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1、专题十七、电学创新实验 1.（ 2013 高考山东理综第21（ 2）题） （2）霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家 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称 为 霍 尔 电 压 ， 且 满 足 d IB KU H ，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_
2、( 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，记录数据如下表所示。 根据表中数据在给定区域内（见答题卡）画出UHI图线，利用图线求出该材料的霍尔 系数为 _ 10 -3 VA -1 T -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）。 为使电流从Q端流入， P端流出， 应将 S1掷向 _
3、（填“ a”或“ b”） , S2 掷向 _（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 串联在电路中。在保持其它连接不变的情况下，该定值电阻应串联在相 邻器件 _和_( 填器件代号 ) 之间。 答案： M 如图所示。 1.5 b c S1 E 解析：若该半导体材料是空穴（可视为带正电粒子）导电，由左手定 则，空穴所受洛伦兹力方向指向M ， M侧电势高，用电压表测量UH时，应将电压表的“ +” 接线柱与M端通过导线相连。 由 d IB KU H 可知UH-I图线的斜率等于KB/d，由UH-I图线可求得图线的斜率等于 0.38 ，由 KB/d=0.38
4、可得：霍尔系数K=1.510 -3 VA -1T-1 。 为使电流从Q端流入， P端流出， 应将 S1掷向“ b”, S2掷向 “c”。为了保证测量安全， 可以将一合适的定值电阻与电源串联连接在电路中。在保持其它连接不变的情况下，该定值 电阻应串联在相邻器件S1和 E之间。 2. （ 2013 高考福建理综第19（2）题） (2) （12 分）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。图中电压表的V1量程选用 3V，内阻为6.0k ；电压表V2量程选用 15V，内
5、阻约为30k； 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的示教 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
6、标点， 并绘出 IX-UX 图线。 （）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_（填“线性”或 “非线性”）关系。 答案：连线如图。 （ i ）1.40 0.23（）绘出IX-UX图线如图所示。 （iii）非线性 解析：电压表V1示数U1=1.4V ，内 阻为RV=6.0k ，由欧姆定律可知通过的电流为 I=U1/RV=0.23A 。根据表中数据标出余下的4 个坐标点，用描点法平滑曲线绘出IX-UX图线如 图所示。由IX-UX图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，IX与 UX成非线性 关系。 3. （ 17 分）（2013 高考四川理综第8 题） （1） （6 分
7、）在探究两电荷间相互作 用力的大小与哪些因素有关的实验中，一同学猜想可能与两电荷的间距和带电量 有关。他选用带正电的小球A和 B， A球放在可移动的绝座上，B球用绝缘丝线悬挂于玻璃 棒 C点，如图所示。 实验时，先保持两电荷量不变，使A球从远处逐渐向B球靠近，观察到两球距离越小， B球悬线的偏角越大；再保持两球的距离不变，改变小球所带的电荷量，观察到电荷量越大， B球悬线的偏角越大。 实验表明： 两电荷之间的相互作用力，随其距离 的_而增大，随其所带电荷量_而增大。 此同学在探究中应用的科学方法是_( 选填： “ 累积法”、“等效替代法” 、 “控制变量法” 、 “或演绎法”) 8(1) 减小
8、增大控制变量法。 4. （ 8 分） （2013 全国新课标理综1 第 23 题）某学生实验小组利用图(a) 所示电路，测量多 用电表内电池的电动势和电阻“lk ”挡内部电路的总电阻。使用的器 材有 : 多用电表； 电压表 : 里程 5V，内阻十儿千欧; 滑动变阻器：最大阻值5k 导线若干。 回答下列问题: (1) 将多用电表挡位调到电阻“lk ”挡，再将红表笔和黑表笔，调零点 (2) 将图 (a) 中多用电表的红表笔和（填“1”或“2）端相连， 黑表笔连接另一端。 (3) 将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图(b) 所示， 这时电压表的 示数如图 (c) 所示。多用电表和电压
