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1、考点13 电学实验1. (2013北京高考)某同学通过实验测定一个阻值约为5的电阻Rx的阻值。(1)现有电源(4V,内阻可不计),滑动变阻器(050,额定电流2 A),开关和导线若干,以及下列电表A.电流表(03 A,内阻约0.025)B.电流表(00.6 A,内阻约0.125)C.电压表(03 V,内阻约3 k)D.电压表(015 V,内阻约15 k)为减小测量误差,在实验中,电流表应选用,电压表应选用(选填器材前的字母);实验电路应采用图中的(选填“甲”或“乙”)。(2)如图是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线。请根据在(1)问中所选的电路图,补充完成图中实物间的连线。(3)接
2、通开关,改变滑动变阻器滑片P的位置,并记录对应的电流表示数I、电压表示数U。某次电表示数如图所示,可得该电阻的测量值Rx=(保留两位有效数字)。(4)若在(1)问中选用甲电路,产生误差的主要原因是;若在(1)问中选用乙电路,产生误差的主要原因是。(选填选项前的字母)A.电流表测量值小于流经Rx的电流值B.电流表测量值大于流经Rx的电流值C.电压表测量值小于Rx两端的电压值D.电压表测量值大于Rx两端的电压值(5)在不损坏电表的前提下,将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端,随滑片P移动距离x的增加,被测电阻Rx两端的电压U也随之增加,下列反映U-x关系的示意图中正确的是。【解题指南】解答本题应注意
3、以下三点:(1)电表的选择要在安全的前提下,根据电路中的最大电流和被测电阻上的最大电压,结合电表的量程进行选择。(2)电流表选择内接或外接,可根据电压表、电流表内阻与被测电阻的大小关系来判断。(3)对U-x图像,应结合U与x的函数关系式来分析判断,且一定有UE。【解析】(1)由于电源电动势为4V,15 V的电压表量程太大,读数误差太大,故电压表应选C;当电压表满偏时,电路中的最大电流约为Im=0.6A,电流表应选B;又因为=600=40,电流表应外接,故电路应选甲。(2)根据电路图甲进行实物连接,如图所示:(3)根据电表读数I=0.50A,U=2.60V,则被测电阻为Rx=5.2。(4)甲图中
4、电流表测量的是流过被测电阻与电压表的电流之和,故B正确;乙图中电压表测量的是被测电阻与电流表的电压之和,故D正确。(5)由于随着滑片的移动,Rx两端的电压增大,说明电路中电流增大,变阻器接入电路的电阻减小,设变阻器的最大电阻为R,单位长度电阻丝阻值为k,则Rx两端的电压为,由此得随x的增大,U增大,但不是简单的线性关系,又当x=0时,U最小,且,随x的增大,电压的变化加快,故A正确。【答案】(1)BC甲(2)见解析图(3)5.2(4)BD(5)A2. (2013安徽高考)(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中,利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示,校零时的读数为mm,合金丝的直径为
5、mm。(2)为了精确测量合金丝的电阻Rx,设计出如图甲所示的实验电路图,按照该电路图完成图乙中的实物电路连接。【解题指南】解答本题可按以下思路进行:(1)首先要理解螺旋测微器的读数规则,固定刻度(注意半刻度线是否露出)+可动刻度0.01,注意估读和单位;(2)按电路图连线,一般可以从电源正极出发,按顺序连接完一部分再连接另一部分。【解析】(1)校零时的读数为(0+0.70.01)mm=0.007 mm,测量时的读数为(0+0.5+14.50.01)mm=0.645 mm,故合金丝的直径为(0.645-0.007)mm=0.638 mm。(2)先从电源正极出发,经过电键,再经过滑动变阻器的下边两
6、个接线柱,回到电源负极;再由滑动变阻器的右上接线柱经过电流表的正、负接线柱,连接并联的合金丝与电压表到电源的负极,如图所示:【答案】(1)0.0070.638(2)见解析图3. (2013安徽高考)根据闭合电路欧姆定律,用图甲所示电路可以测定电池的电动势和内电阻。图中R0是定值电阻,通过改变R的阻值,测出R0两端的对应电压U12,对所得的实验数据进行处理,就可以实现测量目的。根据实验数据在坐标系中描出坐标点,如图乙所示。已知R0=150,请完成以下数据分析和处理。 (1)图乙中电阻为的数据点应剔除;(2)在坐标纸上画出关系图线;(3)图线的斜率是(V-1-1),由此可得电池电动势Ex=V。【解
7、题指南】解答本题可按以下思路进行:(1)利用图像处理数据时,偏离图线较远的点往往具有很大的偶然误差;(2)连接各点成直线时,尽量让点均匀地分布在直线的两侧;(3)先用解析式推导出函数关系式,再结合图像找出斜率的物理意义。【解析】(1)从题图上可以看出,80.0的点偏离图线较远,偶然误差较大应剔除。(2)连接各点成直线时,尽量让点均匀地分布在直线的两侧,如图:(3)由图像可得,图线的斜率是 (V-1-1)由闭合电路欧姆定律可得电路的电流为:R0两端的电压U12U12=IR0=故 即=0.00444将R0=150代入上式可得:Ex=1.50V【答案】(1)80.0 (2)见解析图 (3)0.004
