届高考物理人教通用名师考点点拨专题讲义专题14+电学实验二含14真题及原创解析.docx

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届高考物理人教通用名师考点点拨专题讲义专题14+电学实验二含14真题及原创解析

考题1　测定金属丝（液体）的电阻率

例1

　在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中：

（1）某实验小组用如图1所示电路对镍铬合金和康铜丝进行探究，a、b、c、d是四种金属丝．

图1

①实验小组讨论时，某同学对此电路提出异议，他认为，电路中应该串联一个电流表，只有测出各段金属丝的电阻，才能分析电阻与其影响因素的定量关系．你认为要不要串联电流表？

并简单说明理由．

②几根镍铬合金丝和康铜丝的规格如下表所示：

电路图中三种金属丝a、b、c分别为下表中编号为A、B、C的金属丝，则d应选下表中的________（用表中编号D、E、F表示）.

编号

材料

长度L/m

横截面积S/mm2

A

镍铬合金

0.30

0.50

B

镍铬合金

0.50

0.50

C

镍铬合金

0.30

1.00

D

镍铬合金

0.50

1.00

E

康铜丝

0.30

0.50

F

康铜丝

0.50

1.00

（2）该实验小组探究了导体电阻与其影响因素的定量关系后，想测定某金属丝的电阻率．

①用毫米刻度尺测量金属丝长度为L＝80.00cm，用螺旋测微器测金属丝的直径如图2甲所示，则金属丝的直径d为________.

②按如图乙所示连接好电路，测量金属丝的电阻R.改变滑动变阻器的阻值，获得六组I、U数据描在图丙中所示的坐标系上．由图可求得金属丝电阻R＝________Ω，该金属丝的电阻率ρ＝________Ω·m（保留两位有效数字）．

图2

解析　

（1）①串联电路电流处处相等，串联电阻两端电压与电阻成正比，不需要测出电流，根据电阻两端电压大小即可比较出电阻大小．②探究影响电阻的因素，应采用控制变量法，实验已选A、B、C的金属丝，根据控制变量法的要求，应控制材料的长度与横截面积相等而材料不同，因此d应选表中的E.

（2）①由图示螺旋测微器可知，其示数为1.5mm＋10.0×0.01mm＝1.600mm；②根据坐标系内的点作出图象如图所示．

由图象可知，电阻阻值为R＝

＝

Ω＝0.5Ω；由电阻定律R＝ρ

＝ρ

可得，电阻率ρ＝

＝

Ω·m≈1.3×10－6Ω·m.

答案　

（1）①不需要，串联电路电流处处相等，电压与电阻成正比　②E　

（2）①1.600mm　②0.5　1.3×10－6

1．（2014·江苏·10）某同学通过实验测量一种合金的电阻率．

（1）用螺旋测微器测量合金丝的直径．为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧图3所示的部件__________（选填“A”、“B”、“C”或“D”）．从图中的示数可读出合金丝的直径为________mm.

图3

（2）图4所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出．合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化．由此可以推断：

电路中______（选填图中表示接线柱的数字）之间出现了________（选填“短路”或“断路”）．

图4

（3）在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω.为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进？

请写出两条建议．

答案　

（1）B　0.410　

（2）7、9　断路

（3）电流表改为内接；测量多组电流和电压值，计算出电阻的平均值．（或测量多组电流和电压值，用图像法求电阻值）

解析　

（1）螺旋测微器读数时应先将锁紧装置锁紧，即旋紧B.螺旋测微器的示数为（0＋41.0×0.01）mm＝0.410mm.

（2）电压表的示数不为零，电流表的示数几乎为零，说明连接两电表的电路是导通的．而滑动变阻器几乎不起作用，说明线路电阻很大，故可判断7、9间断路．

（3）由题知

≈0.005<

≈0.019，说明电流表的分压作用不显著，故可将电流表改为内接，并测出多组U、I值，求出Rx后，再取平均值作为实验结果．

2．

（1）某实验小组在“测定金属丝电阻率”的实验过程中，正确操作获得金属丝的直径以及电流表、电压表的读数如图5所示，则它们的读数值依次是________、________、________.

