专题20 电学实验（一）--2023高考物理分类解析

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2023高考物理分类解析
专题20 电学实验（一）
1. （2023高考全国甲卷）（5分）某同学用伏安法测绘一额定电压为6V、额定功率为3W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为6kΩ，电流表内阻约为1.5Ω，实验中有图（a）和（b）两个电路供选择。
（1）实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图（c）所示，该同学选择的电路为图 （填“a”或“b”）
（2）若选择另一电路图进行实验，在答题卡所给图上画出实验中应得到的关系曲线的示意图。
【参考答案】（1）图（a）
（2）
【命题意图】本题考查描绘小灯泡伏安特性曲线电路选择及其对伏安特性曲线的理解。
【解题思路】
（1）根据得到的电流I和电压U的关系图像可知，当电压为额定电压U=6V时，通过的电流为I=0.5A，可知，该同学选择的电路为图（a）。
（2）由于小灯泡正常发光时电阻RD =U/I=6Ω，若选择另一电路图进行实验，则在电流表读数为0.5A时，电压表读数为U’=I（RD+rA）=0.5×（6+1.5）=3.75A，所以实验应该得到的关系图像如下。
【规律总结】采用电流表外接电路，则电流表读数稍大于通过小灯泡的电流；采用电流表内接电路，则电压表读数稍大于通过小灯泡两端电压。
2（10分）. （2023高考全国乙卷）一学生小组测量某金属丝（阻值约十几欧姆）的电阻率。现有实验器材：螺旋测微器、米尺、电源E、电压表（内阻非常大）、定值电阻（阻值）、滑动变阻器R、待测金属丝、单刀双掷开关K、开关S、导线若干。图（a）是学生设计的实验电路原理图。完成下列填空：
（1）实验时，先将滑动变阻器R接入电路的电阻调至最大，闭合S
（2）将K与1端相连，适当减小滑动变阻器R接入电路的电阻，此时电压表读数记为，然后将K与2端相连，此时电压表读数记为。由此得到流过待测金属丝的电流I=_______，金属丝的电阻_____.（结果均用、、表示）
（3）继续微调R，重复（2）的测量过程，得到多组测量数据，如下表所示：
（） 0.57 0.71 0.85 1.14 1.43
（） 0.97 121 1.45 1.94 2.43
（4）利用上述数据，得到金属丝的电阻。
（5）用米尺测得金属丝长度。用螺旋测微器测量金属丝不同位置的直径，某次测量的示数如图（b）所示，该读数为______mm。多次测量后，得到直径的平均值恰与d相等。
（6）由以上数据可得，待测金属丝所用材料的电阻率______。（保留2位有效数字）
【参考答案】（2），
（5）0.150 （6）5.0
【命题意图】本题考查电阻率测量及其相关知识点。
【解题思路】（2）金属丝两端电压为U1，金属丝中电流I=，金属丝的电阻r=U1/I=
（5）根据螺旋测微器读数规则，d=0.150mm。
（6）由电阻定律，r=ρL/S，S=，联立解得ρ=，将数据代入得，金属材料电阻率ρ=5.0×10-7Ωm。
3. （2023高考山东高中学业水平等级考试） 电容储能已经在电动汽车，风、光发电、脉冲电源等方面得到广泛应用。某同学设计图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程，器材如下：
电容器C（额定电压，电容标识不清）；
电源E（电动势，内阻不计）；
电阻箱（阻值）；
滑动变阻器（最大阻值，额定电流）；
电压表V（量程，内阻很大）；
发光二极管，开关，电流传感器，计算机，导线若干。
回答以下问题：
（1）按照图甲连接电路，闭合开关，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向___________端滑动（填“a”或“b”）。
（2）调节滑动变阻器滑片位置，电压表表盘如图乙所示，示数为___________V（保留1位小数）。
（3）继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为时，开关掷向1，得到电容器充电过程的图像，如图丙所示。借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方法，根据图像可估算出充电结束后，电容器存储的电荷量为___________C（结果保留2位有效数字）。
（4）本电路中所使用电容器的电容约为___________F（结果保留2位有效数字）。
（5）电容器充电后，将开关掷向2，发光二极管___________（填“”或“”）闪光。
【参考答案】 （1） b （2）6.5 （3） （4） . （5） .
