2025 選考專題高考 物理 （川陜青寧蒙新晉豫）第15講　電學實驗含答案

2025選考專題高考物理（川陜青寧蒙新晉豫）第15講電學實驗第15講電學實驗題型1以“測電阻”為核心的實驗1.某同學為精確測量某金屬導體的電阻,設計了如圖甲所示的電路圖.圖中E為學生電源、G為靈敏電流計、A1和A2均為電流表、R1為電阻箱、R2與R3均為滑動變阻器、R0為定值電阻、S為開關、Rx為待測金屬導體,另有導線若干.具體的實驗操作如下:A.按照如圖甲所示的電路圖連接好實驗器材;B.將滑動變阻器R2的滑片、滑動變阻器R3的滑片均調至適當位置,閉合開關S;C.調整R3,并反復調整R1和R2使靈敏電流計的示數為零,測得此時A1的示數為I1,A2的示數為I2,電阻箱的示數為R1;D.實驗完畢,整理器材.(1)根據圖甲實驗電路圖,將圖乙實物圖中連線補充完整.[答案]如圖所示 (2)電路中需要兩個量程為0~6A的電流表,但實驗室提供的器材中,只有量程為0~0.3A、內阻為20Ω的電流表.現將量程為0~0.3A的電流表擴充為0~6A量程,則應該并聯一個阻值R'=1.05Ω的電阻.如圖丙所示為某次測量時改裝后的電流表表盤指針位置,則此時的電流讀數為4.4A.

(3)待測金屬導體Rx的阻值為

I1I2R1(用所測物理量來表示);電流表A1、A2的內阻對測量結果無(選填“有”或“無”[解析](1)實物圖中連線如圖所示.(2)要將量程為0~0.3A的電流表擴充為0~6A的量程,應該并聯電阻的阻值R'=IgRgI-Ig=0.3A×20Ω6A-0.(3)R1、R2和Rx、R0并聯,兩支路兩端電壓相等,靈敏電流計的示數為零時有R1Rx=R2R0,可知UR1=URx,即I1R1=I2Rx,解得Rx=I1I2R1,2.某同學用伏安法測金屬絲的電阻Rx(阻值約為5Ω).實驗所用器材為:電池組(電動勢為3V)、電流表(內阻約為0.1Ω)、電壓表(內阻約為3kΩ)、滑動變阻器R(0~20Ω)開關、導線若干.(1)甲圖中電壓表的右端應與a(選填“a”或“b”)點連接.

(2)乙圖是測量Rx的實驗器材實物圖,圖中已連接了部分導線,滑動變阻器的滑片P置于變阻器的右端.請根據(1)問中的電路圖,補充完成圖中實物間的連線,并使閉合開關的瞬間,電壓表或電流表讀數均為最小值.[答案]如圖所示 (3)該同學在坐標紙上建立如圖丙所示的坐標系,標出了與測量數據對應的6個點.請在該圖中描繪出I-U圖線,利用圖線可得該金屬絲的阻值Rx=4.3~4.8Ω(結果保留兩位有效數字).

[答案]如圖所示 (4)通過電路元件的I-U圖像可以了解其性能.該同學查閱說明書,了解到某元件具有維持用電器兩端電壓穩(wěn)定的作用,其正常工作電壓為3.0V,電流約為83mA,I-U圖像如圖丁所示.若使用該元件與一額定電壓為3.0V的用電器R2并聯,通過適當的電阻R1構成如圖戊所示的電路.當輸入電壓在一定范圍內波動時,用電器R2兩端電壓能夠穩(wěn)定在3.0V不變,請分析說明其原因.[答案]見解析 [解析](1)金屬絲的電阻較小,為減小誤差,采用電流表外接法,電壓表的右端應與a點連接.(2)實物圖連接如圖所示(3)I-U圖線如圖所示該金屬絲的阻值為圖線的斜率的倒數,即Rx=1k=4.3Ω(4)當輸入電壓有所升高時,R2兩端的電壓瞬間大于3.0V,元件中電流從83mA急劇增大,使R1兩端的電壓增大,R2兩端的電壓又回到3.0V;當輸入電壓有所下降時,R2兩端的電壓瞬間小于3.0V,元件中電流從83mA急劇減小,使R1兩端的電壓減小,R2兩端的電壓又回到3.0V.因此,用電器R2兩端電壓能夠穩(wěn)定在3.0V不變.3.小李在實驗室測量一電阻Rx的阻值.(1)因電表內阻未知,用如圖甲所示的電路來判定電流表該內接還是外接.正確連線后,合上開關S,將滑動變阻器的滑片P移至合適位置.單刀雙擲開關K擲到1,電壓表的讀數U1=1.65V,電流表的示數如圖乙所示,其讀數I1=0.34A;將K擲到2,電壓表和電流表的讀數分別為U2=1.75V,I2=0.33A.由此可知應采用電流表外(填“內”或“外”)接法.