图5

（2）已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为0～10Ω，电流表内阻约几欧，电压表内阻约20kΩ.电源为干电池（不宜在长时间、大功率状况下使用），电动势E＝4.5V，内阻很小．则以下电路图中________（填电路图下方的字母代号）电路为本次实验应当采用的最佳电路．但用此最佳电路测量的结果仍然会比真实值偏________．

若已知实验所用的电流表内阻的准确值RA＝2.0Ω，那么准确测量金属丝电阻Rx的最佳电路应是上图中的________电路（填电路图下的字母代号）．此时测得电流为I、电压为U，则金属丝电阻Rx＝________（用题中字母代号表示）．

答案　

（1）0.998mm（0.996～0.999mm均可）　0.42A　2.26V（2.25～2.28V均可）　

（2）A　小　B

－RA

解析　

（1）因电源不能在大功率下长时间运行，则本实验应采用限流式接法；同时电压表内阻较大，由以上读数可知，待测电阻的内阻约为5Ω，故采用电流表外接法误差较小；在实验中电压表示数准确，但电流表测量的是干路电流，故电流表示数偏大，则由欧姆定律得出的结果偏小；

（2）因已知电流表内阻的准确值，则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻，故应选B电路；待测电阻及电流表总电阻R＝

，则待测电阻Rx＝R－RA.

连接实物图要根据电路原理图，采用先串后并，如果滑动变阻器是分压式接法，一般先将电源、开关、滑动变阻器的全部电阻连接，然后将滑动变阻器的分压部分、待测电阻、电流表串联，最后并联电压表．同时注意电压表和电流表的正负接线柱以及电流表的内、外接法，还要注意量程选取是否合适．

考题2　测定电源的电动势和内阻

例2

　某同学用如图6所示电路测量多用电表的内阻和内部电池的电动势．

图6

（1）多用电表右侧表笔为________（填“红表笔”或“黑表笔”）．将多用电表选择旋钮调至欧姆挡“×1”，将红黑表笔短接，调节________，使指针指在右侧满刻度处．

（2）移动滑动变阻器R的触头，分别读出五组电压表（内阻较大，可视为理想电压表）和欧姆表示数U、R，并将计算得出的

、

记录在表格中，其中第四次测量时欧姆表的示数如图7，其阻值为________Ω.在如图8所示的坐标纸上作出

－

图线．

图7

2.50

1.70

1.25

1.00

0.80

0.18

0.10

0.06

0.02

图8

（3）若改用已使用较长时间的多用电表（电池电动势变小，内阻变大），但仍能调零后测电阻，其测得电阻R值与原来相比________．（填“偏大”、“不变”或“偏小”）

答案　

（1）黑表笔　调零旋钮（调R0也可）

（2）30　如图所示

（3）偏大

3．某同学用如图9所示的电路测量欧姆表的内阻和电源电动势（把欧姆表看成一个电源，且已选定倍率并进行了欧姆调零）．实验器材的规格如下：

图9

电流表A1（量程200μA，内阻R1＝300Ω）

电流表A2（量程30mA，内阻R2＝5Ω）

定值电阻R0＝9700Ω

滑动变阻器R（阻值范围0～500Ω）

（1）闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动触头至某一位置，读出电流表A1和A2的示数分别为I1和I2.多次改变滑动触头的位置，得到的数据见下表.

I1（μA）

120

125

130

135

140

145

I2（mA）

20.0

16.7

13.2

10.0

6.7

3.3

依据表中数据，作出I1—I2图线如图10所示；据图可得，欧姆表内电源的电动势为E＝________V，欧姆表内阻为r＝________Ω.（结果保留3位有效数字）

图10

（2）若某次电流表A1的示数是114μA，则此时欧姆表示数约为________Ω.（结果保留3位有效数字）

答案　

（1）1.50（1.48～1.51）　15.0（14.0～16.0）

（2）47.5（47.0～48.0）

解析　

（1）根据闭合电路欧姆定律，由图象与纵坐标的交点可求得：

欧姆表内电源的电动势E＝150μA×（300＋9700）Ω＝1.50V；

由图象的斜率绝对值可求得欧姆表内阻，内阻约为r＝

＝

＝

Ω＝15.0Ω.

