高中物理二輪復(fù)習(xí)專題限時訓(xùn)練：14 電學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新 Word版含解析

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1、 專題限時訓(xùn)練14　電學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新 時間：45分鐘 1．(2018·寧波鎮(zhèn)海中學(xué)模擬)LED發(fā)光二極管技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，下表為某發(fā)光二極管的正向電壓U與正向電流I關(guān)系的數(shù)據(jù). U/V 0.00 2.56 2.71 2.80 2.84 2.87 2.89 2.91 2.99 I/mA 0.00 0.03 0.07 0.11 0.34 0.52 0.75 0.91 3.02 (1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，在圖甲中畫出電壓在2.50～3.00 V范圍內(nèi)時二極管的I-U圖線． 答案：如圖所示 (2)分析二極管的I-U圖線可知二極管的電阻隨U變大而變小(

2、選填“變大”“變小”或“不變”)，在電壓2.50～3.00 V范圍內(nèi)電阻最小約為970(±20) Ω(保留三位有效數(shù)字)． (3)某同學(xué)用伏安法測電阻的電路描繪該二極管的伏安特性曲線，要求二極管的正向電壓從0開始變化，并使測量誤差盡量減小．圖乙是實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，電壓表量程為3 V，內(nèi)阻約為3 kΩ，電流表量程為5 mA，內(nèi)阻約為10 Ω.圖中已連接了部分導(dǎo)線，請按實(shí)驗(yàn)要求將實(shí)物圖中的連線補(bǔ)充完整． 答案：如圖所示 (4)若此LED發(fā)光二極管的工作電流為2 mA，則此發(fā)光二極管應(yīng)與一阻值R＝15(10～20均可) Ω的電阻串聯(lián)后才能與電動勢為3 V、內(nèi)阻不計(jì)的電源相連． 解析：(

3、1)先描點(diǎn)，然后用平滑的曲線連接；(2)I-U圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，斜率變大，表示電阻變小，因此當(dāng)電壓U＝3 V時，電阻最大，大約為970 Ω(±20 Ω)；(3)要描繪伏安特性曲線，需要將二極管兩端的電壓從零開始調(diào)節(jié)，故用滑動變阻器分壓接法，因?yàn)槎O管電阻比較大，為減小測量誤差用電流表內(nèi)接法；(4)根據(jù)伏安特性曲線可知，發(fā)光二極管器的工作電流為2 mA時，電阻兩端的電壓為2.97 V，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知電阻兩端的電壓為0.03 V，電阻與二極管串聯(lián)，通過電阻的電流也為2 mA，根據(jù)歐姆定律可得電阻R＝15 Ω. 2．(2018·鄭州第一次質(zhì)量檢測)要測繪一個標(biāo)有“3 V，6 W

4、”小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V，并便于操作．已選用的器材有： 電池組(電動勢4.5 V，內(nèi)阻約為1 Ω)； 電流表(量程為0～250 mA，內(nèi)阻約為5 Ω)； 電壓表(量程為0～3 V，內(nèi)阻約為3 kΩ)； 開關(guān)一個、導(dǎo)線若干． (1)實(shí)驗(yàn)中所用的滑動變阻器應(yīng)選下列中的A(填字母代號)． A．滑動變阻器(最大阻值20 Ω，額定電流1 A) B．滑動變阻器(最大阻值1750 Ω，額定電流0.3 A) (2)實(shí)驗(yàn)的電路圖應(yīng)選用下列的圖B(填字母代號)． (3)實(shí)驗(yàn)得到小燈泡的伏安特性曲線如圖甲所示．現(xiàn)將兩個這樣的小燈泡并聯(lián)后再與一個2 Ω的定值

5、電阻R串聯(lián)，接在電動勢為1.5 V、內(nèi)阻為1 Ω的電源兩端，如圖乙所示．每個小燈泡消耗的功率是0.09 W. 解析：(1)描繪小燈泡的伏安特性曲線，滑動變阻器應(yīng)選擇分壓接法，以保證電壓可以從零開始在較大的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，而分壓接法要求滑動變阻器選用阻值較小的變阻器，即滑動變阻器選A. (2)“描繪伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，滑動變阻器應(yīng)選擇分壓接法，圖A錯誤；圖C中，變阻器與小燈泡并聯(lián)，圖C錯誤；小燈泡正常發(fā)光的電阻RL＝＝1.5 Ω，該電阻與電流表內(nèi)阻接近，所以電流表應(yīng)采用外接法，圖B正確，D錯誤． (3)設(shè)流過燈泡的電流為I，對應(yīng)的電壓為U，則對整個閉合回路有E＝U＋2I(R＋r)，

6、即U＝1.5－6I，在伏安特性曲線上繪出該函數(shù)圖線，得交點(diǎn)坐標(biāo)U1＝0.6 V，I1＝0.15 A，則每個燈泡的電功率P＝U1I1＝0.09 W. 3．某同學(xué)為了測量一節(jié)電池的電動勢和內(nèi)阻，從實(shí)驗(yàn)室找到以下器材：一個滿偏電流為100 μA、內(nèi)阻為2 500 Ω的表頭，一個開關(guān)，兩個電阻箱(0～999.9 Ω)和若干導(dǎo)線． (1)由于表頭量程偏小，該同學(xué)首先需將表頭改裝成量程為50 mA的電流表，則應(yīng)將表頭與電阻箱并聯(lián)(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)，并將該電阻箱阻值調(diào)為5.0 Ω. (2)接著該同學(xué)用改裝的電流表對電池的電動勢及內(nèi)阻進(jìn)行測量，實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示，通過改變電阻R測相應(yīng)的電流I，且

