知識點十四 電學(xué)實驗-2023年高考物理分類題庫

知識十四電學(xué)實驗1.(2023·全國乙卷·T23)一學(xué)生小組測量某金屬絲(阻值約十幾歐姆)的電阻率。現(xiàn)有實驗器材:螺旋測微器、米尺、電源E、電壓表(內(nèi)阻非常大)、定值電阻R0(阻值為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)計的實驗電路原理圖。完成下列填空:(1)實驗時,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即流過待測金屬絲的電流I=UR0金屬絲的電阻r=U聯(lián)立可得r=U(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=ρLS,又S=π·(d2代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得ρ=5.0×10-7Ω·m答案:(2)U2-U1R0U1R0U2-U12.(2023·浙江6月選考·T17)在“測量干電池的電動勢和內(nèi)阻”實驗中:(1)部分連線如圖1所示,導(dǎo)線a端應(yīng)連接到(選填“A”“B”“C”或“D”)接線柱上。正確連接后,某次測量中電壓表指針位置如圖2所示,其示數(shù)為V。

(2)測得的7組數(shù)據(jù)已標(biāo)在如圖3所示U-I坐標(biāo)系上,用作圖法求干電池的電動勢E=V和內(nèi)阻r=Ω。(計算結(jié)果均保留兩位小數(shù))

【解析】(1)根據(jù)實驗原理可知,電壓表要連接在電源的兩端,因此導(dǎo)線a端應(yīng)連接到B接線柱上。電壓表的量程是0~3V,分度值為0.1V,需要估讀到分度值的下一位,則示數(shù)為1.20V。(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律可得:U=E-Ir作出U-I圖像如圖所示:根據(jù)圖像可知,縱截距為1.50V,斜率的絕對值為:k=1.50?1.000.48Ω=1.04Ω結(jié)合圖3可得U-I圖像的解析式為:U=1.50-1.04I由此可得:E=1.50V;r=1.04Ω。答案:(1)B1.20(2)1.501.043.(2023·浙江6月選考·T18)以下實驗中,說法正確的是(多選)。

A.“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中,充電時電流逐漸增大,放電時電流逐漸減小B.“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中,滴入油酸酒精溶液后,需盡快描下油膜輪廓,測出油膜面積C.“觀察光敏電阻特性”和“觀察金屬熱電阻特性”實驗中,光照強度增加,光敏電阻阻值減小;溫度升高,金屬熱電阻阻值增大D.“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗中,如果可拆變壓器的“橫梁”鐵芯沒裝上,原線圈接入10V的交流電時,副線圈輸出電壓不為零【解析】“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中,充電時和放電時電流均逐漸減小,故A錯誤;“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中,滴入油酸酒精溶液后,讓油酸在水面盡可能散開,形成單分子油膜,再描下油膜輪廓,測出油膜面積,故B錯誤;“觀察光敏電阻特性”和“觀察金屬熱電阻特性”實驗中,光照強度增加,光敏電阻阻值減小;溫度升高,金屬熱電阻阻值增大,故C正確;“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗中,如果可拆變壓器的“橫梁”鐵芯沒裝上,原線圈接入10V的交流電時,副線圈中仍會發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,副線圈輸出電壓不為零,故D正確。答案:C、D4.(2023·遼寧選擇考·T12)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,實驗步驟如下: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(選填“甲”“乙”或“丁”)的距離;

(2)寫出電阻率的表達式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,則L是丙到乙的距離。(2)根據(jù)電阻定律有R=ρLa2,再根據(jù)歐姆定律有R=UI,聯(lián)立有U=ρIa2L(3)根據(jù)圖像可知k=6.5V/m,則根據(jù)(2)代入數(shù)據(jù)有ρ=6.5×10-5Ω?m。答案:(1)乙(2)ka2I(3)6.5×5.(2023·山東等級考·T14)電容儲能已經(jīng)在電動汽車,風(fēng)、光發(fā)電,脈沖電源等方面得到廣泛應(yīng)用。某同學(xué)設(shè)計圖甲所示電路,探究不同電壓下電容器的充、放電過程,器材如下:電容器C(額定電壓10V,電容標(biāo)識不清);電源E(電動勢12V,內(nèi)阻不計);電阻箱R1(阻值0~99999.9Ω);滑動變阻器R2(最大阻值20Ω,額定電流2A);電壓表V(量程15V,內(nèi)阻很大);發(fā)光二極管D1、D2,開關(guān)S1、S2,電流傳感器,計算機,導(dǎo)線若干?；卮鹨韵聠栴}:(1)按照圖甲連接電路,閉合開關(guān)S1,若要升高電容器充電電壓,滑動變阻器滑片應(yīng)向(選填“a”或“b”)端滑動。