【名师解析】
（1）滑动变阻器分压式接法，故向b端滑动充电电压升高；
（2）电压表量程15 V，每个小格0.5 V，估读，电压表示数为6.5 V；
（3）图像所围的面积，等于电容器存储的电荷量，35个小格，故电容器存储的电荷量为C；
（4）由电容的定义式得：C；
（5）开关掷向2，电容器放电，故闪光。
4. （2023高考湖南卷） 某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图（a）所示，为电阻箱，为半导体薄膜压力传感器，间连接电压传感器（内阻无穷大）．
（1）先用欧姆表“”挡粗测的阻值，示数如图（b）所示，对应的读数是____;
（2）适当调节，使电压传感器示数为0，此时，的阻值为_____（用表示）；
（3）依次将的标准砝码加载到压力传感器上（压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小），读出电压传感器示数，所测数据如下表所示：
次数 1 2 3 4 5 6
砝码质量 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
电压 0 57 115 168 220 280
根据表中数据在图（c）上描点，绘制关系图线_____；
（4）完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用．在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，电压传感器示数为，则大小是_____（重力加速度取，保留2位有效数字）；
（5）若在步骤（4）中换用非理想毫伏表测量间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，此时非理想毫伏表读数为，则_____（填“>”“=”或“<”）．
【参考答案】 （1）. 1000#1000.0 （2）.
（3）. （4）. 1.7×10-2 （5）. >
【名师解析】（1）用欧姆表“”挡粗测的阻值，示数如图（b）所示，根据欧姆表读数规则，对应的读数是10.0×100Ω=1000.0Ω。
（2）电压传感器示数为0，说明CD两点等电势。I1R1= I2R2，I1RF= I2R3，联立解得：RF=。
（3）先在坐标系中描出各个数据点，然后过尽可能多的点作直线得出关系图线。
（4）由关系图线可知，电压为，对应的m=1.75g，则=mg= 1.7×10-2。
（5）若在步骤（4）中换用非理想毫伏表测量间电压，则测量值小于真实值，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，此时非理想毫伏表读数为，则＞．
5. （2023高考湖北卷） 某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图（a）所示电路，所用器材如下：
电压表（量程，内阻很大）；
电流表（量程）；
电阻箱（阻值）；
干电池一节、开关一个和导线若干。
（1）根据图（a），完成图（b）中的实物图连线__________。
（2）调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的图像如图（c）所示，则干电池的电动势为__________V（保留3位有效数字）、内阻为__________（保留2位有效数字）。
（3）该小组根据记录数据进一步探究，作出图像如图（d）所示。利用图（d）中图像的纵轴截距，结合（2）问得到的电动势与内阻，还可以求出电流表内阻为__________（保留2位有效数字）。
（4）由于电压表内阻不是无穷大，本实验干电池内阻的测量值__________（填“偏大”或“偏小”）。
【参考答案】 ①.