(2)完成上述實驗后,小李進一步嘗試用其他方法進行實驗:①器材與連線如圖丙所示,請在虛線框中畫出對應的電路圖;[答案]如圖所示②先將單刀雙擲開關擲到左邊,記錄電流表讀數,再將單刀雙擲開關擲到右邊,調節(jié)電阻箱的阻值,使電流表的讀數與前一次盡量相同,電阻箱的示數如圖丁所示,則待測電阻Rx=5Ω.此方法有(填“有”或“無”)明顯的實驗誤差,其理由是電阻箱的最小分度與待測電阻比較接近(或其他合理解釋).

[解析](1)開關接1時,電流表讀數為0.34A;由于開關接1和接2時,電壓表示數的變化比較明顯,說明該電阻比較小,所以電流表內阻的分壓比較明顯,因此適合采用外接法.(2)①電路圖如圖所示.②該電路采用的是等效替換法測電阻,當電阻箱與未知電阻阻值一樣時,電流表的讀數相同,所以未知電阻大小為5Ω,由于電阻箱的最小分度與待測電阻大小接近,所以無法細調,很難做到電流表讀數前后兩次精確一致,有明顯實驗誤差.4.某學習小組用如圖甲所示的電路測量電壓表V1的內阻,實驗儀器有:待測電壓表V1(量程0~3V,內阻約3000Ω)電壓表V2(量程0~5V,內阻約6000Ω)電源E(電動勢6V,內阻不計)滑動變阻器R1(0~2Ω)電阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)該學習小組采用的主要實驗步驟如下:①開關S1閉合,S2閉合,調節(jié)滑動變阻器R1的阻值,使電壓表V1指針偏轉到滿刻度,讀出此時電壓表V2的示數U0;②開關S1閉合,S2斷開,同時調節(jié)滑動變阻器R1和電阻箱R2,使電壓表V2的示數仍為U0,并使電壓表V1指針偏轉到滿刻度的23,記錄此時電阻箱R2的阻值(1)若步驟②中記錄電阻箱R2的阻值為1450Ω,則電壓表V1內阻的測量值為2900Ω,該測量值等于(選填“大于”“小于”或“等于”)電壓表V1內阻的實際值.

(2)學習小組中有人認為不用電壓表V2也能測量電壓表V1的內阻,實驗電路如圖乙所示,主要實驗步驟為:①開關S1閉合,S2閉合,調節(jié)滑動變阻器R1的阻值,使電壓表V1滿偏;②開關S1閉合,S2斷開,保持滑動變阻器R1的阻值不變,調節(jié)電阻箱R2的阻值使電壓表V1的指針半偏,讀出此時變阻箱R2的阻值,此阻值等于電壓表V1內阻的阻值.此種情況下測得的電壓表V1的內阻阻值大于(選填“大于”“小于”或“等于”)電壓表V1內阻的實際值.

[解析](1)開關S1閉合,S2閉合,兩電壓表并聯,因此電壓表V2的示數U0=UV1=3V,開關S1閉合,S2斷開時,電壓表V1的示數U1=23UV1=23×3V=2V,電阻箱R2兩端電壓UR=U0-U1=3V-2V=1V,根據串聯電路電壓的分配與電阻的關系可知UR2R2=U1RV1,代入數據解得RV1=2900(2)用圖乙測電壓表采用的是“半偏法”,實驗的原理是閉合開關S2前后,電壓表支路的總電壓不變,當電壓表示數半偏時,電壓表的內阻的測量值等于電阻箱的接入電阻,即RV=R2;實際上當開關S2斷開時,電壓表支路的電阻變大,電路中的總電阻變大,電路中的總電流變小,根據串聯電阻的分壓原理可知,電壓表支路的總電壓變大,當電壓表示數半偏時,電阻箱兩端的真實電壓大于半偏電壓值,根據串聯電路電壓的分配與電阻的關系,電壓表內阻的真實值小于電阻箱的接入電阻,即RV真<R2,綜上分析可知,電壓表內阻的測量值大于真實值.5.某些固體材料受到外力作用后,除了產生形變,其電阻率也會發(fā)生變化,這種現象稱為“壓阻效應”.已知某力敏電阻的阻值Rx的變化范圍為幾十歐姆到幾百歐姆,某實驗小組在室溫下用伏安法探究力敏電阻阻值Rx隨壓力F變化的規(guī)律,實驗室有如下器材可供選擇:A.力敏電阻(無壓力時,阻值R0=400Ω);B.直流電源(電動勢為6V,內阻不計);C.電流表A(量程為0~100mA,內阻不計);D.電壓表V(量程為0~3V,內阻為4kΩ);E.定值電阻R1=3kΩ;F.滑動變阻器R(最大阻值約50Ω);G.開關S、導線若干.(1)某同學設計了如圖甲所示的實驗電路原理圖,請在圖乙中將實物連線圖補充完整.[答案]如圖所示(2)某次壓力測試,在電阻Rx上施加力F,閉合開關S,兩個電表的示數分別為U和I,則力敏電阻的阻值Rx=

7U4(3)改變F的大小,測得不同的Rx值,繪成如圖丙所示的Rx-F圖像,其斜率的絕對值k=1.9Ω/N(保留兩位有效數字).Rx和壓力F的關系式為Rx=kF+400(Ω)(用F和k表示).

