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1专题19电学实验（2）-2019年高三二模、三模物理试题分项解析（III）1．（10分）（2019湖南衡阳二模）某研究性学习小组的同学欲做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验。已知所用小电珠的额定电压和额定功率分别为2.5V、1.2W，实验使用的直流电源的电动势为3.0V，内阻忽略不计，实验可供选择的器材规格如下a．电流表A1（量程0～0.6A，内阻约5Ω）b．电流表A2（量程0～3A，内阻约0.1Ω）c．电压表V1（量程0～3V，内阻约3kΩ）d．电压表V2（量程0～15V，内阻约2000Ω）e．滑动变阻器R1（阻值0～10，额定电流1A）f．滑动变阻器R2（阻值0～5000，额定电流500mA）请回答下列问题：（1）为了完成实验且尽可能减小实验误差，电流表应选择a，电压表应选择c、滑动变阻器应选择e（填写实验器材前的序号）（2）根据所选的实验器材，请设计合理的电路原理图来完成该实验（3）该研究性学习小组的同学用设计好的电路测得了该小电珠两端的电压U和通过该小电珠的电流，由欧姆定律计算得到的小电珠的电阻值小于（选填“大于”“等于“或“小于“）真实值（4）该研究性学习小组的同学通过设计好的电路得到了多组实验数据，并根据得到的多组数据在坐标系中描点画图，如图所示，该图线向下弯曲，其原因是小电珠的电阻随温度升高而增大。（5）如果取两个这样的小电珠并联以后再与一阻值为2.0Ω的定值电阻串联，并接在电动势为3.0V、内阻忽略不计的直流电源两端，则每个小电珠消耗的实际功率应为0.55W（结果保留两位小数）【思路分析】（1）根据灯泡额定电压选择电压表，根据灯泡额定电流选择电流表，在保证电路安全的情况2下，为方便实验操作，应选最大阻值较小的滑动变阻器。（2）描绘小灯泡的伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，根据灯泡电阻与电表内阻的关系确定电流表接法，然后作出电路图。（3）根据电路原理图进行误差分析；（4）根据I﹣U图象中斜率表示电阻倒数，结合图线规律找图线向下弯曲的原因；（5）把定值电阻等效到电源内部，然后做出等效电源的伏安特性曲线，然后分析求解。【名师解析】（1）灯泡额定电压是2.5V，电压表应选c；由表中实验数据可知，最大电流为0.49A，电流表选a；为方便实验操作，滑动变阻器应选e；（2）描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流要从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；由表中实验数据可知，灯泡最大电阻约为3.7Ω，电压表内阻约为2kΩ，灯泡电阻阻值远小于电压表内阻，电流表应采用外接法，电路图如图甲所示；；（3）由于电压表的分流作用，所以电流表的示数比流经灯泡的电流偏大，故根据欧姆定律测量电阻偏小，即计算得到的小电珠的电阻值小于真实值；（4）I﹣U图象的斜率表示电阻的倒数，由图象可知，电阻随着电压的增大而增大，其原因是灯泡的电阻随温度的增大而增大；（5）将定值电阻与电源等效为内阻为2.0Ω，电动势为3.0V的电源，由闭合电路欧姆定律得：U＝3.0﹣2.0I，将路端电压与电流的关系图象做入图象中，如图所示：由图可知，U＝1.28V，I＝0.43A，所以灯泡的实际功率为：P＝UI＝0.55W【参考答案】：（1）a、c、e；3（2）；（3）小于；（4）小电珠的电阻随温度的升高而增大；（5）0.55。【关键点拨】本题考查了选择实验器材、作实验电路图、作灯泡的伏安特性曲线、分析灯泡电阻随温度的变化规律；确定滑动变阻器与电流表的接法是正确设计实验电路的关键。2．（10分）（2019江苏七市二模）描绘某电学元件伏安特性曲线，提供实验器材如下：A．待测元件（额定电压5V，额定功率2.5W）；B．电流表A（0.6A，内阻约0.5Ω）；C．电压表V（3V，内阻约3kΩ）；D．