②. 1.58 ③. 0.64
④. 2.5 ⑤. 偏小
【名师解析】
（1）[1]实物连线如图：
（2）[2][3]由电路结合闭合电路的欧姆定律可得
由图像可知
E=1.58V
内阻
（3）[4]根据
可得
由图像可知
解得
（4）[5]由于电压表内阻不是无穷大，则实验测得的是电压表内阻与电源内阻的并联值，即实验中测得的电池内阻偏小。
6. （2023高考选择性考试辽宁卷）导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆。现有一根用导电漆制成的截面为正方形的细长样品（固态），某同学欲测量其电阻率，设计了如图（a）所示的电路图，实验步骤如下：
a．测得样品截面的边长a = 0.20cm；
b．将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触，其中甲、乙、丁位置固定，丙可在乙、丁间左右移动；
c．将丙调节至某位置，测量丙和某探针之间的距离L；
d．闭合开关S，调节电阻箱R的阻值，使电流表示数I = 0.40A，读出相应的电压表示数U，断开开关S；
e．改变丙的位置，重复步骤c、d，测量多组L和U，作出U—L图像如图（b）所示，得到直线的斜率k。
回答下列问题：
（1）L是丙到___________（填“甲”“乙”或“丁”）的距离；
（2）写出电阻率的表达式ρ = ___________（用k、a、I表示）；
（3）根据图像计算出该样品的电阻率ρ = ___________Ω m（保留两位有效数字）。
【参考答案】 ①. 乙 ②. ③. 6.5 × 10－5
【名师解析】
（1）[1]由于电压表测量的是乙、丙之间的电压，则L是丙到乙的距离。
（2）[2]根据电阻定律有
再根据欧姆定律有
联立有
则
（3）[3]根据图像可知 k = 6.5V/m
则根据（2）代入数据有 ρ = 6.5 × 10－5Ω m
7. （2023高考江苏学业水平选择性考试）小明通过实验探究电压表内阻对测量结果的影响．所用器材有：干电池（电动势约1.5V，内阻不计）2节；两量程电压表（量程0~3V，内阻约3kΩ；量程0~15V，内阻约15kΩ）1个；滑动变阻器（最大阻值50Ω）1个；定值电阻（阻值50Ω）21个；开关1个及导线若干．实验电路如题1图所示．
（1）电压表量程应选用________（选填“3V”或“15V”）．
（2）题2图为该实验的实物电路（右侧未拍全）．先将滑动变阻器的滑片置于如图所示的位置，然后用导线将电池盒上接线柱A与滑动变阻器的接线柱________（选填“B”“C”“D”）连接，再闭合开关，开始实验．
（3）将滑动变阻器滑片移动到合适位置后保持不变，依次测量电路中O与1，2，…，21之间的电压．某次测量时，电压表指针位置如题3图所示，其示数为________V．根据测量数据作出电压U与被测电阻值R的关系图线，如题4图中实线所示．
（4）在题1图所示的电路中，若电源电动势为E，电压表视为理想电压表，滑动变阻器接入的阻值为，定值电阻的总阻值为，当被测电阻为R时，其两端的电压________（用E、、、R表示），据此作出理论图线如题4图中虚线所示．小明发现被测电阻较小或较大时，电压的实测值与理论值相差较小．
（5）分析可知，当R较小时，U的实测值与理论值相差较小，是因为电压表的分流小，电压表内阻对测量结果影响较小．小明认为，当R较大时，U的实测值与理论值相差较小，也是因为相同的原因．你是否同意他的观点？请简要说明理由______．
【参考答案】 ①. 3V ②. D ③. 1.50 ④. ⑤. 不同意，理由见解析
【名师解析】
（1）[1]所用电源两节干电池，电动势为3V，则所用电表量程为3V；
（2）[2]闭合电键之前，滑动变阻器阻值应该调到最大，则由图可知，电池盒上的接线柱A应该与滑动变阻器的接线柱D连接；
（3）[3]电压表最小刻度为0.1V，则读数为1.50V；
（4）[4]由闭合电路欧姆定律可得
当被测电阻阻值为R时电压表读数
（5）[5]不同意；当R较大时，则电压表内阻不能忽略，则电路中的电流
则电压表读数为
当R较大时，R=R2时R最大，此时
因RV>>R1，则电压表读数接近于
8.（2）采用图1所示的电路图来测量金属丝的电阻率．
①实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在_________（填“M”或“N”）端．
②按照图1连接实物图，如图2所示．闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为_________（填“a”“b”或“c”）．若闭合开关，该错误连接会带来的问题有_________．
【参考答案】
（2）①M ② b 滑动变阻器的滑片P无论出于什么位置，电流表、电压表示数都是零
【名师解析】
（2）①实验电路为滑动变阻器分压式接法，闭合开关前，滑动变阻器应该处在M端。
②滑动变阻器分压式接法为滑动变阻器下面两个接线柱与电池、开关连接成闭合回路，所以接错的导线为b。该错误连接会带来的问题有：滑动变阻器的滑片P无论出于什么位置，电流表、电压表示数都是零。
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