高中物理电学实验.docx
《高中物理电学实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理电学实验.docx（36页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
高中物理电学实验
高中物理：
电学实验
某小组利用图（a）所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中V1和V2为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻（阻值100Ω）；S为开关，E为电源。
实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计（图中未画出）测出。
图（b）是该小组在恒定电流为50.0μA时得到的某硅二极管U-I关系曲线。
回答下列问题：
（1）实验中，为保证流过二极管的电流为50.0μA，应调节滑动变阻器R，使电压表V1的示数为U1=______mV；根据图（b）可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻_____（填“变大”或“变小”），电压表V1示数_____（填“增大”或“减小”），此时应将R的滑片向_____（填“A”或“B”）端移动，以使V1示数仍为U1。
（2）由图（b）可以看出U与t成线性关系，硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为
=_____×10-3V/℃（保留2位有效数字）。
【答案】
（1）.5.00
（2）.变小（3）.增大（4）.B（5）.2.8
【解析】
【详解】
（1）U1=IR0=100Ω×50×10-6A=5×10-3V=5mV由
，I不变，温度升高，U减小，故R减小；由于R变小，总电阻减小，电流增大；R0两端电压增大，即V1表示数变大，只有增大电阻才能使电流减小，故华东变阻器向右调节，即向B短调节。
（2）由图可知，
=2.8×10-3V/℃
1.在“用DIS研究通电螺线管的磁感应强度”实验中
（1）在对螺线管通电________（选填“前”或“后”）必须对磁传感器进行调零。
（2）（单选题）实验时，将磁传感器探管前端插至通电螺线管轴线中点时，磁传感器读数为5mT。
减小通电螺线管的电流后，将探管从螺线管的另一端插入，当探管前端再次到达螺线管轴线中点时，磁传感器的读数可能为
（A）5mT（B）-5mT（C）3mT（D）-3mT
答案：
（1）前
（2）D
解析：
（1）在对螺线管通电前必须对磁传感器进行调零，否则就会有测量误差。
（2）减小通电螺线管的电流后，螺线管内的磁感应强度变小，由于从另一端插入，磁传感器的读数可能为-3mT。
2.如图甲所示的电路中，恒流源可为电路提供恒定电流I0，R为定值电阻，电流表、电压表均可视为理想电表。
某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗的电功率。
改变RL的阻值，记录多组电流、电压的数值，得到如图乙所示的U—I关系图线。
回答下列问题：
（1）滑动触头向下移动时，电压表示数 （填“增大”或“减小”）。
（2）I0= A。
（3）RL消耗的最大功率为 W（保留一位有效数字）
【答案】
（1）减小；
（2）1（3）5
【解析】
（1）滑动头向下移动时，RL阻值减小，则总电阻减小，电压变小，则电压表读数变小；
（2）由电路图可知：
，即：
U=I0R-IR，由U-I图线可知，I0R=20；
，则I0=1A；（3）RL消耗的功率为P=IU=20I-20I2，则当I=0.5时，功率的最大值为Pm=5W。
3.在探究两电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关的实验中，一同学猜想可能与两电荷的间距和带电量有关。
他选用带正电的小球A和B，A球放在可移动的绝缘座上，B球用绝缘丝线悬挂于玻璃棒C点，如图所示。
实验时，先保持两球电荷量不变，使A球从远处逐渐向B球靠近，观察到两球距离越小，B球悬线的偏角越大；再保持两球距离不变，改变小球所带的电荷量，观察到电荷量越大，B球悬线的偏角越大。
实验表明：
两电荷之间的相互作用力，随其距离的________而增大，随其所带电荷量的____________而增大。
此同学在探究中应用的科学方法是__________（选填：
“累积法”、“等效替代法”、“控制变量法”或“演绎法”）。
【答案】：
减小增大控制变量法
4.在黑箱内有一由四个阻值相同的电阻构成的串并联电路，黑箱面板上有三个接线柱1、2、3。
用欧姆表测得1、2接线柱之间的电阻为1Ω，2、3接线柱之间的电阻为1.5Ω，1、3接线柱之间的电阻为2.5Ω。
（1）在虚线框中画出黑箱中的电阻连接方式；
（2）如果将1、3接线柱用导线连接起来，1、2接线柱之间的电阻为______Ω。
【解析与答案】
1
2
3
1Ω
1Ω
1Ω
1Ω
（1）如下图
（2）根据题述的测量，4个电阻阻值均为1Ω。
如果将1、3接线柱用导线连接起来，1、2接线柱之间的电阻根据电阻的串联并联计算公式，为R=0.6Ω。
5.为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，,小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用
P=UI得到电功率.实验所使用的小灯泡规格为“3.0V1.8W”,电源为12V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10Ω.
