上海市2011-2020年高考物理试卷专项分类汇编之13 —电学实验（含答案及解析）

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上海市2011-2020年高考试卷分类汇编之13 —
电学实验
（1）描绘静电场的等势线
1.2016年上海卷28.(7分)“用DIS描绘电场的等势线”的实验装置示意图如图所示。
（1）（单选题）该实验描绘的是
（A）两个等量同种电荷周围的等势线
（B）两个等量异种电荷周围的等势线
（C）两个不等量同种电荷周围的等势线
（D）两个不等量异种电荷周围的等势线
【答案】B
【解析】该实验中，用A、B两个接线柱分别接在电源的正负极上，一个带正电另外一个带负电，模拟等量异种电荷产生的电场，所以选项B正确。
（2）（单选题）实验操作时，需在平整的木板上依次铺放
（A）导电纸、复写纸、白纸
（B）白纸、导电纸、复写纸
（C）导电纸、白纸、复写纸
（D）白纸、复写纸、导电纸
【答案】D
【解析】在实验中，最上边一层是导电纸，这样才可以使A、B接线柱电流通过导电纸；接下来依次是复写纸和白纸，实验过程中在导电纸上找到电势相同的点，需要用探针在导电纸上作标记，标记通过复写纸就印到最下层的白纸上。
（3）若电压传感器的红、黑探针分别接触图中d、f两点（f、d连线与A、B连线垂直）时，示数小于零。为使示数为零，应保持红色探针与d点接触，而将黑色探针 （选填：“向左”或“向右”）移动。
【答案】向右
【解析】据题意，只有当指针示数为零时才说明两点的电势相等，现在保持红色探针与d点接触，为了保证电压表示数为零，需要使黑色探针与红色探针电势相等，则要把黑色探针向右移动。
（2）电表内阻的测定
2.2011年上海卷29．（9 分）实际电流表有内阻，可等效为理想电流表与电阻的串联。测量实际电流表G1内阻r1的电路如图所示。
供选择的仪器如下：①待测电流表G1 (0~5mA，内阻约300Ω)，
②电流表G2 (0~10mA，内阻约100Ω)，
③定值电阻R1 (300Ω)， ④定值电阻R2 (10Ω)，⑤滑动变阻器R3 (0~1000Ω)，
⑥滑动变阻器R4 (0~20Ω)，
⑦干电池（1.5V），⑧电键S及导线若干。
⑴定值电阻应选_____，滑动变阻器应选_____。(在空格内填写序号)
⑵用连线连接实物图。
⑶补全实验步骤：
①按电路图连接电路，______；
②闭合电键S，移动滑动触头至某一位置，记录G1，G2的读数I1，I2；
③________________________；
④以I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线，如图所示。
⑷根据I2-I1图线的斜率k及定值电阻，写出待测电流表内阻的表达式____________。
答案：（1）③，⑥；（2）如图；（3）①将滑动触头移至最左端，③多次移动滑动触头，记录相应的G1、G2读数I1、I2；（4）r1＝(k－1)R1
解析：本题考查测量电流表的内阻的电路实验。
（1）电流表G2满偏时为10mA电流，电流表G1满偏时电流5mA，故为了更好地匹配两个电流表的示数同时达到适当的偏转角度，应使用定值电阻分流5mA，根据并联电阻的分流规律可知，定值电阻的阻值与电流表G1内阻相同时效果最好，即选用R1＝300Ω的定值电阻③；滑动变阻器作为分压式接法，应选用较小的滑动变阻器，方便调节，即选用⑥滑动变阻器R4。
（2）直接根据电路图链接实物图，先将电源的正极连接到滑动变阻器的绕线右下角的接线柱上，然后将左下角的接线柱与电键左端相连，将电键右端与电源负极相连，这样形成主干路，然后再连接支路，注意电表的正负极。
（3）①实验前要保护电路，故将滑动变阻器的滑动触头移至最左端；③为了得到多组数据，在多次移动滑动触头，记录下相应的G1、G2读数I1、I2；（4）电流表G1两端的电压等于定值电阻两端的电压U1＝(I2－I1)R1，电流表的内阻r1＝＝＝－R1，令＝k，
则电流表G1的内阻r1＝(k－1)R1。
（3）测定电源的电动势和内阻
3.2017年上海市学业水平考试18．“用DIS测定电源的电动势和内阻”的实验电路如图（a）所示，其中定值电阻阻值R1=1 Ω。
