2020年高考物理一轮复习 第十一单元 电学实验练习（含解析）新人教版

电学实验纵观近年的高考电学试题,不难发现电路设计、器材选择、实物连接、数据处理仍然是电学实验试题考查中的重点,在电学实验复习中我们只有立足于考纲规定的学生实验,对实验原理、实验电路、实验器材、实验步骤、数据处理、误差分析等方面进行认真的研究,必要的拓展、延伸,扎扎实实地搞好复习工作;尤其需要重视对实验器材和实验电路选择的复习,重视对分压式电路和实物连线的复习,才能以不变应万变,在实验题中取得好的分数。预测2020年高考对本专题内容的考查,将从机械记忆转向分析理解实验,注重对设计性实验的考查。电学实验是高考实验考查的热点,而设计类电学实验以其灵活多变、易于发散、有利于对实验综合能力考查等特点,更成为热点中的焦点。所谓设计性实验,是指在考生掌握基本实验原理的基础上,应用基本测量仪器自行设计实验方案的实验。设计性实验命题的考查内容,涉及对实验原理的再认识和加工,实验方案的确定(包括实验器材的选择和迁移运用,实验步骤的安排,实验数据的处理方法,误差的分析及对实验的总结和评价,等等)。实验1测定金属的电阻率1实验原理把金属丝接入如图所示的电路中,用“伏安法”测量其电阻R=;用毫米刻度尺测量金属丝的长度l;用螺旋测微器测量金属丝的直径d,计算出其横截面积S;根据电阻定律R=得金属丝的电阻率ρ==。2实验器材被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。3实验步骤(1)直径测定:用螺旋测微器在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d,计算出金属丝的横截面积S=。(2)电路连接:按如图所示的电路原理图连接,用伏安法测电阻。(3)长度测量:用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量3次,求出其平均值l。(4)U、I测量:把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置,电路经检查确认无误后,闭合开关S,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,记入表格内,断开开关S。(5)拆去实验线路,整理好实验器材。4数据处理(1)在求R的平均值时可用两种方法①用R=分别算出各次的数值,再取平均值。②用U-I图线的斜率求出。(2)计算电阻率将记录的数据R、l、d的值代入电阻率计算式ρ=R=。5误差分析(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得,直径的测量是产生误差的主要来源之一。(2)采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。(3)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。(4)由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。6注意事项(1)本实验中被测金属丝的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法。(2)实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将电源、开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路),然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。(3)测量被测金属丝的有效长度,是指测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度,即电压表两端点间的待测金属丝长度,测量时应将待测金属丝拉直,反复测量三次,求其平均值。(4)测待测金属丝直径时一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值。(5)闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置。(6)在用伏安法测电阻时,通过待测金属丝的电流I不宜过大(电流表用0~0.6A量程),通电时间不宜过长,以免金属丝的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。(7)求R的平均值时可用两种方法:第一种是用R=算出各次的测量值,再取平均值;第二种是用图象(U-I图线)来求出。若采用图象法,在描点时,要使各点间的距离适当拉大一些,连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点可以不予考虑。1.1(2018陕西西安12月月考)在“决定导线电阻的因素”的实验中测定金属的电阻率,若待测金属丝的电阻约为5Ω,要求测量结果尽量准确,提供以下器材:A.电池组(3V,内阻为1Ω)B.电流表(0~3A,内阻为0.015Ω)C.电流表(0~0.6A,内阻为0.15Ω)D.电压表(0~3V,内阻为kΩ)E.电压表(0~15V,内阻为15kΩ)F.滑动变阻器(0~0Ω,允许通过的最大电流为1A)G.滑动变阻器(0~000Ω,允许通过的最大电流为0.3A)H.开关、导线若干(1)实验时应从上述器材中选用(选填仪器前的字母代号)。(2)测电阻时,电流表、电压表、待测金属丝Rx在组成测量电路时,应采用电流表(选填“外”或“内”)接法,待测金属丝电阻的测量值比真实值偏(选填“大”或“小”)。(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图所示,则读数为mm。(4)若用L表示金属丝的长度,d表示直径,测得电阻为R,请写出计算金属丝电阻率的表达式为ρ=。【解析】(1)电池组电压是3V,流过金属丝的最大电流Im==0.5A,故电流表选C,电压表选D;滑动变阻器选总阻值小的,便于调节,故选F;另外要选导线、开关。(2)因为=40,=800,故电流表选择外接法,外接法测量值偏小。(3)根据螺旋测微器的读数规则可知,直径d=0.5mm+0.0×0.01mm=0.900mm。(4)由于R=ρ=ρ,解得ρ=。【答案】(1)ACDFH(2)外小(3)0.900(4)1.2(2018湖北武汉六校联考)为了测量一根长约为3cm,电阻约为100Ω,横截面为圆形,粗细均匀的导电材料的电阻率,所用器材如下:直流电源E,电动势为8.0V,内阻可忽略不计;电流表,量程为0~25mA,内阻r1=100Ω;电流表,量程为0~150mA,内阻r2=0Ω;定值电阻R0,阻值为10Ω;滑动变阻器R,最大阻值为10Ω;开关S、导线若干。(1)用游标卡尺测得该材料的长度如图甲所示,则长度L=mm;用螺旋测微器测得该材料的直径如图乙所示,则直径D=mm。