电学实验(近三年高考题)

【2018年高考考点定位】高考考纲中共涉及到这几个实验，即测量金属的电阻率、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测定电源的电动势和内阻、练习使用多用电表和传感器的简单使用，其中测量金属的电阻率涉及到螺旋测微器和游标卡尺的读数，描绘小灯泡伏安特性曲线涉及到电路的连接和电表的选择，测定电源电动势和内阻涉及到闭合回路的欧姆定律以及多用表的使用，知识点较多，需要我们仔细梳理，认真掌握。考点一、测量金属丝的电阻率○1实验原理LRS，根据电压表和电流测出电阻URI，测出金属丝的长度和横截面积就可以计算出电阻率。○2对于金属丝的长度的测量多用到游标卡尺；而横截面积通过测量直径来计算，直径的测量经常用到螺旋测微器。如上图所示为游标卡尺，主要有主尺和游标尺两部分组成，主尺一般以毫米为单位，而游标尺有10分度，20分度和50分度的游标尺，分度值分别为0.1mm，0.05mm和0.02mm；读数时分为两部分，其一为游标尺零刻度线左侧对应的主尺上面毫米的整数倍；其二为与主尺对齐的游标尺第N条刻度线，N乘以精确度；二者之和即为最终读数，单位为毫米。注意精确度，末尾的零不可以省去。上图所示为螺旋测微器，又称千分尺，其读数有固定刻度和可动刻度两部分构成，读数时先读出固定刻度上面露出的0.5mm的整数倍，再读出刻度可动刻度上面与固定刻度对齐的刻度线乘以精确度0.01mm，提醒大家注意，可动刻度线必须估读到下一位；二者之和为最终读数；由于最终读数精确到千分之一毫米，所以又叫做千分尺。考点二、描绘小灯泡的伏安特性曲线○1实验原理：通过滑动变阻器调节小灯泡两端的电压和流过小灯泡的电流，记录小灯泡两端的电压和电流表示数，最终描点连线，做出UI图像。○2电流表的内接和外接：电流表内接法如下图由于电流表和待测电阻串联而分压，导致电压表测量的电压不但包括待测电阻电压而且包括电流表电压，所以此种方法电流表准确，电压表偏大，导致测量的电阻偏大；对于测量大电阻时，由于电流表阻值较小，分压少，误差较小，所以一般测量大电阻用内接法。归纳为：大内偏大电流表外接法如下图由于电压表和待测电阻并联而分流，导致电流表所测电流包括待测电阻和和电压表的电流，此种方案所测电压为准确的，而电流偏大，所以导致测量的电子偏小；对于测量小电阻时，由于电压表内阻较大，分流少，误差较小，所以一般测量小电阻用外接法，归纳为：小外偏小综合考虑小灯泡电阻较小，所以选择电流表外接法.○3电压表和电流表量程选择要注意考虑小灯泡的额定电压和额定电流，调节滑动变阻器过程一般不能超过额定电压和额定电流。○4滑动变阻器的链接方式有分压式和限流式右图为限流式，滑动变阻器与待测电阻串联，滑动变阻器右半部分被短路，滑片向右移动，电流变小，待测电阻电压变小，但是电压和电流最小都无法减小到0.右图为分压式，滑动变阻器左半部分与待测电阻并联，后与滑动变阻器右半部分串联，滑片向右滑动，待测电阻的电压和电流增大，向左移动，待测电阻的电压和电流逐渐减小，当滑片移动到最左端时，待测电阻被短路，待测电阻的电压和电流均为0.与限流式不同之处在于电压和电流可以从零开始调节。考点三、测量电源的电动势和内阻○1实验原理：根据闭合回路欧姆定律，uEIr，测量出路端电压和干路电流，做出路端电压随电流变化的图像就可以找到电动势和内阻。○2数据处理；根据路端电压随电流变化的数据记录描点作图如下，那么图线与纵轴的截距即电源电动势，斜率即电源内阻，需要注意计算斜率是要看纵轴是否从0开始。考点四、练习使用多用电表○1电阻的测量：A，机械调零，旋转机械调零旋钮，把指针调整到左侧零刻线处。B，把红黑表笔分别插入正负插孔，并根据电阻大小旋转到合适的倍率。C，红黑表笔短接，此时相当于电阻等于零，旋转欧姆调零旋钮，把指针调整到右侧的零刻度线处，即欧姆调零。D，红黑表笔分别于待测电阻相连，最终电阻读数为指针对应刻度乘以倍率。E，使用完毕后，拔出红黑表笔，把旋钮旋转到OFF档或交流电压最高档。注意：（1）测量电阻时，右边为小阻值，左边为大阻值。开始测量前，指针在左侧，若接入电阻后指针偏角过小，说明示数太大，倍率太小，应该换大倍率；若偏角过大，说明示数太小，倍率太大，应该换小倍率。（2）欧姆表测量电阻时，电源在欧姆表内部，电流方向为红进黑出，红表笔接电源负极，为低电势，黑表笔接电源正极，为高电势。○2电流电压的测量：A，机械调零，通过机械调整旋钮把指针调整到左侧零刻度线处B，测电流则通过红黑表笔把万用表串联入电路，测电压则通过红黑表笔把万用表并联如电路，电流方向遵循红进黑出，此时红表笔为高电势，黑表笔为低电势。C，根据估测的电压和电流选择合适的量程。D，读数时，刻度盘共计50格，可以用量程除以50计算每格的具体数值，根据指针指示的刻度乘以每格的数值即为最终读数。考点五、练习使用多用电表○1传感器是把一些非电学量转化为电压或电流等电学量，从而放大后输入控制系统。○2常见传感器有热敏电阻，随温度升高而减小；光敏电阻，随光强度增强而减小。【三年高考】15、16、17年高考真题及其解析1．【2017·天津卷】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，将电建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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，作出图象如右图。由I1–I2图象得到电池的电动势E=_________V，内阻r=__________Ω。2．【2017·新课标Ⅰ卷】（10分）某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡L（额定电压3.8V，额定电流0.32A）；电压表VV（量程3V，内阻3kΩ）；电流表A（量程0.5A，内阻0.5Ω）；固定电阻R0（阻值1000Ω）；滑动变阻器R（阻值09.0Ω）；电源E（电动势5V，内阻不计）；开关S；导线若干。（1）实验要求能够实现在03.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图。