（1）准备使用的实物电路如题10-1图所示.请将滑动变阻器接入电路的正确位置.（用笔画线代替导线）
（2）现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻，电路中的电阻R1应选Ω的定值电阻。
（3）测量结束后,应先断开开关，拆除两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。
R1
V
（4）小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如题10-2图所示。
请指出图象中不恰当的地方。
答案：
（1）（见右图）
（2）10
（3）电池
（4）图线不应画为直线;横坐标的标度不恰当.
解析：
（1）探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，测量小灯泡的电压U和电流I应从零开始，采用分压电路。
（2）根据热功率
得小灯泡的电阻为5Ω，与10Ω的滑动变阻器并联后最大阻值为3.33Ω，只有串联10Ω的定值电阻，才能满足小灯泡电压3伏的要求。
（3）先拆电池两端的导线，再拆除其他导线，这样最安全。
（4）小灯泡的电阻随电压的升高而增大，图线不应画为直线;横坐标的标度不恰当.
6.某实验小组利用如图（a）所示的电路探究在
范围内某热敏电阻的温度特性。
所用器材有：
置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻RT，其标称值（25°C时的阻值）为
；电源E（
，内阻可忽略）；电压表
（量程
）；定值电阻R0（阻值
），滑动变阻器R1（最大阻值为
）；电阻箱R2（阻值范围
）；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。
实验时，先按图（a）连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0°C。
将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。
逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0°C。
实验得到的R2-t数据见下表。
t/
25.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R2/
900.0
680.0
500.0
390.0
320.0
270.0
240.0
回答下列问题：
（1）在闭合S1前，图（a）中R1的滑片应移动到（填“a”或“b”）端；
（2）在图（b）的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2-t曲线；
（3）由图（b）可得到
在
范围内的温度特性。
当
时，可得
；
（4）将
握于手心，手心温度下
的相应读数如图（c）所示，该读数为
，则手心温度为°C。
答案：
（1）b
（2）如图（3）450（4）620.033.0
解析：
图
（1）（a）的电路中滑动变阻器采用限流法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的电阻最大，使电路中的电流最小，即图（a）中R1的滑片应移动到b端。
（2）将t=60℃和t=70℃对应的两组数据画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2-t图像。
（3）根据题述实验过程可知，测量的R2数据等于对应的热敏电阻RT的阻值。
由画出的R2-t图像可知，当t=44.0℃时，对应的RT=450Ω
（4）由画出的图像可知，当RT=620.0Ω，则手心温度t=33.0℃.
