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1、专题分层突破练18电学实验 1.(2020北京高三一模)同学们想测量由两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r,用电压表、电阻箱、开关、若干导线和待测电池组连成电路,如图甲所示。电路中用到的器材均完好无损。(1)检查电路时,他们发现在开关闭合前电压表示数不为零,这是由于导线(填写表示导线的字母)连接错误造成的。改正错误连接后再次闭合开关,他们发现电压表有示数,但改变电阻箱连入电路的阻值时,电压表示数保持不变,原因可能是(写出一条即可)。 (2)排除故障后,他顺利完成实验,并根据测得的数据画出图乙所示的1U1R图线,其中U为电压表示数,R为电阻箱连入电路的阻值。由图知:电池组的电动
2、势E=,内阻r=。 2.(2020浙江高三月考)小明与小红想确定图中滑动变阻器(铭牌丢失)的金属丝的材料,于是进行了如下实验:(1)先用游标卡尺测量了陶瓷桶上未绕金属丝部分的直径d=21.00 mm;后用游标卡尺测量了陶瓷桶上绕有金属丝(金属丝直接紧密地绕在陶瓷桶上)部分的直径D=22.20 mm;再用刻度尺测得滑动变阻器滑线部分的长度L=10.50 cm。(假设上述测量值均看作多次测量的平均值)(2)小明用欧姆表测得该滑动变阻器全部金属丝的电阻为25 ;小红则向实验室借来以下器材测量该金属丝的电阻:A.直流电源3 V(内阻不计)B.直流电流表0100 mA(内阻约为5 )C.直流电
3、流表0600 mA(内阻约为1 )D.直流电压表03 V(内阻约为3 k)E.滑动变阻器010 (允许的最大电流为2 A)F.导线和开关则实验中电流表应选用(填字母)。 (3)请帮小红设计一个最佳实验电路,并将电路图画在下面方框中(待测滑动变阻器就用普通电阻符号表示)。(4)若该滑动变阻器全部金属丝的电阻用R表示,则金属丝电阻率的表达式=(用本题中字母表示);小红通过正确的操作后测得R=25.4 ,请对照表格中几种导体材料的电阻率(20 时)判断该金属丝的材料最有可能为(填字母)。 材料/(·m)材料/(·m)银1.6×10-8铁1.0
4、5;10-7铜1.7×10-8锰铜合金4.4×10-7铝2.9×10-8镍铜合金5.0×10-7钨5.3×10-8镍铬合金1.0×10-6A.铝B.铜C.含铜合金D.镍铬合金3.(2020山东滨州高三二模)某特种玻璃厂生产的调光玻璃是一款将液晶膜复合进两层玻璃中间,经高温高压胶合后一体成型的夹层结构的新型特种光电玻璃产品。使用者改变其电压可控制玻璃的透明度。为了使玻璃的透明度随光照强度变化而变化,可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为Lx)。某光敏电阻在不同照
5、度下的阻值如图所示:(1)由图像可以看出,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而(选填“增大”或“减小”); (2)为了当照度上升时,调光玻璃(可视为阻值极大的电阻)两端所加电压变大,请同学根据图中提供的器材,设计并补全下面电路。为了便于调节,滑动变阻器采用分压式接法;(3)若光敏电阻与定值电阻串联总电压3 V,照度上升至1.0 Lx,要求玻璃两端电压上升至2 V,则定值电阻阻值应为 k。 4.(2020山西高三二模)将一个量程在1.52.5 mA(标有清晰的刻度但没有标示数)、内阻在150250 的电流表G改装成一个量程为030 V的电压表。为了正确改装,采用如图甲所示的电路来
6、测量电流表G的量程和内电阻,可以使用的实验器材如下:A.电源(电动势约6 V、内电阻小于1 )B.标准电流表A(量程为010 mA,内电阻约为500 )C.电阻箱(阻值范围09.9 )D.电阻箱(阻值范围0999.9 )E.滑动变阻器(阻值范围01 k)F.滑动变阻器(阻值范围020 )G.开关S和导线若干(1)该实验中电阻箱应选,滑动变阻器应选(填题中仪器前面的字母序号); (2)该同学的实验操作过程为:将滑动变阻器的滑片P移至最右端,将电阻箱的阻值调至最大;闭合开关S,向左移动滑动变阻器滑片P、调节电阻箱阻值使电流表G指针指到满刻度,记录标准电流表A的读数I及此时电阻箱的阻值R;
