2019届高考物理二轮复习电学实验专题其它电学实验讲义 12页

其它电学实验1、（12分）现在要测量一只额定电压为U=3V的小灯泡L的额定功率P（约为0.3W）．实验室备有如下器材：电流表A1（量程200mA，内阻r1＝10Ω）电流表A2（量程300mA，内阻不详）定值的电阻R（10Ω）滑动变阻器R1(0～100Ω，0.5A)电源E（E=4.5V，）单刀开关一个、导线若干．（1）设计出实验电路（画在给定的方框中）；（2）按（1）中设计的电路图把右图仪器连接起来；（3）列写出主要的实验步骤：.（4）实验中计算灯泡额定功率的表达式为：.（必须用题中给定的符号及你自己在（3）中设定的记录符号来表示）．解：（1）如下图所示（2）如下图所示SRER1PLA1A2A1A2R1R＋ESA1A2＋＋L（3）①按设计的电路图连接好电路，开关S闭合前，滑动变阻器的滑动片P移至阻值最大的位置；②闭合开关S，移动滑片P，使电流表A1的示数为使小灯泡正常发光，同时记下此时电流表A2的示数I2；　③计算出小灯泡的额定功率P（4）n2、（8分）有一个标有“2.5V0.3A”字样的小灯泡，现要测定其在0到2.5V的区间内不同电压下的电2,4,6功率，并作出其电功率P与其两端电压的平方U2的关系曲线．有下列器材可供选择：A．电压表V1（0～3V，内阻3kΩ）　B．电压表V2（0～15V，内阻15kΩ）C．电流表A（0～0.6A，内阻约1Ω）D．定值电阻R1＝3kΩE．定值电阻R2＝15kΩF．滑动变阻器R3（10Ω，2A）G．滑动变阻器R4（1kΩ，0.5A）H．电源（直流6V，内阻不计）（1）（2分）实验中为尽量减小实验误差，则应选用的器材除小灯泡、电源、电流表、开关、导线外，还需（均用序号字母填写）；（2）（3分）根据你设计的实验电路，完成下图的连线。（3）（3分）若测定的是“4.8V2A”的小灯泡，如果选用电压表V1则量程偏小，而选用电压表V2则量程又过大，为了能完成该实验则除了选用小灯泡、电源、电流表、开关、导线器材外，还需（均用序号字母填写）。AVAV解：本题考查电学的分压与限流、内接与外接电路等基本的实验技能与实验探究能力。（1）（2分）A、F（每对1个给1分，有错选计0分）（2）（3分）电路如图（分压法1分，电流表外接法1分；连接固定电阻计0分；电表极性反接等错误扣1分）（3）（3分）A、D、F（对1个给1分，有错选计0分）3、．用高电阻放电法测电容的实验，是通过对高阻值电阻放电的方法，测出电容器充电电压为U时，所带的电量为Q，从而再求出待测电容器的电容C．某同学的实验情况如下：（1）按图甲所示电路连接好实验电路；（2）接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使小量程电流表的指针偏转接近满刻度，记下这时电流表的示数I0＝490μA及电压表的示数Uo＝6.2V，I0和U0分别是电容器放电的初始电流和电压；I/μAVSμA甲O2030405060708090100100400200300500600t/s乙10（3）断开开关S，同时开始计时，每隔5s或10s测一次电流In的值，将测得数据填入预先设计的表格中，根据表格中的数据（10组）表示在以时间t为横坐标、电流I为纵坐标的坐标纸上，如图乙中用“×”表示的点．I/μAO2030405060708090100100400200300500600t/s乙10试根据上述实验结果，在图乙中作出电容器放电的I-t图象,并估算出该电容器两端的电压为U0时所带的电量Q0约为___________C；该电容器的电容C约为____________F解：用平滑曲线连接（2分）该电容器两端的电压为U0时所带的电量Q0约为Q0=It=50×10-6×5×34=8.5×10-3C（3分）；该电容器的电容C约为（3分）4.发光晶体二极管是用电器上做指示灯用的一种电子元件.它的电路符号如图（甲）所示，正常使用时，带“+”号的一端接高电势，“－”的一端接低电势。某同学用实验方法测得它的两端的电压U和通过它的电流I的关系数据如表所示。U/V00.40.81.21.62.02.42.62.83.0I/mA00.92.34.36.812.019.024.030.037.0①在图（乙）中的虚线框内画出该同学的实验电路图。（实验用仪器：电压表：内阻RV约为10kΩ，电流表mA：内阻RmA约为100Ω，直流电源，滑动变阻器，开关，导线若干.）②在图（丙）中的小方格纸上用描点法画出二极管的伏安特性曲线.③若发光二极管的最佳工作电压为2.5V，而电源是由内阻不计、电动势为3V的供电系统提供的.请根据所画出的伏安特性曲线上的信息,分析应该串联一个阻值Ω电阻再与电源接成闭合电路，才能使二极管工作在最佳状态.（结果保留二位有效数字）甲2.01.03.04.0102030400I/mAU/V丙乙答：（1）实验电路图如图示（4分，分压，外接各占2分）（2）二极管的伏安特性曲线如图示（3分）（3）（3分）25Ω（22Ω~28Ω都对）2.01.03.04.0102030400I/mAU/VAVn5．