高考物理双基突破（二）专题07电学设计性实验的处理方法精练

2019年高考物理双基突破（二）专题07电学设计性实验的处理方法精练本文简介：专题07电学设计性实验的处理方法1．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除了标有“6V1.5W”的小灯泡、导线和开关外，还有：A．直流电源6V（内阻不计）B．直流电流表0～3A（内阻0.1Ω以下）C．直流电流表0～300mA（内阻约为5Ω）D．直流电压表0～15V（内阻约为15kΩ）E．滑动变阻

2019年高考物理双基突破（二）专题07电学设计性实验的处理方法精练本文内容：

专题07

电学设计性实验的处理方法

1．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除了标有“6

V

1.5

W”的小灯泡、导线和开关外，还有：

A．直流电源6

V（内阻不计）

B．直流电流表0～3

A（内阻0.1

Ω以下）

C．直流电流表0～300

mA（内阻约为5

Ω）

D．直流电压表0～15

V（内阻约为15

kΩ）

E．滑动变阻器“10

Ω

2

A”

F．滑动变阻器“1

kΩ

0.5

A”

实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能多测几次。

（1）实验中电流表应选用__________，滑动变阻器应选用__________

。（均用序号表示）

（2）试按要求在虚线框（图甲）中画出电路图。

（3）根据电路图将图乙中所示器材连成实验电路。

【答案】（1）C

E

（2）（3）如图所示

（2）小灯泡内阻较小，故电流表采用外接法，小灯泡两端的电压要求从零开始调节，故滑动变阻器采用分压式接法。

2．某研究性学习小组为探究小灯泡灯丝电阻与温度的关系，设计并完成了有关的实验，以下是实验中可供选用的器材。

A．待测小灯泡（额定功率6

W，额定电流0.5

A）

B．电流表（量程0～0.6

A，内阻0.1

Ω）

C．电压表（量程0～5

V，内阻约5

kΩ）

D．电压表（量程0～15

V，内阻约15

kΩ）

E．滑动变阻器（最大阻值50

Ω）

F．滑动变阻器（最大阻值1

kΩ）

G．直流电源（电动势15

V，内阻可忽略）

H．开关一个，导线若干

实验中调节滑动变阻器，小灯泡两端电压可以从零至额定电压范围内变化，从而测出小灯泡在不同电压下的电流。

（1）实验中为较准确测量、方便调节，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________（填写仪器符号）。

（2）请在虚线框中画出为完成上述实验而设计的合理的电路图。

（3）如图所示是该研究小组测得小灯泡的I-U关系图线。由图线可知，小灯泡灯丝电阻随温度的升高而__________（填“增大”“减小”或“不变”）；当小灯泡两端所加电压为6

V时，其灯丝电阻值约为________Ω。（保留两位有效数字）

（4）若不考虑电表内阻的影响，得到的是上面的I－U关系图线。但由于电表存在内阻，实际测得的伏安特性曲线比上面的I－U关系图线位置偏________（选填“高”或“低”）。

