2025粤教版高中物理必修第三册同步练习题--第三章拔高练

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2025粤教版高中物理必修第三册
综合拔高练
五年高考练
考点1　伏安法测电阻
1.(2020课标Ⅰ,22)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx,所用电压表的内阻为1 kΩ,电流表内阻为0.5 Ω。该同学采用两种测量方案,一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O、P两点之间,另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图(b)所示的两条U-I图线,其中U与I分别为电压表和电流表的示数。
回答下列问题:
(1)图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在　　　　　　(填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。
图(a)
图(b)
(2)根据所用实验器材和图(b)可判断,由图线　　　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值,结果为　　　　　　Ω(保留1位小数)。
(3)考虑到实验中电表内阻的影响,需对(2)中得到的结果进行修正,修正后待测电阻的阻值为　　　　　　Ω(保留1位小数)。
考点2　描绘小灯泡的伏安特性曲线
2.(2021河北,11)某同学研究小灯泡的伏安特性,实验室提供的器材有:小灯泡(6.3 V,0.15 A),直流电源(9 V)、滑动变阻器、量程合适的电压表和电流表,开关和导线若干,设计的电路如图1所示。
图1
图2
(1)按照图1,完成图2中的实物连线。
(2)按照图1连线后,闭合开关,小灯泡闪亮一下后熄灭,观察发现灯丝被烧断,原因可能是　　　　　　(单项选择,填正确答案标号)。
A.电流表短路
B.滑动变阻器的滑片接触不良
C.滑动变阻器滑片的初始位置在b端
(3)更换小灯泡后,该同学正确完成了实验操作,将实验数据描点作图,得到I-U图像,其中一部分如图3所示,根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为
　　　　　　Ω(保留三位有效数字)。
图3
3.(2020课标Ⅱ,23)某同学要研究一小灯泡L(3.6 V,0.30 A)的伏安特性。所用器材有:电流表A1(量程200 mA,内阻Rg1=10.0 Ω)、电流表A2(量程500 mA,内阻Rg2=1.0 Ω)、定值电阻R0(阻值R0=10.0 Ω)、滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω)、电源E(电动势4.5 V,内阻很小)、开关S和若干导线。该同学设计的电路如图(a)所示。
(1)根据图(a),在图(b)的实物图中画出连线。
图(a)
图(b)
(2)若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流,利用I1、I2、Rg1和R0写出:小灯泡两端的电压U=　　　　　　,流过小灯泡的电流I=　　　　　　。为保证小灯泡的安全,I1不能超过　　　　　　mA。
(3)实验时,调节滑动变阻器,使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2。所得实验数据在下表中给出。
I1/mA 32 55 85 125 144 173
I2/mA 171 229 299 379 424 470
根据实验数据可算得,当I1=173 mA时,灯丝电阻R=　　　　　　Ω(保留1位小数)。
(4)如果用另一个电阻替代定值电阻R0,其他不变,为了能够测量完整的伏安特性曲线,所用电阻的阻值不能小于　　　　　　Ω(保留1位小数)。
考点3　测量金属丝的电阻率
4.[2019天津理综,9(3)]现测定长金属丝的电阻率。
①某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是　　　　　　mm。
②利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻Rx约为100 Ω,画出实验电路图,并标明器材代号。
电源E(电动势10 V,内阻约为10 Ω)
电流表A1(量程0~250 mA,内阻R1=5 Ω)
电流表A2(量程0~300 mA,内阻约为5 Ω)
滑动变阻器R(最大阻值10 Ω,额定电流2 A)
开关S及导线若干
③某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算式Rx=　　　　　　。从设计原理看,其测量值与真实值相比　　　　　　(填“偏大”“偏小”或“相等”)。