（1）图（a）中A为______传感器，定值电阻R1在实验中起_________
的作用；
（2）实验测得的路端电压U相应电流I的拟合曲线如图（b）所示，由此得到电源电动势E=_______V，内阻r=______Ω；
（3）实验测得的数据如表所示，则实验中选用的的滑动变阻器最合理的阻值范围为（ ）
A．0~5Ω B．0~20Ω C．0~50Ω D． 0~200Ω
答案：（1）电流 保护电路 （2）1.50 0.28 （3）B
解析：（1）并联在电源两端的传感器B是电压传感器，与滑动变阻器串联的传感器A是电流传感器。定值电阻R1在实验中起保护电路的作用。
（2）由图（b）得到电源电动势E=1.50V；内阻
（3）由图（b）得到最小电流为0.10A，对应的电压为1.48V，所以，故实验中选用的的滑动变阻器最合理的阻值范围为B（0-20Ω）.
4.2014年物理上海卷28. (7分)在“用DIS测电源的电动势和内阻”的实验中
(1)将待测电池组、滑动变阻器、电流传感器、电压传感器、定值电阻、电键及若干导线连接成电路如图(a)所示。图中未接导线的A端应接在 点(选填: “B”、“C”、“D”或“E”)。
(2)实验得到的U-I关系如图(b)中的直线1所示，则电池组的电动势为 V，内电阻阻值为 。
(3)为了测量定值电阻的阻值，应在图(a)中将“A”端重新连接到 点(选填: “B”、“C”、“D”或“E”)，所得到的U-I关系如图(b)中的直线Ⅱ所示，则定值电阻的阻值为 。
【答案】(1) C (2) 2.8； 2 (3) D；3
【解析】（1）根据实验电路可知电流传感器串联在了电路中，另一个是电压传感器应该并联在电路中测量电路的路端电压，所以A端应该连接在C处；
（2）根据闭合电路的欧姆定律：U=E-Ir，图线的斜率表示内阻：，截距表示电动势，即E＝2.8V；
（3）为了测量定值电阻的阻值，应将定值电阻等效为电源的内阻，电压传感器应该并联在滑动变阻器两端，所以A端应接在D端；定值电阻的阻值为：。
（4）练习使用多用表
5. 2013年上海卷27．（6分）为确定某电子元件的电气特性，做如下测量。
(1)用多用表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的电阻档测量，发现多用表指针偏转过大，因此需选择 倍率的电阻档（填：“×10”或“×1k”)，并___________再进行测量，多用表的示数如图(a)所示，测量结果
为 Ω。
(2)将待测元件（额定电压9V）、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用表、电键及若干导线连接成电路如图(b)所示。添加连线，使电路能测量该元件完整的伏安特性。
本实验中使用多用表测电压，多用表的选择开关应调到 档（填：“直流电压10V”或“直流电压50V”)。
答案：（1）×10 欧姆调零 70
（2）电路如图；直流电压10V档
解析：（1）用多用表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的电阻档测量，发现多用表指针偏转过大，说明电阻较小，因此需选择×10倍率的电阻档，并欧姆调零后再进行测量，测量结果为70Ω。
(2) 要测量该元件完整的伏安特性，必须连接成分压电路。本实验中使用多用表测电压，多用表的选择开关应调到直流电压10V档。
6. 2012年物理上海卷27．（6分）在练习使用多用表的实验中
（1）某同学连接的电路如图所示。
①若旋转选择开关，使其尖端对准直流电流档，此时测得的是通过____________的电流；
②若断开电路中的电键，旋转选择开关使其尖端对准欧姆档，此时测得的是____________的阻值；
③若旋转选择开关，使其尖端对准直流电压档，闭合电键，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，此时测得的是____________两端的电压。
（2）（单选）在使用多用表的欧姆档测量电阻时，若 （ ）