(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片位置,電壓表表盤如圖乙所示,示數(shù)為V(保留1位小數(shù))。

(3)繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片位置,電壓表示數(shù)為8.0V時,開關(guān)S2擲向1,得到電容器充電過程的I-t圖像,如圖丙所示。借鑒“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中估算油膜面積的方法,根據(jù)圖像可估算出充電結(jié)束后,電容器存儲的電荷量為C(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

(4)本電路中所使用電容器的電容約為F(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

(5)電容器充電后,將開關(guān)S2擲向2,發(fā)光二極管(選填“D1”或“D2”)閃光。

【解析】(1)閉合開關(guān)S1,若要升高電容器充電電壓,滑動變阻器滑片應(yīng)向b端滑動;(2)電壓表V的量程為0~15V,每小格是0.5V,則電壓表的示數(shù)為6.5V;(3)根據(jù)電荷量的計算公式可得:q=It,I-t圖像與坐標(biāo)軸圍成的面積表示電荷量。根據(jù)圖丙可知,每一小格表示的電荷量為:q0=0.2×10-3×0.5C=1×10-4C圖像下的小格數(shù)約為38格,則電容器存儲的電荷量為Q=38q0=38×1×10-4C=3.8×10-3C;(4)根據(jù)電容的定義式可得:C=QU=3.88×10-3F=4.75×10-4(5)開關(guān)S2擲向1時,電容器充電,根據(jù)圖甲可知電容器左極板帶正電;電容器充電后,將開關(guān)S2擲向2,電容器放電,D1導(dǎo)通、D2斷開,則發(fā)光二極管D1閃光。答案:(1)b(2)6.5(3)3.8×10-3(4)4.75×10-4(5)D16.(2023·湖南選擇考·T12)某探究小組利用半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計了一個測量微小壓力的裝置,其電路如圖(a)所示,R1、R2、R3為電阻箱,RF為半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器,C、D間連接電壓傳感器(內(nèi)阻無窮大)。(1)先用歐姆表“×100”擋粗測RF的阻值,示數(shù)如圖(b)所示,對應(yīng)的讀數(shù)是Ω;

(2)適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2、R3,使電壓傳感器示數(shù)為0,此時,RF的阻值為(用R1、R2、R3表示);

(3)依次將0.5g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載到壓力傳感器上(壓力傳感器上所受壓力大小等于砝碼重力大小),讀出電壓傳感器示數(shù)U,所測數(shù)據(jù)如表所示:次數(shù)123456砝碼質(zhì)量m/g0.00.51.01.52.02.5電壓U/mV057115168220280根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(c)上描點,繪制U-m關(guān)系圖線;(4)完成前面三步的實驗工作后,該測量微小壓力的裝置即可投入使用。在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F0,電壓傳感器示數(shù)為200mV,則F0大小是N(重力加速度取9.8m/s2,保留2位有效數(shù)字);

(5)若在步驟(4)中換用非理想毫伏表測量C、D間電壓,在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F1,此時非理想毫伏表讀數(shù)為200mV,則F1(選填“>”“=”或“<”)F0。

