2016届高三物理一轮复习课时提升练7-3电学设计性实验

课时提升练电学设计性实验(限时：45分钟)1．(2014·滁州模拟)有一根圆台状匀质合金棒如图7-3-12甲所示，某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率ρ、长度L和两底面直径d、D有关．他进行了如下实验：甲图7-3-12(1)测量该合金棒电阻的实物电路如图7-3-12乙所示(相关器材的参数已在图中标出)，该合金棒的电阻约为几欧姆．图中有一处连接不当的导线是________(用标注在导线旁的数学表示)．乙图7-3-12(2)改正电路后，通过实验测得合金棒的电阻R＝5.72 Ω.根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆台状合金棒的电阻分别为R d＝13.3 Ω、R D＝3.38 Ω.他发现：在误差允许范围内，电阻R 满足R2＝R d·R D，由此推断该圆台状合金棒的电阻R＝________.【解析】 (1)合金棒的电阻为几欧，所以Rx R A<R v Rx ，应外接，故⑥连接不当(2)R d ＝4ρL πd 2 R D ＝4ρL πD 2R ＝R d R D ＝4ρL πdD【答案】 (1)⑥ (2)4ρL πdD2．欲测量一个电流表的内阻，根据以下要求来选择器材并设计电路：a ．无论怎样调节变阻器，电流表都不会超量程；b ．有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据．现备有如下器材：A ．待测电流表A 1(量程3 mA ，内阻约为50 Ω)B ．电压表V(量程3 V ，内阻未知)C ．电流表A 2(量程15 mA ，内阻为10 Ω)D ．保护电阻R ＝120 ΩE ．直流电源E (电动势2 V ，内阻忽略不计)F ．滑动变阻器(总阻值10 Ω，额定电流0.5 A)G ．开关一个，导线若干(1)在以上提供的器材中，除A 、E 、F 、G 以外，还应选择________、________(填字母代号)．(2)请画出符合要求的实验电路图．【解析】 根据题中给出的备用器材，选择内阻已知的电流表A 2作为电压表，选择保护电阻R 与并联的两个电流表串联．由于电流表两端电压最大只有0.15 V ，滑动变阻器最大电阻只有10 Ω，所以选择分压电路，电路图如图所示．【答案】 (1)C D (2)见解析3．如图7-3-13甲所示的电路中，A 、V 均为理想电表，R 0为阻值未知的定值电阻．改变滑动变阻器R 的阻值，将得到的A 、V 示数绘制成U -I 图线如图7-3-13乙．图象中U 轴的初始坐标为U 0，I 轴的初始坐标为零；图线与U 轴的交点为U 1，与I 轴的交点为I 1.实验中电流表的最大示数为I m .回答下列问题：甲 乙图7-3-13(1)电源的电动势E ＝__________，内阻r ＝__________.(2)当滑动变阻器的阻值R ＝__________，定值电阻R 0消耗的功率最大，最大值为__________．(3)定值电阻的阻值为R 0＝__________.【解析】 结合电路图和闭合电路欧姆定律，U ＝E －Ir ，在U -I 图象中，图线与U 轴的交点即为电动势；图线斜率的绝对值即为电源内阻的大小．定值电阻R 0消耗的功率P ＝I 2R 0，当R ＝0时，I 最大，P 最大为I m U 1－I 2m U 1－U 0I 1.根据闭合电路欧姆定律E ＝I m (r ＋R 0)，整理得R 0＝U 1I m －U 1－U 0I 1. 【答案】 (1)U 1 U 1－U 0I 1 (2)0 I m U 1－I 2m U 1－U 0I 1 (3)U 1I m －U1－U0I14．当小灯泡发光时其灯丝的电阻会随着发光亮度的变化而变化．某同学为研究这一现象，按照自己设计的实验电路图测量小灯泡的电流I和电压U，得到如下表所示的数据.的器材有：电压表、电流表、滑动变阻器(0～10 Ω)、电源、小灯泡、开关和导线若干．(2)在图7-3-14所示坐标纸上画出小灯泡的U-Ⅰ曲线，并定性分析灯丝的电阻与灯泡发光亮度的变化关系：_______________(3)如果将上面实验中使用的小灯泡接在电动势为1.5 V、内阻为2.0 Ω的电源两端，利用上面的U-Ⅰ曲线可求出小灯泡的实际功率是________________W，电源效率为________．(结果保留2位有效数字)图7-3-14【解析】电压取值范围大，应采用分压式接法，灯丝电阻较小，采用电流表外接法．由图象得灯丝电阻随发光亮度的增加而增大．在U-Ⅰ图象中作电动势为1.5 V、内阻为2.0 Ω的伏安特性图线，两图线交点为(0.35 A,0.8 V)，故P＝UI＝0.8×0.35 W＝0.28 W，η＝0.281.5×0.35×100%＝53%.【答案】(1)如图甲所示(2)如图乙所示灯丝电阻随发光亮度的增加而增大(3)0.2853%甲乙5．某物理实验小组利用实验室提供的器材测量一待测电阻的阻值．可选用的器材的代号和规格如下：甲图7-3-15电流表A1(量程250 mA，内阻r1＝5 Ω)电流表A2(量程300 mA，内阻r2约为5 Ω)待测电阻R x(阻值约为100 Ω)滑动变阻器R(最大阻值10 Ω)蓄电池E (电动势为6 V ，内阻r 约为1 Ω)单刀单掷开关S ，导线若干(1)小组同学根据实验器材所设计的实验电路原理图如图7-3-15甲所示，但两只电流表的代号没有明确．请用笔画线代替导线，将图乙中的实验器材按电路原理图连成实验电路，并在电流表下方的虚线框内标明两只电流表的代号．乙图7-3-15(2)他们需要直接测量的物理量是________，用所测物理量表示待测电阻的计算式为R x ＝________.