高考物理二轮复习专题限时训练14电学实验与创新.docx

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高考物理二轮复习专题限时训练14电学实验与创新

专题限时训练14　电学实验与创新

时间：

45分钟

1．（2017·江苏单科）某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示.

t/℃

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

Rt/Ω

199.5

145.4

108.1

81.8

62.9

49.1

（1）提供的实验器材有：

电源E1（3V，内阻不计）、电源E2（6V，内阻不计）、滑动变阻器R1（0～200Ω）、滑动变阻器R2（0～500Ω）、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱（0～999.9Ω）、开关S、导线若干．

为使该装置实现对30～80℃之间任一温度的控制，电源E应选用________（选填“E1”或“E2”），滑动变阻器R应选用________（选填“R1”或“R2”）．

（2）实验发现电路不工作．某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至________（选填“A”“B”“C”或“D”）．

（3）合上开关S，用调节好的多用电表进行排查．在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针______（选填“偏转”或“不偏转”），接入a、c时指针______（选填“偏转”或“不偏转”）．

（4）排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________（填写各步骤前的序号）．

①将热敏电阻接入电路

②观察到继电器的衔铁被吸合

③断开开关，将电阻箱从电路中移除

④合上开关，调节滑动变阻器的阻值

⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω

解析：

本题考查器材选择，故障检测，实验操作．

（1）因通过继电器的电流超过15mA时加热器停止加热，为使该装置实现对30～80℃之间任一温度的控制，要求电路在30～80℃之间的任一温度下的电流能通过调节达到15mA.当控制到30℃时，电路的最小阻值为Rmin＝199.5Ω＋20Ω＝219.5Ω，要使电流达到15mA，则所需电源电动势至少为Emin＝IRmin＝3.29V，故电源只能选用电动势为6V的E2.为使温度控制在80℃，则在6V电源下电路中的电流能达到15mA，故此时滑动变阻器接入电路中的阻值为R＝

－（Rt＋R继）＝

Ω－49.1Ω－20Ω＝330.9Ω，故滑动变阻器应选用R2.

（2）由于是用多用电表测直流电压，且电源电动势为6V，故应选择直流电压10V挡．

（3）若只有b、c间断路，电路中无电流，a、b间电压为0，a、c间电压等于电源电压，故表笔接入a、b时指针不偏转，接入a、c时指针偏转，且示数等于电源电动势．

（4）欲使衔铁在50℃时被吸合，则要求温度达到50℃时电路中电流达到15mA，而此时热敏电阻的阻值为108.1Ω.为确定滑动变阻器应接入电路中的阻值，先将电阻箱调到108.1Ω并替代热敏电阻接入电路，调节滑动变阻器使衔铁恰好被吸合，然后再保持滑动变阻器滑片位置不动，将热敏电阻再替换回电阻箱即可，故合理的顺序应为⑤④②③①.

答案：

（1）E2　R2　

（2）C　（3）不偏转　偏转

（4）⑤④②③①

2．（2017·天津理综）某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻．其中电流表A1的内阻r1＝1.0kΩ，电阻R1＝9.0kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0＝3.0Ω的电阻．

（1）按图示电路进行连接后，发现aa′、bb′和cc′三条导线中，混进了一条内部断开的导线．为了确定哪一条导线内部是断开的，将电键S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、b′间电压，读数不为零，再测量a、a′间电压，若读数不为零，则一定是______导线断开；若读数为零，则一定是______导线断开．

（2）排除故障后，该小组顺利完成实验．通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如图．由I1I2图象得到电池的电动势E＝______V，内阻r＝________Ω.

解析：

（1）用多用电表的电压挡测Uab′≠0，说明两表笔与电源两极间为通路，问题出在a、b′之间的含有电键的电路部分；若Uaa′≠0，说明aa′导线断路，若Uaa′＝0，说明导线bb′断开．

（2）由于I2≫I1，故可将I2视为干路电流，则有

I1（R1＋r1）＝E－I2（r＋R0）

则I1＝

－

·I2，故从图线的截距和斜率可求得

E＝1.4V，r＝0.5Ω.

答案：

（1）aa′　bb′

（2）1.4（1.36～1.44均可）　0.5（0.4～0.6均可）

3．（2017·福建质检）为组装一个测量小电阻的欧姆表，某同学设计了如图电路．其中干电池的电动势E＝1.5V、内阻r＝0.5Ω，表头G的量程Ig＝600μA，内阻Rg＝500Ω，定值电阻R0＝1.0Ω，R1为滑动变阻器，Rx为被测电阻．

（1）该同学首先将表头G与R0并联，改装成一个新的电流表，则新电流表的量程Ig′＝______A，内阻Rg′＝______Ω.