【解析】(1)歐姆表讀數(shù)為10×100Ω=1000Ω;(2)當(dāng)電壓傳感器讀數(shù)為零時,CD兩點電勢相等,即UCB=UDB,即UABR1+RFRF=UABR2+R3R3,解得RF=R1R3R2;(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點作圖;(4)由圖像可知,當(dāng)電壓傳感器的讀數(shù)為200mV時,所放物體質(zhì)量為1.75g,則F0=mg=1.75×10-3×9.8N=1.7×10-2N;(5)可將CD以外的電路等效為新的電源,CD兩點電壓看作路端電壓,因為換用非理想電壓傳感器,當(dāng)讀數(shù)為200mV時,答案:(1)1000(或1000.0)(2)R1R3R2(4)1.7×10-2(5)>7.(2023·江蘇選擇考·T12)小明通過實驗探究電壓表內(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。實驗電路如1圖所示。(1)電壓表量程應(yīng)選用(選填“3V”或“15V”)。

(2)2圖為該實驗的實物電路(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)線將電池盒上接線柱A與滑動變阻器的接線柱(選填“B”“C”或“D”)連接,再閉合開關(guān),開始實驗。

(3)將滑動變阻器滑片移動到合適位置后保持不變,依次測量電路中O與1,2,…,21之間的電壓。某次測量時,電壓表指針位置如3圖所示,其示數(shù)為V。根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出電壓U與被測電阻值R的關(guān)系圖線,如4圖中實線所示。

(4)在1圖所示的電路中,若電源電動勢為E,電壓表視為理想電壓表,滑動變阻器接入的阻值為R1,定值電阻的總阻值為R2,當(dāng)被測電阻為R時,其兩端的電壓U=(用E、R1、R2、R表示),據(jù)此作出U-R理論圖線如4圖中虛線所示。小明發(fā)現(xiàn)被測電阻較小或較大時,電壓的實測值與理論值相差較小。

(5)分析可知,當(dāng)R較小時,U的實測值與理論值相差較小,是因為電壓表的分流小,電壓表內(nèi)阻對測量結(jié)果影響較小。小明認(rèn)為,當(dāng)R較大時,U的實測值與理論值相差較小,也是因為相同的原因。你是否同意他的觀點?請簡要說明理由

【解析】(1)所用電源為兩節(jié)干電池,電動勢為3V,則所用電壓表量程為3V;(2)閉合開關(guān)之前,滑動變阻器阻值應(yīng)該調(diào)到最大,則由2圖可知,電池盒上的接線柱A應(yīng)該與滑動變阻器的接線柱D連接;(3)電壓表量程為3V,最小刻度為0.1V,則示數(shù)為1.50V;(4)由閉合電路歐姆定律可得I=ER1+R2,當(dāng)被測電阻阻值為R時,電壓表讀數(shù)U=IR=ERR1+R2;(5)不同意;當(dāng)R較大時,則電壓表內(nèi)阻不能忽略,則電路中的電流當(dāng)R較大時,R=R2時R最大,此時U=ER1因RV?R1,則電壓表讀數(shù)接近于U=ER1R答案:(1)3V(2)D(3)1.50(4)ERR1+R2(8.(2023·全國甲卷·T22)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,實驗所用電壓表內(nèi)阻約為6kΩ,電流表內(nèi)阻約為1.5Ω,實驗中有圖(a)和圖(b)兩個電路圖供選擇。(1)實驗中得到的電流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()(選填“a”或“b”)。

(2)若選擇另一個電路圖進行實驗,在圖(c)上用實線畫出實驗中應(yīng)得到的關(guān)系曲線的示意圖?！窘馕觥?1)由于RVRA≈95Ω,而小燈泡的電阻約為r=U2P=12Ω,則電流表應(yīng)采用外接法,(2)若選用另一個電路圖即圖(b)實驗,當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時,電流表的示數(shù)為0.5A,而電壓表的示數(shù)要大于6V,在6.75V附近,故得到的關(guān)系示意圖應(yīng)如圖實線所示。答案:(1)a(2)見解析圖9.(2023·新課標(biāo)全國卷·T22)在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中,所用器材如下:電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關(guān)以及導(dǎo)線若干。(1)用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時,紅表筆應(yīng)該與電池的(選填“正極”或“負(fù)極”)接觸。

(2)某同學(xué)設(shè)計的實驗電路如圖(a)所示。先將電阻箱的阻值調(diào)為R1,將單刀雙擲開