（2）由闭合电路欧姆定律知E＝I1（R0＋R1）＋Ir，则I＝

＝0.024A，故欧姆表的示数R＝

＝47.5Ω.

测量电源的电动势和内阻的基本原理是闭合电路欧姆定律，数据处理的主要思想方法是“化曲为直”，常用的方法有三种：

1．伏安法——利用电压表和电流表，闭合电路方程为E＝U＋Ir，利用两组数据，联立方程求解E和r；也可作出U—I图象，图线的纵截距表示电源的电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻．

2．伏阻法——利用电压表和电阻箱．闭合电路方程为E＝U（1＋

）．利用两组数据联立方程求解或将原方程线性化，处理为

＝

·

＋

或U＝－r

＋E，作

—

图象或U—

图象，利用图线的截距和斜率求E和r.

3．安阻法——利用电流表和电阻箱．闭合电路方程为E＝I（R＋r），利用两组数据联立方程求解或将方程线性化，处理为

＝

·R＋

，作

－R图象，利用图线的截距和斜率求E和r.

考题3　从原理迁移中突破电学实验

例3

　霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展．如图11所示，在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在M、N间出现电压UH，这个现象称为霍尔效应，UH称为霍尔电压，且满足UH＝k

，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数．某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数．

图11

（1）若该半导体材料是空穴（可视为带正电粒子）导电，电流与磁场方向如图11所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“＋”接线柱与______（填“M”或“N”）端通过导线相连．

（2）已知薄片厚度d＝0.40mm，该同学保持磁感应强度B＝0.10T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如下表所示．根据表中数据在图12中画出UH—I图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为______×10－3V·m·A－1·T－1（保留2位有效数字）.

I（×10－3A）

3.0

6.0

9.0

12.0

15.0

18.0

UH（×10－3V）

1.1

1.9

3.4

4.5

6.2

6.8

图12

（3）该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图13所示的测量电路，S1、S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片（未画出）．为使电流从Q端流入，P端流出，应将S1掷向________（填“a”或“b”），S2掷向________（填“c”或“d”）．为了保证测量安全，该同学改进了测量电路，将一合适的定值电阻串联在电路中．在保持其它连接不变的情况下，该定值电阻应串联在相邻器件________和________（填器件代号）之间．

图13

解析　

（1）根据左手定则，正电荷受力向左，因此“＋”接线柱应接M点；

（2）画出图象，图象的斜率为

，将B和d代入就可以求出k值为1.5；（3）将S1掷向b，S2掷向c，电流恰好反向；应将该电阻接入公共部分，即在S1与S2之间，因此可以在S1与E之间也可以在E与S2之间．

答案　

（1）M（1分）

（2）如图所示（3分）

1．5（1.4～1.6）（1分）　（3）b（1分）　c（1分）　S1（或S2）（1分）　E（1分）

（2014·福建·19

（2））（9分）某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理图如图14甲所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计

改装的电流表

，

为标准电压表，E为待测电池组，S为开关，R为滑动变阻器，R0是标称值为4.0Ω的定值电阻．

图14

①已知灵敏电流计

的满偏电流Ig＝100μA、内阻rg＝2.0kΩ，若要改装后的电流表满偏电流为200mA，应并联一只________Ω（保留一位小数）的定值电阻R1；

②根据如图14甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整的电路；

③某次实验的数据如下表所示：

测量次数

1

2

3

4

5

6

7

8

电压表

读数U/V

5.26

5.16

5.04

4.94

4.83

4.71

4.59

4.46

改装表

读数I/mA

20

40

60

80

100

120

140

160

该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法（逐差法），计算出电池组的内阻r＝________Ω（保留两位小数）；为减小偶然误差，逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是____________________________．

④该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：

电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大．若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是________．（填选项前的字母）

A．电压表内阻的影响

B．滑动变阻器的最大阻值偏小

C．R1的实际阻值比计算值偏小

D．R0的实际阻值比标称值偏大

答案　①1.0　②见解析图（其他正确连接同样给分）　③1.66　充分利用已测得的数据

④CD

解析　①由电流表的改装知识可知，R1＝

＝

Ω≈1.0Ω.

