高考物理一轮复习第十一单元电学实验练习(含详解)

电学实验 　　纵观近年的高考电学试题,不难发现电路设计、器材选择、实物连接、数据处理仍然是电学实验试题考查中的重点,在电学实验复习中我们只有立足于考纲规定的学生实验,对实验原理、实验电路、实验器材、实验步骤、数据处理、误差分析等方面进行认真的研究,必要的拓展、延伸,扎扎实实地搞好复习工作;尤其需要重视对实验器材和实验电路选择的复习,重视对分压式电路和实物连线的复习,才能以不变应万变,在实验题中取得好的分数。 　　预测2020年高考对本专题内容的考查,将从机械记忆转向分析理解实验,注重对设计性实验的考查。电学实验是高考实验考查的热点,而设计类电学实验以其灵活多变、易于发散、有利于对实验综合能力考查等特点,更成为热点中的焦点。所谓设计性实验,是指在考生掌握基本实验原理的基础上,应用基本测量仪器自行设计实验方案的实验。设计性实验命题的考查内容,涉及对实验原理的再认识和加工,实验方案的确定(包括实验器材的选择和迁移运用,实验步骤的安排,实验数据的处理方法,误差的分析及对实验的总结和评价,等等)。 实验1　测定金属的电阻率 1 实验原理 　　把金属丝接入如图所示的电路中,用“伏安法”测量其电阻R=;用毫米刻度尺测量金属丝的长度l;用螺旋测微器测量金属丝的直径d,计算出其横截面积S;根据电阻定律R=得金属丝的电阻率ρ==。 2 实验器材 　　被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。 3 实验步骤 　　(1)直径测定:用螺旋测微器在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d,计算出金属丝的横截面积S=。 (2)电路连接:按如图所示的电路原理图连接,用伏安法测电阻。 (3)长度测量:用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量3次,求出其平均值l。 (4)U、I测量:把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置,电路经检查确认无误后,闭合开关S,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,记入表格内,断开开关S。 (5)拆去实验线路,整理好实验器材。 4 数据处理 　　(1)在求R的平均值时可用两种方法 ①用R=分别算出各次的数值,再取平均值。 ②用U-I图线的斜率求出。 (2)计算电阻率 将记录的数据R、l、d的值代入电阻率计算式ρ=R=。 5 误差分析 　　(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得,直径的测量是产生误差的主要来源之一。 (2)采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。 (3)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。 (4)由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。 6 注意事项 　　(1)本实验中被测金属丝的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法。 (2)实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将电源、开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路),然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。 (3)测量被测金属丝的有效长度,是指测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度,即电压表两端点间的待测金属丝长度,测量时应将待测金属丝拉直,反复测量三次,求其平均值。 (4)测待测金属丝直径时一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值。 (5)闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置。 (6)在用伏安法测电阻时,通过待测金属丝的电流I不宜过大(电流表用0~0.6 A量程),通电时间不宜过长,以免金属丝的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。 (7)求R的平均值时可用两种方法:第一种是用R=算出各次的测量值,再取平均值;第二种是用图象(U-I图线)来求出。若采用图象法,在描点时,要使各点间的距离适当拉大一些,连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点可以不予考虑。 1.1 (2018陕西西安12月月考)在“决定导线电阻的因素”的实验中测定金属的电阻率,若待测金属丝的电阻约为5 Ω,要求测量结果尽量准确,提供以下器材: A.电池组(3 V,内阻为1 Ω) B.电流表(0~3 A,内阻为0.0125 Ω) C.电流表(0~0.6 A,内阻为0.125 Ω) D.电压表(0~3 V,内阻为4 kΩ) E.电压表(0~15 V,内阻为15 kΩ) F.滑动变阻器(0~20 Ω,允许通过的最大电流为1 A) G.滑动变阻器(0~2000 Ω,允许通过的最大电流为0.3 A) H.开关、导线若干 (1)实验时应从上述器材中选用　　　　　　　　(选填仪器前的字母代号)。  (2)测电阻时,电流表、电压表、待测金属丝Rx在组成测量电路时,应采用电流表　　　　(选填“外”或“内”)接法,待测金属丝电阻的测量值比真实值偏　　　　(选填“大”或“小”)。  (3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图所示,则读数为　　　　mm。  (4)若用L表示金属丝的长度,d表示直径,测得电阻为R,请写出计算金属丝电阻率的表达式为ρ=　　　。  【解析】(1)电池组电压是3 V,流过金属丝的最大电流Im==0.5 A,故电流表选C,电压表选D;滑动变阻器选总阻值小的,便于调节,故选F;另外要选导线、开关。 (2)因为=40,=800,故电流表选择外接法,外接法测量值偏小。 (3)根据螺旋测微器的读数规则可知,直径d=0.5 mm+40.0×0.01 mm=0.900 mm。 (4)由于R=ρ=ρ,解得ρ=。 