×0.35 W=0.28 W,η=×100%=53%. 【答案】 (1)如圖甲所示 (2)如圖乙所示 燈絲電阻隨發(fā)光亮度的增加而增大 (3)0.28 53% 甲 乙 5.某物理實(shí)驗(yàn)小組利用實(shí)驗(yàn)室提供的器材測(cè)量一待測(cè)電阻的阻值.可選用
8、的器材的代號(hào)和規(guī)格如下: 甲 圖7-3-15 電流表A1(量程250 mA,內(nèi)阻r1=5 Ω) 電流表A2(量程300 mA,內(nèi)阻r2約為5 Ω) 待測(cè)電阻Rx(阻值約為100 Ω) 滑動(dòng)變阻器R(最大阻值10 Ω) 蓄電池E(電動(dòng)勢(shì)為6 V,內(nèi)阻r約為1 Ω) 單刀單擲開關(guān)S,導(dǎo)線若干 (1)小組同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)器材所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖7-3-15甲所示,但兩只電流表的代號(hào)沒有明確.請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線,將圖乙中的實(shí)驗(yàn)器材按電路原理圖連成實(shí)驗(yàn)電路,并在電流表下方的虛線框內(nèi)標(biāo)明兩只電流表的代號(hào). 乙 圖7-3-15 (2)他們需要直接測(cè)量的物理量是_______
9、_,用所測(cè)物理量表示待測(cè)電阻的計(jì)算式為Rx=________. 【解析】 (1)題中沒給電壓表,而是給了兩只電流表,可將已知阻值的電流表A1作為電壓表使用,因此與Rx并聯(lián)的電流表為A1,右側(cè)的電流表為A2,實(shí)驗(yàn)器材連線如圖所示. (2)實(shí)驗(yàn)中讀出電流表A1的示數(shù)I1、電流表A2的示數(shù)I2,則電阻Rx兩端的電壓為U=I1r1,電流為I=I2-I1,所以Rx==. 【答案】 (1)見解析圖 (2)電流表A1的示數(shù)I1、電流表A2的示數(shù)I2 6.某實(shí)驗(yàn)小組要測(cè)量一個(gè)用電器L的額定功率(額定電壓為10 V、額定功率在12 W~15 W之間),測(cè)量電路的部分導(dǎo)線已經(jīng)接好(如圖7-3-16
10、所示),實(shí)驗(yàn)室有下列器材可供選用: 圖7-3-16 直流電源:E1(電動(dòng)勢(shì)為3 V,內(nèi)阻很小) E2(電動(dòng)勢(shì)為15 V,內(nèi)阻很小) 直流電流表:A1(量程0~0.6 A,內(nèi)阻約為0.5 Ω) A2(量程0~3 A,內(nèi)阻約為0.1 Ω) 直流電壓表:V(量程為3 V、內(nèi)阻為3 kΩ) 滑動(dòng)變阻器:R1(阻值范圍0~20 Ω) R2(阻值范圍0~200 Ω) 定值電阻:R3=3 kΩ、R4=9 kΩ、R5=25 kΩ 開關(guān)一個(gè),導(dǎo)線若干 為使測(cè)量盡可能準(zhǔn)確、方便,請(qǐng)回答: (1)電源應(yīng)該選擇________(填“E1”或“E2”); (2)電流表應(yīng)該選擇_
11、_______(填“A1”或“A2”); (3)滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選擇________(填“R1”或“R2”); (4)由于電壓表的量程不夠,要利用一個(gè)定值電阻進(jìn)行改裝.請(qǐng)選擇合適的定值電阻,在圖7-3-16中用筆畫線代替導(dǎo)線連接好測(cè)量電路的剩余部分. 【解析】 由于額定電壓為10 V,所以直流電源選擇電動(dòng)勢(shì)為15 V的E2.其額定電流為1.2 A~1.5 A,所以直流電流表選擇A2.根據(jù)已有的電路結(jié)合使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為精確的要求,采用限流電路,所以利用滑動(dòng)變阻器R1作為限流電阻.若要將電壓表改裝為量程更大的電壓表,需要與其串聯(lián)一個(gè)定值電阻,根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)知,若串聯(lián)R3,則量程為6 V,若串聯(lián)
12、R4,則量程為12 V,若串聯(lián)R5,則量程為28 V,因此串聯(lián)R4比較合適. 【答案】 (1)E2 (2)A2 (3)R1 (4)如圖所示 7.(xx·江西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)盟第二次聯(lián)考)某同學(xué)要測(cè)量一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.他根據(jù)老師提供的以下器材畫出了如圖7-3-17所示的原理圖. 圖7-3-17 A.電壓表V(15 V,10 kΩ) B.電流表G(量程3.0 mA,內(nèi)阻Rg為10 Ω) C.電流表A(量程0.6 A,內(nèi)阻約為0.5 Ω) D.滑動(dòng)變阻器R1(0~20 Ω,10 A) E.滑動(dòng)變阻器R2(0~100 Ω,1 A) F.定值電阻R3=990 Ω G.開關(guān)S
