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專題能力訓練15　電學實驗 (時間:45分鐘　滿分:100分) 1.(14分)(1)圖甲是多用電表的簡化電路圖,作為電壓表使用時,選擇開關(guān)應接　　　　; 甲 作為歐姆表使用時,選擇開關(guān)應接　　　　(均選填“1”“2”或“3”)。使用多用電表時,電流一定從　　　　(選填“A”或“B”)端流入多用電表。 (2)利用多用電表和電阻箱測量一電源的電動勢和內(nèi)阻的電路如圖乙。調(diào)節(jié)電阻箱,記錄多組電阻箱示數(shù)R和多用電表示數(shù)I,作出R-的圖線如圖丙所示。由圖丙可求得電動勢E=　　　　V,內(nèi)阻r=　　　　Ω。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字) 如果忽略偶然誤差,本實驗測得的E測、r測與真實值比較:E測　　　　E真,r測　　　　r真。(均選填“<”“=”或“>”) 乙 丙 2.(16分)某同學利用下列器材測量兩節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻。 A.待測干電池兩節(jié) B.電壓表V1、V2,量程均為0~3 V,內(nèi)阻很大 C.定值電阻R0(阻值未知) D.電阻箱R E.導線和開關(guān) (1)根據(jù)如圖甲所示的實物連接圖,在圖乙方框中畫出相應的電路圖; 甲 乙 (2)實驗之前,需要利用該電路測出定值電阻R0。先把電阻箱R調(diào)到某一阻值R1,再閉合開關(guān),讀出電壓表V1和V2的示數(shù)分別為U10、U20,則R0=　　　　　　　　(用U10、U20、R1表示)。 (3)若測得R0=1.2 Ω,多次調(diào)節(jié)電阻箱R,讀出相應電壓表V1和V2的多組數(shù)據(jù)U1、U2,描繪出U1-U2圖象如圖丙所示,則兩節(jié)干電池的總電動勢E=　　　　V,總內(nèi)阻r=　　　　Ω。 丙 3.(16分) 甲 理想電壓表的內(nèi)阻無窮大,而實際電壓表并非如此,現(xiàn)要測量一個量程為0~3 V、內(nèi)阻約為3 kΩ的電壓表的阻值,實驗室備有以下器材: A.待測電壓表V1:量程為0~3 V,內(nèi)阻約為3 kΩ B.電壓表V2:量程為0~6 V,內(nèi)阻約為6 kΩ C.滑動變阻器R1:最大阻值20 Ω,額定電流1 A D.定值電阻R0 E.電源:電動勢6 V,內(nèi)阻約1 Ω F.開關(guān)一個、導線若干 (1)利用以上器材設(shè)計如圖甲所示測量電路,請你按圖甲所示電路將圖乙中的實驗儀器連接起來。 乙 丙 (2)請寫出按該電路測量電壓表V1內(nèi)阻RV的表達式:　　　　　　　　　。 (3)在正確連接電路后,閉合開關(guān)S,不斷調(diào)節(jié)滑動變阻器R1的滑片位置,記錄多組電壓表V1、V2示數(shù),作出U2-U1圖線如圖丙所示。若R0=1 480 Ω,由圖線上的數(shù)據(jù)可得RV=　　　　 Ω。 4.(16分)某物理實驗興趣小組探究測定某品牌礦泉水的電阻率,用一兩端開口的玻璃管通過密封塞封住一定量的礦泉水,如圖丁所示。 (1)某同學用如圖甲所示的游標卡尺的　　　(選填“A”“B”或“C”)部位去測玻璃管的內(nèi)徑,測出的讀數(shù)如圖乙,則玻璃管的內(nèi)徑d為　　　 cm。 甲 乙 (2)該同學用多用電表的電阻擋測量玻璃管中礦泉水的電阻,選擇開關(guān)置于“100”擋,發(fā)現(xiàn)指針如圖丙所示,則該同學接著需要做的實驗步驟:①換選　　　(選填“10”或“1 k”)擋;②　。 丙 丁 (3)該組同學按圖丁連好電路后,調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,從最右端向左端移動的整個過程中,發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)但幾乎不變,不可能的原因是　　　。 A.滑動變阻器阻值太小 B.電路中5、6之間斷路 C.