表格中所列数据是测量小灯泡U-I关系的实验数据：U(V)0.000.200.501.001.502.002.503.00I(A)0.000.0500.1000.1500.1800.2000.2100.215①分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图是图（填“a”或“b”）；②在方格纸内画出小灯泡的U-I曲线．分析曲线可知小灯泡的电阻随功率的变大而________（填”变大”、”变小”或”不变”）；③如图c所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3V的电源上.已知流过电阻R的电流是流过灯泡b电流的两倍,则流过灯泡b的电流约为A.答：①a（3分）②连成平滑曲线（2分），变大（3分）③0.070A或0.071A（2分）nR1RR0AB图甲6、如图甲所示的电路中，标准电阻R0=1.0kΩ，其阻值不随温度变化，R1为可变电阻，电源的电动势E=7.0V，内阻忽略不计。这些电阻周围温度保持25℃，电阻R两端的电压与通过的电流关系如图乙所示。065432112345677I/mAU/V图乙(1)改变可变电阻R1，使电阻R和电阻R0消耗的电功率相等时，通过电阻R的电流是多少？加在电阻R两端的电压是多少？(2)电阻R向外散热与周围温度有关，若温度相差1℃，每秒钟放热5.0×10-4J，这时电阻R的温度是多少？(3)改变电阻R1的阻值，使UAB=UBA，这时通过电阻的电流和电阻R1的阻值各是多少？PQ065432112345677I/mAU/V图丙解：由R0=U0/I0可知，标准电阻R0的伏安特性曲线是如图丙所示的直线，因为R1、R和R0是串联，所以IR0=IR1=IR，E=UR0+UR1+UR。由电阻R与R0消耗功率相等，得R=R0在伏安特性曲线上，交点P满足上述条件。由P点坐标可知，这时加在电阻R上电压为2.5V，通过电阻R的电流为2.5mA(2)当单位时间内电能转化的内能与外界进行热交换所消耗的内能达到动态平衡，电阻R的温度不再升高，设电阻R上的温度增加量为ΔT，则5×10-4×ΔT=I2RΔT=12.5℃t=37.5℃(3)要使UAB=UBA，必须使R1=0，因为电源的内阻r=0，所以E=UR0+UR，电阻R上的电压为UR=E-UR0=7.0-1000I在图丙中作出上式相对应的直线，该直线与电阻R的特性曲线相交于点Q，从点Q的坐标可知，UAB=UBA时通过R的电流为4.0mA.7、(3)如图甲是某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，图中R0表示0℃时的电阻，k表示图线的斜率．若用该电阻与电池（电动势E、内阻r）、电流表A（内阻Rg）、滑动变阻器R′串联起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”．使用“金属电阻温度计”前，先要把电流表的刻度值改为相应的温度刻度值，若温度t1＜t2，则t1的刻度应在t2的▲侧（填“左”或“右”）；在标识“金属电阻温度计”的温度刻度时，需要弄清所测温度和电流的对应关系．请用E、R0、k等物理量表示所测温度t与电流I的关系式t＝▲。r甲AR'RtORARR0BRRgE乙甲R解：（3）右（2分）（2分）n热敏电阻恒流电源V01020304050607080105100110115120125130t/℃R/Ω8、（11分）某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性．现有器材：直流恒流电源（在正常工作状态下输出的电流恒定）、电压表，待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等．⑴若用上述器材测量热敏电阻的阻的随温度变化的特性，请你在下图的实物图上连线．⑵实验的主要步骤：①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，，，断开开关；③重复第②步操作若干次，测得多组数据．⑶实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得上图的R－t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R－t关系式：R＝＋t（Ω）（保留3位有效热敏电阻恒流电源V数字）答：(1）实物图上连线如图示（2）记录电压表电压值、温度计数值（3）R=100+0.395t9．(本题12分)影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，半导体材料的电阻率则随温度的升高而减小，PTC元件由于材料的原因有特殊的导电特性。（1）如图（甲）是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，若用该电阻与电池（电动势E=1.5V，内阻不计）、电流表（量程为5mA、内阻Rg=100Ω）、电阻箱R′串联起来，连接成如图（乙）所示的电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”。