7.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。
如图丙所示，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，这种现象称为霍尔效应，UH为霍尔电压，且满足
，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数。
某同学通过实验测定该半导体薄片的霍尔系数。
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丙所示，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”）端通过导线连接。
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，
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
根据表中数据在给定坐标纸上（见答题卡）画出UH－I图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为________________
（保留2位有效数字）。
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，取两个方向的测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图丁所示的测量电路。
S1、S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片（未画出）。
为使电流自Q端流入，P端流出，应将S1掷向____（填“a”或“b”），S2掷向____（填“c”或“d”）。
I/×10-3A
U/×10-3V
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
3.0
6.0
9.0
12.0
15.0
18.0
21.0
0
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，该定值电阻串接在相邻器件____与_____（填器件代号）之间。
答案：
①M；②如图所示，1.5（1.4或1.6）。
③b，c；S1，E（或S2，E）
解析：
①由于可视为带正电粒子导电，正电荷向M点聚集，M点的电势高，故电压表的“+”接线柱与M端通过导线连接。
②UH－I图线如图所示，
即
解得：
k=1.5×10-3V·m·A-1·T-1
③电流自Q端流入，P端流出，即Q端电势高，应将S1掷向b，S2掷向c；定值电阻应和电池串联保证测量安全，所以应串接在S1与E或串接在S2与E之间。
8.图17（a）是测量电阻RX的原理图。
学生电源输出电压可调，电流表量程选0.6A（内阻不计），标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30.0cm
①根据原理图连接图17（b）的实物图
②断开S2，合上S1；调节电源输出电压为3.0V时，单位长度电阻丝的电压u=V/cm，记录此时电流表A1的示数。
③保持S1闭合，合上S2；滑动c点改变ac的长度L，同时调节电源输出电压，使电流表A1的示数与步骤②记录的值相同，记录长度L和A2的示数I。
测量6组L和I值，测量数据已在图17（c）中标出，写出RX与L、I、u的关系式RX=；根据图17（c）用作图法算出RX=Ω
答：
①如图所示，
②0.10，
③
，
6.0
解析：
②3V分布在长为30cm上面，故有单位长度的电压
③设电阻丝每cm长的电阻为R，当合上S1断开S2时，设此时电阻丝电流为
有：
，当合上S1、S2时，
由上两公式得：
作图求出：
L-I的斜率k=60.0cm/A，
9.
D
轻质托盘
支架
轻绳
光滑轻滑轮
绝缘细线
E
S
R
A
电流表
图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场。
现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力，来测量磁场的磁感应强度大小、并判定其方向。
所用部分器材已在图中给出，其中D为位于纸面内的U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；E为直流电源；R为电阻箱；
为电流表；S为开关。
此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线。
（1）在图中画线连接成实验电路图。
（2）完成下列主要实验步骤中的填空
①按图接线。
②保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态；然后用天平称出细沙质量m1。
③闭合开关S，调节R的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D________；然后读出___________________，并用天平称出____________。
④用米尺测量_______________。
（3）用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小，可以得出B=_________。
（4）判定磁感应强度方向的方法是：
若____________，磁感应强度方向垂直纸面向外；反之，磁感应强度方向垂直纸面向里。
答案：
（1）连线如图示
A
D
E
S
R
（2）③重新处于平衡状态,电流表的示数I,此时细沙的质量m2
④D的底边长L
（3）
（4）
解析：
将电源、开关、电流表、电阻箱和U形金属框串联成闭合电路．设U形金属框质量为m，当开关S断开时，有mg＝m1g，当开关S闭合时，有mg＋BIL＝m2g，联立解得：
若m2＞m1，U形金属框所受的安培力向下，磁感应强度方向垂直纸面向外；反之，磁感应强度方向垂直纸面向里．
10.
某同学利用图甲所示电路，探究了电源在不同负载下的输出功率。
①所得实验数据如下表，请在给出的直角坐标系上画出U-I图像。
U/V
1.96
1.86
1.80
1.84
1.64
1.56
I/A
0.05
0.15
0.25
0.35
0.45
0.55
②根据所画U-I图像，可求得电流I=0.20A时电源的输出功率为______W。
（保留两位有效数）
③实验完成后，该同学对实验方案进行了反思，认为按图甲电路进行实验操作的过程中存在安全隐患，并对电路重新设计。
在图乙所示的电路中，你认为既能测出电源在不同负载下的输出功率，又能消除安全隐患的是。
（Rx阻值未知）
答案：
①如右图所示；②0.37（或0.36）；③bc
解析：
①如右图所示
②由U－I图象可知，当I＝0.2A时，U＝1.84V。
由P＝UI得：
P＝1.84×0.2W＝0.368W
③按图甲电路进行实验操作的过程中存在安全隐患是：
滑动变阻器的滑片移动到最右端时，相当于把电流表直接接在电源两极，会烧坏电流表。
而图乙中的a仍然出现图甲的问题；b中的Rx在滑动变阻器的滑片移动时起分流作用保护电流表；c中的Rx在滑动变阻器的滑片移动到最右端时起限流作用保护电流表；d中的Rx在滑动变阻器的滑片移动到最右端时，Rx与r串联相当于电源内阻，等于直接把电流表接在电源两极。
b、c正确。
11.