（2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图（a）所示。由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻_________（填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率__________（填“增大”“不变”或“减小”）。（3）用另一电源E0（电动势4V，内阻1.00Ω）和题给器材连接成图（b）所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为____________W，最大功率为___________W。（结果均保留2位小数）3．【2017·新课标Ⅱ卷】（9分）某同学利用如图（a）所示的电路测量一微安表（量程为100μA，内阻大约为2500Ω）的内阻。可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2（其中一个阻值为20Ω，另一个阻值为2000Ω）；电阻箱Rz（最大阻值为99999.9Ω）；电源E（电动势约为1.5V）；单刀开关S1和S2。C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。（1）按原理图（a）将图（b）中的实物连线。（2）完成下列填空：①R1的阻值为Ω（填“20”或“2000”）。②为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图（a）中的滑动变阻器的端（填“左”或“右”）对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近。③将电阻箱Rz的阻值置于2500.0Ω，接通S1。将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置。最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势（填“相等”或“不相等”）。④将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2601.0Ω时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为Ω（结果保留到个位）。（3）写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：。4．【2017·新课标Ⅲ卷】（9分）图（a）为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头G的满偏电流为250μA，内阻为480Ω。虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA挡，欧姆×100Ω挡。（1）图（a）中的A端与______（填“红”或“黑”）色表笔相连接。（2）关于R6的使用，下列说法正确的是_______（填正确答案标号）。A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置（3）根据题给条件可得R1+R2=______Ω，R4=_______Ω。（4）某次测量时该多用电表指针位置如图（b）所示。若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”相连的，则读数为________；若此时B端是与“5”相连的，则读数为________。（结果均保留3位有效数字）5．【2017·江苏卷】（10分）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11–1图所示，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．继电器的电阻约为20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示（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（0200Ω）、滑动变阻器R2（0500Ω）、热敏电阻Rt，继电器、电阻箱（0999.9Ω）、开关S、导线若干．为使该装置实现对3080℃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11–2图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，在题11–1图中，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108.1Ω1．【2016·上海卷】（7分）“用DIS描绘电场的等势线”的实验装置示意图如图所示。（1）（单选题）该实验描绘的是（A）两个等量同种电荷周围的等势线（B）两个等量异种电荷周围的等势线（C）两个不等量同种电荷周围的等势线（D）两个不等量异种电荷周围的等势线（2）（单选题）实验操作时，需在平整的木板上依次铺放（A）导电纸、复写纸、白纸（B）白纸、导电纸、复写纸（C）导电纸、白纸、复写纸（D）白纸、复写纸、导电纸（3）若电压传感器的红、黑探针分别接触图中d、f两点（f、d连线与A、B连线垂直）时，示数小于零。为使示数为零，应保持红色探针与d点接触，而将黑色探针（选填：“向左”或“向右”）移动。2．【2016·四川卷】（11分）用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材：待测电源（电动势约3V，内阻约2Ω），保护电阻R1（阻值10Ω）和R2（阻值5Ω），滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干。实验主要步骤：（i）将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；（ii）逐渐减小滑动变阻