（A）双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏大
（B）测量时发现指针偏离中央刻度过大，则必需减小倍率，重新调零后再进行测量
（C）选择“×10”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于25Ω
（D）欧姆表内的电池使用时间太长，虽能完成调零，但测量值将略偏大
答案：（1）①R1， ②R1和R2串联， ③R2（或电源）， （2）D，
解析：（1）①作为电流表测电流时与待测电阻串联，因此测得的是通过R1的电流；
②断开电键，两个电阻串联，此时多用电表作为欧姆表，测量的是两个电阻R1与R2串联之后的总电阻；
③滑动变阻器移到最左端时，R1被短路，外电阻就剩一个R2，此时电压表测得就是R2分得的电压或路端电压。
（2）若双手捏住两表笔金属杆，测量值将是人体与待测电阻并联之后的总电阻，因此偏小，A选项不对；
测量时发现指针偏离中央刻度过大，分两种情况：若偏转角过大应减小倍率，若偏转角过小应增大倍率，因此B选项不对；
由于欧姆表刻度右侧稀左侧密，因此在20与30正中间应小于25，但由于是“×10”倍率因此测量值应小于250Ω，C选项不对；
因此只有D选项正确
7.2015年上海卷27．（4分）如图是一个多用表欧姆档内部电路示意图。电流表满偏电流0.5mA、内阻10Ω；电池电动势1.5V、内阻1Ω；变阻器R0阻值0-5000Ω。
（1）该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5V刻度的，当电池的电动势下降到1.45V、内阻增大到4Ω时仍可调零。调零后R0阻值将变________（选填“大”或“小”）；若测得某电阻阻值为300Ω，则这个电阻的真实值是________Ω。
（2）若该欧姆表换了一个电动势为1.5V，内阻为10Ω的电池，调零后测量某电阻的阻值，其测量结果________（选填“偏大”、“偏小”或“准确”）。
答案：（1）小； 290 （2）准确
解析：（1）由闭合电路欧姆定律:得: ，因为式中E变小，r变大，故R0将减小；因为该欧姆表的刻度是按电池电动势为E=1.5V刻度的。测得某电阻阻值为300Ω时，电流表中的电流，其中，当电池电动势下降到E′=1.45V时，此时欧姆表的内阻，由闭合电路欧姆定律得，解得真实值R′=290Ω。
（2）该欧姆表换了一个电动势为1.5V，内阻为10Ω的电池，调零后测量某电阻的阻值的测量结果准确，因为电源的内阻的变化，可以通过调零电阻的阻值的变化来抵消。
8.2016年上海卷27.（6分）在“用多用电表测电阻、电流和电压”的实验中
（1）（多选题）用多用电测电流或电阻的过程中
（A）在测量电阻时，更换倍率后必须重新进行调零
（B）在测量电流时，更换量程后必须重新进行调零
（C）在测量未知电阻时，必须先选择倍率最大挡进行试测
（D）在测量未知电流时，必须先选择电流最大量程进行试测
【答案】A，D
【解析】多用电表测量电阻时，更换倍率后都必须重新进行欧姆调零，选项A正确；测量电流前需要进行机械调零，更换量程时不需要进行再次调零，选项B错误；在测量未知电阻时，必须先用电压表测试电阻内是否带有电源，再大致估计电阻大小选择大致倍率，故选项C错误；在测量未知电流时，必须选择电流最大量程进行测试，避免电表烧坏，故选项D正确。
（2）测量时多用电表指针指在如图所示位置。若选择开关处于“10V”挡，其读数为 Ｖ；若选择开关处于“×10”挡，其读数为 200 Ω（选填：“大于”，“等于”或“小于”）。
【答案】5.4； 小于
【解析】若选择开关处于“10V”挡，则电表的最小刻度为0.2v，此时读数为5.4V；
若选择开关处于“×10”挡， 此时指针指示位置约指在“10”和“30”的中间位置，因为欧姆表的刻度特点是右边稀左边密，所以读数应该小于200Ω。
（5）研究电磁感应现象
9. 2013年上海卷 26．（3分）演示地磁场存在的实验装置（由环形线圈，微电流传感器，DIS等组成）如图所示。首先将线圈竖直放置，以竖直方向为轴转动，屏幕上的电流指针 （填：“有”或“无”）偏转；然后仍将线圈竖直放置，使其平面与东西向平行，并从东向西移动，电流指针 （填：“有”或“无”）偏转；最后将线圈水平放置，使其从东向西移动，电流指针 （填：“有”或“无”）偏转。