(4)按圖甲實驗電路進行實驗,調節(jié)滑動變阻器使電壓表保持滿偏,在電阻Rx上施加力F,當電流表滿偏時,壓力F為184N(結果保留到個位).

[解析](1)題圖甲R是分壓式接法,電流表是內接法,根據電路圖可得實物連線圖如圖所示.(2)R1與電壓表串聯把電壓表的量程擴大了,當電壓表的示數為U時,壓敏電阻兩端的電壓Ux=U+UR1=U+URVR1=7U4,根據歐姆定律得R(3)由題圖丙可得,圖線斜率絕對值為|k|=0-400210-0Ω/N≈1.9Ω/N,圖線與Rx軸的縱截距是400Ω,由一次函數關系可得R(4)電壓表、電流表滿偏時有Rx=7U4I=7×34×100×10-3Ω=52.5Ω,則F題型2以閉合電路歐姆定律為核心的實驗6.某實驗小組利用如圖甲所示裝置驗證小鐵球在豎直平面內擺動過程中機械能守恒,將力傳感器固定,不可伸長的輕繩一端系住小球,另一端連接力傳感器,若某次實驗記錄輕繩拉力大小隨時間的變化如圖乙所示,其中Fm是實驗中測得的最大拉力值.(1)現用游標卡尺測得小球直徑如圖丙所示,則小球的直徑為1.220cm.

(2)小球由A點靜止釋放到第一次回到A點的時間為2T0(用含有T0的符號表示).

(3)若測得小球質量為m,直徑為D,輕繩長為l,小球釋放的位置A到最低點的高度差為h,重力加速度為g,小球由靜止釋放到第一次運動到最低點的過程中,驗證該過程小球機械能守恒的表達式為mgh=Fm-mg2l[解析](1)圖丙所示游標卡尺分度值為0.05mm,根據游標卡尺讀數規(guī)則讀數為12mm+4×0.05mm=12.20mm=1.220cm.(2)小球由A點靜止釋放到第一次回到A點的時間為一個周期,即2T0.(3)小球由靜止釋放到第一次運動到最低點的過程中,由功能關系有ΔEp=mgh,小球在最低點時,由牛頓第二定律得Fm-mg=mv2l+D2,又因為ΔEk=12mv27.[2022·湖南卷]小夢同學自制了一個兩擋位(“×1”“×10”)的歐姆表,其內部結構如圖所示,R0為調零電阻(最大阻值為R0m),Rg、Rm、Rn為定值電阻(Rg+R0m<Rm<Rn),電流計G的內阻為RG(Rg?RG).用此歐姆表測量一待測電阻的阻值,回答下列問題:(1)短接①②,將單刀雙擲開關S與m接通,電流計G示數為Im;保持電阻R0滑片位置不變,將單刀雙擲開關S與n接通,電流計G示數變?yōu)镮n,則Im大于In(填“大于”或“小于”);

(2)將單刀雙擲開關S與n接通,此時歐姆表的擋位為×10(填“×1”或“×10”);

(3)若從“×1”擋位換成“×10”擋位,調整歐姆零點(歐姆零點在電流計G滿偏刻度處)時,調零電阻R0的滑片應該向上調節(jié)(填“向上”或“向下”);

(4)在“×10”擋位調整歐姆零點后,在①②間接入阻值為100Ω的定值電阻R1,穩(wěn)定后電流計G的指針偏轉到滿偏刻度的23;取走R1,在①②間接入待測電阻Rx,穩(wěn)定后電流計G的指針偏轉到滿偏刻度的13,則Rx=400[解析](1)根據題意可知Rm<Rn,所以開關S撥向m時電路的總電阻小于開關S撥向n時電路的總電阻,電源電動勢E不變,根據I=ER總可知Im>I(2)當開關S撥向n時,電路的總電阻較大,中值電阻較大,所以開關S撥向n時對應歐姆表的擋位為×10;(3)從“×1”擋位換成“×10”擋位,即開關S從m撥向n,電路總電阻增大,干路電流減小,①②短接時,為了使電流計滿偏,需要增大通過電流計G所在支路的電流,所以需要將R0的滑片向上調節(jié);(4)在“×10”擋位,簡化電路圖如圖所示.將①②短接,設歐姆表的等效內阻為RΩ,電流計滿偏時干路電流為I'g,有E=I'gRΩ,當①②間接入100Ω電阻時,有E=23I'g(RΩ+100Ω),當①②間接入待測電阻Rx時有E=13I'g(RΩ+Rx),聯立以上三式可得Rx=400題型3其他類電學實驗8.[2023·新課標卷]在“觀察電容器的充、放電現象”實驗中,所用器材如下:電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關以及導線若干.(1)用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓.檢測時,紅表筆應該與電池的正極(填“正極”或“負極”)接觸.