三年模拟练
应用实践
1.(2022浙江模拟预测)有两个相同材料制成的导体,两导体为上、下面为正方形的柱体, 柱体高均为h,大柱体柱截面边长为a,小柱体柱截面边长为b,现将大小柱体串联接在电压U上,已知通过导体的电流方向如图,大小为I,则(　　)
A.导体电阻率为ρ=
B.导体电阻率为ρ=
C.大柱体中自由电荷定向移动的速率大于小柱体中自由电荷定向移动的速率
D.大柱体中自由电荷定向移动的速率等于小柱体中自由电荷定向移动的速率
2.(2021江西宜春五校联考)国标(GB/T)规定自来水在15 ℃时电阻率应大于13 Ω·m,某同学利用图甲电路测量15 ℃自来水的电阻率,其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管,细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量,玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略),右活塞固定,左活塞可自由移动。实验器材还有:
甲
乙
电源(电压3 V,内阻可忽略);
理想电压表V1(量程为3 V);
理想电压表V2(量程为3 V);
定值电阻R1(阻值4 kΩ);
定值电阻R2(阻值2 kΩ);
电阻箱R(最大阻值9 999 Ω);
单刀双掷开关S,导线若干,刻度尺,内径为d=30.0 mm的玻璃管
实验步骤如下:
A.向玻璃管内注满自来水,并用刻度尺测量水柱长度L;
B.把S拨到1位置,记录电压表V1示数;
C.把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,记录电阻箱的阻值R;
D.改变玻璃管内水柱长度,重复实验步骤B、C,记录每一次的水柱长度L和电阻箱阻值R;
E.断开S,整理好器材。
(1)玻璃管内水柱的电阻值Rx的表达式为:Rx=　　　(用R1、R2、R表示)。
(2)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据,绘制出如图乙所示的R-关系图像,则自来水的电阻率ρ=　　　Ω·m(保留两位有效数字)。
(3)本实验中若电压表V1内阻不是很大,则自来水电阻率测量结果将　　　　　　(填“偏大”“不变”或“偏小”)。
3.(2022浙江模拟)小李想利用以下材料测量某一规格为“24 W,20 V”的灯泡的电阻,现有如下材料供选择:
A.电压表V1(量程0~3 V)
B.电压表V2(量程0~15 V)
C.电流表A1(量程0~0.6 A)
D.电流表A2(量程0~3 A)
E.灵敏电流表G(内阻为1 000 Ω,满偏电流Ig=300 μA)
F.定值电阻R1=99 000 Ω
G.开关S
H.电源E=40 V
I.滑动变阻器R(0~50 Ω)
J.小灯泡L
(1)小李打算采用分压式接法,请在虚线框区域画出设计的电路图;
(2)小李观察电流表,结果如图所示,则得到的电流值为　　　　　　。
迁移创新
4.(2021北京西城模拟)宏观规律是由微观机制决定的。从微观角度看,在没有外电场的作用下,导线中的自由电子如同理想气体分子一样做无规则的热运动,它们朝任何方向运动的概率都是一样的,则自由电子沿导线方向的速度平均值为零,宏观上不形成电流。如果导线中加了恒定的电场,自由电子的运动过程可做如下简化:自由电子在电场力的驱动下开始定向移动,然后与导线内可视为不动的粒子碰撞,碰撞后电子沿导线方向定向移动的速度变为零,然后再加速、再与下一个粒子碰撞……,在宏观上自由电子的定向移动就形成了电流。
(1)在一段长为L、横截面积为S的长直导线两端加上电压U。已知单位体积内的自由电子数为n,电子电荷量为e,电子质量为m,连续两次碰撞的时间间隔为t,仅在自由电子和导线内不动的粒子碰撞时才考虑它们之间的相互作用力。
①求导体中电场强度的大小E和自由电子定向移动时的加速度大小a;
②求在时间间隔t内自由电子定向移动速度的平均值,并根据电流的定义,从微观角度推导此时导线上的电流大小;
(2)自由电子与粒子的碰撞宏观上表现为导线的电阻,请利用上述模型推导电阻R的微观表达式,并据此解释导线的电阻率为什么与导线的材质和温度有关。
答案全解全析
1.答案　(1)O、P　(2)Ⅰ　50.5　(3)50.0
解析　(1)伏安法测电阻的电路图分为电流表内接法和外接法,电压表跨接在O、Q两点为内接法,所得结果Rx测=Rx+RA;电压表跨接在O、P两点为外接法,所得结果为Rx与RV并联的总阻值,小于Rx的真实值。由图(b)可知,图线Ⅰ的斜率kⅠ大于图线Ⅱ的斜率kⅡ,即测量值RⅠ测>RⅡ测,故图线Ⅰ对应电流表内接法,电压表跨接在O、Q两点;图线Ⅱ对应电流表外接法,电压表跨接在O、P两点。(2)Rx的阻值为几十欧姆,属于大电阻,故用电流表内接法(即电压表应跨接在O、Q两点)得到的结果更准确,即由图线Ⅰ得到的结果更接近待测电阻的真实值,由图(b)可知,Rx测=≈50.5 Ω。(3)第(2)问中用内接法,故有Rx测=Rx+RA,修正后待测电阻阻值Rx=Rx测-RA=50.5 Ω-0.5 Ω=50.0 Ω。
