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2021届高考物理二轮复习 实验题专项练3 电学实验

2021届高考物理二轮复习 实验题专项练3 电学实验

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实验题专项练3　电学实验
1．某同学要测量一节干电池的电动势和内阻，他设计了如图甲所示的电路，其中ab是阻值为10 Ω的均匀直电阻丝，长100 cm，该同学进行了如下操作：
①将电阻丝固定的木板上，a、b两端连在接线柱上；
②将刻度尺平行ab固定在木板上，刻度尺的0、100.00 cm刻度线分别与a、b对齐；
③在电阻丝上夹上一个带有接线柱P的小金属夹，沿电阻丝移动金属夹，可改变其与电阻丝接触点的位置，从而改变接入电路中电阻丝的长度；
④连接电路，金属夹在电阻丝上某位置时，闭合开关，将电流表的示数I及对应的金属夹所夹的位置刻度x记录在表格中；
⑤重复步骤④，记录每一次电流表的示数和对应的金属夹所夹位置刻度，如表所示；
⑥将表格中数据在坐标系中描点如图乙所示。
请回答下列问题：

x(cm)
10.00
20.00
40.00
60.00
80.00
I(A)
0.48
0.34
0.22
0.16
0.13
(A－1)
2.08
2.94
4.55
6.25
7.92
(1)干电池的电动势为________ V，内阻为________ Ω；
(2)实验中，用了4条长各为30 cm的铜导线连接仪器，为进一步探究导线电阻对电池内阻测量结果的影响，该同学用螺旋测微器测量了导线直径d，示数如图丙所示，d＝________ mm；查询资料知铜的电阻率为1.7×10－8 Ω·m，通过近似计算，求出导线的总电阻，并说明可以不考虑导线电阻的理由_________________________________________________。
解析：(1)根据实验原理有E＝I(R＋r)＝I(×10＋r)，变得＝ x＋，将­x图像中的点连成直线，如图所示。

则有图像斜率k＝＝V－1，得E≈1.18 V，截距为b＝＝1.2 A－1，得r≈1.42 Ω。
(2)螺旋测微器固定刻度为0.5 mm，可动刻度为0.01×13.0 mm＝0.130 mm，所以最终读数为0.630 mm，由电阻定律得R＝ρ＝ρ＝ρ＝1.70×10－8× Ω≈0.07 Ω，由于导线电阻约为0.07 Ω，远小于电源内阻，则实验时可以不考虑导线电阻。
答案：(1)1.18(1.10～1.50均正确)　1.42(1.30～1.60均正确)　(2)0.630(0.629～0.631均正确)　导线电阻约为0.07 Ω，远小于电源内阻
2．为测定金属丝的电阻率ρ，某同学把一段粗细均匀的金属丝拉直并固定在带有毫米刻度尺的木板上。用多用电表粗测金属丝的电阻Rx约为5 Ω，实验室有以下器材可选用：
电流表A1(量程300 mA，内阻r1＝5 Ω)；
电流表A2(量程600 mA，内阻r2约为1 Ω)；
电压表V(量程20 V，内阻r3约为3 kΩ)；
滑动变阻器R1(0～10 Ω，额定电流为1 A)；
滑动变阻器R2(0～250 Ω，额定电流为0.01 A)；
电源E(电动势3 V，内阻较小)；
导线、开关若干。
(1)如图甲，用螺旋测微器测量金属丝直径d＝________ mm。

(2)为准确测出该金属丝的电阻，要求多测几组数据，请帮该同学在方框内(图乙)画出测量该电阻R的电路原理图(标出所用仪器的代号)，写出对应的表达式Rx＝________，表达式中各物理量的含义为_______________________________________________________________。
(3)如果用d表示测得金属丝的直径、L表示金属丝的长度、Rx为金属丝电阻值，则该金属的电阻率ρ＝________(用d、L、Rx表示结果)。
解析：(1)螺旋测微器的固定刻度为2 mm，可动刻度为15.0×0.01 mm＝0.150 mm，故金属丝直径为2 mm＋0.150 mm＝2.150 mm。
(2)实验中要求多测几组数据，故滑动变阻器采用分压式接法，选阻值较小的R1；题中所给电压表量程太大，故不选用；要测量R的阻值，可以把电流表A1作为电压表使用，故实验电路图如图所示。

根据欧姆定律，有Rx＝ ①
其中I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数，r1为电流表A1的内阻。
(3)根据电阻定律，有Rx＝ρ②
由②代入S＝π()2，得ρ＝。
答案：(1)2.150　(2)图见解析　　I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数，r1为电流表A1的内阻　(3)
3．将一个量程在1.5 mA～2.5 mA之间(标有清晰的刻度但没有标示数)、内阻在150 Ω～250 Ω之间的电流表G改装成一个量程为0～30 V的电压表。为了正确改装，采用如图甲所示的电路来测量电流表G的量程和内电阻，可以使用的实验器材如下：

A．电源(电动势约6 V、内电阻小于1 Ω)
B．标准电流表A(量程为0～10 mA，内电阻约为500 Ω)
C．电阻箱(阻值范围0～9.9 Ω)
D．电阻箱(阻值范围0～999.9 Ω)
E．滑动变阻器(阻值为0～1 kΩ)
F．滑动变阻器(阻值为0～20 Ω)
G．开关S和导线若干
(1)该实验中电阻箱应选________，滑动变阻器应选________(填题中仪器前面的字母序号)。
(2)该同学的实验操作过程为：
①将滑动变阻器的滑片P移至最右端，将电阻箱的阻值调至最大；
②闭合开关S，向左移动滑动变阻器滑片P、调节电阻箱阻值使电流表G指针指到满刻度，记录标准电流表A的读数I及此时电阻箱的阻值R；
③再次向左移动滑动变阻器滑片P、调节电阻箱阻值至电流表G指针指到满刻度，记录第二组标准电流表A的读数I及此时电阻箱的阻值R；
④重复步骤③3～5次；
⑤该同学利用实验中所记录的五组标准电流表A的示数I和电阻箱的阻值R数据，画出I­图像如图乙所示。

根据图线可以求得电流表G的量程为________A，内电阻为________Ω。
(3)将电流表G与一个阻值为________Ω的电阻串联就可以组成量程为0～30 V的电压表。
解析：(1)因为待测电流表G的内阻在150 Ω～250 Ω之间且与电阻箱并联，故电阻箱应选择与待测电流表内阻相当的D，以获得较大的测量范围；为了保证电表的安全，应限制干路的电流，应选择最大阻值较大的滑动变阻器，故滑动变阻器应选E。
(2)设电流表G的满偏电流为Ig，内电阻为Rg，根据支路电流之和等于干路电流可得I＝Ig＋
根据图乙可知IgRg＝ V＝0.4 V
截距Ig＝2×10－3 A
联立可得Rg＝200 Ω。
(3)设改装成量程为0～30 V的电压表，需要串联的电阻为R′，根据欧姆定律可得Umax＝Ig(Rg＋R′)
即30 V＝2×10－3 A×(200 Ω＋R′)
解得R′＝14 800 Ω。
答案：(1)D　E　(2)2×10－3　200　(3)14 800