(2)某同學設計的實驗電路如圖甲所示.先將電阻箱的阻值調為R1,將單刀雙擲開關S與“1”端相接,記錄電流隨時間的變化.電容器充電完成后,開關S再與“2”端相接,相接后小燈泡亮度變化情況可能是C.

A.迅速變亮,然后亮度趨于穩(wěn)定B.亮度逐漸增大,然后趨于穩(wěn)定C.迅速變亮,然后亮度逐漸減小至熄滅(3)將電阻箱的阻值調為R2(R2>R1),再次將開關S與“1”端相接,再次記錄電流隨時間的變化情況.兩次得到的電流I隨時間t變化圖像如圖乙中曲線所示,其中實線是電阻箱阻值為R2(填“R1”或“R2”)時的結果,曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的電荷量(填“電壓”或“電荷量”).

[解析](1)多用電表應滿足電流“紅進黑出”,因此紅表筆與電池的正極相接觸.(2)電容器放電過程中,電流由大逐漸變小,則小燈泡迅速變亮,然后亮度逐漸減小至熄滅.(3)實線所表示的過程初始電流較小,故接入的電阻應該為大的電阻,即R2,因此實線表示電阻箱阻值為R2;根據公式I=Qt,則I-t圖像與坐標軸所圍面積表示電荷量9.在“探究變壓器線圈兩端的電壓和匝數的關系”實驗中,可拆變壓器如圖甲所示.(1)觀察變壓器的鐵芯,它的結構和材料是D;

A.整塊硅鋼鐵芯B.整塊不銹鋼鐵芯C.絕緣的銅片疊成D.絕緣的硅鋼片疊成(2)觀察兩個線圈的導線,發(fā)現粗細不同,導線粗的線圈匝數少(選填“多”或“少”);

(3)以下給出的器材中,本實驗需要用到的是BD;(填選項字母)

A.干電池B.學生電源C.實驗室用電壓表D.多用電表(4)為了保證安全,低壓交流電源的電壓不要超過B;(填選項字母)

A.2VB.12VC.50V(5)在實際實驗中將電源接在原線圈的“0”和“800”兩個接線柱之間,用電表測得副線圈的“0”和“400”兩個接線柱之間的電壓為3.0V,則原線圈的輸入電壓可能為C;(填選項字母)

A.1.5V B.6.0V C.7.0V(6)等效法、理想模型法是重要的物理學方法,合理采用物理學方法會讓問題變得簡單,這體現了物理學科“化繁為簡”之美.理想變壓器是一種理想化模型.如圖乙所示,心電圖儀(將心肌收縮產生的脈動轉化為電壓脈沖的儀器,其輸出部分可以等效為左側虛線框內的交流電源和定值電阻R0串聯)與一理想變壓器的原線圈連接,一可變電阻R與該變壓器的副線圈連接,原、副線圈的匝數分別為n1、n2(右側虛線框內的電路也可以等效為一個電阻).在交流電源的電壓有效值U0不變的情況下,在調節(jié)可變電阻R的過程中,當RR0=

n2n12[解析](1)觀察變壓器的鐵芯,它的結構和材料是絕緣的硅鋼片疊成,故選D.(2)觀察兩個線圈的導線,發(fā)現粗細不同,根據I1I2=n2n1,(3)實驗中需要交流電源和多用電表,不需要干電池和直流電壓表,故選B、D.(4)為了人體安全,低壓交流電源的電壓不要超過12V,故選B.(5)若為理想變壓器,則變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系為U1U2=n1n2,根據題意,已知副線圈的電壓為3.0V,則原線圈的電壓為U1=2×3.0V=6.0V,考慮到不為理想變壓器,可能存在漏磁等現象,則原線圈所接的電源電壓要大于6V,可能為(6)把變壓器和R等效為一個電阻R1,R0當作電源內阻,當內外電阻相等,即R0=R1,此時輸出功率最大,根據U1U2=n1n2,得I1R1I2R=n1n2,代入I1n2=I2n1,解得10.為了節(jié)能環(huán)保,一些公共場所使用光控開關控制照明系統.光控開關可采用光敏電阻來控制,光敏電阻是阻值R隨光的照度I的變化而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強弱,光越強,照度越大,照度單位為lx).(1)某光敏電阻在不同照度下的阻值R如下表所示,根據表中的數據,請在圖甲的坐標系中描繪出阻值隨照度變化的曲線,可判斷出光敏電阻的阻值R與照度I否(填“是”或“否”)成反比關系.

照度I/lx0.20.40.60.81.01.2阻值R/kΩ5.83.72.72.32.01.8[答案]如圖所示(2)圖乙為街道路燈自動控制電路,利用直流電源E為電磁鐵供電,利用照明電源為路燈供電.為達到天亮燈熄、天暗燈亮的效果,路燈應接在A、B(填“A、B”或“C、D”)之間.