2.答案　(1)如图所示　(2)C　(3)27.0
解析　(1)先连接电源、开关与滑动变阻器,再连接小灯泡与电流表所在支路,最后将电压表并联在灯泡两端。(2)电流表短路对电路影响很小,选项A错误。滑动变阻器滑片接触不良只能造成电路时断时续,电流时有时无,不会烧坏灯泡,故选项B错误。滑动变阻器滑片初始位置在b端,此时灯泡直接连在电源的两端,接通电源的瞬间,电源电压大于灯泡额定电压,灯泡闪亮一下就烧断,故选项C正确。(3)P点对应的电阻为P点对应的电压与电流的比值。由图知P点的坐标为(2.00 V,74.0 mA),故R== Ω≈27.0 Ω。
3.答案　(1)见解析　(2)I1(Rg1+R0)　I2-I1　180　(3)11.6　(4)8.0
解析　(1)根据题图(a),将题图(b)中的实物连线,连线不交叉,如图所示。
(2)由欧姆定律及串并联电路特点,可知小灯泡两端的电压U=I1(Rg1+R0);流过小灯泡的电流I=I2-I1;当小灯泡正常工作时,其两端电压为U额=3.6 V,则由串并联电路特点及欧姆定律可得I1m==0.18 A=180 mA。
(3)由串并联电路特点和欧姆定律得,灯丝电阻R=,当I1=173 mA时,由图表可知I2=470 mA,代入可得R=11.6 Ω。
(4)为了能够测量完整的伏安特性曲线,小灯泡应能达到正常发光,此时小灯泡两端电压为U额=3.6 V,电流为I额=0.3 A;由串并联电路特点和欧姆定律得,所用电阻的阻值R'=-Rg1;当R'取最小值时,通过电流表A2的电流达到最大值,即I2=0.5 A,代入可得R'=8.0 Ω。
4.答案　①0.200(0.196~0.204均可)　②如图
③　相等
解析　①螺旋测微器的分度值为0.01 mm,需要估读一位,故读数为0.200 mm。
②因为R的最大阻值比Rx小得多,所以滑动变阻器必须采用分压式接法。因为电流表A1的内阻R1有确定值,所以可把A1与金属丝并联,使A1起到电流表和电压表的双重作用。电路图见答案。
③由电路图可得Rx==,本设计方案无系统误差,故测量值等于真实值。
三年模拟练
1.A　由电阻定律R=ρ可知,两导体的电阻Ra=Rb=;两导体串联,分压相等,则大柱体两端的电压为,可知Ra=,解得ρ=,故A正确,B错误。由I=neSv可知,电流相同,单位体积内的电子数相同,电子的电荷量相同,横截面积不同,则小柱体中电子定向移动速率大,故C、D错误。
2.答案　(1)　(2)14　(3)偏大
解析　(1)设把S拨到1位置时,电压表V1示数为U,则此时电路电流为I=,总电压为U总=+U。当把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,也为U,则此时电路中的电流为I=,总电压为U'总=·R2+U。由于两次总电压相等,都等于电源电压,可得=,解得Rx=。(2)从题图乙中可知,R=2×103 Ω时,=5.0 m-1,此时玻璃管内水柱的电阻为Rx==4 000 Ω,水柱横截面积为S=π=7.065×10-4 m2,由电阻定律R=ρ,代入数据可得ρ=14 Ω·m。(3)若电压表V1内阻不是很大,则把S拨到1位置时,此时电路电流大于,实际总电压将大于U总=+U,所以测量的Rx将偏大,因此自来水电阻率测量结果将偏大。
3.答案　(1)见解析　(2)0.7 A
解析　(1)由于灯泡的额定电压是20 V,已有的电压表量程分别是0~3 V和0~15 V,都不满足测量要求,因此需要进行电压表的改装,将灵敏电流表G与定值电阻R1串联,改装成的电压表的最大测量值为U=(Rg+R1)Ig=(1 000+99 000)×300×10-6 V=30 V,灯泡的额定电流I==1.2 A,故电流表应选用A2,电路图如图所示
(2)电流表使用0~3 A的量程,分度值是0.1 A,则电流为0.7 A。
4.答案　(1)①　　②　　(2)·,解释见解析
解析　(1)①导体中电场强度的大小为E=
自由电子定向移动时的加速度大小a===
②自由电子在连续两次碰撞的时间间隔t内做匀变速直线运动,设第二次碰撞前的速度为v,则v=at,=v
解得=
t时间内通过导线横截面的电荷量为q=nV体·e=neSl=neSt
则电流I==neS=
(2)电阻R=
解得R=·
由电阻定律得R=ρ·
对比两式可得ρ=
从表达式可知,由于导体的温度变化会导致导体内自由电子沿导线运动的速度变化,从而使自由电子连续两次与导体内可视为不动的粒子碰撞的时间间隔t发生变化,因此电阻率与导体的温度有关。且不同的材质在相同体积下,单位体积内自由电子数不同,因此电阻率和导体的材质有关。
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