7、再次向左移动滑动变阻器滑片P、调节电阻箱阻值至电流表G指针指到满刻度,记录第二组标准电流表A的读数I及此时电阻箱的阻值R;重复步骤35次;该同学利用实验中所记录的五组标准电流表A的示数I和电阻箱的阻值R数据,画出I-1R图像如图乙所示。根据图线可以求得电流表G的量程为 A;内电阻为 。 (3)将电流表G与一个阻值为 的电阻串联就可以组成量程为030 V的电压表。 5.(2020辽宁高三一模)某学习小组同学利用图甲所示的实验电路测量平行板电容器的电容。(1)图甲中电流表A1量程为300 A,无法满足实验需要,需并联一电阻箱R1使其量程扩大为600 A。由于电流表A1内阻未知,
8、无法确定电阻箱R1的阻值,该小组同学设计了图乙所示的电路,已知电流表A2与A1量程相同。实验操作步骤如下:按照图乙连接电路,电阻箱R1和滑动变阻器R2的阻值调到最大;断开开关S1,闭合开关S2。调节R2,使电流表A1和A2读数均为200 A;闭合开关S1,调节R1和R2,保证电流表A2读数不变,则当电流表A1读数是 A时,电流表A1与R1并联即可做量程为600 A的电流表使用。 (2)完成电流表的改装后,继续测量平行板电容器的电容,具体实验操作步骤如下:按图甲接好实验电路,请在图丙中将缺失的导线用笔画线补充完整;先将图丙中开关S4闭合,再将单刀双掷开关S3接“a”,记下此时电压表读数
9、6.2 V;调节图丙中滑动变阻器的滑片P至阻值最大,将单刀双掷开关S3接“b”同时开始计时,每5 s或10 s读一次电流表A1的示数i,记录数据;以电流表A1的示数i为纵轴、时间t为横轴,在坐标纸上绘制点,请用平滑曲线在图丁中画出i-t图线;根据实验结果和图像信息,估算电容器的电容C= F。(结果保留2位有效数字) 6.在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中,操作步骤如下:将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上;闭合电源开关,用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压;将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上,另一个作为副线圈,接上小灯泡;将原线圈与副线圈对调,重
10、复以上步骤。(1)以上操作的合理顺序是(只填步骤前数字序号); (2)如图所示,在实验中,两线圈的匝数n1=1 600,n2=400,当将n1做原线圈时,U1=16 V,副线圈两端电压U2=4 V;原线圈与副线圈对调后,当U1'=8 V时,U2'=32 V,那么可初步确定,变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是。 参考答案专题分层突破练18电学实验1.答案 (1)c导线a或导线d与其他元件连接时接触不好导致断路(2)1a1a2-a1a1b1解析 (1)由于电压表与电源直接相连,造成了闭合开关前电压表的示数不为0,故是导线c接在了开关与电源
11、的正极之间,应该接在开关与电阻箱之间;若闭合开关后发现电压表有示数,但改变电阻箱连入电路的阻值时,电压表示数保持不变,说明电压表测量的一直是电源电压,也就说明与电压表并联的那部分出现了断路,即导线a或导线d与其他元件连接时接触不好导致断路;(2)根据闭合电路的欧姆定律E=U+URr,即1U=rE·1R+1E则由图像可知1U1R图像的斜率k=rE=a2-a1b1,1E=a1,解得E=1a1,r=a2-a1a1b1。2.答案 (2)B(3)(4)R(D-d)332DL或R(D-d)332dL或R(D-d)316(D+d)LC解析 (2)电路中能达到的最大电流为I=ERx=325 A=0.