7、作相關(guān)計(jì)算后一并記錄如下表. 1 2 3 4 5 6 R(Ω) 95.0 75.0 55.0 45.0 35.0 25.0 I(mA) 15.0 18.7 24.8 29.5 36.0 48.0 IR(V) 1.42 1.40 1.36 1.33 1.26 1.20 ①根據(jù)表中數(shù)據(jù)，圖乙中已描繪出四個點(diǎn)，請將第5、6兩組數(shù)據(jù)也描繪在圖乙中，并畫出IR-I圖線； 答案：如圖所示 ②根據(jù)圖線可得電池的電動勢E是1.53 V，內(nèi)阻r是2.0 Ω. 解析：(1)將小量程表頭改裝成更大量程的電流表，需給表頭“并聯(lián)”一個合適阻值

8、的分流電阻；已知表頭的滿偏電流Ig＝100 μA，表頭內(nèi)阻Rg＝2 500 Ω，改裝后電流表量程IA＝50 mA，設(shè)分流電阻為Rx，由IgRg＝(IA－Ig)Rx解得Rx≈5.0 Ω. (2)①將表中第5、6兩組數(shù)據(jù)描入坐標(biāo)紙，分析電路并由閉合電路的歐姆定律可得E＝I(R＋RA＋r)，變形得IR＝－(RA＋r)I＋E，可知IR-I圖象為一條直線，故應(yīng)用一條直線擬合各數(shù)據(jù)點(diǎn)，如圖所示； ②由上述分析知，IR-I圖象的縱軸截距為電池電動勢，由圖知E＝1.53 V(1.52～1.54 V)；圖中直線斜率的絕對值為RA＋r，則RA＋r＝7.0 Ω，所以，電池內(nèi)阻r＝7.0 Ω－RA＝2.0 Ω.

9、 4．如圖所示為多量程多用電表的示意圖． (1)當(dāng)接通1或2時，為電流擋(填“電流”“電阻”或“電壓”).1的量程比2的量程大(填“大”或“小”)． (2)測量某電阻時，用歐姆擋“×10”擋時，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過大，他應(yīng)該換用歐姆擋×1(填“×1”或“×100”)擋．換擋后，在測量前要先進(jìn)行歐姆調(diào)零． (3)該同學(xué)要測量多用電表直流“2.5 V”擋的內(nèi)阻RV(約為20 kΩ)．除此多用電表外，還有以下器材：直流電源一個(電動勢E為3 V，內(nèi)阻可忽略不計(jì))、電阻一個(阻值R為10 kΩ)、開關(guān)一個、導(dǎo)線若干． 要求：①在方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖(多用電表用表示)； ②寫出RV的

10、表達(dá)式(用字母表示，并說明所用字母的物理意義)． 答案：(3)見解析 解析：(1)將電流計(jì)改裝成電流表時要并聯(lián)電阻分流，所以1、2是電流擋；并阻電阻越小，分流越大，則改裝的電流表量程越大，故1位置的量程較大． (2)因偏轉(zhuǎn)角度過大，則電阻小，要用小量程的，選擇“×1”擋，換擋后電路改變，要重新進(jìn)行歐姆調(diào)零． (3)①實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示． ②在設(shè)計(jì)的電路圖中，多用電表與電阻串聯(lián)，通過它們的電流相等，所以有＝，因此RV＝，其中U為多用電表直流“2.5 V”擋的讀數(shù)，R為10 kΩ，E為電源的電動勢． 5．(2018·江西省上饒市二模)要測定一個自感系數(shù)很大的線圈L的直流電阻RL

11、，實(shí)驗(yàn)室提供以下器材： A．待測線圈L：阻值約為2 Ω，額定電流為2 A B．電流表A1：量程為0.6 A，內(nèi)阻為r1＝0.2 Ω C．電流表A2：量程為3.0 A，內(nèi)阻r2約為0.2 Ω D．變阻器R1：阻值范圍為0～10 Ω E．變阻器R2：阻值范圍為0～1 kΩ F．定值電阻R3＝10 Ω G．定值電阻R4＝100 Ω H．電源E：電動勢E約為9 V，內(nèi)阻很小 I．單刀單擲開關(guān)兩個S1和S2，導(dǎo)線若干 要求實(shí)驗(yàn)時，改變滑動變阻器的阻值，在盡可能大的范圍內(nèi)測得多組A1表、A2表的讀數(shù)I1、I2，然后利用I1-I2圖象求出線圈的電阻RL. (1)實(shí)驗(yàn)中定值電阻應(yīng)選擇F，

12、滑動變阻器應(yīng)選擇D.(請?zhí)钇鞑男蛱? (2)請?jiān)诜娇騼?nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖(器材用適當(dāng)?shù)姆柋硎?． (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時應(yīng)先斷開開關(guān)S2. (4)由實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)作出I2-I1圖象，如圖所示，則線圈的直流電阻值為2.04_Ω. 解析：(1)將內(nèi)阻已知的電流表A1串聯(lián)定值電阻改裝為電壓表，利用伏安法測量線圈的直流電阻值．由于線圈的直流電阻值很小，測量電路采用電流表外接法，控制電路采用滑動變阻器分壓接法，滑動變阻器選用阻值較小的滑動變阻器R1；由于電源電動勢約為9 V，改裝電壓表時使用量程為0.6的電流表A1與定值電阻R3＝10 Ω串聯(lián)． (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時若先斷開開關(guān)S1，則線圈將產(chǎn)生自感電動勢與電流表A1形成回路，可能會燒毀電流表，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)束時應(yīng)先斷開開關(guān)S2. (4)開關(guān)均閉合時，利用并聯(lián)電路知識可得I1(R3＋r)＝(I2－I1)RL，解得I2＝·I1，即I2-I1圖象的斜率k＝，由圖象的圖線斜率k＝6解得RL＝2.04 Ω.