(3)已知線圈的電阻為140Ω,直流電源E的電動勢E=36V,內阻忽略不計.當線圈中的電流大于10mA時,繼電器的銜鐵將被吸合,滑動變阻器R'的阻值應調為1460Ω,才能使天色漸暗、照度低于1.0lx時點亮路燈.

(4)使用一段時間后發(fā)現,路燈在天色更亮時就已點亮了,為了使路燈能按設計要求點亮和熄滅,變阻器R'的阻值應適當調小(選填“大”或“小”)些.

[解析](1)如圖所示,若光敏電阻的阻值R與照度I成反比關系,則有RI為定值,由圖像中點的數據可得5.8×0.2<3.7×0.4<2.7×0.6<2.3×0.8<2.0×1.0<1.8×1.2,可知光敏電阻的阻值R與照度I不是反比關系;(2)由于天亮時照度較大,光敏電阻的阻值較小,電路中的電流較大,銜鐵被吸下,A、B間斷開,C、D間接通,故燈泡應接在A、B間;(3)由題意可知,當照度降到1.0lx時,要求電路電流降低到10mA,此時電路中的總電阻為R總=EI=3610×10-3Ω=3600Ω,此時光敏電阻的阻值為R=2000Ω,則滑動變阻器R'的阻值應調為R'=R總-R-R線=3600Ω-2000(4)使用一段時間后發(fā)現,路燈在天色更亮時就已點亮了,說明在天色更亮時電路電流就降到了10mA,為了使路燈能按設計要求點亮和熄滅,應使天色更亮時電路電流大于10mA,應使電路的總電阻適當減小,故應將變阻器R'的阻值適當調小些.11.一個物理興趣小組的同學準備測定某電池的電動勢和內阻,實驗室可供選用的實驗器材有:電流表A1、A2,滑動變阻器R,電阻箱R0,待測電池E,開關S,導線等.(1)興趣小組的同學設計了如圖甲所示的電路來測定電流表A1的內阻:將電阻箱的阻值調整到R0=50Ω,調節(jié)滑動變阻器的阻值,得到多組電流表A1、A2的讀數I1、I2,并用描點法得到I2-I1圖像為過原點的傾斜直線.如圖乙所示.可得電流表A1的內阻RA1=5Ω.

(2)興趣小組的同學利用上述實驗器材設計了如圖丙所示的電路來測定電池的電動勢和內阻.實驗中,他們通過改變R0的阻值,記錄了多組數據(電阻箱阻值R0和電流表A1示數I).(3)一同學以IR0為縱坐標,以I為橫坐標作圖像處理數據;在坐標紙上畫出的圖像如圖丁所示.(4)根據以上測量結果可知,電池電動勢E=1.5V,內阻r=10Ω.

(5)另一同學以1I為縱坐標,以R0為橫坐標作1I-R0圖像處理數據,請根據(1)、(4)的計算結果,[答案]如圖所示[解析](1)由圖甲根據并聯電路電流的關系有I1RA1R0+I1=I2,結合圖乙中數據解得RA1=I2(4)由閉合電路的歐姆定律得E=IR0+RA1+r,解得IR0=E-IRA1+r,IR0-I圖像的縱截距表示電源電動勢,由圖丁知E=1.5V;IR0-I圖像的斜率的絕對值表示RA1+r,則RA1+r=ΔUΔI=1(5)由E=IR0+RA1+r得1I=1ER0+RA1+rE=23R0+10,以題型4電學創(chuàng)新性實驗12.手機快充線是否合格至關重要.很多手機都在用圖甲所示的USBType-C接口.USBType-C協會關于充電線有個規(guī)范:1m長的3A充電線電阻應小于0.25Ω.實驗室有一條1m長的導線,某同學要通過實驗判斷該導線的電阻Rx是否符合協會規(guī)范.實驗室提供的器材有:A.電流表A1(量程為0~50mA,內阻r1=4Ω)B.電流表A2(量程為0~500mA,內阻r2約為0.5Ω)C.定值電阻R1(阻值為4Ω)D.定值電阻R2(阻值為40Ω)E.滑動變阻器R(阻值范圍為0~5Ω)F.電源E(電動勢約為2V,內阻不計)G.開關S一個,導線若干該同學設計了如圖乙所示的測量電路.請回答下列問題:(1)定值電阻R0應選用C(選填“C”或“D”).

(2)根據圖乙所示的電路圖,請用筆畫線代替導線將圖丙所示的實驗電路補充連接完整.[答案]如圖所示(3)該同學利用電流表A2示數I2和電流表A1示數I1,作出I2-I1圖像如圖丁所示.(4)該同學所用導線的電阻為0.38~0.42Ω,可以判定該導線不滿足(選填“滿足”或“不滿足”)協會規(guī)范.