（2）将表笔与被测电阻Rx断开，闭合开关S，调节R1，使表头指针满偏．

（3）保持R1阻值不变，将Rx接入电路，接入不同的Rx时表头指针偏转的角度不同，将表头表盘的电流刻度改成相对应的电阻刻度，就可以用来测量电阻的大小，则原表头表盘电流刻度0μA处对应的电阻刻度值应为________Ω，300μA处对应的电阻刻度值R与Rg′的关系是R________Rg′.（选填“>”“＝”或“<”）

（4）干电池使用一段时间后，电动势E几乎不变，内阻r变大，重新进行步骤

（2）后，再用该欧姆表去测电阻，则测量结果Rx′与被测电阻的真实阻值Rx之间的关系为Rx′______Rx.（选填“>”“＝”或“<”）

解析：

（1）由电表的改装原理可知，改装后的电表的内阻为Rg′＝

＝

Ω≈1.0Ω，改装后的电流表的量程为Ig′＝Ig＋

＝600×10－6A＋

A≈0.3A．（3）当表盘的指针指在0μA时，说明改装后的电表被短路，则被测电阻的阻值为零，则0μA所对应的电阻刻度值应为0Ω，由题意知电阻刻度值与电阻实际阻值大小相同，因为R接入电路后，电路总电阻变小，总电流增大，故通过R的电流大于Rg′的电流，因此该刻度值R应小于Rg′.（4）根据欧姆表的改装原理可知，电表正常调零时应有Ig′＝

，当电池的内阻变大调零时有Ig′＝

，所以r＋R1＝r′＋R1′，可知电阻的测量值与真实值比较将不变．

答案：

（1）0.3　1.0　（3）0　<　（4）＝

4．（2017·陕西咸阳模拟）发光二极管（LED）是一种被广泛应用到显示器、照明等各领域的非纯电阻元器件，它把电能转化为光能和热能．某兴趣小组为探究工作电压是“1.4～4V”、最大正向直流电流是“5～20mA”的LED管的IU曲线，并依此实验计算发光二极管效率达最大时其电阻和辐射的光功率，设计了如图甲所示的实验电路．

实验室备有以下器材：

电流表A1：

量程0～25mA，内阻约为50Ω；

电流表A2：

量程0～200mA，内阻约为10Ω；

电压表V：

量程0～5V，内阻约为102kΩ；

滑动变阻器R1：

阻值范围0～15Ω，最大电流1A；

滑动变阻器R2：

阻值范围0～1kΩ，最大电流100mA；

直流电源E：

输出电压6V，内阻不计；

开关S、导线若干．

（1）为了提高实验结果的准确性，电流表应选择________；滑动变阻器应选用________（以上填器材代号）．

（2）实验小组根据实验得到的数据描点绘出了如图乙所示的IU图象，而发光二极管（LED）的效率η与通过二极管的电流I的关系曲线如图丙所示．其中发光二极管的效率η是指辐射的全部光功率Φ与供给发光二极管的电功率的比值．则发光二极管效率达最大时其电阻RL＝________Ω，辐射的光功率Φ＝________W.

解析：

（1）由于发光二极管中电流为5～20mA，为了提高实验结果的准确性，电流表应该选择量程为0～25mA的A1.由于实验电路采用滑动变阻器分压接法，滑动变阻器应该选择阻值范围小的R1.

（2）根据题图丙，发光二极管效率达到最大时对应的电流为6mA，根据题图乙电流为6mA对应的电压为1.6V，发光二极管输入功率P＝UI＝9.6×10－3W，由η＝

×100%，解得Φ＝P光＝P×60%＝5.76×10－3W．由于发光二极管是非纯电阻元件，故不能用R＝

求解二极管的电阻，发光二极管效率最大时P热＝P－P光＝3.84×10－3W，由P热＝I2RL，解得RL≈106.7Ω.

答案：

（1）A1　R1　

（2）106.7　5.76×10－3

5．（2017·山东潍坊模拟）某兴趣小组要精确测定电源的电动势和内阻，他们找来了如下器材：

A．电流表G（量程为30mA、内阻未知）

B．电阻箱R（0～999.9Ω）

C．滑动变阻器R1（0～20Ω）

D．滑动变阻器R2（0～1kΩ）

E．开关、导线若干

F．电源E（电动势约10V）

（1）要完成实验，首先需测量电流表G的内阻．测量电流表G内阻的实验电路如图甲所示：

①将下述实验过程补充完整．

a．选择器材，滑动变阻器R′应该选取________（选填“R1”或“R2”）；

b．连接好电路，R′的滑片应调到________（选填“a”或“b”）端；

c．断开S2，闭合S1，调节R′，使电流表G满偏；

d．保持R′不变，闭合S2，调节电阻箱R的阻值，当R＝10Ω时，电流表G的示数为20mA；

②如果认为闭合S2前后干路上电流不变，则电流表G的内阻Rg＝________Ω.

（2）在测出电流表内阻Rg后，测定该电源的电动势和内阻的电路如图乙所示．闭合开关S，调整电阻箱R，读取相应的电流表示数I，记录多组数据（R，I），得到如图丙所示的

R图线，则电源的电动势E＝_______V，内阻r＝_______Ω.

解析：

（1）电源的电动势约为10V，电流表的满偏电流为30mA，则电路总电阻的最小值为Rmin＝

＝

Ω≈333.3Ω，则滑动变阻器应选择R2；闭合开关S1前，应将滑动变阻器接入电路的电阻值调到最大，因此连接好电路后，滑动变阻器的滑片应调到a端；闭合S2后，由并联电路的特点可知，（Ig－I）R＝IRg，则Rg＝5Ω.

（2）根据题图乙，由闭合电路欧姆定律可知E＝I（R＋r＋Rg），则

＝

R＋

，则图象的斜率k＝

，图象的截距为b＝

，又由图象可得k＝

、b＝5，由以上可解得E＝9V、r＝40Ω.

答案：

（1）R2　a　5　

（2）9　40