2023高考物理電學設計性試驗

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要點一測量電阻的特別方法

即學即用

1.測電流表和電壓表的內阻,假使有可以作為標準的已知電阻的電表,都可以使用比例法.請分別畫出你設計的用比例法測它們內阻的電路圖,并說明需要測量的物理量,寫出用測量量表示電表內阻的公式.

答案電壓表可顯示電阻兩端的電壓值,電流表可顯示電阻中通過的電流,所以測電流表內阻應把兩電流表并聯(lián),測電壓表內阻應把兩電壓表串聯(lián),電路圖分別如下圖甲、乙所示.

測電流表內阻時,應調理滑動變阻器R1,使兩電流表的指針都有較大偏轉,記錄下兩電流表的示數(shù)I1和I2,根據(jù)并聯(lián)電路分流原理,若已知電流表A1的內阻為r1,則電流表A2的內阻r2=

I1r1.I2測電壓表內阻時,應調理滑動變阻器R2,使兩電壓表的指針都有較大偏轉,記錄下兩電壓表的示數(shù)U1和U2,根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理,若已知電壓表V1的內阻r1,則電壓表V2的內阻r2=

U2r1.U1要點二設計性電學試驗

即學即用

2.現(xiàn)有一阻值R=10.0Ω的定值電阻、一個開關、若干根導線和一個電壓表,該電壓表表盤上有刻度但無刻度值,要求設計一個能測定某電源內阻的試驗方案（已知電壓表內阻很大,電壓表量程大于電源電動勢,電源內阻約為幾歐）.要求:（1）畫出試驗電路圖.

（2）簡要寫出完成接線后的試驗步驟.

（3）寫出用測得的量計算電源內阻的表達式r=.答案（1）電路圖如右圖所示（2）試驗步驟為:

①斷開開關,記錄下來電壓表偏轉格數(shù)N1

②合上開關,記錄下來電壓表偏轉格數(shù)N2③利用公式r（3）

N1?N2R計算電源內阻,式中R=10.0Ω.N2N1?N2RN2

題型1儀表的選擇

試驗室中現(xiàn)有器材如右圖所示有:電池E,電動勢約10V,內阻約1Ω;電流表A1,量程約10A,內阻r1約為0.2Ω;電流表A2,量程300mA,內阻r2約5Ω;電流表A3,量程250mA,內阻r3約5Ω;電阻箱R1;最大阻值999.9Ω,最小阻值改變量為0.1Ω;滑動變阻器R2,最大值100Ω;開關S;導線若干.要求用下圖所示的電路測量圖中電流表A的內阻.

（1）在所給的三個電流表中,哪幾個可以用此電路確切測出其內阻?（2）在可測的電流表中任選一個作為測量對象,在實物圖上連成測量電路.

（3）你要讀出的物理量是.用這些物理量表示待測內阻的計算公式是.

答案該題要求根據(jù)電路圖設想出試驗原理.屬于有一定提醒的設計型試驗.與我們學過的伏安法測電阻相比較,這里被測電阻是電流表的內阻,它能顯示出通過自身的電流,因此只要知道其上的電壓就行,但沒有電壓表,卻有另一只電流表.根據(jù)電路圖可以看出,圖中表A是被測表,則其上電壓就是電阻箱上電壓,利用兩只電流表的讀數(shù)差和電阻箱上顯示的阻值可以求出該電壓,這樣就可以求出電流表的內阻.

（1）電流表A1不能確切測出其內阻,因這時圖中的電流表A′應為A2、A3中的一只,這使得電流表A1中的電流不能超過300mA,其指針的偏轉極其微小,誤差很大.而A2、A3可用此電路確切測出其內阻.

（2）若測r3,實物連線如下圖所示.

（3）根據(jù)前面的分析,要讀出的物理量是A、A′兩電流表的示數(shù)I、I′和電阻箱的阻值R1,待測內阻的計算公式是r待=

I??IR1.I題型2實物連線題

為了測定電流表A1的內阻,采用如下圖的電路.其中:

A1是待測電流表,量程為300μA,內阻約為100Ω;A2是標準電流表,量程是200μA;R1是電阻箱,阻值范圍是0～999.9Ω;R2是滑動變阻器;R3是保護電阻;

E是電池組,電動勢為4V,內阻不計;S1是單刀單擲開關,S2是單刀雙擲開關.

（1）根據(jù)電路上圖所示,請在下圖中畫出連線,將器材連接成試驗電路.

（2）連接好電路,將開關S2扳到接點a處,接通開關S1;調整滑動變阻器R2,使電流表A2的讀數(shù)是150μA;然后將開關S2扳到接點b處,保持R2不變,調整變阻箱R1,使電流表A2的讀數(shù)仍是150μA.若此時電阻箱各旋鈕的位置如下圖所示,電阻箱R1的阻值是Ω,則待測電流表A1的內阻Rg=Ω.

