專題十五 課時作業(yè)

專題十五課時作業(yè)｜電學(xué)實(shí)驗(yàn)考法研究1．(2023·全國甲卷)某同學(xué)用伏安法測繪一額定電壓為6V、額定功率為3W的小燈泡的伏安特性曲線，實(shí)驗(yàn)所用電壓表內(nèi)阻約為6kΩ，電流表內(nèi)阻約為1.5Ω。實(shí)驗(yàn)中有圖(a)和(b)兩個電路圖供選擇。(1)實(shí)驗(yàn)中得到的電流I和電壓U的關(guān)系曲線如圖(c)所示，該同學(xué)選擇的電路圖是圖(____)(填“a”或“b”)。(2)若選擇另一個電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在圖(c)上用實(shí)線畫出實(shí)驗(yàn)中應(yīng)得到的I-U關(guān)系曲線的示意圖。解析：(1)燈泡正常工作時的電阻RL＝eq\f(U2,P)＝eq\f(62,3)Ω＝12Ω，由題圖(c)可知，當(dāng)U＝6V時，I＝0.5A，此時電阻R＝eq\f(U,I)＝12Ω＝RL。因RV≈6kΩ?RL，RA≈1.5Ω，由電阻關(guān)系可知，該同學(xué)選擇的電路圖是圖(a)。(2)若選用另一個電路圖即圖(b)實(shí)驗(yàn)，會有U＝U燈＋I(xiàn)RA，則分別代入電流I＝200mA、I＝400mA、I＝500mA，可得對應(yīng)的電壓應(yīng)為1.3V、3.8V、6.75V，描點(diǎn)連線得到的I-U關(guān)系曲線如圖所示。答案：(1)a(2)見解析圖2．(2023·全國乙卷)一學(xué)生小組測量某金屬絲(阻值約十幾歐姆)的電阻率?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材：螺旋測微器、米尺、電源E、電壓表(內(nèi)阻非常大)、定值電阻R0(阻值10.0Ω)、滑動變阻器R、待測金屬絲、單刀雙擲開關(guān)K、開關(guān)S、導(dǎo)線若干。圖(a)是學(xué)生設(shè)計的實(shí)驗(yàn)電路原理圖。完成下列填空：(1)實(shí)驗(yàn)時，先將滑動變阻器R接入電路的電阻調(diào)至最大，閉合S。(2)將K與1端相連，適當(dāng)減小滑動變阻器R接入電路的電阻，此時電壓表讀數(shù)記為U1，然后將K與2端相連，此時電壓表讀數(shù)記為U2。由此得到流過待測金屬絲的電流I＝________，金屬絲的電阻r＝________。(結(jié)果均用R0、U1、U2表示)(3)繼續(xù)微調(diào)R，重復(fù)(2)的測量過程，得到多組測量數(shù)據(jù)，如下表所示：U1(mV)0.570.710.851.141.43U2(mV)0.971.211.451.942.43(4)利用上述數(shù)據(jù)，得到金屬絲的電阻r＝14.2Ω。(5)用米尺測得金屬絲長度L＝50.00cm。用螺旋測微器測量金屬絲不同位置的直徑，某次測量的示數(shù)如圖(b)所示，該讀數(shù)為d＝________mm。多次測量后，得到直徑的平均值恰好與d相等。(6)由以上數(shù)據(jù)可得，待測金屬絲所用材料的電阻率ρ＝________×10－7Ω·m。(保留2位有效數(shù)字)解析：(2)根據(jù)題意可知，R0兩端的電壓為U＝U2－U1，則流過R0的電流即流過待測金屬絲的電流I＝eq\f(U,R0)＝eq\f(U2－U1,R0)，金屬絲的電阻r＝eq\f(U1,I)，聯(lián)立可得r＝eq\f(U1R0,U2－U1)。(5)螺旋測微器的讀數(shù)為d＝15.0×0.01mm＝0.150mm。(6)根據(jù)電阻定律r＝ρeq\f(L,S)，又S＝π·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2，代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得ρ≈5.0×10－7Ω·m。