【解析】 (1)题中没给电压表，而是给了两只电流表，可将已知阻值的电流表A 1作为电压表使用，因此与R x 并联的电流表为A 1，右侧的电流表为A 2，实验器材连线如图所示．(2)实验中读出电流表A 1的示数I 1、电流表A 2的示数I 2，则电阻R x 两端的电压为U ＝I 1r 1，电流为I ＝I 2－I 1，所以R x ＝U I ＝I 1r 1I 2－I 1. 【答案】 (1)见解析图 (2)电流表A 1的示数I 1、电流表A 2的示数I2I1r1I2－I16．某实验小组要测量一个用电器L的额定功率(额定电压为10 V、额定功率在12 W～15 W之间)，测量电路的部分导线已经接好(如图7-3-16所示)，实验室有下列器材可供选用：图7-3-16直流电源：E1(电动势为3 V，内阻很小)E2(电动势为15 V，内阻很小)直流电流表：A1(量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω)A2(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω)直流电压表：V(量程为3 V、内阻为3 kΩ)滑动变阻器：R1(阻值范围0～20 Ω)R2(阻值范围0～200 Ω)定值电阻：R3＝3 kΩ、R4＝9 kΩ、R5＝25 kΩ开关一个，导线若干为使测量尽可能准确、方便，请回答：(1)电源应该选择________(填“E1”或“E2”)；(2)电流表应该选择________(填“A1”或“A2”)；(3)滑动变阻器应该选择________(填“R1”或“R2”)；(4)由于电压表的量程不够，要利用一个定值电阻进行改装．请选择合适的定值电阻，在图7-3-16中用笔画线代替导线连接好测量电路的剩余部分．【解析】由于额定电压为10 V，所以直流电源选择电动势为15 V的E2.其额定电流为1.2 A～1.5 A，所以直流电流表选择A2.根据已有的电路结合使实验结果更为精确的要求，采用限流电路，所以利用滑动变阻器R1作为限流电阻．若要将电压表改装为量程更大的电压表，需要与其串联一个定值电阻，根据串联电路特点知，若串联R3，则量程为6 V，若串联R4，则量程为12 V，若串联R5，则量程为28 V，因此串联R4比较合适．【答案】(1)E2(2)A2(3)R1(4)如图所示7．(2014·江西重点中学联盟第二次联考)某同学要测量一节干电池的电动势和内阻．他根据老师提供的以下器材画出了如图7-3-17所示的原理图．图7-3-17A．电压表V(15 V,10 kΩ)B．电流表G(量程3.0 mA，内阻R g为10 Ω)C．电流表A(量程0.6 A，内阻约为0.5 Ω)D．滑动变阻器R1(0～20 Ω，10 A)E．滑动变阻器R2(0～100 Ω，1 A)F．定值电阻R3＝990 ΩG．开关S和导线若干(1)该同学没有选用电压表是因为________；(2)该同学将电流表G与定值电阻R3串联，实际上是进行了电表的改装．则他改装的电压表对应的量程是________V；(3)为了能准确地进行测量，同时为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是________(填写器材前的字母编号)；(4)该同学利用上述实验原理图测得以下数据，并根据这些数据绘出了如图7-3-18所示的图线，根据图线可求出干电池的电动势E＝________V(保留3位有效数字)．干电池的内阻r＝________Ω(保留2位有效数字)．图7-3-18表的量程却达到0到15 V，读数不到刻度盘十分之一，无法准确读数．(2)电流表G与定值电阻R3串联，串联后的最大电压U m＝I m(R3＋R g)＝3 V，所以改装的电压表量程是0～3 V.(3)由于电源电压只有1.5 V左右，若选用滑动变阻器R2(0～100 Ω，1 A)，电流最小只会有1.5 V100 Ω＝0.015 A远小于电流表量程，读数不准确，所以选择较小的滑动变阻器R1(0～20 Ω，10 A)．(4)改装后电压表示数U＝I1(R3＋R g)，根据路端电压和电流的关系有1 000I1＝E－I2r，图象纵轴截距即为电动势，所以电动势E＝1.47 V，斜率即内阻r＝0.82 Ω.【答案】(1)量程太大(2)0～3 V(3)D(4)1.470.828．某同学用如图7-3-19甲所示的电路测量欧姆表的内阻和电源电动势(把欧姆表看成一个电源)，实验器材的规格如下：电流表A1：200μA,300 Ω电流表A2：30 mA,5 Ω定值电阻R0：9700 Ω滑动变阻器R：0～50 Ω甲图7-3-19①闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动触头至某一位置，读出电流表A1和A2的示数I1和I2.多次改变滑动触头的位置，得到的数据为乙图7-3-19在图7-3-19乙所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标，画出所对应的I1-I2曲线；②利用所得曲线求得欧姆表内电源的电动势E＝__________V，欧姆表内阻r ＝__________Ω；③将该欧姆表两个表笔短接，欧姆表的电流为I ＝______A.【解析】 把R 1和A 1整体等效为一个电压表，测量路端电压．根据闭合电路欧姆定律，I 1(R 1＋R 0)＝E －(I 1＋I 2)r ，即I 1＝E R 1＋R 0＋r－r R 1＋R 0＋r I 2，结合图象可以求得E ＝1.50 V ．r ＝15.0 Ω.短路电流为0.1 A. 【答案】 ①如图；②1.50(1.48～1.51)；15.0(14.0～ 16．0)；③0.1(0.09～0.11)。