【答案】(1)ACDFH　(2)外　小　(3)0.900　(4) 1.2 (2018湖北武汉六校联考)为了测量一根长约为3 cm,电阻约为100 Ω,横截面为圆形,粗细均匀的导电材料的电阻率,所用器材如下: 直流电源E,电动势为8.0 V,内阻可忽略不计; 电流表,量程为0~25 mA,内阻r1=100 Ω; 电流表,量程为0~150 mA,内阻r2=20 Ω; 定值电阻R0,阻值为10 Ω; 滑动变阻器R,最大阻值为10 Ω; 开关S、导线若干。 (1)用游标卡尺测得该材料的长度如图甲所示,则长度L=　　　　mm;用螺旋测微器测得该材料的直径如图乙所示,则直径D= 　　mm。  (2)为了在测量中尽量减小误差,并测多组数据,现给出测量电阻Rx的实验电路图丙,请据此电路图将图丁中的实验器材连接起来。 (3)若某次测量中电流表的示数为I1,电流表的示数为I2,则由已知量和测量量计算电阻率的表达式为ρ=　　　　　　　　　。(用题目中字母表示即可)  【解析】(1)材料的长度L=3 cm+7×0.05 mm=30.35 mm,材料的直径D=3 mm+20.5×0.01 mm=3.205 mm。 (2)如图戊所示。 (3)由欧姆定律可得Rx=-r1 　　由电阻定律可得Rx=ρ=ρ 联立可解得ρ=[I2(R0+r2)-I1r1]。 【答案】(1)30.35　3.205　(2)如图戊所示 戊 (3)[I2(R0+r2)-I1r1] 实验2　测绘小电珠的伏安特性曲线 1 实验原理 　　(1)测多组小电珠的U、I的值,并绘出I-U图象。 (2)图线的斜率反映电流与电压和温度的关系。 2 实验器材 　　学生电源(4 V~6 V直流)或电池组、小电珠(3.8 V　0.3 A)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、坐标纸、导线若干。 3 实验步骤 　　(1)确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,按实验原理图连接好实验电路。 　　(2)把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,接线经检查无误后,闭合开关S。 (3)移动滑动变阻器的滑片,测出14组左右不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S。 U/V 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 I/A U/V 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0 I/A 　　(4)拆除电路,整理仪器。 4 数据处理 　　(1)在坐标纸上以U为横轴,以I为纵轴,建立坐标系。 (2)在坐标纸上描出各组数据所对应的点(坐标系纵轴和横轴的标度要适中,以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)。 (3)将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小电珠的伏安特性曲线。 5 误差分析 　　(1)由于电压表、电流表不是理想电表,电表内阻对电路的影响会带来误差。 (2)电流表、电压表的读数带来误差。 (3)在坐标纸上描点、作图带来的误差。 6 注意事项 　　(1)电路的连接方式 ①电流表应采用外接法:小电珠(3.8 V　0.3 A)的电阻很小,与0~0.6 A的电流表串联时,电流表的分压影响很大。 ②滑动变阻器应采用分压式接法:目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化。 (2)闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应移到使小电珠分得电压为零的一端,使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。 (3)I-U图线在U0=1.0 V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0 V左右绘点要密,以防出现较大误差。 (4)当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值记录I后马上断开开关。 (5)误差较大的点舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线。 2.1 (2018湖北武汉第一次模拟)要测绘一个标有“3 V　0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线,小灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V,并便于操作。已选用的器材有: 电池组(电动势为4.5 V,内阻约为1 Ω); 电流表(量程为0~250 mA,内阻约为5 Ω); 电压表(量程为0~3 V,内阻约为3 kΩ); 开关一个、导线若干。 (1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的　　　　(填字母代号)。  A.滑动变阻器(最大阻值为20 Ω,额定电流为1 A) B.滑动变阻器(最大阻值为1750 Ω,额定电流为0.3 A) (2)实验的电路图应选用下列四个电路图中的　　　　(填字母代号)。  (3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V,内阻为5 Ω的电源两端,小灯泡消耗的功率是　　　　W。  【解析】(1)测绘小电珠的伏安特性曲线,要求能较大范围地测量数据,所以控制电路部分应用分压式接法,滑动变阻器应用最大阻值小、额定电流大的,故选A。 (2)电珠的电阻R==15 Ω,额定电流I==0.2 A,由R=15 Ω<= Ω,依据“大内小外”的原则,可知电流表应采用外接法,B项正确。 (3)在小电珠的I-U图象上作出电源的I-U图线,如图乙所示,交点坐标为这个电源给这个小电珠供电时的电压和电流,此时P电珠=IU=0.10×1.0 W=0.1 W。 乙 【答案】(1)A　(2)B　(3)0.1 2.2 (2018四川成都仿真模拟)在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,除小灯泡L“3.8 V　0.3 A”外,可供选择的实验仪器如下: A.电压表:量程0~3 V,内阻约为6 kΩ B.电流表:量程0~4 mA,内阻为100 Ω C.电流表:量程0~300 mA,内阻约为5 Ω D.滑动变阻器R1:最大阻值为10 Ω,额定电流为1.0 A E.滑动变阻器R2:最大阻值为5 Ω,额定电流为0.5 A F.定值电阻R3:阻值为2 kΩ G.定值电阻R4:阻值为900 Ω H.直流电源E:电动势