【答案】（1）D

E

（2）见解析图（3）增大

15

（4）高

12

V，所以电压表应选D；为方便实验操作，滑动变阻器应选E。

（2）滑动变阻器用分压接法，同时因灯泡内阻较小，故电流表采用外接法。原理图如图所示：

（3）由题图所示图像可知，随灯泡两端电压增大，通过灯泡的电流增大，电压与电流的比值增大，灯泡电阻增大；由题图所示图像可知，灯泡两端电压为6

V时，通过灯泡的电流为0.40

A，则灯泡电阻R＝＝

Ω＝15

Ω。

3．某同学通过实验描绘一个标有“3

V，0.6

W”小灯泡的伏安特性曲线，现有电源（电动势6

V，内阻不计）、电流表A0（0～500

μA，内阻1

000

Ω）、定值电阻R、开关和导线若干，其他可供选用的器材如下：

A．电流表（0～250

mA，内阻约为5

Ω）

B．电流表（0～0.6

A，内阻约为0.2

Ω）

C．滑动变阻器（0～10

Ω，额定电流1.0

A）

D．滑动变阻器（0～50

Ω，额定电流0.2

A）

（1）为了测定小灯泡上的电压，可以将电流表A0串联定值电阻的阻值R＝________Ω，将其改装成一个量程为3.0

V的电压表。

（2）为减小测量误差并便于操作，实验中电流表应选用________，滑动变阻器应选用________。（选填器材前的字母）

（3）如图甲是实验器材的实物图，图中已连接了部分导线，请补充完成图甲中实物间的连线。

（4）某同学在实验中测出9组对应的数据，已在图乙坐标中描出相应的点，请在图中作出小灯泡的伏安特性曲线，如果将这个小灯泡接到电动势为3.0

V、内阻为5.0

Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是______

W（结果保留两位有效数字）。

【答案】（1）5

000

（2）A

C

（3）见解析图

（4）见解析图

0.35（0.34～0.36均正确）

（3）需要电压从零开始，故采用滑动变阻器的分压接法，电流表的内阻和小灯泡的内阻相接近，故采用电流表的外接法，如图所示。

（4）伏安特性曲线如图所示。在同一坐标系内作出电源的U－I图像；两图像的交点坐标值是该电源给灯泡供电时灯泡两端电压与通过灯泡的电流，由交点可知，U＝2.2

V，I＝0.16

A，故P＝UI＝0.35

W。

4．有一个小电珠上标有“4

V

2

W”的字样，现在要用伏安法描绘这个电珠的I－U图线。有下列器材供选用：

A．电压表（0～5

V，内阻10

kΩ）

B．电压表（0～10

V，内阻20

kΩ）

C．电流表（0～0.3

A，内阻1

Ω）

D．电流表（0～0.6

A，内阻0.4

Ω）

E．滑动变阻器（5

Ω，1

A）

F．滑动变阻器（500

Ω，0.2

A）

（1）实验中电压表应选用______，电流表应选用______。（用序号字母表示）

（2）为使实验误差尽量减小，要求电压从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用________。（用序号字母表示）