13、和導(dǎo)線若干 (1)該同學(xué)沒有選用電壓表是因?yàn)開_______; (2)該同學(xué)將電流表G與定值電阻R3串聯(lián),實(shí)際上是進(jìn)行了電表的改裝.則他改裝的電壓表對(duì)應(yīng)的量程是________V; (3)為了能準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量,同時(shí)為了操作方便,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用的滑動(dòng)變阻器是________(填寫器材前的字母編號(hào)); (4)該同學(xué)利用上述實(shí)驗(yàn)原理圖測(cè)得以下數(shù)據(jù),并根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪出了如圖7-3-18所示的圖線,根據(jù)圖線可求出干電池的電動(dòng)勢(shì)E=________V(保留3位有效數(shù)字).干電池的內(nèi)阻r=________Ω(保留2位有效數(shù)字). 圖7-3-18 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 電流
14、表G (I1/mA) 1.37 1.35 1.26 1.24 1.18 1.11 【解析】 (1)測(cè)量一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)大約在1.5 V左右,而電壓表的量程卻達(dá)到0到15 V,讀數(shù)不到刻度盤十分之一,無法準(zhǔn)確讀數(shù). (2)電流表G與定值電阻R3串聯(lián),串聯(lián)后的最大電壓Um=Im(R3+Rg)=3 V,所以改裝的電壓表量程是0~3 V. (3)由于電源電壓只有1.5 V左右,若選用滑動(dòng)變阻器R2(0~100 Ω,1 A),電流最小只會(huì)有=0.015 A遠(yuǎn)小于電流表量程,讀數(shù)不準(zhǔn)確,所以選擇較小的滑動(dòng)變阻器R1(0~20 Ω,10 A). (4)改裝后電壓表示數(shù)U=I1(R3+
15、Rg),根據(jù)路端電壓和電流的關(guān)系有1 000I1=E-I2r,圖象縱軸截距即為電動(dòng)勢(shì),所以電動(dòng)勢(shì)E=1.47 V,斜率即內(nèi)阻r=0.82 Ω. 【答案】 (1)量程太大 (2)0~3 V (3)D (4)1.47 0.82 8.某同學(xué)用如圖7-3-19甲所示的電路測(cè)量歐姆表的內(nèi)阻和電源電動(dòng)勢(shì)(把歐姆表看成一個(gè)電源),實(shí)驗(yàn)器材的規(guī)格如下: 電流表A1:200μA,300 Ω 電流表A2:30 mA,5 Ω 定值電阻R0:9700 Ω 滑動(dòng)變阻器R:0~50 Ω 甲 圖7-3-19 ①閉合開關(guān)S,移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭至某一位置,讀出電流表A1和A2的示數(shù)I1和I2.多次改
16、變滑動(dòng)觸頭的位置,得到的數(shù)據(jù)為 I1(μA) 120 125 130 135 140 145 I2/(mA) 20.0 16.7 13.2 10.0 6.7 3.3 乙 圖7-3-19 在圖7-3-19乙所示的坐標(biāo)紙上以I1為縱坐標(biāo)、I2為橫坐標(biāo),畫出所對(duì)應(yīng)的I1-I2曲線; ②利用所得曲線求得歐姆表內(nèi)電源的電動(dòng)勢(shì)E=__________V,歐姆表內(nèi)阻r=__________Ω; ③將該歐姆表兩個(gè)表筆短接,歐姆表的電流為I=______A. 【解析】 把R1和A1整體等效為一個(gè)電壓表,測(cè)量路端電壓.根據(jù)閉合電路歐姆定律,I1(R1+R0)=E-(I1+I(xiàn)2)r,即I1=-I2,結(jié)合圖象可以求得E=1.50 V.r=15.0 Ω.短路電流為0.1 A. 【答案】 ①如圖;②1.50(1.48~1.51);15.0(14.0~ 16.0);③0.1(0.09~0.11)
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