②如下图．

③根据闭合电路欧姆定律结合逐差法可知

r1＝

－R0，r2＝

－R0，

r3＝

－R0，r4＝

－R0.

故r＝

＝

－R0＝

[

－4.0]Ω≈1.66Ω.

逐差法在计算中体现的主要优点是：

充分利用已测得的数据．

④根据题意可知，内阻的测量值为r测＝

－R0，因此，电压表的内阻、滑动变阻器的阻值对测量结果无影响．若R1的实际值比计算值偏小，则改装后的电流表示数偏小，导致内阻测量值偏大．根据内阻测量值的表达式可知，R0的实际值比标称值偏大，也会导致内阻测量值偏大．故选C、D.

知识专题练　训练14

题组1　测定金属丝（液体）的电阻率

1．用伏安法测定电阻约为5Ω的均匀电阻丝的电阻率，电源是两节干电池．如图1甲所示，将电阻丝拉直后两端固定在带有刻度尺的绝缘底座两端的接线柱上，底座的中间有一个可沿电阻丝滑动的金属触头P，触头上固定了接线柱，按下P时，触头才与电阻丝接触，触头的位置可从刻度尺上读出．实验采用的电路原理图如图乙所示，测量电阻丝直径所用螺旋测微器如图丙所示．

图1

（1）用螺旋测微器测电阻丝的直径时，先转动________使测微螺杆F接近被测电阻丝，再转动________夹住被测物，直到棘轮发出声音为止，拨动________使F固定后读数．（填仪器部件的字母符号）

（2）根据电路原理图乙，用笔画线代替导线，将图2所示实物图连接成实验电路．

图2

（3）闭合开关后，滑动变阻器触头调至一合适位置后不动，多次改变P的位置，得到几组U、I、L的数据，用R＝

计算出相应的电阻值后作出R—L图线如图3所示．取图线上两个点间数据之差ΔL和ΔR，若电阻丝直径为d，则电阻率ρ＝________.

图3

答案　

（1）D　H　G　

（2）见解析图　（3）

解析　

（1）在用螺旋测微器测电阻丝的直径时，先转动粗调旋钮，使测微螺杆F接近被测电阻丝，再转动微调旋钮夹住被测物，直到棘轮发出声音为止，拨动止动旋钮使F固定后读数．

（2）根据电路图，连接实物图

（3）根据R＝ρ

，得ΔR＝ρ

，而S＝

，代入得：

ρ＝

.

题组2　测定电源的电动势和内阻

2．（2014·新课标Ⅰ·23）利用如图4所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：

图4

待测电源，电阻箱R（最大阻值为999.9Ω），电阻R0（阻值为3.0Ω），电阻R1（阻值为3.0Ω），电流表

（量程为200mA，内阻为RA＝6.0Ω），开关S.

实验步骤如下：

①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；

②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；

③以

为纵坐标，R为横坐标，作

－R图线（用直线拟合）；

④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.

回答下列问题：

（1）分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则

与R的关系式为________________________．

（2）实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3.0Ω时电流表的示数如图5所示，读出数据，完成下表．

答：

①__________，②__________.

R/Ω

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

I/A

0.143

0.125

①

0.100

0.091

0.084

0.077

/A－1

6.99

8.00

②

10.0

11.0

11.9

13.0

图5

（3）在图6的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k＝________A－1·Ω－1，截距b＝________A－1.

图6

（4）根据图线求得电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.

答案　

（1）

＝

R＋

（5.0＋r）

（2）①0.110（0.109～0.111均正确）

②9.09（9.01～9.17均正确）

（3）见解析图　1.0（0.96～1.04均正确）

6．0（5.9～6.1均正确）

（4）3.0（2.7～3.3均正确）　1.0（0.6～1.4均正确）

解析　

（1）根据闭合电路欧姆定律可知：

E＝IRA＋（I＋

）（R＋R0＋r）

将R0＝3.0Ω，R1＝3.0Ω，RA＝6.0Ω代入上式得

＝

R＋

（5.0＋r）

（2）从读数上，有效数字要一致，即读数是0.110A，倒数是9.09A－1.