12、12 A=120 mA,则直流电流表选择B;(3)因电压表的内阻远大于待测电阻阻值,可知选用电流表外接电路;滑动变阻器电阻小于待测电阻的阻值,则采用分压电路,则电路图如图;(4)待测金属丝横截面的半径r=D-d4金属丝横截面积S=(D-d)216每匝金属丝的长度为D或者d、或者D+d2则线圈匝数n=L2r=2LD-d金属丝的总长度为2DLD-d或者2dLD-d或者L(D+d)D-d根据R=LS可得=RSL=R(D-d)332DL或者=R(D-d)332dL或者=R(D-d)316(D+d)L将R=25.4 ,D=22.20 mm,d=21.00 mm,L=10.50 cm代入解得6.2
13、5;10-7 ·m由表中数据可知,可能是含铜合金,故选C。3.答案 (1)减小(2)(3)4.0解析 (1)由图像可以看出,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小;(2)当照度上升时,光敏电阻的阻值变小,电路中的总电阻变小,根据欧姆定律可知电路中的电流变大,定值电阻两端的电压变大;根据串联分压可知光敏电阻两端的电压变小,而调光玻璃(可视为阻值极大的电阻)两端所加电压变大,所以调光玻璃与定值电阻并联;题中要求滑动变阻器采用分压式接法,所以电路图如图所示(3)由图像可以看出,照度上升至1.0 Lx时,光敏电阻的阻值为2.0 k,根据串联分压可知光敏电阻两端的电压为1 V,所以定值电阻阻值应
14、为4.0 k。4.答案 (1)DE(2)2×10-3200(3)14 800解析 (1)因为待测电流表G的估计值为150250 之间,电源电动势E=6 V,标准电流表A的量程为010 mA,内电阻约为500 ,故电阻箱应选择D,以获得较大的测量范围,为了保证电表的安全,应限制干路的电流,应选择阻值范围较大的滑动变阻器,故滑动变阻器应选E。(2)设电流表G的满偏电流为Ig,内电阻为Rg,根据支路电流之和等于干路电流可得I=Ig+IgRgR根据图乙可知IgRg=(10-2)×10-32×10-2 V=0.4 V截距Ig=2×10-3 A联立可得Rg=200
15、(3)设改装量程为030 V的电压表,需要串联的电阻为R',根据欧姆定律可得Umax=Ig(Rg+R')即30=2×10-3×(200+R')解得R'=14 800 5.答案 (1)100(2)1.4×10-3(1.1×10-31.5×10-3均可)解析 (1)把电流表A1量程为300 A,需要并联一电阻箱R1使其量程扩大为600 A。并联的电阻箱的阻值要与电流表A1内阻相等,电流表A2读数是200 A,当电流表A1读数是100 A时,通过电流表A1和变阻箱的电流相同,两者电阻相等,电流表A1与R1并联即可做量程
16、为600 A的电流表使用;(2)根据电路原理图,实物连线如图所示;以电流表A1的示数i为纵轴、时间t为横轴,在坐标纸上绘制点,请用平滑曲线在图丁中画出i-t图线如图所示;由分流作用可知,由电流定义式有2i=qt=CUt整理得C=2itUi-t图像与坐标轴所围的面积,即为it的积则C=2itU=2×34×25×5×10-66.2 F1.4×10-3 F(1.1×10-31.5×10-3均可)6.答案 (1)(2)U1U2=n1n2解析 (1)在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中,首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上;再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上,另一个作为副线圈,接上小灯泡;闭合电源开关,用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压;最后将原线圈与副线圈对调,重复以上步骤,顺序为。(2)两线圈的匝数n1=1 600,n2=400,当将n1做原线圈时,U1=16 V,副线圈两端电压U2=4 V;当原线圈与副线圈对调后,U1'=8 V时,U2'=32 V,由以上数据可得:U1U2=n1n2。