①电流刻度较大处对应的温度刻度______▲________；(填“较大”或“较小”)②若电阻箱阻值R′=50Ω,在丙图中标出空格处对应的温度数值。ARgR'E乙R▲丙n（2）一由PTC元件做成的加热器，实验测出各温度下它的阻值，数据如下：t/0C0102030405060708090100R/kΩ1411734568101416R2/kΩ219612149916253664100196256R-1/kΩ-10.070.090.140.330.250.200.170.130.100.070.06已知它向四周散热的功率为PQ=0.1(t-t0)瓦，其中t（单位为0C）为加热器的温度，t0为室温(本题取200C)。当加热器产生的焦耳热功率PR和向四周散热的功率PQ相等时加热器温度保持稳定。加热器接到200V的电源上，在方格纸上作出PR和PQ与温度t之间关系的图象①加热器工作的稳定温度为___▲_____0C；(保留两位有效数字)②加热器的恒温原理为：当温度稍高于稳定温度时________▲_________；当温度稍低于稳定温度时_________▲_________，从而保持温度稳定。答：（1）①较小……………………2’②500C…………………2’（2）①图象如图示…2’（能定性反映变化规律即可）700C(680C～720C)…2’②加热器电阻增大，产生的焦耳热的功率小于散热的功率，温度将下降…2’加热器电阻减小，产生的焦耳热的功率大于散热的功率，温度将上升。…2’解：（1）由闭合电路欧姆定律得，电流刻度较大处，对应的电阻R较小，对应的温度刻度较小。由甲图得R=R0+t=100+t在乙图中，当R′=50Ω，I=5mA时,,∴t=500C；（2）PQ=0.1(t-t0)=0.1(t-20)W，当t=1000C时，PQ=8W,，将原表格中与1/R对应的PR值填入表格：nt/0C0102030405060708090100R/kΩ1411734568101416R-1/kΩ-10.070.090.140.330.250.200.170.130.100.070.06PR(W)2.83.65.613.210.08.06.85.04.02.82.421086401412204080100t/0CP/W60①PR和PQ与温度t之间关系的图象如图示，两图线的交点为工作点,加热器工作的稳定温度为700C.、10（6分）某同学利用图（a）所示的电路研究灯泡L1（6V，1.5W）、L2（6V，10W）的发光情况（假设灯泡电阻恒定），图（b）为实物图。（1）他分别将L1、L2接入图（a）中的虚线框位置，移动滑动变阻器的滑片P，当电压表示数为6V时，发现灯泡均能正常发光。在图（b）中用笔线代替导线将电路连线补充完整。（2）接着他将L1和L2串联后接入图（a）中的虚线框位置，移动滑动变阻器的滑片P，当电压表示数为6V时，发现其中一个灯泡亮而另一个灯泡不亮，出现这种现象的原因是________。（b）ES12L1L2L3（c）（3）现有如下器材：电源E（6V，内阻不计），灯泡L1（6V，15W）、L2（6V，10W）、L3（6V，10W），单刀双掷开关S，在图（c）中设计一个机动车转向灯的控制电路：当单刀双掷开关S与1相接时，信号灯L1亮，右转向灯L2亮而左转向灯L3不亮；当单刀双掷开关S与2相接时，信号灯L1亮，左转向灯L3亮而右转向灯L2不亮。nES12L1L2L3答：（1）电路图连线补充如下图示，（2）L1电阻比L2电阻大得多，所以L2两端分到的电压很小，不会亮，（3）设计的控制电路见右下图解析：由于灯泡L2和L1额定电压相同，灯泡L2功率大得多，故RL2比RL1小得多，灯泡L2分得的电压很小，虽然有电流流过，但功率很小，不能发光。11、（12分）2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家．材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度．若图1为某磁敏电阻在室温下的电阻-磁感应强度特性曲线，其中RB、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值．为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB．请按要求完成下列实验．⑴设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图2的虚线框内画出实验电路原理图（磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6～1.0T，不考虑磁场对电路其它部分的影响）．要求误差较小．提供的器材如下：××××××磁敏电阻图2A．磁敏电阻，无磁场时阻值R0＝150ΩB．滑动变阻器R，全电阻约20ΩAC．