V
a
b
R
Rx
S
R′
某同学利用如图所示的实验电路来测量电阻的阻值。
⑴将电阻箱接入a、b之间，闭合开关。
适当调节滑动变阻器R′后保持其阻值不变。
改变电阻箱的阻值R，得到一组电压表的示数U与R的数据如下表：
电阻R/Ω
5.0
10.0
15.0
25.0
35.0
45.0
电压U/V
1.00
1.50
1.80
2.14
2.32
2.45
请根据实验数据作出U-R关系图象。
⑵用待测电阻Rx替换电阻箱，读得电压表示数为2.00V。
利用⑴中测绘的U-R图象可得Rx=_____Ω。
⑶使用较长时间后，电池的电动势可认为不变，但内阻增大。
若仍用本实验装置和⑴中测绘的U-R图象测定某一电阻，则测定结果将_________（选填“偏大”或“偏小”）。
现将一已知阻值为10Ω的电阻换接在a、b之间，你应如何调节滑动变阻器，便仍可利用本实验装置和⑴中测绘的U-R图象实现对待测电阻的准确测定？
答：
（1）见右下图；
（2）20（19~21都算对）；（3）偏小；改变滑动变阻器阻值，使电压表示数为1.50V。
【解析】
（1）根据实验数据描点作出U-R关系图象，见右下图。
U/V
R/Ω
O
10
20
30
40
50
1.0
0.5
1.5
2.0
2.5
（2）根据U－R关系图象，电压表示数为2.00V时，Rx的阻值为20Ω，读取19~21Ω可以。
（3）因为电压表示数
，当电池的内阻r增大时，同一个R，则电压表读数将变小，按原来的U－R图象，则电阻的测量值小于真实值，即偏小。
要使电压表读数为1.50V，因为电池内阻r增大，应该把滑动变阻器阻值R’调小，以至于使R′+r不变。
12.某同学设计的可调电源电路如图22（a）所示，R0为保护电阻，P为滑动变阻器的滑片，闭合电键S.
①用电压表测量A、B两端的电压;将电压表调零,选择0-3V档,示数如图22（b）,电压值为V.
②在接通外电路之前，为了保证外电路的安全，滑片P应先置于端.
③要使输出电压U变大，滑片P应向端.
④若电源电路中不接入R0，则在使用过程中，存在的风险（填“断路”或“短路”）.
（a）
输出电压U
A
S
R0
E0
B
P
0
1
2
3
V
0
5
10
15
（b）
图22
【答案】①1.30②A③B④短路
【解析】②接通外电路之前，应该使滑片P先置于A端，这时用电器上的电压为0，这样才能起到外电路的安全保证；③要使输出电压U变大，滑片P应向B端滑；④如果电路中不接入保护电阻R0，滑动变阻器的滑片不小心滑到A端，将可能出现短路风险。
A
V
a
b
c
Rx
Rw
E
K
M
N
题6图2
13.同学们测量某电阻丝的电阻Rx，所用电流表的内阻与Rx相当，电压表可视为理想电压表.
①若使用题6图2所示电路图进行实验，要使得Rx的测量值更接近真实值，电压表的a端应连接到电路的点（选填“b”或“c”）.
②测得电阻丝的U-I图如题6图3所示，则Rx为Ω（保留两位有效数字）。
③实验中，随电压进一步增加电阻丝逐渐进入炽热状态。
某同学发现对炽热电阻丝吹气，其阻值会变化。
他们对此现象进行探究，在控制电阻丝两端的电压为10V的条件下，得到电阻丝的电阻Rx随风速
（用风速计测）的变化关系如题6图4所示。
由图可知当风速增加时，Rx会（选填“增大”或“减小”）。
当风速增加过程中，为保持电阻丝两端电压为10V，需要将滑动变阻器RW的滑片向端调节（选填“M”或“N”）.
