2020年高考物理试卷分类汇编之11-电学实验（含解析）

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2020年高考试卷分类汇编之11-电学实验
1.2020年北京学业考试16．（9分）
用图1所示的甲、乙两种方法测量某电源的电动势和内电阻（约为1Ω）。其中R为电阻箱，电流表的内电阻约为0.1Ω，电压表的内电阻约为3kΩ。
（1）利用图1中甲图实验电路测电源的电动势E和内电阻r，所测量的实际是图2中虚线框所示“等效电源”的电动势和内电阻。若电流表内电阻用RA表示，请你用E、r和RA表示出E'、r'，并简要说明理由。
（2）某同学利用图像分析甲、乙两种方法中由电表内电阻引起的实验误差。在图3中，实线是根据实验数据（图甲：U=IR，图乙：）描点作图得到的U-I图像；虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的U-I图像（没有电表内电阻影响的理想情况）。
在图3中，对应图甲电路分析的U-I图像是：_____；对应图乙电路分析的U-I图像是：_______。
（3）综合上述分析，为了减小由电表内电阻引起的实验误差，本实验应选择图1中的（填“甲”或“乙”）。
答案∶(1) E'=E， 因为断路电压等于E；等效电源的短路电流；
(2) C；A (3)乙
解析∶(1)[1]将电源和电流表视为等效电源，电源电动势是电源本身具有的属性，电流表不具有产生电动势的本领，所以等效电源的电动势仍然为
而电流表的内阻和电动势的内阻作为等效电源的内阻，即
(2)[2]对甲图，考虑电表内阻时，根据闭合电路欧姆定律得
变形得
直接通过实验获得数据，可得
图像与纵轴截距均为电源电动势E，虚线对应的斜率大小为r，实线对应的斜率大小为，所以对应图甲电路分析的U-I图像是C；
[3]对乙图，考虑电表内阻时（即虚线对应的真实情况），根据闭合电路欧姆定律得
变形得
直接通过实验获得数据，可得
虚线对应的斜率大小为，实线对应的斜率大小为，虚线对应的纵轴截距为，实线对应的纵轴截距为；两图线在时，对应的短路电流均为，所以对应图乙电路分析的图像是A。
(3)[4]图甲虽然测量的电源电动势准确，但电流表分压较为明显，所以内阻测量的误差很大；图乙虽然电动势和内阻测量均偏小，但是电压表内阻很大，分流不明显，所以电动势和内阻的测量误差较小，所以选择图乙可以减小由电表内电阻引起的实验误差。
2.2020年浙江卷18.（7分）某同学分别用图甲和图乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻。
（1）在答题纸相应的方框中画出图乙的电路图；

（2）某次测量时电流表和电压表的示数如图所示，则电流________，电压_______；

（3）实验得到如图所示的两条直线，图中直线Ⅰ对应电路是图1________（选填“甲”或“乙”）；
（4）该电池的电动势________V（保留三位有效数字），内阻________Ω（保留两位有效数字）。
答案：（1）电路图如下
（2）0.39～0.41，1.29～1.31
（3）乙
（4）1.51～1.54，0.52～0.54
解析：(1)[1]图乙中，电流表内接和变阻器串联接在电源两端，电压表测路段电压，则图乙对应的电路图如图示
(2)[2][3]一节干电池的电动势一般约为1.5V，故电压表量程选择0~3V，电流表量程选择0~0.6A，所以电压表的读数为1.30V（1.29～1.31V均可），电流表的读数为0.40A（0.39～0.41A均可）
(3)[4]由闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir
可得U-I图象的纵轴截距为电源电动势，斜率为电源内阻。
图甲中电流表外接，则实验测得的电源内阻，测量值偏大；
图乙中电路，测量值偏小，
但是由于rV>>r真，故图乙实验测出的内阻误差更小，故图线Ⅰ对应图乙，图线Ⅱ对应的图甲。
(4)[5]图线Ⅱ与纵轴的交点为电源的电动势E=1.52V ；
[6]图线Ⅰ与横轴的交点为短路电流I=2.86A
由，此实验原理无误差。
3.2020年天津学业考试9．（2）某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻，要求测量结果尽量准确。
电压表（量程0～3V，内阻约为3kΩ）
电流表（量程0～0.6A，内阻约为1Ω）
滑动变阻器（0～20Ω，额定电流1A）
待测电池组（电动势约为，内阻约为1Ω）
开关、导线若干
①该小组连接的实物电路如图所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线对应的编号是________。
②改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的________端（填“a”或者“b”）
③实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题，在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5Ω的电阻，之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I，并作出U-I图像，如图所示。根据图像可知，电池组的电动势为________V，内阻为________Ω。（结果均保留两位有效数字）
答案：①5 ②a ③2.9 0.80