8、441.504. (2013福建高考)硅光电池在无光照时不产生电能,可视为一电子元件。某实验小组设计如图甲电路,给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点,正极接低电势点),探究其在无光照时的反向伏安特性。图中电压表V1量程选用3V,内阻为6.0k;电压表V2量程选用15V,内阻约为30 k;R0为保护电阻;直流电源电动势E约为12V,内阻不计。根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙连接成完整电路。用遮光罩罩住硅光电池,闭合开关S,调节变阻器R,读出电压表V1、V2的示数U1、U2。()某次测量时,电压表V1示数如图丙,则U1=V,可算出通过硅光电池的反向电流大小为mA(保留两位小数)。()该小
9、组测出大量数据,筛选出下表所示的9组U1、U2数据,算出相应的硅光电池两端反向电压Ux和通过的反向电流Ix(表中“-”表示反向),并在坐标纸上建立Ix-Ux坐标系,标出了与表中前5组Ux、Ix数据对应的5个坐标点。请你标出余下的4个坐标点,并绘出Ix-Ux图线。123456789U1/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7Ux/V0.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0-6.0-7.0-8.0Ix/mA0.000.00-0.01-0.02-0.04-0.07-0.12-0.19-0.29()
10、由Ix-Ux图线可知,硅光电池无光照下加反向电压时,Ix与Ux成(选填“线性”或“非线性”)关系。【解题指南】解答本题时应明确以下三点:(1)滑动变阻器的分压接法。(2)电表测量原理。(3)利用列表描点法画出图像,进行实验探究。【解析】滑动变阻器的分压接法应将全电阻接入主回路,依题意选择两电压表量程,并据电流流向选择接线柱,连线如图。()据3 V量程可知精确到0.1 V,因此U1=1.40V,据I=0.23mA可得与电压表V1串联的电池的反向电流。()依表格数据进行描点,可绘出Ix-Ux图像如图。()据绘出的Ix-Ux图像是曲线可知Ix与Ux是非线性关系。【答案】连线见解析图()1.400.2
11、3()描点绘出的Ix-Ux图像见解析图()非线性5. (2013广东高考)图甲是测量电阻RX的原理图。学生电源输出电压可调,电流表量程选0.6A(内阻不计),标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30.0cm。根据原理图连接图乙的实物图。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。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,测量数据已在图丙中标出。写出RX与L、I、u的关系式RX=;根据图丙用作图法算出RX=。【解题指南
12、】解答本题时应从以下三点进行分析:(1)明确伏安法测电阻的原理。(2)连接实物图要按一定顺序进行。(3)利用图像法处理数据。【解析】电路连接如图所示断开S2,闭合S1,当电源输出电压为3.0V时,单位长度电阻丝的电压u=0.1V/cm。闭合S2后,RX=,而UX=uL,故RX=;作L-I图并求出图线的斜率k=60cm/A,而由RX=ku,解得RX=6.0。【答案】见解析图0.16.06. (2013山东高考)(1)图甲为一游标卡尺的结构示意图,当测量一钢笔帽的内径时,应该用游标卡尺的(选填“A”“B”或“C”)进行测量;示数如图乙所示,该钢笔帽的内径为mm。(2)霍尔效应是电磁基本现象之一,近
13、期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展。如图丙所示,在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,在M、N间出现电压UH,这个现象称为霍尔效应,UH为霍尔电压,且满足UH=k,式中d为薄片的厚度,k为霍尔系数。某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数。若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电,电流与磁场方向如图丙所示,该同学用电压表测量UH时,应将电压表的“+”接线柱与(选填“M”或“N”)端通过导线相连。已知薄片厚度d=0.40mm,该同学保持磁感应强度B=0.10T不变,改变电流I的大小,测量相应的UH值,记录数据如表所示。I/10-3A3.06.09
14、.012.015.018.0UH/10-3V1.11.93.44.56.26.8根据表中数据在给定坐标纸上画出UH-I图线,利用图线求出该材料的霍尔系数为 10-3VmA-1T-1(保留2位有效数字)。该同学查阅资料发现,使半导体薄片中的电流反向再次测量,取两个方向测量的平均值,可以减小霍尔系数的测量误差,为此该同学设计了如图丁所示的测量电路。S1、S2均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄片(未画出)。为使电流自Q端流入,P端流出,应将S1掷向(选填“a”或“b”),S2掷向(选填“c”或“d”)。为了保证测量安全,该同学改进了测量电路,将一合适的定值电阻串接在电路中。在保持其他连接不变的情况下,该定值电阻应串接在相邻器件和(填器件代号)之间。【解题指南】解答本题时应注意以下两方面问题:(1)游标卡尺的特点、精确度及读数方法;(2)单刀双掷开关的连接方法。【解析】(1)根据游标卡尺的特点可知,应用游标卡尺的短测量角A测量物体的内径;游标卡尺为20分度,因此,游标卡尺的精确度为0.05mm,该钢笔帽的内径为d=11mm+0.05mm6=11.30mm;(2)该题中电流是由正电荷的定向移动形成的,根据