电阻箱R（0～9999Ω）；E．滑动变阻器（0～20Ω）；F．滑动变阻器（0～1kΩ）；G．电池（6V）；H．开关，导线若干。（1）为扩大电压表量程，首先采用如图甲所示电路测定电压表内阻，实验操作过程如下：Ⅰ．根据图甲电路，正确操作，完成了实验电路连接。Ⅱ．闭合S，调节变阻器R1的滑片P至某一位置，然后调节电阻箱。读出此时电阻箱阻值R及对应电压表示数U．保持滑片P位置不变，改变电阻箱阻值，读出多组（U，R）数据。Ⅲ．以为纵轴，R为横轴，作﹣R图线如图乙所示。①实验中滑动变阻器R1应选择E（填写器材前序号）。4②实验过程中，电阻箱取值为R＝3200Ω时，电压表的表头指针如图丙所示，则读数U＝2.50V．接着，为使电压表示数增大到接近满偏，电阻箱取值范围应在2kΩ到3kΩ之间，调节电阻箱正确的操作是：保持“×1000”挡旋钮不动，将“×100”挡旋钮拨到9（选填“0”或“9”）位置，再将“×1000”挡旋钮拨到2位置，然后调节电阻箱阻值为适当值。③图乙中，直线的纵截距为a，斜率为k，则电压表内阻RV＝。（2）请用笔画线代替导线，在图丁中将描绘电学元件伏安特性曲线的实物电路图连接完整。【思路分析】（1）①根据实验原理分析滑动变阻器的选取；②根据指针的位置可得电压表的读数；电阻箱取值范围应在2kΩ到3kΩ之间，由此确定旋钮的位置；③根据闭合电路的欧姆定律推导﹣R关系式进行分析；（2）根据实验原理和实验目的画出实物连接图。【名师解析】（1）①本实验中要保持R1接入电路的阻值不变，无论怎样调节电阻箱R的阻值，并联部分的电压变化较小，则要求滑动变阻器的阻值应该较小，故实验中滑动变阻器R1应选择E；②实验过程中，电阻箱取值为R＝3200Ω时，电压表的表头指针如图丙所示，则根据指针的位置可得电压表的读数U＝2.50V；为使电压表示数增大到接近满偏，电阻箱取值范围应在2kΩ到3kΩ之间，调节电阻箱正确的操作是：保持“×1000”挡旋钮不动，将“×100”挡旋钮拨到9位置，再将“×1000”挡旋钮拨到2位置，然后调节电阻箱阻值为适当值即可。③设并联部分的总电压为E，根据欧姆定律可得：＝，整理可得：；图乙中，直线的纵截距为a，斜率为k，则，＝k，则电压表内阻RV＝。（2）要描绘某电学元件伏安特性曲线，滑动变阻器采用分压器接法，电流表外接，实物电路图如图所示。【参考答案】：（1）①E；②2.50；9；2；③；（2）如图所示。【点评】对于实验题，要弄清楚实验目的、实验原理以及数据处理、误差分析等问题，一般的实验设计、5实验方法都是根据教材上给出的实验方法进行拓展，延伸，所以一定要熟练掌握教材中的重要实验。3.（2019上海二模）在“用DIS测电源的电动势和内阻”的实验，图（a）为实验电路图，定值电阻R0=1Ω，R为滑动变阻器，图（b）为实验的实物连接图。（1）请用笔画线代替导线，按图（a）的连接完成该实物连接图。（2）A组同学实验测得的路端电压U相应电流I的拟合曲线如图（c）所示，由此得到电源内电阻为______Ω；当电压传感器的示数为1.6V时电源的输出功率为______W。（3）根据图（c）中实验测得的数据，可以推测实验中选用滑动变阻器的型号较合理的是______（A）0～5Ω（B）0～20Ω（C）0～50Ω（D）0～200Ω（4）B组同学也利用A组用的同一套器材完成此实验，误把图（a）中电压传感器在d点的接线接在c点，测得数据也在同一坐标中作出U-I图象，其他操作、读数等都准确无误。则B组画出的图线与纵轴的交点相应的电压值和A组相比，______。（选填：偏大、相同、偏小或无法确定）【参考答案】（1）如图（2）0.80.8（3）C（4）相同【名师解析】（1）根据原理图连接实物图如图所示；6（2）根据U=E-Ir可知，图象与纵轴的交点表示电源的电动势，故E=2.0V；图象的斜率表示内阻，则可知，r===0.8Ω；电压传感器的示数为1.6V时电流为电源的输出功率为0.5A，功率P=UI=1.6×0.5=0.8W（3）由图可知，测出中的最小电流约为0.05A，此时对应的总电阻R总===40Ω，此时滑动变阻器接入电阻应为40-1=39Ω；故滑动变阻器总阻值一定大于39Ω；同时为了调节方便，总阻值不应过大，故应选择50Ω的总阻值，故C正确（4）电压传感器在d点的接线接在c点，测得数据也在同一坐标中作出U-I图象，其中：U=E-I（r+R0）其图象的截距也为E，相同。