解析：①[1]因为电源内阻较小，故对于电源来说应该采用电流表外接法，图中采用的是电流表内接；故导线5连接不当，应该从电压表正接线柱接到电流表正接线柱；
②[2]开始实验前应该让滑动变阻器连入电路阻值最大，故应将滑片置于a端；
③[3][4]由图线可知图线与纵轴的交点即为电源电动势，故E=2.9V；
图线与横轴的交点为短路电流I=0.50A，
故可得等效内阻为
又因为在开关和电池负极之间接有R=的电阻，在计算过程中等效为内阻，故电源内阻r' 为
r'=r-R=5.80Ω-5Ω=0.80Ω
4.2020年山东学业考试14.实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有：
干电池一节（电动势约1.5 V，内阻小于1 Ω）；
电压表V （量程3 V，内阻约3 kΩ）； 电流表A （量程0.6 A，内阻约1 Ω）；
滑动变阻器R （最大阻值为20 Ω）；
定值电阻R1 （阻值2 Ω）； 定值电阻R2 （阻值5 Ω）； 开关一个， 导线若干。
(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U-I坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是_____。（单选，填正确答案标号）
A．电压表分流
B．干电池内阻较小
C．滑动变阻器最大阻值较小
D．电流 表内阻较小
(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。
序号 1 2 3 4 5 6 7
I/A 0.08 0.14 0.20 0.26 032 0.36 0.40
U/V 1.35 1.20 1.05 0.88 073 0.71 052
请根据实验数据，回答以下问题：
①答题卡的坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点，请在答题卡的坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图像________。
②根据实验数据可知，所选的定值电阻为_____ （填“R1”或“R2”）。
③用笔画线代替导线，请在答题卡上按照改进后的方案，将实物图连接成完整电路____________。
【答案】 (1). B (2). (3). R1 (4).
【详解】(1)电压表示数变化过小，则原因是外电阻比内阻大的多，即电源内阻偏小，故选B。
(2)①根据数据做出U-I图像如图；
②由图像可知
电源内阻小于1Ω，则定值电阻大于1.63Ω，可知定值电阻为R1；
③定值电阻与电源串联，电路如上图。
5.2020年理综新课标Ⅰ卷9.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0.5Ω。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。
（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）。
【答案】 (1). 、 (2). I
(3). (4).
【解析】(1)[1]若将电压表接、之间，
则
根据一次函数关系可知对应斜率为。
若将电压表接在、之间，电流表分压为
根据欧姆定律变形可知
解得
根据一次函数可知对应斜率为，对比图像的斜率可知
所以II图线是采用电压表跨接在、之间。
（2）[2]因为待测电阻为几十欧姆的电阻，通过图像斜率大致估算待测电阻为左右，根据
说明电流表的分压较小，电压表的分流较大，所以电压表应跨接在、之间，所以选择图线I得到的结果较为准确。
[3]根据图像可知
[4]考虑电流表内阻，则修正后的电阻为
6.2020年理综新课标Ⅱ卷23．（10分）某同学要研究一小灯泡L（3.6V，0.30A）的伏安特性。所用器材有：电流表A1（量程200mA，内阻Rg1＝10.0Ω）、电流表A2（量程500mA，内阻Rg2＝1.0Ω）、定值电阻R0（阻值R0＝10.0Ω）、滑动变阻器R1（最大阻值10Ω）、电源E（电动势4.5V，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。
（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的位置并读取相应的I1、I2．所得实验数据在表中给出。
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＝173mA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）。
答案：（1）如上图所示； （2）I1（Rg1+R0）， I2﹣I1， 180； （3）11.6； （4）8.0
解析：（1）根据电路图连接实物图如图所示：
（2）根据电路图可知灯泡两端的电压为电流表A1和R0的总电压，故根据欧姆定律有：

根据并联电路特点可知流过小灯泡的电流为：I＝I2﹣I1
因为小灯泡的额定电压为3.6V，故根据题目中已知数据解得：，
故I1不能超过180mA；
（3）根据表中数据可知当I1＝173mA时，I2＝470mA；根据前面的分析代入数据可知此时灯泡两端的电压为U＝3.46V；
流过小灯泡的电流为I＝297mA＝0.297A；
故根据欧姆定律可知此时小灯泡的电阻为：