[解析](1)因待測電阻阻值較小,故在測量電路中串聯一個定值電阻以保護電路,根據電源電動勢和電流表的量程分析可知定值電阻R0應選用定值電阻R1(阻值為4Ω),故選C.(2)根據圖乙所示的電路圖,實驗電路補充連接完整如下.(4)由歐姆定律可得,待測電阻的阻值為Rx=I1r1(I2-I1)=r1I2I1-1,由圖像斜率可知I2I1=44013.某同學利用如圖甲所示的電路測量一個阻值約為2kΩ的電阻Rx的阻值,已知電源內阻不計,電壓表為理想電表.(1)按照實驗電路圖連接圖乙所示的實物圖.[答案]如圖所示(2)把單刀雙擲開關S1和S2扳到相應位置測量電阻箱兩端的電壓,閉合開關S,調節(jié)電阻箱,使電壓表的指針指在刻度盤滿偏刻度的13~23之間,電阻箱各個旋鈕位置如圖丙所示,則電阻箱的讀數R=2060Ω,讀出此時電壓表的讀數U(3)斷開開關S,把單刀雙擲開關S1扳到b(填“a”或“b”)位置,單刀雙擲開關S2扳到d(填“c”或“d”)位置,把電壓表接入待測電阻Rx兩端;保持電阻箱阻值不變,閉合開關S,讀出此時電壓表的讀數U2.

(4)通過以上步驟可得待測電阻Rx的表達式為Rx=

U2U1R(用U1、U2、R(5)若電壓表為非理想電表,則根據第(4)問表達式得出待測電阻Rx的測量值沒有(填“有”或“沒有”)系統誤差.

[解析](1)實物連線如圖所示.(2)由題圖丙可知電阻箱的讀數為2060Ω.(3)要把電壓表與待測電阻并聯,應把開關S1扳到b位置,開關S2扳到d位置.(4)由于電壓表是理想電表,電源內阻不計,電阻箱與待測電阻串聯,可得U1=RR+RxE,U2=RxR+R(5)設電壓表的內阻為RV,根據串、并聯電路的特點,可得U1=RVRRV+RRVRRV+R+RxE,U2=R14.某實驗小組利用量角器、一段均勻電阻絲、電阻箱及靈敏電流計設計了一個測量電阻(待測電阻為Rx)的方案,實驗電路如圖甲所示.主要實驗步驟如下:①將電阻絲緊貼量角器弧邊彎曲成型,并依量角器直徑端點裁剪好;②按甲圖所示的電路原理圖連接好各元件;③將電阻箱的阻值調至R1,并使金屬夾K從A端沿弧形電阻絲向B移動,當靈敏電流計的示數為零時,停止移動金屬夾,此時從量角器上讀出OA與OK間的夾角θ1;④改變電阻箱的阻值,重復步驟③,測得多組(θ,R)值;⑤整理數據并在坐標紙上描點繪圖,所得圖像如圖乙所示.根據分析,試回答下列問題:(1)已知乙圖中圖像與縱軸的截距為-b,由此可求得Rx=

1b(2)實驗時,當金屬夾K調至某位置時,實驗小組的同學因為觀察不仔細認為靈敏電流計的讀數已經為零,實際上,靈敏電流計還有從P到K的電流,那么此時測出Rx的值與真實值相比偏大.(填“偏小”“相等”或“偏大”)

(3)該小組同學所在學校與供電站間有兩根埋在地下的輸電線,其中一根導線因損壞而與大地相通,現嘗試采用上述實驗所涉及的原理找到損壞的大致位置,其方法如圖丙所示(終端用導線AB接通),電阻絲MN長L=100.0cm,輸電距離d=8.0×103m,若金屬夾K在電阻絲上距M端L1=30.0cm時,靈敏電流計示數為零,則損壞處C與輸電線起始處的距離為x=4.8×103m.(結果保留兩位有效數字)

[解析](1)由題意可知,此方法是電橋法測電阻,當電流表示數為零時,R與Rx串聯,R與AK并聯;同時Rx與BK并聯,所以有I1R=I2RAK,I1Rx=I2RBK,化簡可得I1I2=RAKR,I1I2=RBKRx,得被測電阻的阻值為Rx=RRBKRAK=Rπ-θ(2)若要使靈敏電流計示數為零,則需增大θ角(或減小電阻箱阻值R),由Rx=Rπ-θθ知,此時測出(3)由(1)可知L1L=x2d,解得x=4.8×10第16講熱學和光學實驗題型1用油膜法估測油酸分子的大小1.“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗的方法及步驟如下:①向體積V油=1mL的油酸中加入酒精,直至總量達到V總=500mL;②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,當滴入n=100滴時,測得其體積恰好是V0=1mL;③先往邊長為30~40cm的淺盤里倒入2cm深的水,然后將均勻地撒在水面上;

④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后,將事先準備好的玻璃板放在淺盤上,并在玻璃板上描下油酸薄膜的形狀;⑤將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上,如圖所示,數出輪廓范圍內小方格的個數N,小方格的邊長l=20mm.根據以上信息,回答下列問題:(1)步驟③中應填寫:爽身粉.

(2)1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V'是2×10-5mL.

(3)油酸分子直徑是4.4×10-10m.