（3）请在虚线框内画出满足实验要求的电路图，并把下图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。

【答案】（1）A

D

（2）E

（3）见解析图

（2）由题意可知，电压从零开始变化，并要求多测几组数据，故只能采用滑动变阻器分压接法，而分压接法中应选总阻值小的滑动变阻器，故选E。

（3）小电珠内阻R＝＝8

Ω，电压表内阻远大于小电珠内阻，应采用电流表外接法，故电路图和实物连接图如图所示。

5．某同学想要描绘标有“3.8

V，0.3

A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：

电压表V1（量程0～3

V，内阻等于3

kΩ）

电压表V2（量程0～15

V，内阻等于15

kΩ）

电流表A1（量程0～200

mA，内阻等于10

Ω）

电流表A2（量程0～3

A，内阻等于0.1

Ω）

滑动变阻器R1（0～10

Ω，额定电流2

A）

滑动变阻器R2（0～1

kΩ，额定电流0.5

A）

定值电阻R3（阻值等于1

Ω）

定值电阻R4（阻值等于10

Ω）

定值电阻R5（阻值等于1

kΩ）

电源E（E＝6

V，内阻不计）

（1）请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。

（2）该同学描绘出的I－U图像应是下图中的________。

【答案】（1）见解析图

（2）B

（1）电路图如图所示，滑动变阻器的选择：R2的阻值太大，调节不灵敏，故选R1。与电流表A1并联的电阻：由于A1的内阻为10

Ω，若选R4为并联电阻，则量程为0～0.4

A，若并联阻值过小，电流表读数偏小，读数欠精确。与电压表串联的电阻：分压电阻的阻值应该与电压表V1的内阻具有可比性，故选择R5作为分压电阻，此时量程为0～4

V。

（2）灯丝的电阻率随温度的升高而增大，其阻值也随温度的升高而增大，则I-U图线的斜率应越来越小，图B正确。

6．LED发光二极管技术得到广泛应用，下表为某发光二极管的正向电压U与正向电流I关系的数据。

U/V

0.00

2.56

2.71

2.80

2.84

2.87

2.89

2.91

2.99

I/mA

0.00

0.03

0.07

0.11

0.34

0.52

0.75

0.91

3.02

（1）根据以上数据，在图甲中画出电压在2.5～3.0

V范围内二极管的I－U图线。分析图线可知二极管的电阻随U变大而________（填“变大”“变小”或“不变”），在该范围内电阻最小约为________Ω。

（2）某同学用伏安法测电阻的电路验证该二极管的伏安特性曲线，要求二极管的正向电压从0开始变化，并使测量误差尽量减小。图乙是实验器材实物图，电压表量程为3

V，内阻约为3

kΩ，电流表量程为5

mA，内阻约为10

Ω。图中已连接了部分导线，请按实验要求将实物图中的连线补充完整。

（3）若此LED发光二极管的工作电流为2

mA，则此发光二极管应与一阻值R＝________Ω的电阻串联后才能与电动势为3

V、内阻不计的电源相连。

【答案】（1）I－U图像见解析

变小

1

000（2）实物连接见解析

（3）20

（2）电流表采用内接法，滑动变阻器采用分压式接法，实物图中的连线补充如图乙。

（3）由图甲可知，通过二极管的电流I＝2

mA时，二极管两端的电压U＝2.96

V，根据串并联规律，应串联的电阻为R＝

Ω＝20

Ω。

7．某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：

小灯泡L，规格“2.5

V

0.5

A”；

电流表G1，满偏电流为1

mA，内阻为30

Ω；

电流表G2，满偏电流为10

mA，内阻为30

Ω；

电压表V，量程3

V，内阻为9

kΩ；

标准电阻R1，阻值1

Ω；

标准电阻R2，阻值0.05

Ω；

滑动变阻器R，阻值范围为0～10

Ω；

学生电源E，电动势6

V，内阻不计；

开关S及导线若干。

学习小组认为要想准确地描绘出小灯泡L完整的伏安特性曲线，需要重新改装电流表并设计电路。

（1）电流表应该选________，标准电阻应该选________。

（2）在虚线框中画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。

【答案】（1）G1

R2

（2）如图所示

8．某兴趣小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选择的器材如下。

小灯泡L，规格“4.0

V，0.7

A”；

电流表A1，量程3

A，内阻约为0.1

Ω；

电流表A2，量程0.6

A，内阻r2＝0.2

Ω；

电压表V，量程3

V，内阻rV＝9

kΩ；

标准电阻R1，阻值1

Ω；

标准电阻R2，阻值3

kΩ；

滑动变阻器R，阻值范围0～10

Ω；

学生电源E，电动势6

V，内阻不计；

开关S及导线若干。

（1）张同学设计了如图甲所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46

A时，电压表的示数如图乙所示，此时L的电阻为________Ω。

（2）王同学又设计了如图丙所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是________V。

（3）学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路。请你在王同学的基础上利用所供器材，在图丁所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。

【答案】（1）5

（2）4

（3）如图所示

（3）由于电流表A2的量程小于小灯泡的额定电流而电流表A1的量程太大，则需要扩大A2的量程，即选用一个阻值较小的电阻（R1）与电流表A2并联。本题不能用内接法的原因是改装过后的电压表量程是4

V，灯泡的额定电压也是4

V，如果将改装的电流表内接会造成分压，使灯泡无法到达额定电压。

9．有一个小灯泡上标有“4.8

V

2

W”的字样，现在测定小灯泡在不同电压下的电功率，并作出小灯泡的电功率P与它两端电压的平方U2的关系曲线。有下列器材可供选用：

A．电压表V1（0～3

V，内阻3

kΩ）

B．电压表V2（0～15

V，内阻15

kΩ）

C．电流表A（0～0.6

A，内阻约1

Ω）

D．定值电阻R1＝3

kΩ

E．定值电阻R2＝15

kΩ

F．滑动变阻器R（10

Ω，2

A）

G．学生电源（直流6

V，内阻不计）

H．开关、导线若干

（1）实验中所用电压表应选用________，定值电阻应选用________。（均用序号字母填写）

（2）为尽量减小实验误差，并要求从零开始多取几组数据，请在虚线框内画出满足实验要求的电路图。

（3）利用上述实验电路图测出的电压表读数UV与此时小灯泡两端电压U的定量关系是________，下面四个图像中可能正确的是________。

【答案】（1）A

D

（2）见解析图

（3）U＝2UV

C

（2）采用分压电路，电流表外接，电路图如图所示。

10．一只小灯泡，额定功率为0.75

W，额定电压值已模糊不清。A小组的同学想测定其额定电压值，于是先用欧姆表测出该灯泡的电阻约为3

Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U＝＝1.5

V。B小组同学认为A小组测量方法有误，他们利用下面可供选择的器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压，并根据测量数据来绘制灯泡的U－I图线，进而找到灯泡的额定电压。