(2)为了在测量中尽量减小误差,并测多组数据,现给出测量电阻Rx的实验电路图丙,请据此电路图将图丁中的实验器材连接起来。(3)若某次测量中电流表的示数为I1,电流表的示数为I2,则由已知量和测量量计算电阻率的表达式为ρ=。(用题目中字母表示即可)【解析】(1)材料的长度L=3cm+7×0.05mm=30.35mm,材料的直径D=3mm+0.5×0.01mm=3.05mm。(2)如图戊所示。(3)由欧姆定律可得Rx=(0)1-r1由电阻定律可得Rx=ρ=ρ联立可解得ρ=1[I2(R0+r2)-I1r1]。【答案】(1)30.353.205(2)如图戊所示戊(3)1[I2(R0+r2)-I1r1]实验2测绘小电珠的伏安特性曲线1实验原理(1)测多组小电珠的U、I的值,并绘出I-U图象。(2)图线的斜率反映电流与电压和温度的关系。2实验器材学生电源(4V~6V直流)或电池组、小电珠(3.8V0.3A)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、坐标纸、导线若干。3实验步骤(1)确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,按实验原理图连接好实验电路。(2)把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,接线经检查无误后,闭合开关S。(3)移动滑动变阻器的滑片,测出14组左右不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S。U/V00.20.40.60.81.01.2I/AU/V1.62.02.42.83.23.64.0I/A(4)拆除电路,整理仪器。4数据处理(1)在坐标纸上以U为横轴,以I为纵轴,建立坐标系。(2)在坐标纸上描出各组数据所对应的点(坐标系纵轴和横轴的标度要适中,以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)。(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小电珠的伏安特性曲线。5误差分析(1)由于电压表、电流表不是理想电表,电表内阻对电路的影响会带来误差。(2)电流表、电压表的读数带来误差。(3)在坐标纸上描点、作图带来的误差。6注意事项(1)电路的连接方式①电流表应采用外接法:小电珠(3.8V0.3A)的电阻很小,与0~0.6A的电流表串联时,电流表的分压影响很大。②滑动变阻器应采用分压式接法:目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化。(2)闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应移到使小电珠分得电压为零的一端,使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。(3)I-U图线在U0=1.0V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0V左右绘点要密,以防出现较大误差。(4)当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值记录I后马上断开开关。(5)误差较大的点舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线。2.1(2018湖北武汉第一次模拟)要测绘一个标有“30.6W”小灯泡的伏安特性曲线,小灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V,并便于操作。已选用的器材有:电池组(电动势为4.5V,内阻约为1Ω);电流表(量程为0~250mA,内阻约为5Ω);电压表(量程为0~3V,内阻约为3kΩ);开关一个、导线若干。(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的(填字母代号)。A.滑动变阻器(最大阻值为0Ω,额定电流为1A)B.滑动变阻器(最大阻值为1750Ω,额定电流为0.3A)(2)实验的电路图应选用下列四个电路图中的(填字母代号)。(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V,内阻为5Ω的电源两端,小灯泡消耗的功率是W。【解析】(1)测绘小电珠的伏安特性曲线,要求能较大范围地测量数据,所以控制电路部分应用分压式接法,滑动变阻器应用最大阻值小、额定电流大的,故选A。(2)电珠的电阻R==15Ω,额定电流I==0.2A,由R=15Ω√=√15000Ω,依据“大内小外”的原则,可知电流表应采用外接法,B项正确。(3)在小电珠的I-U图象上作出电源的I-U图线,如图乙所示,交点坐标为这个电源给这个小电珠供电时的电压和电流,此时P电珠=IU=0.10×1.0W=0.1W。乙【答案】(1)A(2)B(3)0.12.2(2018四川成都仿真模拟)在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,除小灯泡“3.80.3”外,可供选择的实验仪器如下:A.电压表:量程0~3V,内阻约为6kΩB.电流表:量程0~4mA,内阻为100ΩC.电流表:量程0~300mA,内阻约为5ΩD.滑动变阻器R1:最大阻值为10Ω,额定电流为1.0AE.滑动变阻器R2:最大阻值为5Ω,额定电流为0.5AF.定值电阻R3:阻值为kΩG.定值电阻R4:阻值为900ΩH.直流电源E:电动势约为6V,内阻约为0.5ΩI.开关S一个,导线若干(1)先将(选填元件前的序号字母)与(选填元件前的序号字母)电阻(选填“串联”或“并联”),将其改为量程为4V的电压表。(2)在虚线框内画出实验电路图(改装后的电压表直接用电压表的符号表示)。(3)其中,滑动变阻器应选;电流表应选。(均填元件前的序号字母)(4)某实验小组完成实验后,利用实验得到的数据描绘出如图甲所示的小灯泡的伏安特性曲线。根据此图给出的信息,可以判断:图乙所示的该小灯泡的P-U2或P-I2图线中(P为小灯泡的功率),可能正确的是。【解析】(1)直流电源电动势约为6V,题干所述电压表最大量程为3V,所以需要改装出一个量程较大的电压表。改装成电压表需要给串联一个电阻,其电阻R=-Rg=0.00Ω-100Ω=900Ω。(2)测绘小灯泡的伏安特性曲线要求电压从零开始连续变化,所以滑动变阻器要采用分压式接法。小灯泡“3.80.3”的电阻Rx==3.80.3Ω≈13Ω,远小于电压表的内阻,所以用电流表外接法,电路图如图丙所示。丙(3)若选用滑动变阻器R2,则通过滑动变阻器的最小电流I==3.80.55≈0.7,大于滑动变阻器R2的额定电流,所以滑动变阻器应选R1,即D。小灯泡的额定电流为0.3A,所以电流表应选C。(4)由图甲可知,小灯泡电阻逐渐增大,根据P=可知,P-U2图象的斜率应逐渐减小,B项正确;根据P=I2R可知,P-I2图象的斜率应逐渐增大,D项正确。【