答案：(2)eq\f(U2－U1,R0)eq\f(U1R0,U2－U1)(5)0.150(6)5.03．(2023·湖北高考)某實(shí)驗(yàn)小組為測量干電池的電動勢和內(nèi)阻，設(shè)計了如圖(a)所示電路，所用器材如下：電壓表(量程0～3V，內(nèi)阻很大)；電流表(量程0～0.6A)；電阻箱(阻值0～9999Ω)；干電池一節(jié)、開關(guān)一個和導(dǎo)線若干。(1)根據(jù)圖(a)，完成圖(b)中的實(shí)物圖連線。(2)調(diào)節(jié)電阻箱到最大阻值，閉合開關(guān)。逐次改變電阻箱的電阻，記錄其阻值R、相應(yīng)的電流表示數(shù)I和電壓表示數(shù)U。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)作出的U-I圖像如圖(c)所示，則干電池的電動勢為________V(保留3位有效數(shù)字)、內(nèi)阻為________Ω(保留2位有效數(shù)字)。(3)該小組根據(jù)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)一步探究，作出eq\f(1,I)-R圖像如圖(d)所示。利用圖(d)中圖像的縱軸截距，結(jié)合(2)問得到的電動勢與內(nèi)阻，還可以求出電流表內(nèi)阻為__________Ω(保留2位有效數(shù)字)。(4)由于電壓表內(nèi)阻不是無窮大，本實(shí)驗(yàn)干電池內(nèi)阻的測量值__________(填“偏大”或“偏小”)。解析：(1)實(shí)物連線如圖所示。(2)由閉合電路的歐姆定律可得U＝E－Ir，由題圖(c)可知E＝1.58V，內(nèi)阻r＝eq\f(1.58－1.37,0.33)Ω≈0.64Ω。(3)根據(jù)E＝I(R＋RA＋r)，可得eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)·R＋eq\f(RA＋r,E)，由題圖(d)可知eq\f(RA＋r,E)＝2，解得RA≈2.5Ω。(4)由于電壓表內(nèi)阻不是無窮大，則實(shí)驗(yàn)測得的是電壓表內(nèi)阻與電源內(nèi)阻的并聯(lián)值，即實(shí)驗(yàn)中測得的電池內(nèi)阻偏小。答案：(1)見解析圖(2)1.580.64(3)2.5(4)偏小4．(2023·遼寧高考)導(dǎo)電漆是將金屬粉末添加于特定樹脂原料中制作而成的能導(dǎo)電的噴涂油漆?，F(xiàn)有一根用導(dǎo)電漆制成的截面為正方形的細(xì)長樣品(固態(tài))，某同學(xué)欲測量其電阻率，設(shè)計了如圖(a)所示的電路圖，實(shí)驗(yàn)步驟如下：a．測得樣品截面的邊長a＝0.20cm；b．將平行排列的四根金屬探針甲、乙、丙、丁與樣品接觸，其中甲、乙、丁位置固定，丙可在乙、丁間左右移動；c．將丙調(diào)節(jié)至某位置，測量丙和某探針之間的距離L；d．閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使電流表示數(shù)I＝0.40A，讀出相應(yīng)的電壓表示數(shù)U，斷開開關(guān)S；e．改變丙的位置，重復(fù)步驟c、d，測量多組L和U，作出U-L圖像如圖(b)所示，得到直線的斜率k?；卮鹣铝袉栴}：(1)L是丙到________(填“甲”“乙”或“丁”)的距離；(2)寫出電阻率的表達(dá)式ρ＝________(用k、a、I表示)；(3)根據(jù)圖像計算出該樣品的電阻率ρ＝______Ω·m(保留兩位有效數(shù)字)。解析：(1)由于電壓表測量的是乙、丙之間的電壓，結(jié)合題圖(b)，則L是丙到乙的距離。(2)根據(jù)電阻定律有R＝ρeq\f(L,a2)，再根據(jù)歐姆定律有R＝eq\f(U,I)，聯(lián)立有U＝eq\f(ρI,a2)L，斜率k＝eq\f(U,L)，則ρ＝eq\f(ka2,I)。