（3）上述試驗中,無論怎樣調整滑動變阻器R2的滑動位置,都要保證兩只電流表的安全.在下面提供的四個電阻中,保護電阻R3應選用A.200kΩC.15kΩ

B.20kΩD.150kΩ

（）

（4）下面提供最大阻值不同的四個滑動變阻器供選用.既要滿足上述試驗要求,又要調整便利,滑動變阻器

（填寫阻值相應的字母）是最正確選擇.A.1kΩ

B.5kΩ

C.10kΩ

D.25kΩ

答案（1）見下圖

（2）86.386.3（3）B（4）C

題型3數(shù)據(jù)處理問題

要描繪某電學元件（最大電流不超過6mA,最大電壓不超過7V）的伏安特性曲線,設計電路如下圖.圖中定值電阻R為1kΩ,用于限流;電流表量程為10mA,內阻約為5Ω;電壓表（未畫出）量程為10V,內阻約為10kΩ;電源電動勢E為12V,內阻不計.

（1）試驗時有兩個滑動變阻器可供選擇:

a.阻值0～200Ω,額定電流0.3Ab.阻值0～20Ω,額定電流0.5A

本試驗應選用的滑動變阻器是（填“a〞或“b〞）.（2）正確接線后,測得數(shù)據(jù)如下表:

①根據(jù)以上數(shù)據(jù),電壓表是并聯(lián)在M與之間的（填“O〞或“P〞）.

②根據(jù)以上數(shù)據(jù),在下圖中畫出該元件的伏安特性曲線.

（3）在下圖上畫出待測元件兩端電壓UMO隨MN間電壓UMN變化的示意圖為（無需數(shù)值）.

答案（1）a

（2）①P②見下圖（3）見右圖

1.某同學使用了如下器材:電源E（電動勢12V）;電壓表V（量程為15V,內阻約15kΩ）;電流表A（量程100mA,內阻約10Ω）;滑動變阻器（最大電阻為50Ω）;單刀單擲開關;導線若干.測出了一個小燈泡的伏安特性曲線如下圖,已知小燈泡的額定電壓為12V.

（1）請在下面的虛線方框中畫出此試驗電路.

（2）根據(jù)設計的電路圖在下圖中連接實物圖.

（3）由小燈泡的伏安特性曲線可知小燈泡的額定功率為P額=W,小燈泡電阻的變化特性為.答案（1）、（2）如下圖所示

（3）1.15（1.14～1.16）

燈泡電阻隨電壓升高而增大（或隨溫度升高而增大;或電壓越高時電阻增大越快）.2.（2023·大同質檢）現(xiàn)有一特別電池,它的電動勢E約為9V,內阻r約為40Ω,已知該電池允許輸出的最大電流為50mA.為了測定這個電池的電動勢和內阻,某同學利用如右圖所示的電路進行試驗,圖中電流表的內阻RA已經(jīng)測出,阻值為5Ω,R為電阻箱,阻值范圍0～999.9Ω,R0為定值電阻,對電路起保護作用.

（1）試驗室備用的定值電阻R0有以下幾種規(guī)格.A.10Ω

B.50Ω

C.150Ω

D.500Ω

本試驗選用哪一種規(guī)格的定值電阻最好.（2）該同學接入符合要求的R0后,閉合開關K,調整電阻箱的阻值,讀取電流表的示數(shù),記錄多

組數(shù)據(jù),作出了如下圖所示的圖線,則根據(jù)該同學作出的圖線可求得該電池的電動勢E=V,內阻r=Ω.

答案（1）C（2）1045

3.某試驗小組在試驗室中測定一節(jié)干電池的電動勢和內阻,他們觀測試驗桌上備用的器材編號如下:

A.干電池（電動勢E約為1.5V,內電阻r約為1.0Ω）B.電流表G（滿偏電流3.0mA,內阻Rg=10Ω）C.電流表A（量程0～0.6A,內阻約為0.5Ω）D.滑動變阻器R（0～20Ω,10A）E.滑動變阻器R′（0～100Ω,1A）F.定值電阻R2=990ΩG.開關S和導線若干

（1）為了能確鑿地進行測量,同時為了操作便利,試驗中應選用的滑動變阻器是.（填寫器材編號）

（2）請在虛線框內畫出他們采用的試驗原理圖.（標注所選擇的器材的符號）

（3）該小組根據(jù)試驗設計的原理圖測得的數(shù)據(jù)如下表,為了采用圖象法分析處理數(shù)據(jù),請你在下圖所示的坐標紙上選擇合理的標度,做出相應的圖線.