④为了通过电压表的示数来显示风速，同学们设计了如题6图5所示的电路。
其中R为两只阻值相同的电阻，Rx为两根相同的电阻丝，一根置于气流中，另一根不受气流影响，V为待接入的理想电压表。
如果要求在测量中，风速从零开始增加，电压表的示数也从零开始增加，则电压表的“＋”端和“－”端应分别连接到电路中的点和点（在“a”“b”“c”“d”中选填）.
【答案】①c；②4.1（4.0～4.2）；③减小，M；④b，d
解析：
①电流表有较大内阻，选择电流表内接法会使电阻的测量值偏大，而电压表是理想电压表，故选择电流表外接法可以减小电阻的测量误差，故电压表的a端应连接到电路的c点。
②由部分电路欧姆定律
知U-I图像的斜率代表电阻，求得电阻
③由图4知，风速增大后，代表电阻的纵坐标数值在减小，Rx减小，导致总电阻减小，总电流增大，使得并联部分的电压减小，向M端滑动可使并联部分的电压重新增大为10V。
④当风速为零时，电压表的示数也为零，满足Ucd=Ucb；而下端的Rx减小后，dc间的电压减小，即d点电势减小，有φd<φb，故电压表的正接线柱接在b点，负接线柱接在d点。
14.某同学利用图（a）所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。
实验中使用的器材为：
电池E（内阻很小）、开关
和
、电容器C（约100μF）、电阻R1（约200kΩ）、电阻R2（1kΩ）、电压表V（量程6V）、秒表、导线若干。
（1）按
图（a）所示的电路原理图将图（b）中实物图连线。
（2）先闭合开关
，再断开开关
；闭合开关
，同时按下秒表开始计时。
若某时刻电压表示数如
图（c）
V
0
2
4
6
5
3
1
图（b）
R1
S1
R2
S2
E
C
V
V
E
R1
C
S1
S2
R2
图（a）
图（c）所示，电压表的读数为________V（保留2位小数）。
（3）该同学每隔10s记录一次电压表的读数U，记录的数据如下表所示，在答题卡给出的坐标纸上绘出U-I图线。
已知只有一个数据点误差较大，该数据点对应的表中的时间是______s。
时间t/s
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
电压U/V
2.14
3.45
4.23
4.51
5.00
5.18
（4）电路中C、R2和S2构成的回路的作用是
___________。
答案：
（1）如答图示
（2）3.6V（3）40s（4）使实验前电容器两极板上的电荷相中和
解析：
（1）实物图连线如答图示
（2）电压表的量程为6V，分度值为0.1V，所以读数为3.6V
（3）从数据中可以得出，电压表示数变化得越来越慢，而从30s到40s之间数据变化又突然快了，所以该数据对应表中的时间为40s
（4）电路中C、R2和S2构成的回路，先闭合开关，再断开开关，使电容器上所带的电荷量释放干净，不影响实验。
15.现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过
时，系统报警。
提供的器材有：
热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过
时就会报警），电阻箱（最大阻值为
），直流电源（输出电压为
，内阻不计），滑动变阻器
（最大阻值为
），滑动变阻器
（最大阻值为
），单刀双掷开关一个，导线若干。
在室温下对系统进行调节。
已知
约为18V，
约为10mA；流过报警器的电流超过
时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60°C时阻值为650.0Ω。
（1）在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
（2）电路中应选用滑动变阻器_____________（填“
”或“
”）。
（3）按照下列步骤调节此报警系统：
①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为______Ω；滑动变阻器的滑片应置于_______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是________________________________。
②将开关向_______（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________________________。
（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。
答案：
（1）如下图
（2）R2
（3）①650.0，b，接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏坏
②c，报警器开始报警
解析：
（1）热敏电阻工作温度达到60°C时，报警器报警。
故需通过调节电阻箱使其电阻为60°C时的热敏电阻的阻值，即调节到阻值650.0Ω，光使报警器能正常报警，电路图如上图
（2）U
升级会员 