答案：有 无 无
解析：首先将线圈竖直放置，以竖直方向为轴转动，线圈中磁通量变化，屏幕上的电流指针有偏转。然后仍将线圈竖直放置，使其平面与东西向平行，并从东向西移动，线圈中磁通量不变化，电流指针无偏转。最后将线圈水平放置，使其从东向西移动，线圈中磁通量不变化，电流指针无偏转。
10.2012年物理上海卷26．（4分）为判断线圈绕向，可将灵敏电流计G与线圈L连接，如图所示。己知线圈由a端开始绕至b端：当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转。
（1）将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时，发现指针向左偏转。俯视线圈，其绕向为____________（填：“顺时针”或“逆时针”）。
（2）当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L时，指针向右偏转。俯视线圈，其绕向为____________（填：“顺时针”或“逆时针”）。
答案：（1）顺时针，（2）逆时针，
解析：（1）由题可知，在螺线管内电流从b流向a，而根据楞次定律（增反减同）螺线管中产生的磁场与原磁场方向相反（向上），再根据右手螺旋定则可知电流方向为逆时针方向（俯视线圈），因此从a向b看导线绕向为顺时针方向
（2）由题可知在螺线管内电流从a流向b，而根据楞次定律（增反减同）螺线管中产生的磁场与原磁场方向相同（向上）再根据右手螺旋定则可知感应电流方向与（1）相同，而电流的流向与（1）相反，因此绕向一定与（1）相反为逆时针方向（俯视线圈）。
11.2011年上海卷28．（5分）在“研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系”实验（见图(a)）中，得到E-1/Δt 图线如图(b)所示。
（1）（多选题）在实验中需保持不变的是
A．挡光片的宽度 B．小车的释放位置 C．导轨倾斜的角度 D．光电门的位置
（2）线圈匝数增加一倍后重做该实验，在图(b)中画出实验图线。
答案：（1）AD；（2）如图。
解析：本题考查研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系实验。
（1）实验的原理是通过小车释放的位置或者导轨倾斜度来改变磁铁通过光电门时的时间△t，在光电门的位置与螺线管的位置距离恒定时，磁铁上相同宽度的挡光片在通过光电门的过程中，在螺线管中产生的磁通量的变化量△Φ相同，控制变量。根据法拉第电磁感应定律E＝N，来研究E与是否成正比。故根据实验目的，实验中要控制不变的物理量有挡光片的宽度d不变，A对；光电门与螺线管的距离不变，即固定螺线管的位置时，光电门的位置不变，D对；而小车从不同的位置释放或改变导轨倾斜度来改变△t，故B、C错。
（2）由E＝N，可知当线圈匝数增加一倍后重新做实验，E－ 图线的斜率N△Φ将会加倍，故将题中E－ 图线的每个纵坐标点都乘以2，描点后连成一条直线即可。
（6）其它电学实验
12.2015年上海卷26．（3分）在“用DIS研究通电螺线管的磁感应强度”实验中
（1）在对螺线管通电________（选填“前”或“后”）必须对磁传感器进行调零。
（2）（单选题）实验时，将磁传感器探管前端插至通电螺线管轴线中点时，磁传感器读数为5mT。减小通电螺线管的电流后，将探管从螺线管的另一端插入，当探管前端再次到达螺线管轴线中点时，磁传感器的读数可能为
（A）5mT （B）-5mT （C）3mT （D）-3mT
答案：（1）前 （2）D
解析： （1）在对螺线管通电前必须对磁传感器进行调零，否则就会有测量误差。
（2）减小通电螺线管的电流后，螺线管内的磁感应强度变小，由于从另一端插入，磁传感器的读数可能为-3mT。
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