[解析](1)為了顯示油酸膜的形狀,需要在水面上撒爽身粉.(2)1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V'=V0V油nV總=1100×(3)根據大于半個方格的算一個,小于半個方格的舍去,由題圖可知,油酸薄膜形狀占據的方格數大約為113個,故面積S=113×20×20mm2≈4.5×104mm2,油酸分子直徑d=V'S=2×10-5×1034.2.在做“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗時,具體操作如下:Ⅰ.取油酸1.00mL注入2500mL的容量瓶內,然后向瓶中加入酒精,直到液面達到2500mL的刻度為止,搖動瓶使油酸在酒精中充分溶解,形成油酸酒精溶液.Ⅱ.用滴管吸取制得的溶液并逐滴滴入量筒,記錄滴入的滴數直到量筒中的溶液達到1.00mL為止,恰好共滴了50滴.Ⅲ.在淺盤內注入蒸餾水,待水面穩(wěn)定后將爽身粉均勻地撒在水面上,靜置后用滴管吸取油酸酒精溶液,輕輕地向水面滴一滴溶液,酒精揮發(fā)后,油酸在水面上散開形成一層油膜.Ⅳ.待油膜穩(wěn)定后,測得此油膜面積為1.30×102cm2.這種粗測方法是將每個分子視為球形,讓油酸盡可能地在水面上散開,則形成的油膜是由單層油酸分子組成,這層油膜的厚度即可視為油酸分子的直徑.(1)1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積是8.0×10-6mL.(結果保留兩位有效數字)

(2)油酸分子直徑是6.2×10-10m.(結果保留兩位有效數字)

(3)某學生在做該實驗時,發(fā)現計算的直徑偏大,可能的原因是ABC.

A.爽身粉撒得過多B.計算油膜面積時,舍去了所有不足一格的方格C.計算每滴油酸酒精溶液的體積時,1mL的溶液的滴數少記了幾滴D.在滴入量筒之前,配制的溶液在空氣中擱置了較長時間[解析](1)一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V=1.002500×50mL=8.0×10-6(2)油酸分子直徑是d=VS=8.0×10-6×10(3)水面上爽身粉撒得過多,油膜沒有充分展開,則測量的面積S偏小,導致計算結果偏大,故A正確;計算油膜面積時,舍去了所有不足一格的方格,則測量的面積S偏小,會導致計算結果偏大,故B正確;計算每滴油酸酒精溶液的體積時,1mL的溶液的滴數少記了幾滴,則計算得到的每滴油酸酒精溶液的體積偏大,會導致計算結果偏大,故C正確;滴入量筒之前,配制的溶液在空氣中擱置了較長時間,酒精揮發(fā)使溶液中油酸的濃度變大,形成的油膜面積變大,則會導致計算結果偏小,故D錯誤.題型2探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系3.[2023·山東卷]利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積關系.將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上,注射器內封閉一定質量的空氣,下端通過塑料管與壓強傳感器相連.活塞上端固定一托盤,托盤中放入砝碼,待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后,記錄氣體壓強p和體積V(等于注射器示數V0與塑料管容積ΔV之和),逐次增加砝碼質量,采集多組數據并作出擬合曲線如圖乙所示.回答以下問題:(1)在實驗誤差允許范圍內,圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線,說明在等溫情況下,一定質量的氣體B.

A.p與V成正比B.p與1V(2)若氣體被壓縮到V=10.0mL,由圖乙可讀出封閉氣體壓強為2.04×105Pa(保留3位有效數字).

(3)某組同學進行實驗時,一同學在記錄數據時漏掉了ΔV,則在計算pV乘積時,他的計算結果與同組正確記錄數據同學的計算結果之差的絕對值會隨p的增大而增大(填“增大”或“減小”).

[解析](1)在實驗誤差允許范圍內,圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線,說明在等溫情況下,一定質量的氣體p與1V成正比,故選B(2)若氣體被壓縮到V=10.0mL,則有1V=110.0mL-1=100×10-3mL-1,由圖乙可讀出封閉氣體壓強為p=2.04×10(3)某組同學進行實驗時,一同學在記錄數據時漏掉了ΔV,則在計算pV乘積時,根據p(V0+ΔV)-pV0=pΔV,可知他的計算結果與同組正確記錄數據同學的計算結果之差的絕對值會隨p的增大而增大.題型3測量玻璃的折射率4.圖甲所示是利用插針法測定玻璃磚折射率的實驗得到的光路圖,玻璃磚的入射面AB和出射面CD并不平行.(1)以入射點O為圓心,以R=5cm長度為半徑畫圓,與入射線PO交于M點,與折射線的延長線OQ交于F點,過M、F點分別向法線作垂線,量得MN=1.68cm,FE=1.12cm,則該玻璃磚的折射率n=1.5;

(2)若玻璃磚AB面與CD平行,但某同學操作時將界線aa'、bb'畫好后誤用另一塊寬度稍窄的玻璃磚如圖乙所示,實驗中除用原界線外,其他操作都正確,則測得玻璃的折射率將B.