电流表，量程2.5mA，内阻约30ΩVD．电压表，量程3V，内阻约3kΩE．直流电源E，电动势3V，内阻不计F．开关S，导线若干⑵正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表：123456U（V）0.000.450.911.501.792.71I（mA）0.000.300.601.001.201.80n0.3-0.3-0.60.65001000RB/ΩB/T图3根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB＝Ω，结合图1可知待测磁场的磁感应强度B＝T．⑶试结合图1简要回答，磁感应强度B在0～0.2T和0.4～1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？⑷某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻－磁感应强度特性曲线（关于纵轴对称），由图线可以得到什么结论？××××××磁敏电阻VARES答：⑴如右图所示⑵1500；0.90⑶在0～0.2T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化（或不均匀变化）；在0.4～1.0T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化（或均匀变化）⑷磁场反向，磁敏电阻的阻值不变．12、（8分）某同学想要了解导线在质量相同时，电阻与截面积的关系，选取了材料相同、质量相等的5卷导线，进行了如下实验：⑴用螺旋测微器测量某一导线的直径如下图所示．读得直径d＝　　　　ｍｍ．⑵该同学经实验测量及相关计算得到如下数据：电阻R（Ω）121.050.023.910.03.1导线直径d（mm）0.80l0.9991.20l1.4941.998导线截面积S（mm２）0.5040.7841.1331.7533.135请你根据以上数据判断，该种导线的电阻R与截面积S是否满足反比关系?若满足反比关系，请说明理由；若不满足，请写出R与S应满足的关系．⑶若导线的电阻率ρ＝5.1×10－7Ω·m，则表中阻值为3.1Ω的导线长度l＝ｍ（结果保留两位有效数字）答：⑴1.200；⑵不满足，R与S2反比（或RS2＝常量）；⑶19解析：（1）外径千分尺读数先可动刻度左边界露出的主刻度L，如本题为1mm，再看主尺水平线对应的可动刻度n，如本题为20.0，记数为L+n×0.01=1+20.0×0.01=1.200mmn。注意的是读L时，要看半毫米刻度线是否露出，如露出，则记为1.5或2.5等。（2）直接用两组R、S值相乘（50×0.784=39.2，10.0×1.753=17.53），可得RS明显不相等，可迅速判断结果“不满足”；并同时可简单计算50.0×0.9994≈50×1，10×1.4944≈10×1.54=50，两者接近相等，即R与d的四次方成反比，可迅速得出R与S2成反比。计算时选择合适的数据可使自己计算简单方便，如本题中的（50.0，0.999，0.784）和（10.0，1.494，1.753）。（3）根据有：m13．（10分）如图所示是测量通电螺线管A内部磁感应强度B及其与电流I关系的实验装置。将截面积为S、匝数为N的小试测线圈P置于通电螺线管A中间，试测线圈平面与螺线管的轴线垂直，可认为穿过该试测线圈的磁场均匀，将试测线圈引线的两端与冲击电流计D相连。拨动双刀双掷换向开关K，改变通入螺线管的电流方向，而不改变电流的大小，在P中产生的感应电流引起D的指针偏转。（1）将开关合到位置1，待螺线管中的电流稳定后，再将K从位置1拨到位置2，测得D的最大偏转距离为dm，已知冲击电流计的磁通灵敏度为Dφ，式中Dφ为单匝试测线圈磁通量的变化量，则试测线圈所在处的磁感应强度的大小为B＝__________；若将K从位置1拨到位置2的过程所用的时间为Dt，则试测线圈P中产生的平均感应电动势e＝__________。（2）调节可变电阻R，多次改变电流并拨动K，得到A中电流I和磁感应强度B的数据，见右表。由此可得，螺线管A内磁感应强度B与电流I的关系式为B＝__________。（3）（多选题）为了减少实验误差，提高测量的准确性，可采取的措施有（）实验次数电流I（A）磁感应强度B（´10－3T）10.50.6221.01.2531.51.8842.02.5152.53.12（A）适当增加试测线圈的匝数N（B）适当增大试测线圈的横截面积S（C）适当增大可变电阻R的阻值（D）适当拨长拨动开关的时间Δt答：(1)（2）B＝1.25´10－3I（或kI），（3）A、B，解析：（1）改变电流方向，磁通量变化量为原来磁通量的两倍，即2BS，代入公式计算得由法拉第电磁感应定律可知电动势的平均值。（2）根据数据可得B与I成正比，比例常数约为0.00125，故B=kI（或0.00125I）（3）为了得到平均电动势的准确值，时间要尽量小，由B的计算式可看出与N和S相关联，故选择A、B。n