4．(9分)（2019江西吉安模拟）某同学为测出额定电压为12V的小灯泡伏安特性曲线，使用如下器材：直流电源E(电动势为15V)，电压表V(量程为15V，内阻约为15kΩ)，电流表A(量程为100mA，内阻约为10Ω)，滑动变阻器(最大阻值为50Ω)，开关，导线若干。该同学测出小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示。(1)在实验中要尽可能提高实验精度，请在图乙中把还需要连接的导线用笔画出来。(2)由小灯泡的伏安特性曲线可求得小灯泡的额定功率为___________W。(3)若使小灯泡发光时的功率为0.9W，应调节小灯泡两端的电压为___________V。(4)在乙图中，闭合开关发现灯泡不发光，用导线将电压表正极接线柱与电流表正极接线柱相连接，发现电7压表有示数，则电路中的故障可能是___________。A．开关接触不良B．小灯泡接触不良C．电流表接触不良D．滑动变阻器接触不良【参考答案】(1)如图（3分）（2）1.14（2分）（3）10（2分）（4）BC（2分）【名师解析】（1）小灯泡正常工作时的电阻远小于电压表的内阻，电流表采用外接；为得到伏安特性曲线，使小灯泡的电压从0开始连续变化，滑动变阻器采用分压接法。（2）由小灯泡的伏安特性曲线读出U＝12V时，I＝95mA，小灯泡的额定功率P＝12V×0.095A＝1.14W。（3）由图可知，当电压为10V、电流为90mA时，小灯泡的功率为0.9W。（4）电压表有示数，说明直流电源、开关、滑动变阻器和电压表之间的电路是连通的，故障可能是小灯泡或电流表出现了断路，故选BC。5.（2019湖南岳阳二模）某实验探究小组为了测量电流表G1的内阻r1，设计电路进行实验。实验中供选择的仪器如下：A．待测电流表G1（量程为0～5mA，内阻约400Ω）B．电流表G2（量程0～10mA，内阻约200Ω）C．电压表V（量程15V，内阻约为3kΩ）D．定值电阻R1（10Ω）E．定值电阻R2（400Ω）F．滑动变阻器R3（0～50Ω，额定电流为0.1A）8G．滑动变阻器R4（0～1000Ω，额定电流为0.01A）H．开关S及导线若干I．电源E（电动势2V，内阻较小）实验要求待测电流表G1的示数从零开始变化，且多测几组数据，尽可能地减小误差。（1）以上给定的器材中，定值电阻应选______，滑动变阻器应选______。（填写仪器符号）（2）在方框中画出实验原理图（3）主要的实验步骤如下：A．按设计电路图连接电路，将滑动变阻器的触头移至接入阻值为零处；B．闭合开关S，移到滑动触头至某一位置，记录G1和G2的读数I1和I2；C．重复步骒B，多次移动滑动触头，测量多组数据；D．本实验用图象法处理数据，作图时以I1为横坐标，以I2为纵坐标，作出I2-I1图线，则表达式为______。（用物理量的符号来表示）。（4）根据图线的斜率k及定值电阻，写出待测电流表内阻的表达式r1=______。（用k和定值电阻的符号来表示）。【参考答案】（1）R2；R3；（2）实验电路图如图所示；（3）I2=（1+）I1；（4）（k-1）R2。【名师解析】（1）由于定值电阻R2的电阻与待测电流表G1内阻接近相等，可将二者并联，再与电流表G2串联；由于变阻器采用分压式接法时，阻值越小调节越方便，所以变阻器应选阻值小的R3；（2）实验要求待测电流表G1的示数从零开始变化，滑动变阻器采用分压接法，定值电阻R2的电阻与待测电流表G1并联，电路图如图所示：9（3）由电路图根据串并联规律应有：I1+=I2，解得：I2=（1+）I1；（4）根据函数斜率的概念应有：k=（1+），解得：r1=（k-1）R2；【关键点拨】（1）根据定值电阻阻值与待测电流表内阻相等可知将二者并联后总电流与电流表G2的满偏电流相等，所以测量电路应是将待测电流表与定值电阻R2