（3）由

－R关系式可知k＝

，截距b＝

（5.0＋r）；由给出的数据作出图像，连线时尽可能使多的点在同一直线上，不在直线上的点要均匀分布在直线两侧如图所示．

由图像可知，k＝1.0A－1·Ω－1，b＝6.0A－1.

（4）电源电动势E＝3.0V，电源内阻r＝1.0Ω.

题组3　从原理迁移中突破电学实验

3．实际电流表有内阻，测量电流表G1内阻r1的电路如图7所示．

图7

供选择的仪器如下：

①待测电流表G1（0～5mA，内阻约300Ω）

②电流表G2（0～10mA，内阻约100Ω）

③定值电阻R1（300Ω）

④定值电阻R2（10Ω）

⑤滑动变阻器R3（0～1000Ω）

⑥滑动变阻器R4（0～20Ω）

⑦干电池（1.5V）

⑧电键S及导线若干．

（1）定值电阻应选________，滑动变阻器应选________．（在空格内填写序号）

（2）对照电路图用笔连线连接如图8所示实物图．

图8

（3）补全实验步骤：

①按如图7所示电路图连接电路，将滑动变阻器的触头移至最________（填“左端”或“右端”）；

②闭合电键S，移动滑动触头至某一位置，记录G1和G2的读数I1和I2；

③多次移动滑动触头，记录G1和G2的读数I1和I2；

④以I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线，如图9所示．

图9

（4）根据I2－I1图线的斜率k及定值电阻，写出待测电流表内阻的表达式________________．

答案　

（1）③　⑥　

（2）见解析图　（3）左端　（4）r1＝（k－1）R1

解析　

（1）因电流表G1的内阻约为300Ω，故定值电阻选择R1；为调节方便滑动变阻器选择R4.

（2）根据电路图连接实物如图所示：

（3）为保护测量电路，闭合开关时，测量电路应处于短路状态，故滑片移至最左端．

（4）由电路图知I2＝I1＋

，可得图象的斜率k＝1＋

，解得r1＝（k－1）R1.

4．现有一刻度盘总共有N小格、且刻度均匀，量程未准确确定的电压表V1，已知其量程在13～16V之间，内阻r1＝150kΩ.为测定其准确量程U1，实验室提供了如下表所列的器材，要求方法简捷，尽可能减少误差，并能测出多组数据.

器材（代号）

规格

标准电压表V2

量程3V，内阻r2＝30kΩ

电流表A

量程3A，内阻r3＝0.01Ω

滑动变阻器R

总阻值1kΩ

稳压电源E

20V，内阻很小

开关S、导线若干

（1）某同学设计了如图10所示的甲、乙、丙三种电路图

图10

你认为选择________电路图测量效果最好．（填“甲”、“乙”或“丙”）

（2）根据测量效果最好的那个电路图，将如图11所示有关器材连接成测量电路．

图11

（3）若选择测量数据中的一组来计算V1的量程U1，则所用的表达式U1＝________________，式中各符号表示的物理量是：

________________.

答案　

（1）乙　

（2）见解析图　（3）

U2　N：

V1的总格数，N1：

V1的读出格数，U2：

V2的读数，r1：

V1表内阻，r2：

V2表内阻

解析　

（1）由于待测电压表的满偏电流与标准电压表的满偏电流接近，大约是0.1mA，所以可将两电压表串联使用，由于滑动变阻器的全电阻远小于电压表内阻，所以滑动变阻器应用分压式接法，所以选择乙电路图进行测量．

（2）根据图乙所示电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示．

（3）待测电压表V1的指针偏转格数为N1，每格表示电压值为ΔU，

由欧姆定律可得：

＝

所以电压表V1的量程为U1＝N·ΔU

联立解得U1＝

U2

其中r1＝150kΩ，r2＝30kΩ，U2为某次测量时标准电压表V2的读数，N1为某次测量时待测电压表V1的指针偏转格数．