電路中7、8之間斷路 戊 (4)該組同學在改進實驗后,測出玻璃管中有水部分的長度為l,電壓表示數(shù)為U,電流表示數(shù)為I,改變玻璃管中的水量,測出多組數(shù)據(jù),并描繪出相應的圖象如圖戊所示,若圖線的斜率為k,則礦泉水的電阻率ρ=　　　　　　　　(用題中字母表示)。 5.(16分)(2016全國卷Ⅰ)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng),要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃ 時,系統(tǒng)報警。提供的器材有:熱敏電阻,報警器(內(nèi)阻很小,流過的電流超過Ic時就會報警),電阻箱(最大阻值為999.9 Ω),直流電源(輸出電壓為U,內(nèi)阻不計),滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω),滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω),單刀雙擲開關(guān)一個,導線若干。 在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V,Ic約為10 mA;流過報警器的電流超過20 mA時,報警器可能損壞;該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,在60 ℃時阻值為650.0 Ω。 (1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。 (2)電路中應選用滑動變阻器　　　　(選填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng): ①電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值,根據(jù)實驗要求,這一阻值為　　　 Ω;滑動變阻器的滑片應置于　　　　(選填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是　。 ②將開關(guān)向　　　(選填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至　。 (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變,將開關(guān)向另一端閉合,報警系統(tǒng)即可正常使用。 6.(22分)要測繪一個標有“3 V　0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線,燈泡兩端的電壓需要由0逐漸增大到3 V,并便于操作。已選用的器材有: 電池組(電動勢4.5 V,內(nèi)阻約1 Ω); 電流表(量程為0~250 mA,內(nèi)阻約5 Ω); 電壓表(量程為0~3 V,內(nèi)阻約3 kΩ); 開關(guān)一個、導線若干。 (1)實驗中所用的滑動變阻器應選　　　　(填字母代號)。 A.滑動變阻器(最大阻值20 Ω,額定電流1 A) B.滑動變阻器(最大阻值1 750 Ω,額定電流0.3 A) (2)實驗的電路圖應選用　　　　(填字母代號)。 (3)實驗得到的小燈泡的伏安特性曲線如圖甲所示?，F(xiàn)將兩個這樣的小燈泡并聯(lián)后再與一個2 Ω的定值電阻R串聯(lián),接在電動勢為1.5 V、內(nèi)阻為1 Ω的電源兩端,如圖乙所示。每個小燈泡消耗的功率是　　　　 W。 答案： 1.答案 (1)3　2　A (2)2.9(2.8~3.0)　1.2(1.1~1.3)　=　> 解析 (1)由題圖甲可知,作為電壓表使用時,選擇開關(guān)應接位置3;作為歐姆表使用時,選擇開關(guān)應接2,內(nèi)部電源被接通,可測量電阻;使用時,電流一定從紅表筆流入,即從A端流入。 (2)根據(jù)閉合電路歐姆定律,E=IR+Ir,則R=1IE-r,可知圖線斜率表示電動勢,在縱軸上截距的絕對值表示內(nèi)阻,則E=k=(6+1.2)Ω2.5A-1=2.9 V,r=1.2 Ω。