（4）要测量完整的伏安特性曲线则灯泡两端的电压至少要达到3.6V，而电流表A1不能超过其量程200mA，根据欧姆定律有：U＝Ig1′（Rg1+R0），代入数据有：3.6V＝0.2A×（10+R0）Ω，解得：R0＝8.0Ω，即要完整的测量小灯泡伏安特性曲线所用电阻的阻值不能小于8.0Ω。
7.2020年理综新课标Ⅲ卷23．（9分）已知一热敏电阻当温度从10℃升至60℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R（最大阻值为20Ω）、电压表（可视为理想电表）和毫安表（内阻约为100Ω）。
（1）在所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。
（2）实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5V和3.0mA，则此时热敏电阻的阻值为　 　kΩ（保留2位有效数字）。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图（a）所示。
（3）将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2kΩ．由图（a）求得，此时室温为　 　℃（保留3位有效数字）。
（4）利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图（b）所示。图中，E为直流电源（电动势为10V，内阻可忽略）；当图中的输出电压达到或超过6.0V时，便触发报警器（图中未画出）报警。若要求开始报警时环境温度为50℃，则图中　 　（填“R1”或“R2”）应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻
值应为　 　kΩ（保留2位有效数字）。
答案：（1）如下图所示； （2）1.8； （3）25.5； （4）R1，1.2
解析：（1）根据实验要求，同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化，所以测量范围比较大，所以应该采用滑动变阻器的分压式接法，同时热敏电阻的阻值从几千欧姆降至几百欧姆，属于大电阻，为了减小实验误差，应该采用外接法电路，所以组成测量电路图如图所示：
（2）若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5V和3.0mA，根据欧姆定律得此时热敏电阻的阻值为：；
（3）根据热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线，可知当达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2kΩ，对应的温度为25.5℃；
（4）根据如图（b）所示电路，假设R1是热敏电阻，根据欧姆定律得输出电压为：
由题意知R2为定值电阻，当图中的输出电压达到或超过6.0V时，说明环境温度高，便触发报警器报警，那么热敏电阻的阻值会减小，输出电压会变大，从而报警，所以图中R1应该用热敏电阻；
若要求开始报警时环境温度为50℃，通过热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线，可知：R1＝0.8kΩ，代入数据得：
解得：R2＝1.2kΩ
8.2020年物理江苏卷10.某同学描绘一种电子元件的I-U关系图象，采用的实验电路图如题图1所示，V为电压表，
mA为电流表，E为电源（电动势约6V），R为滑动变阻器（最大阻值20Ω），R0为定值电阻，S为开关。
(1)请用笔画线代替导线，将题图2所示的实物电路连接完整____________。
(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表：
电压U/V 0.000 0.250 0.500 0.650 0.700 0.725 0.750
电流I/mA 0.00 0.10 0.25 0.60 1.70 4.30 7.50
请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的I-U图线____________。
(3)根据作出的I-U图线可知，该元件是_________（选填“线性”或“非线性”）元件。
(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻R0，会导致的两个后果是_________。
A．电压和电流的测量误差增大
B．可能因电流过大烧坏待测元件
C．滑动变阻器允许的调节范围变小
D．待测元件两端电压的可调节范围变小
【答案】 (1).见答图1 (2). 见答图2
(3). 非线性元件 (4). BC
【解析】 (1)[1]根据题意连接电路如答图1
(2)[2]根据表格中数据描点，并用平滑的曲线连接各点如答图2
(3)[3]根据图像可知该元件是非线性元件。
(4)[4]AB．I-U图线上某点与原点连线的斜率为，根据元件的特性可知，当电压超过一定数值时，电流会急剧增大，所以电阻会急剧减小，若用导线代替R0，电流急剧增大，可能会烧坏待测元件，对电流表和电压表的测量误差无影响，A错误，B正确；
CD．根据图像可知待测元件的电压范围小于1V，而电源电动势为6V，因为待测元件两端电压非常小，如果用导线代替R0，会导致滑动变阻器的调节范围变得非常小，难以调节，C正确，D错误。
故选BC。
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