A.偏大 B.偏小C.不影響結果 D.不能確定[解析](1)由幾何知識得,入射角的正弦sini=MNMO=MNR,折射角的正弦sinr=EFOF=EFR,則折射率n=sinisinr=MN(2)如圖所示,實線是實際光線,虛線是該同學所作的光線,可見,該同學利用插針法確定入射光線、折射光線后,測得的入射角不受影響,但測得的折射角比真實的折射角偏大,因此測得的折射率偏小.5.(1)如圖所示,用“插針法”測定玻璃磚折射率的實驗中,下列說法中正確的是 (C)A.若P1、P2的距離較大時,通過玻璃磚會看不到P1、P2的像B.為減少測量誤差,P1、P2的連線與法線NN'的夾角應盡量小些C.為了減小作圖誤差,P3和P4的距離應適當取大些D.若P1、P2的連線與法線NN'夾角較大時,有可能在bb'面發(fā)生全反射,所以在bb'一側會看不到P1、P2的像(2)在該實驗中,光線是由空氣射入玻璃磚的,根據測得的入射角θ1和折射角θ2的正弦值畫出的圖線如圖所示,從圖線可知玻璃磚的折射率是1.5.

(3)該實驗小組選取了操作正確的實驗記錄,在白紙上畫出光線的徑跡,以入射點O為圓心作圓,與入射光線、折射光線的延長線分別交于A、B點,再過A、B點作法線NN'的垂線,垂足分別為C、D點,如圖甲所示,則該玻璃磚的折射率n=

ACBD(用圖中線段的字母表示);進一步測得所需數據分別為1.68cm和1.12cm,則該玻璃磚的折射率數值為1.5甲乙(4)在用“插針法”測定玻璃磚折射率的實驗中,A、B二位同學在紙上畫出的界面aa'、bb'與玻璃磚位置的關系分別如圖乙中①、②所示,其中A同學用的是矩形玻璃磚,B同學用的是梯形玻璃磚.他們的其他操作均正確,分別以aa'、bb'為界面畫光路圖.則A同學測得的折射率與真實值相比偏小(選填“偏大”“偏小”或“不變”);B同學測得的折射率與真實值相比不變(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

[解析](1)根據光路可逆性原理可知,光線一定會從下表面射出,光線不會在玻璃磚的內表面發(fā)生全反射,則即使P1、P2的距離較大,通過玻璃磚仍然可以看到P1、P2的像,A、D錯誤;為減少測量誤差,入射角應適當大一些,則P1、P2的連線與法線NN'的夾角應盡量大些,B錯誤;為了減小作圖誤差,P3和P4的距離應適當取大些,C正確.(2)由n=sinθ1sinθ2,代入數據可得(3)設圓的半徑為r,入射角為α,則有sinα=ACr,折射角為β,則有sinβ=BDr,故可得玻璃磚的折射率為n=ACBD;當測得所需數據分別為1.68cm和1.12cm時,該玻璃磚的折射率數值為n=ACBD=1(4)A同學測定折射率時,作出的折射光線如圖中虛線所示,實線表示實際光線,可見折射角增大,則由折射定律可知,折射率將偏小;B同學測折射率時,操作正確,與玻璃磚形狀無關,故B同學測得的折射率與真實值相等.6.在“測定玻璃的折射率”的實驗中,在白紙上放好平行玻璃磚,a和a'分別是玻璃磚與空氣的兩個界面,如圖甲所示.在玻璃磚的一側插上兩枚大頭針P1和P2,然后在另一側透過玻璃磚觀察,并插上大頭針P3,使其擋住P2、P1的像;接著插上大頭針P4,使其擋住P3、P2和P1的像,用“·”表示大頭針的位置,這樣大頭針P1、P2就確定了射入玻璃磚的光線.(1)根據以上信息,請在圖甲中畫出光路圖.[答案]如圖所示.(2)正確作出光路圖后,測量a分界面上的入射角i和折射角r.多次改變入射角,測得多組入射角和折射角,根據測得的入射角和折射角的正弦值,畫出了如圖乙所示的圖像,由圖像可知該玻璃的折射率n=1.5(保留兩位有效數字).

(3)如圖丙所示,在實驗過程中畫出界面a后,不小心將玻璃磚向上平移了一些,導致界面a'畫到圖中虛線位置,而在作光路圖時界面a仍為開始所畫的,則所測得的折射率將偏大(填“偏大”“偏小”或“不變”).

[解析](2)根據折射定律n=sinisinr,所以sinr=1n根據圖像得1n=0.40.6,(3)如圖所示,在實驗過程中畫出界面a后,不小心將玻璃磚向上平移了一些,導致界面a'畫到圖中虛線位置,而在作光路圖時界面a仍為開始所畫的,入射角i不變,導致折射角r偏小,則所測得的折射率將偏大.7.圖甲所示是利用插針法測定玻璃磚折射率的實驗得到的光路圖,玻璃磚的入射面AB和出射面CD并不平行.(1)以入射點O為圓心,以R=5cm長度為半徑畫圓,與入射線PO交