將多用電表的內(nèi)阻等效到電源的內(nèi)部,則測量的內(nèi)阻等于電源的實際內(nèi)阻與多用電表的內(nèi)阻之和,所以內(nèi)阻測量值偏大。當電阻箱阻值無窮大時,電流表分壓可以忽略,故本實驗中電動勢的測量準確。 2.答案 (1)見解析圖　(2)U20-U10U10R1 (3)3.0　2.4 解析 (1)根據(jù)實物圖可知,電壓表V1與R并聯(lián)后與R0串聯(lián)接在電源兩端,電壓表V2并聯(lián)在電源兩端,故電路圖如圖所示。 (2)根據(jù)串、并聯(lián)電路規(guī)律可知,R0兩端的電壓為U0=U20-U10,電路中電流為I=U10R1;根據(jù)歐姆定律可得R0=U20-U10U10R1。 (3)根據(jù)閉合電路歐姆定律可知U2=E-U2-U1R0r, 變形可得U1=U2(r+R0)r-ER0r 由題圖丙可知,當U1=0時,U2=1.0 V,代入上式則有r+R0r=ER0r 又圖象的斜率為k=r+R0r=1.5 聯(lián)立解得E=3.0 V,r=2.4 Ω。 3.答案 (1)如圖所示　(2)RV=U1U2-U1R0 (3)2 960 解析 本題考查并聯(lián)電路特點及歐姆定律,意在考查學生由實驗目的確定實驗原理完成實驗的能力。 由并聯(lián)電路兩端電壓相等可知,定值電阻R0兩端的電壓為U0=U2-U1,由歐姆定律可知,通過定值電阻的電流為I0=U0R0=IV1,因此電壓表V1的內(nèi)阻RV=U1IV1,解以上三式得RV=U1U2-U1R0,將其變形得到U2=1+R0RVU1,由圖象斜率k=1.5=1+R0RV?RV=2 960 Ω。 4.答案 (1)A　2.120 (2)①1 k　②歐姆調(diào)零 (3)B (4)πd24k 解析 (1)游標卡尺的A位置是測量圓筒內(nèi)徑的,故用A部位去測玻璃管的內(nèi)徑;通過讀游標卡尺得玻璃管的內(nèi)徑d為21 mm+100.02 mm=21.20 mm=2.120 cm。 (2)由于歐姆表的指針偏轉(zhuǎn)較小,說明被測電阻較大,故需要換成更大擋位,即“1 k”擋;換了擋位后,再測電阻時還需要調(diào)零。 (3)由于電壓表的示數(shù)幾乎不變,即仍有一定的示數(shù),而將5、6之間斷開時,電路中就沒有了電流,電壓表的示數(shù)為零,故它是不可能的,選項B正確。 (4)由公式可知礦泉水的電阻率ρ=RSl=UIπd22l,因為k=lUI,則ρ=πd24k。 5.答案 (1)如圖所示 (2)R2 (3)①650.0　b　接通電源后,流過報警器的電流會超過20 mA,報警器可能損壞　②c　報警器開始報警 解析 (1)先用電阻箱替代熱敏電阻,連接成閉合回路進行調(diào)試。電路圖連接如答案所示。 (2)當電路中電流Ic=10 mA時,根據(jù)閉合電路歐姆定律有Ic=UR總,解得R總=1 800 Ω,此時熱敏電阻的阻值為650 Ω,則滑動變阻器的阻值為1 150 Ω,所以滑動變阻器選R2。 (3)①當熱敏電阻阻值小于650 Ω時,報警器就會報警,用電阻箱替代熱敏電阻進行調(diào)節(jié),應把電阻箱的阻值調(diào)到650 Ω。若接通電源后電路中的電流過大(超過20 mA),報警器就會損壞,電流越小越安全,所以為了電路安全,閉合開關(guān)前滑片應置于b端。 ②用電阻箱替代熱敏電阻進行調(diào)試,應將開關(guān)向c端閉合,開關(guān)閉合后要減小電路中的電阻直至報警器報警。 6.答案 (1)A　(2)B　(3)0.09 解析 本題考查測繪小燈泡的伏安特性曲線實驗,意在考查學生對該實驗的掌握情況。 (1)由題意可知,本實驗選擇的是分壓電路,因此滑動變阻器選擇的是A。 (2)因為小燈泡的電阻RL=U2P=15 Ω,和電流表電阻相近,故應采用電流表外接法,因此應選用B電路。 (3)設(shè)小燈泡的電流為I,電壓為U,由U=E-2I(R+r),代入數(shù)據(jù)得U=1.5-6I(V),作出小燈泡在題圖乙電路中的電流—電壓關(guān)系圖線與小燈泡的伏安特性曲線的交點,由此交點即可讀出此時通過小燈泡的電流以及小燈泡兩端的電壓。由P=UI可得此時燈泡的功率。