9、表的读数分别为 k和 V 。 (4) 调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表和电压 表的读数分别为12.0k 和 4.00 V。从测量数据可知，电压表的内阻为 k。 (5) 多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表 和一个电阻串联而成的电路，如图(d) 所示。根据前面的实验数据计算可得，此多 用电表内电池的电动势为 9.00 V，电阻“ lk ”挡内部电路的总电阻为 15.0 k 。 【命题意图】 本题考查多用电表、闭合电路欧姆定律等基础知识点，意在考查考生应用相关 知识定量分析物理问题，解决问题的能力。 答案：（1）短接（2）1 （3）15.0 3
10、.60 （4）12.0 （ 5）9.00 15.0 解析：（1）多用电表选档后，要将两表笔短接后，欧姆调零。 （2）多用电表内部电池的正极相连的是黑表笔，所以多用电表的红表笔和1 端相连， 黑表笔连接另一端。 （3）多用电表的读数为15.0k ，电压表的读数为3.60V 。 （4）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表的读数等于电 压表内阻，即电压表内阻为12.0k 。 （5）根据（ 3）中测量数据可知电阻“lk ”挡内部电路的总电阻为r=15.0 k。根据 （4）中测量数据。 由闭合电路欧姆定律， E=U2+U2r/R2，代入数据得： E=4.00+4.00r/1200；
11、 解得： E= 9.00V 。 5. （2013 全国新课标理综II第 23 题） （7 分）某同学用量程为1mA 、内阻为120的表头 按照图 （a）所示电路改装成量程分别为1V和 1A 的多用电表。 图中 R1和 R2为定值电阻， S 为开关。回答下列问题： （1）根据图（ a）所示的电路，在图（b）所示的实物图上连线。 （2）开关 S闭合时，多用电表用于测量（填“电流” 、 “ 电压”或“电阻”） ； 开关 S断开时，多用电表用于测量（填“电流”、 “ 电压”或“电阻”） 。 （3）表笔 A应为色（填“红”或“黑” ） 。 （4）定值电阻的阻值R1= ， R2= .( 结果取3 位有效
12、数字 ) （7 分） 【答案】（1）连线如图所示。 （2 分） （2）电流（ 1 分） 电压（ 1 分） 。 （3）黑（ 1 分） （4）1.00 （1 分） 880（1 分） 【命题意图】本题主要考查多用电表的原理、使用和电流表电压表的原理和改装，意在考 查考生应用相关电路知识分析解决问题能力。 【解题思路】 （1）根据图a 的电路图连线。 （2）开关 S闭合时，电阻R1与电流表并联，多用电表用于测量电流。开关S断开时，电阻 R2与电流表串联，多用电表用于测量电压。 （3）根据电流表、电压表电流从电表正接线柱进，从电表负接线柱出，表笔A 出，表笔A 应为黑色，表笔B应为红色。 （4）开关 S
13、 断开时，由串联电路知识，Ig(R2+Rg)=U，解得 R2=880；开关S闭合时，由并 联电路知识， Ig(R2+Rg)= （I- I g）R1, 解得 R1=1.00。 【易错点拨】解答此题的易错点是：没有分清开关闭合和断开状态是串联 电路还是并联电路，不能正确应用串联电路或并联电路的相关规律解答。 6 （2013 高考上海物理第26 题）(3 分 ) 演示地磁场存在的实验装置( 由环 形线圈，微电流传感器， DIS 等组成 ) 如图所示。 首先将线圈竖直放置， 以竖直方向为轴转动，屏幕上的电流指针( 填：“有”或 “无” ) 偏转；然后仍将线圈竖直放置，使其平面与东西向平行，并 从东向西
14、移动，电流指针( 填：“有”或“无” ) 偏转；最后 将线圈水平放置，使其从东向西移动，电流指针( 填：“有”或“无” ) 偏转。 答案：有无无解析：首先将线圈竖直放置，以竖直方向为轴转动，线圈 中磁通量变化， 屏幕上的电流指针有偏转。然后仍将线圈竖直放置，使其平面与东西向平行， 并从东向西移动，线圈中磁通量不变化，电流指针无偏转。最后将线圈水平放置，使其从东 向西移动，线圈中磁通量不变化，电流指针无偏转。 7(2013 高考江苏物理第10 题)（8 分）为探究小灯泡的电功率P和电压 U的关系， 小明测 量小灯泡的电压U和电流 I ，利用 P=UI 得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0
15、V ， 8W ”，电源为12V 的电池，滑动变阻器的最大阻值为10。 （1）准备使用的实物电路如题10-1 图所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。（用 笔画线代替导线） （2）现有 10、 20和 50的定值电阻，电路中的电阻R1应选 _的定值电阻。 （3）测量结束后，应先断开开关，拆除_两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好 器材。 （4）小明处理数据后将P、U 2 描点在坐标纸上，并作出了一条 直线，如题10-2 图所示。请指出图象中不恰当的地方。 答案： (1)( 见右图 ) (2)10 (3) 电池 (4) 图线不应画为直线; 横坐标的标度不恰当. 解析：探究小灯泡的电功率P 和电压U 的关系，小灯泡的电压 从零开始逐渐增大，应该设计成分压电路。电路中的电阻R1为 保护电阻，应选10的定值电阻。测量结束后，应先断开开关，拆除电池两端的导线，再 拆除其他导线， 最后整理好器材。由于小灯泡的电阻随温度的升高而增大，小灯泡的电阻随 电压的增大而增大，P随U 2 变化关系不是直线，应该把横坐标的标度取的大一些，图线为向 下弯曲的，图线不应画为直线。
