2022版高考物理一轮复习高考热点强化8电学实验含解析

高考 - 1 - / 11 高考热点强化(八) 电学实验 (时间：40 分钟) 1．要精确测量一个直流电源的电动势和内阻，有下列实验器材可供选择： A．待测电源(电动势约为 4.5 V，内阻约为 2 Ω) B．电流表 A(量程为 0.6 A，内阻为 1 Ω) C．电压表 V1(量程为 15 V，内阻为 3 kΩ) D．电压表 V2(量程为 3 V，内阻为 2 kΩ) E．定值电阻 R1＝500 Ω F．定值电阻 R2＝1 000 Ω G．滑动变阻器 R(阻值 X 围为 0～20 Ω) H．开关及导线若干 (1)该实验中电压表应选________，定值电阻应选______(均选填器材前面的序号)。 (2)在方框中画出实验电路图。 [解析] (1)待测电源的电动势约为 4.5 V，用量程为 15 V 的电压表 V1 读数误差较大，选 用量程为 3 V 的电压表 V2，需串联电阻扩大电压表 V2 的量程，串联的定值电阻 R＝ E－UV UV RV ＝1 000 Ω。故电压表应选 D，定值电阻应选 F。 高考 - 2 - / 11 (2)如图所示。 甲 乙 [答案] (1)D F (2)见解析图 2．(2021·某某新高考适应性考试)太阳能电池是一种可将光能转换为电能的器件。一同 学用图(a)所示电路测量某单晶硅太阳能电池的输出电流 I 和输出电压 U 之间的关系。探究该 电池的伏安特性。用一定强度的光照射太阳能电池，闭合开关 S，调节电阻箱，测得实验数据 如下表所示。 图(a) U/V 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 I/mA 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0 6.9 6.6 5.7 2.2 (1)请在图(b)中补齐上表中后 4 组数据点，并作出该太阳能电池的伏安特性曲线； 图(b) (2)根据所作伏安特性曲线可知，电池电阻________(填“是”或“不是”)常数，短路电流 高考 - 3 - / 11 为________ mA，电动势为________ V(结果均保留 2 位有效数字)； (3)根据所作伏安特性曲线，估算该太阳能电池的最大输出功率为________ mW(结果保留 1 位小数)。 [解析] (1)根据图中表格将点标出，并用平滑曲线连接如图 (2)因为电源的伏安特性曲线不是一条直线，因此内阻不是常数，由图可得短路电流为 7.0 mA，电源电动势为 2.7 V。 (3)图像的电流电压分别为干路电流和路端电压，由P＝UI可知图像的面积表示输出功率， 可得当电流为 6.6 mA，电压为 2.2 V 时输出功率最大，为 P＝UI＝2.2×6.2＝14.5 mW。 [答案] (1)见解析 (2)不是 7.0 2.7 (3)14.5 3．某课外兴趣小组利用图甲所示电路测量多用电表内电池的电动势和欧姆挡“×1”挡 内部电路的总电阻。使用的器材有：多用电表；电流表(量程 200 mA，内阻为几欧)；滑动变 阻器(最大阻值 30 Ω)；导线若干。 甲 乙 高考 - 4 - / 11 丙 回答下列问题： (1)将多用电表挡位调到欧姆挡“×1”挡，再将红表笔和黑表笔________，调零点。 (2)将图甲中多用电表的黑表笔和________(填“1”或“2”)端相连，红表笔和另一端相连。 (3)调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表和电流表的读数分 别为 5.0 Ω和 150.0 mA。从测量数据可知，电流表的内阻为________ Ω。 (4)将滑动变阻器滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图乙所示，这时电流表的示数 如图丙所示。多用电表和电流表的读数分别为________ Ω和________ mA。 (5)多用电表欧姆挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻 串联而成的电路，如图所示。根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为 ______ V，欧姆挡“×1”挡内部电路的总电阻为________ Ω。(结果保留 2 位有效数字) [解析] (1)使用多用电表测电阻前，应首先将红、黑表笔短接进行欧姆调零。 (2)多用电表电流为“红进黑出”，图甲中外电路电流由 2 到 1，所以黑表笔应连 2 端。 (3)当滑动变阻器接入电路的阻值为零时，多用电表所测电阻为外电路电阻，即电流表内 阻，所以电流表内阻为 5.0 Ω。 (4)根据表盘上最上面的刻度线读数可知，结果为 10×1 Ω＝10 Ω，由图丙知电流表读 数为 128 mA。 (5)由闭合电路欧姆定律得 E＝I1(rA＋R 内)，E＝I2(R 外＋R 内)，代入数据解得 E＝4.4 V，R 内＝24 Ω。 [答案] (1)短接 (2)2 (3)5.0 (4)10 128 (5)4.4 24 4．图(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 0.6 A(内阻不 计)，标有长度刻度的均匀电阻丝 ab 的总长为 30.0 cm。 高考 - 5 - / 11 (a) (b) (c) ①根据原理图连接图(b)的实物图。 ②断开 S2，合上 S1；调节电源输出电压为 3.0 V 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(c)中标出，写出 Rx 与 L、I、u 的关系式 Rx＝______；根据图(c)用作图法算出 Rx＝______ Ω。 高考 - 6 - / 11 [解析] ①根据原理图，实物连接如图(a)所示。 (a) ②由于电阻丝均匀，故单位长度电阻丝的电压 u＝ 3.0 30.0 V/cm＝0.1 V/cm。 ③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，即通过电阻丝 ac 段 的电流恒定，则 Rx 两端的电压与电阻丝的长度成正比，即 U＝uL，根据欧姆定律得 Rx 的表达 式 Rx＝ U I ＝ uL I ，L＝ Rx u I，LI 图象如图(b)所示。根据 L＝ Rx u I 知图象的斜率 k＝ Rx u 。由图象知， 斜率为 k＝60 cm/A，故 Rx＝ku＝6 Ω。 (b) [答案] ①如图(a)所示 ②0.1 ③ uL I 6 5．某实验小组要测量一节旧干电池的电动势和内电阻，用到下列器材： 灵敏电流计Ⓖ(内阻为 50 Ω)；电压表 (0～3 V，内阻约为 10 kΩ)；电阻箱 R1(0～999.9 高考 - 7 - / 11 Ω)；滑动变阻器 R2；开关；导线若干。 甲 由于灵敏电流计的量程太小，该实验小组用电阻箱 R1 与灵敏电流计Ⓖ并联，可使其量程 扩大为原来的 20 倍，则改装后的电流表内阻为________ Ω。 乙 扩大量程后灵敏电流计的刻度盘并没有改变，将器材连接成如图甲所示的电路，调节滑 动变阻器，读出了多组电压表示数 U 和灵敏电流计的示数 IG，并作出了 UIG 图线如图乙所示， 由作出的 UIG 图线及题中的相关信息，可求得干电池的电动势 E＝_______V，内阻 r＝_______ Ω。 [解析] 改装后的电流表内阻为 r′g＝ 1 20 rg＝ 1 20 ×50 Ω＝2.5 Ω；由闭合电路的欧姆定律 得 E＝U＋20IG(r＋r′g)，则 UIG 图线在纵轴的截距为电动势 E＝1.40 V，斜率为 20(r＋r′g)＝ 1.40－0.80 3.0×10－3 ＝200，解得内阻 r＝7.5 Ω。 [答案] 2.5 1.40 7.5 6．为了测量一电压表 V 的内阻，某同学设计了如图甲所示的电路。其中 V0 是标准电压 表，R0 和 R 分别是滑动变阻器和电阻箱，S 和 S1 分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关，E 是 电源。 高考 - 8 - / 11 甲 乙 (1)用笔画线代替导线，根据如图甲所示的实验原理图将如图乙所示的实物图连接完整。 (2)实验步骤如下： ①将 S 拨向接点 1，接通 S1，调节________，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此 时________的读数 U； ②然后将 S 拨向接点 2，保持 R0 不变，调节________，使________________，记下此时 R 的读数； ③多次重复上述过程，计算 R 读数的________，即为待测电压表内阻的测量值。 (3)实验测得电压表的阻值可能与真实值之间存在误差，除偶然误差因素外，还有哪些可 能的原因，请写出其中一种可能的原因：_______________________。 [解析] (1)电路连线如图所示： (2)①将 S 拨向接点 1，接通 S1，调节 R0，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时标 准电压表 V0 的读数 U； ②然后将 S 拨向接点 2，保持 R0 不变，调节 R，使标准电压表 V0 仍为 U，记下此时 R 的读数； 高考 - 9 - / 11 ③多次重复上述过程，计算 R 读数的平均值，即为待测电压表内阻的测量值。 (3)原因：电阻箱阻值不连续；电流通过电阻时电阻发热导致电阻阻值发生变化；电源连 续使用较长时间，电动势降低，内阻增大等。 [答案] (1)见解析图 (2)①R0 标准电压表 V0②R 标准电压表 V0仍为 U③平均值 (3) 电阻箱阻值不连接；电流通过电阻时电阻发热导致电阻阻值发生变化；电源连续使用较长时 间，电动势降低，内阻增大等 7．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)若使用图 1 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”)。 图 1 (2)测得电阻丝的 UI 图象如图 2 所示，则 Rx 为______Ω(保留两位有效数字)。 图 2 (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 10 V 的条件下，得到电 阻丝的电阻 Rx 随风速 v(用风速计测)的变化关系如图 3 所示。由图可知当风速增加时，Rx 会 ________(选填“增大”或“减小”)。在风速增加过程中，为保持电阻丝两端电压为 10 V，需 高考 - 10 - / 11 要将滑动变阻器 RW 的滑片向________端调节(选填“M”或“N”)。 图 3 (4)为了通过电压表的示数来显示风速，同学们设计了如图 4 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， 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)。 图 4 [解析] (1)由于电流表的内阻与 Rx 相当，选择内接法会使电阻的测量值偏大，而电压表 为理想电压表，选择电流表外接法可以减小电阻的测量误差，故连接 c 点。 (2)由部分电路的欧姆定律 R＝ U I 知 UI 图象的斜率代表电阻，求得 Rx＝ 0.80 0.190 Ω≈4.2 Ω。 (3)由图 3 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 10 V。 (4)当风速为零时，电压表的示数也为零，电路的 b 和 d 两点构成电桥，满足 Uad＝Uab； 而下端的 Rx 减小后 Rx R′x > R R ，即 Uad>Uab，有φd