(3)根據(jù)圖像可知斜率k＝eq\f(0.13,2.0×10－2)V/m＝6.5V/m，則根據(jù)(2)中表達(dá)式代入數(shù)據(jù)有ρ＝6.5×10－5Ω·m。答案：(1)乙(2)eq\f(ka2,I)(3)6.5×10－55．(2023·山東日照一模)某同學(xué)設(shè)計了如圖甲、乙所示的實(shí)驗(yàn)電路測量某電源的電動勢E(約為3V)和內(nèi)阻r(約為2Ω)。已知電流表的內(nèi)電阻約為1Ω，電壓表的內(nèi)電阻約為3kΩ，滑動變阻器最大電阻為20Ω、額定電流為1A，定值電阻R0＝2Ω。請回答下列問題：(1)請在圖丙中用筆畫線代替導(dǎo)線完成圖乙電路圖的實(shí)物連接。(2)將滑動變阻器的滑片P移至最左端，閉合開關(guān)S，移動滑片P改變滑動變阻器的接入阻值，記錄下幾組電壓表示數(shù)U和對應(yīng)的電流表示數(shù)I。(3)重復(fù)步驟(2)，把甲、乙兩組實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)在同一坐標(biāo)系內(nèi)描點(diǎn)作出U-I圖像如圖丁所示，可知圖中標(biāo)記為Ⅱ的圖線是采用實(shí)驗(yàn)電路______(填“甲”或“乙”)測量得到的。(4)為了減小系統(tǒng)誤差，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)選用圖______(選填“甲”或“乙”)實(shí)驗(yàn)電路。(5)利用圖丁圖像提供的信息可以修正該實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，則修正后被測電源的內(nèi)阻r＝________(注：U1、U2、I1、I2、R0為已知量)。解析：(1)圖乙電路的實(shí)物連接圖如下圖所示：(3)對圖甲而言，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得U＝E－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(U,RV)＋I(xiàn)))(R0＋r)整理可得U＝－I·eq\f(RVR0＋r,RV＋R0＋r)＋E·eq\f(RV,RV＋R0＋r)，可知，對應(yīng)U-I圖線，當(dāng)I為零時，對應(yīng)U甲＝E·eq\f(RV,RV＋R0＋r)，對圖乙而言，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得U＝E－I·(RA＋R0＋r)可知，對應(yīng)U-I圖線，當(dāng)I為零時，對應(yīng)U乙＝E>U甲，故可知標(biāo)記為Ⅱ的圖線是采用實(shí)驗(yàn)電路甲測量得到的。(4)當(dāng)采用圖甲所示電路時，相對誤差大小為e1＝eq\f(R0＋r－\f(RVR0＋r,RV＋R0＋r),R0＋r)＝eq\f(R0＋r,RV＋R0＋r)≈eq\f(4,4＋3×103)×100%≈0.133%當(dāng)采用圖乙所示電路時，相對誤差大小為e2＝eq\f(RA＋R0＋r－R0＋r,R0＋r)≈eq\f(1,4)×100%＝25%該相對誤差遠(yuǎn)大于圖甲所示電路，故應(yīng)選用圖甲所示電路。(5)曲線Ⅰ對應(yīng)的U1和I1滿足U1＝E，I1＝eq\f(E,RA＋R0＋r)，曲線Ⅱ?qū)?yīng)的U2和I2滿足U2＝E·eq\f(RV,RV＋R0＋r)，I2＝eq\f(E,R0＋r)因此可以解得R0＋r＝eq\f(E,I2)＝eq\f(U1,I2)，則r＝eq\f(U1,I2)－R0。答案：(1)見解析圖(3)甲(4)甲(5)eq\f(U1,I2)－R06．(2023·眉山模擬)(1)在日常生活中充電寶可以像電源一樣使用，小明嘗試測量充電寶B的電動勢E及內(nèi)阻r(E約為5V，r約為0.3Ω)，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材：量程為3V的理想電壓表V，量程為0.3A的電流表A(具有一定內(nèi)阻)，定值電阻R＝40Ω，滑動變阻器R′，開關(guān)S，導(dǎo)線若干。①畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖，圖中各元件需用題目中給出的符號或字母標(biāo)出。②實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電流表的示數(shù)為I1時，電壓表的示數(shù)為U1；當(dāng)電流表的示數(shù)為I2時，電壓表的示數(shù)為U2。則E＝____________，r＝____________。(用I1、I2、U1、U2及R表示)(2)小張認(rèn)為實(shí)際電壓表都不是理想的，小明的電路測量誤差大，于是設(shè)計了如圖1所示的電路測量充電寶B的電動勢E和內(nèi)阻r。均勻電阻絲XY長1.0m，電阻8.0Ω，標(biāo)準(zhǔn)電池A電動勢為8.0V、內(nèi)阻為0.50Ω，定值電阻R1＝1.5Ω，R2＝4.8Ω。①開關(guān)S斷開，當(dāng)滑動片J移動至XJ＝0.80m位置時電流表G示數(shù)為零，則充電寶B的電動勢E＝________V(保留兩位有效數(shù)字)；②開關(guān)S閉合，滑片J移至XJ＝0.75m處時電流表G示數(shù)為零，則充電寶B的內(nèi)阻r＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)；③某金屬絲電阻值R隨攝氏溫度t變化規(guī)律如圖2所示。小劉用該金屬絲做測溫探頭，代替定值電阻R1。把開關(guān)S斷開，當(dāng)溫度變化時，調(diào)節(jié)滑動片J的位置，使電流表G示數(shù)為零，則可以把電阻絲長度XJ刻度改為相應(yīng)的溫度刻度，這樣就得到了一個電阻溫度計。如果電池、充電寶的電動勢和內(nèi)阻都不變，則溫度越高，XJ值________(選填“越大”“越小”“不變”或“不確定”)。解析：(1)①由于電壓表的量程為0～3V，且又是理想電壓表，所以，不能將電壓表直接測電動勢約為5V的充電寶兩端的電壓，要想用此電壓表來測量電壓有兩種方法，一是將電壓表進(jìn)行改裝，擴(kuò)大量程；二是將測定電動勢和內(nèi)阻的基本電路進(jìn)行改造。由題目中給的定值電阻R＝40Ω，理想電壓表的電阻為無窮大可知，定值電阻不能和理想電壓表串聯(lián)來擴(kuò)大量程，所以只能對測定電源電動勢和內(nèi)阻的基本電路進(jìn)行改造，實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖所示。②根據(jù)閉合電路歐姆定律，當(dāng)電流表的示數(shù)為I1，電壓表的示數(shù)為U1時，有E＝U1＋I(xiàn)1(R＋r)，當(dāng)電流表的示數(shù)為I2，電壓表的示數(shù)為U2時，有E＝U2＋I(xiàn)2(R＋r)，由上兩式得E＝eq\f(I1U2－I2U1,I1－I2)，r＝eq\f(U2－U1,I1－I2)－R。(2)①開關(guān)S斷開，均勻電阻絲XY長1.0m，電阻8.0Ω，則當(dāng)滑動片J移動至XJ＝0.80m位置時，XJ部分電阻為8×0.8Ω＝6.4Ω，電流表G示數(shù)為零，則E＝eq\f(8,8＋1.5＋0.5)×6.4V＝5.12V≈5.1V。②開關(guān)S閉合，滑片J移至XJ＝0.75m處時，XJ部分電阻為8×0.75Ω＝6Ω，則eq\f(E,R2＋r)R2＝eq\f(8,8＋1.5＋0.5)×6，即eq\f(5.12,4.8＋r)×4.8＝4.8，解得r＝0.32Ω。③由題圖2可知，溫度越高，金屬絲電阻值R就越大，電流表G示數(shù)為零，則XJ部分電阻分得電壓等于充電寶的電動勢，溫度越高，XJ值越大。