A．电压表V（量程3

V，内阻约3

kΩ）

B．电流表A1（量程1

500

mA，内阻约0.02

Ω）

C．电流表A2（量程500

mA，内阻约0.6

Ω）

D．滑动变阻器R1（0～10

Ω）

E．滑动变阻器R2（0～100

Ω）

F．电源E（电动势4.0

V，内阻不计）

G．开关S和导线若干

H．待测灯泡L（额定功率0.75

W，额定电压未知）

（1）在实验过程中，B小组的同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，在图甲所给的虚线框中画出实验的电路原理图。上述器材中，电流表选________（选填“A1”或“A2”）；滑动变阻器选________（选填“R1”或“R2”）。

（2）当电压达到1.23

V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70

V时，灯泡功率已超过额定功率，便立即断开开关，并将所测数据记录在下面表格中。

次数

1

2

3

4

5

6

7

U/V

0.20

0.60

1.00

1.40

1.80

2.20

2.70

I/mA

80

155

195

227

255

279

310

请你根据表中实验数据在图乙中作出灯泡的U－I图线。

（3）由图像得出该灯泡的额定电压应为________

V；显然这一结果大于1.5

V，究其原因是________________________________________________________________________。

【答案】（1）见解析图

A2

R1

（2）见解析图

（3）2.5（2.4～2.6均可）

灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻（或灯泡电阻随温度升高而变大）

（2）小灯泡的U－I图像如图2所示。

（3）小灯泡的功率为0.75

W；当电压为2.5

V时，电流为0.3

A，此时电功率为：P＝UI＝2.5×0.3

W＝0.75

W，恰好等于额定功率，故额定电压为2.5

V；显然这一结果大于1.5

V，究其原因是灯泡电阻随着温度的升高而升高。

11．有一根细长而均匀的金属管线样品，横截面如图所示。此金属材料重1～2

N，长约为30

cm，电阻约为10

Ω。已知这种金属的电阻率为ρ，密度为ρ0。因管内中空部分截面积形状不规则，无法直接测量，请设计一个实验方案，测量中空部分的截面积S0，现有如下器材可选：

A．毫米刻度尺

B．螺旋测微器

C．电流表（0～600

mA，1.0

Ω）

D．电流表（0～3

A，0.1

Ω）

E．电压表（0～3

V，6

kΩ）

F．滑动变阻器（0～20

Ω，0.5

A）

G．滑动变阻器（0～10

kΩ，2

A）

H．蓄电池（6

V，0.05

Ω）

I．开关一个，带夹子的导线若干

（1）除待测金属管线外，还应选用的器材有__________（只填器材前的字母）。

（2）在方框中画出你所设计方案的实验电路图，要求尽可能测出多组有关数据，并把所选仪器连成实际测量电路。

（3）实验中要测量的物理量有________________________________________________，计算金属管线内部空间截面积

S0的表达式为S0＝__________。

【答案】（1）ABCEFHI

（2）如图所示

（3）横截面边长a、管线长度L、管线两端电压U、通过管线的电流I

a2－

（2）由于要求尽可能测出多组有关数值，故滑动变阻器要采用分压式接法，金属管线电阻较小，因此电流表采用外接法。

（3）根据欧姆定律有R＝，根据电阻定律公式有R＝ρ，由此解得S＝。因此要用螺旋测微器测横截面边长a，用毫米刻度尺测金属管线长度L，用电压表测金属管线两端电压U，用电流表测通过金属管线的电流I，因此金属管线内部空间截面积S0的表达式为S0＝a2－。