（4）根據(jù)圖線求出電源的電動勢E=（保存三位有效數(shù)字）,電源的內阻r=（保留兩位有效數(shù)字）.答案（1）D（2）如右圖所示

（3）如右圖所示

（4）1.47（1.46～1.48）0.82（0.80～0.90）

1.在“描繪小燈泡的伏安特性曲線〞試驗中,使用的小燈泡標有“6V,3W〞,其他可供選擇的器材有:電壓表V1（量程6V,內阻20kΩ）;電壓表V2（量程20V,內阻60kΩ）;電流表A1（量程3A,內阻0.2Ω）;電流表A2（量程0.6A,內阻1Ω）;滑動變阻器R1（0～1000Ω,0.5A）;滑動變阻器R2（0～20Ω,2A）;學生電源E（6～8V）;開關S及導線若干.試驗中要求電壓表在0～6V范圍內讀取并記錄下11組不同的電壓值U和對應的電流值I,見下表.

（1）在下面方框中畫出試驗所用的電路圖,并注明所選器材的符號.

（2）在圖中,畫出伏安特性曲線.假使將此題中的小燈泡接在電動勢E=1.5V,內阻r=2.0Ω的電池的兩端,則小燈泡的實際功率是多少?

（3）該試驗畫出的伏安特性曲線在電壓較高段和電壓較低段相比,哪段的系統(tǒng)誤差較大?為什么?

答案（1）電路圖如下圖所示.

（2）伏安特性曲線如下圖所示

0.28W

（3）電壓較高時,燈泡消耗的功率較大,燈絲溫度高,其電阻大,由于是外接法,故這時電壓表的分流較大,所以電流的測量值偏大,故系統(tǒng)誤差較大.

2.學習了“歐姆定律〞以及電路的知識后,李陽同學要幫媽媽制作一個自動控溫孵化器,他到電子商城買了一只標稱值為220Ω的半導體熱敏電阻,由于不知道該電阻的溫度特性,為此,他做了如下試驗.

（1）在室溫下（約25℃）他正確使用多用表的歐姆擋測該熱敏電阻的阻值,

表的示數(shù)如右圖所示,可判定李陽同學測量時選用的是擋,表的讀數(shù)是Ω.

（2）李陽同學要通過改變熱敏電阻的溫度并用伏安法測熱敏電阻的阻值來研究熱敏電阻的溫度特性,他準備了如下器材:

蓄電池（電動勢為6V,內阻不計）及電鍵伏特表（量程為0～6V,內阻很大）安培表（量程為0～20mA,內阻Rg=10Ω）定值電阻R0（R0=5Ω）

以下圖中給出四個電路,其中李陽應選中擇的是.

（3）李陽同學得到的試驗數(shù)據(jù)如下表

請你根據(jù)這些數(shù)據(jù)在下圖所示的坐標紙上畫出這個熱敏電阻的電阻值隨溫度變化的關系圖象（R—t圖象）.

（4）下圖是李陽同學利用這個熱敏電阻制成的孵化器溫度控制電路,其中控制電路的輸入端A、B內接電路可等效為一個電動勢為2.0V,內阻為100Ω的電源,當通過熱敏電阻R的電流大于等于2.0mA時,控制電路動作,輸出端的開關斷開,加熱器中止加熱.孵化小雞時,要求孵化箱恒溫在39.5℃,為此,李陽將孵化箱的最高溫度設定為40℃;

為使恒溫箱能在40℃時控制電路動作,定值電阻R0的阻值應為Ω.

答案（1）×10

260

（2）D

（3）R—t圖象如右圖所示.（4）755

3.假使某研究性學習小組在研究某種用半導體材料做的用電器件Z的導電規(guī)律時,用電壓表、電流表測得其兩端電壓與通過其中的電流的關系如下表所示:

所用的器材規(guī)格:

電壓表（0～3～15V,內阻30kΩ）電流表（0～0.6～3A,內阻4Ω）滑動變阻器（變化范圍0～10Ω）電源（6V,內阻1Ω）用電器件Z電鍵;導線若干

（1）在下圖乙方框中畫出測量電路原理圖,并將下圖甲中的實物連成測量電路.

（2）若把用電器件Z接入圖丙所示的電路中,電流表的讀數(shù)為1.8A,電源輸出電壓恒為3V,電阻R的電功率為W.

（3）請分析表中的數(shù)據(jù),探究該用電器件Z的電流隨電壓變化的規(guī)律是什么?答案（1）見下圖

（2）3.24

（3）觀測試驗數(shù)據(jù),猜想電流隨電壓變化的規(guī)律是I=kU任選兩組數(shù)據(jù)可列出0.8=k·0.81.25=k·1

解得n=2,k=1.25A/V

也可代入其他組數(shù)據(jù),在誤差范圍內,則I=1.25U.

4.影響材料電阻率的因素好多,一般金屬材料的電阻率隨溫度的升高而增大.如圖甲是某金屬材料制成的電阻R隨攝氏溫度t變化的圖象,圖中R0表示0℃時的電阻.若用