答案：(1)①見解析圖②eq\f(I1U2－I2U1,I1－I2)eq\f(U2－U1,I1－I2)－R(2)①5.1②0.32③越大7.(2023·西安高三調(diào)研)(1)如圖甲所示為一中空直導(dǎo)體的橫截面，某探究小組為測出該導(dǎo)體材料的電阻率，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用刻度尺測量導(dǎo)體總長度L總，如圖乙所示，則L總＝________m。②在量筒中倒入一定體積的水，讀出其體積V1，將該長直導(dǎo)體豎直插入量筒中，讀出水面所在刻度對應(yīng)的體積為V2，并測出在水中的導(dǎo)體長度H，則其橫截面積S＝__________(用測量所得物理量表示)。③按電路圖連接好電路。④將鱷魚夾a夾在待測導(dǎo)體的最左端，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)電阻箱，讓電流表滿偏，記下此時電阻箱阻值R1。⑤將鱷魚夾a夾在導(dǎo)體的中間某位置，調(diào)節(jié)電阻箱，使電流表仍然滿偏，記下電阻箱讀數(shù)R2及此時的導(dǎo)體接入電路的有效長度L，則此時待測導(dǎo)體接入電路的有效電阻為__________(用測量所得物理量表示)。⑥則該導(dǎo)體的電阻率ρ＝____________(用測量所得物理量表示)。(2)該探究小組繼續(xù)用圖丙所示電路測量電池的電動勢和內(nèi)阻，某同學(xué)將鱷魚夾a保持夾在最右端，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，記下相應(yīng)的電阻箱讀數(shù)及電流表(電流表可視為理想電表)的示數(shù)，畫出電阻箱阻值R和電流倒數(shù)eq\f(1,I)的關(guān)系圖像如圖丁所示，橫軸截距為a，縱軸截距為－b，則電池的電動勢E＝__________，內(nèi)阻r＝____________(用已知量和測量所得物理量表示)。解析：(1)①刻度尺讀數(shù)L總＝9.15cm＝0.0915m。②導(dǎo)體在水中的體積為V＝V2－V1，故橫截面積為S＝eq\f(V2－V1,H)。⑤開始時待測導(dǎo)體有效阻值為零，電阻箱與待測導(dǎo)體的總電阻為R1，改變鱷魚夾位置，電流保持不變，電阻箱與待測電阻的總電阻不變，待測導(dǎo)體的有效電阻為R1－R2。⑥由電阻定律得R1－R2＝ρeq\f(L,S)，可知ρ＝eq\f(R1－R2,L)S＝eq\f(R1－R2,L)·eq\f(V2－V1,H)。(2)鱷魚夾夾在最右端時，待測導(dǎo)體的阻值Rx＝eq\f(L總,L)(R1－R2)，由閉合電路歐姆定律E＝I(R＋r＋Rx)，得R＝Eeq\f(1,I)－(r＋Rx)，故斜率等于電動勢，即E＝eq\f(b,a)，縱軸截距絕對值為電池內(nèi)阻與待測導(dǎo)體的總電阻，即b＝r＋Rx，故r＝b－eq\f(L總,L)(R1－R2)。答案：(1)①0.0915②eq\f(V2－V1,H)⑤R1－R2⑥eq\f(R1－R2,L)·eq\f(V2－V1,H)(2)eq\f(b,a)b－eq\f(L總,L)(R1－R2)8．(2023·江蘇高考)小明通過實(shí)驗(yàn)探究電壓表內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響。所用器材有：干電池(電動勢約1.5V，內(nèi)阻不計)2節(jié)；兩量程電壓表(量程0～3V，內(nèi)阻約3kΩ；量程0～15V，內(nèi)阻約15kΩ)1個；滑動變阻器(最大阻值50Ω)1個；定值電阻(阻值50Ω)21個；開關(guān)1個及導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示。(1)電壓表量程應(yīng)選用__________(選填“3V”或“15V”)。(2)圖2為該實(shí)驗(yàn)的實(shí)物電路(右側(cè)未拍全)。先將滑動變阻器的滑片置于如圖所示的位置，然后用導(dǎo)線將電池盒