高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 微專題59 電學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

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電學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 考點(diǎn)及要求：(1)實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新；(2)實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新；(3)實(shí)驗(yàn)的拓展． 1．某同學(xué)在利用微型電動(dòng)機(jī)和小車研究外力做功與物體速度之間的關(guān)系時(shí)，設(shè)計(jì)了下面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程并進(jìn)行了操作，請(qǐng)結(jié)合操作步驟完成以下問題： (1)用多用電表測(cè)量電動(dòng)機(jī)不工作時(shí)的直流電阻，多用電表選用“1”擋，其指針示數(shù)如圖1所示，電動(dòng)機(jī)的直流電阻為________Ω. 圖1 (2)按圖2安裝實(shí)驗(yàn)裝置，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接50 Hz低壓交流電源并固定在木板上，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在小車尾部，小車另一端與細(xì)線相連，細(xì)線平行于木板纏繞在輕圓筒上，電動(dòng)機(jī)通電后可帶動(dòng)質(zhì)量可忽略的輕質(zhì)圓筒旋轉(zhuǎn)． 圖2 (3)為了盡可能減少摩擦力的影響，在沒有電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的情況下，需要將長(zhǎng)木板的左端墊高，直到小車拖動(dòng)紙帶穿過(guò)計(jì)時(shí)器時(shí)能做勻速直線運(yùn)動(dòng)． (4)接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始工作，待振針穩(wěn)定后接通電動(dòng)機(jī)電源，用如圖3所示電路給電動(dòng)機(jī)供電(電壓表和電流表均為理想電表)，使小車從靜止開始加速，讀出電壓表和電流表的讀數(shù)．改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，重復(fù)上述過(guò)程． 圖3 (5)若某次實(shí)驗(yàn)過(guò)程讀出電壓表和電流表讀數(shù)分別為12 V和2 A，打出的紙帶如圖4所示，O點(diǎn)為起始點(diǎn)，該同學(xué)計(jì)算出各點(diǎn)的速度及速度平方，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表，其中C點(diǎn)速度為________m/s，其速度平方為________m2/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 圖4 A B C D E v/(ms－1) 2.46 3.65 5.20 5.82 v2/(m2s－2) 6.05 13.3 27.0 33.9 (6)取紙帶的O點(diǎn)作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，在圖5中利用表格中數(shù)據(jù)作出小車的速度的平方隨時(shí)間變化的圖像，并根據(jù)圖像和前面所測(cè)得數(shù)據(jù)求得小車的質(zhì)量為________kg.(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖5 2．某同學(xué)進(jìn)行用實(shí)驗(yàn)測(cè)定玩具電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)．如圖6甲中M為玩具電動(dòng)機(jī)．閉合開關(guān)S，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片從一端滑到另一端的過(guò)程中，兩個(gè)電壓表的讀數(shù)隨電流表讀數(shù)的變化情況如圖乙所示．圖中AB、DC為直線，BC為曲線．不考慮電表對(duì)電路的影響． 圖6 (1)滑動(dòng)變阻器滑片向左滑動(dòng)時(shí)，V1讀數(shù)逐漸________．(選填“增大”、“減小”或“不變”) (2)電路中的電源電動(dòng)勢(shì)為______V，內(nèi)電阻為______Ω. (3)此過(guò)程中，電源內(nèi)阻消耗的最大熱功率為______W. (4)滑動(dòng)變阻器的最大阻值為________Ω. 3．有一個(gè)螺線管，為測(cè)量它的兩個(gè)接線柱間繞制的均勻金屬絲的長(zhǎng)度，現(xiàn)提供下列器材： A．待測(cè)螺線管L：繞制螺線管金屬絲的電阻率，其總電阻RL大約100 Ω B．螺旋測(cè)微器 C．微安表：量程Ig＝500 μA，內(nèi)阻Rg＝100 Ω； D．電阻箱R：阻值范圍0～99 999.9 Ω； E．電源E：電動(dòng)勢(shì)有3 V和9 V兩種可供選擇，內(nèi)阻較小 F．開關(guān)兩個(gè)(S1和S2)，導(dǎo)線若干． (1)實(shí)驗(yàn)中用螺旋測(cè)微器測(cè)得金屬絲的直徑如圖7所示，其讀數(shù)為d＝________mm. 圖7 (2)已將提供的器材連成了如圖8所示的測(cè)金屬絲電阻RL的電路，根據(jù)該實(shí)驗(yàn)電路的測(cè)量原理，為了更準(zhǔn)確地測(cè)RL，應(yīng)選擇E中電動(dòng)勢(shì)為________的電源． 圖8 (3)若測(cè)得的金屬絲直徑用d表示，測(cè)電阻時(shí)先閉合S1，調(diào)節(jié)R使微安表指針滿偏，再閉合S2時(shí)微安表示數(shù)用I表示，則用已知量和測(cè)得量的符號(hào)表示金屬絲的長(zhǎng)度l＝________. (4)本實(shí)驗(yàn)測(cè)RL有系統(tǒng)誤差，其測(cè)量值________真實(shí)值．(選填“大于”或“小于”) 4．如圖9所示為測(cè)電壓表內(nèi)阻的電路，圖中R為500 Ω的定值電阻，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，得到多組電壓表和電流表的值，記錄在表中： U/V 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 I/mA 3.2 3.7 4.3 4.8 5.3 5.9 6.4 7.0 7.4 如果用U－I圖像來(lái)處理數(shù)據(jù)，且圖10中已描好了對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，回答下列問題： 圖9 圖10 (1)開關(guān)閉合前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)處在哪一端？________(填“a”或“b”)． (2)根據(jù)描好的點(diǎn)畫出相應(yīng)的圖線． (3)由(2)中畫出的圖線求出電壓表的內(nèi)阻為________Ω. (4)分析用此方法測(cè)電壓表的內(nèi)阻，是否會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的原理或方法不完善而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差？______(填“是”或“否”)． 5．小華、小剛共同設(shè)計(jì)了圖11甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，電路中的各個(gè)器材元件的參數(shù)為：電池組(電動(dòng)勢(shì)約6 V，內(nèi)阻r約3 Ω)、電流表(量程2.0 A，內(nèi)阻rA＝0.8 Ω)、電阻箱R1(0～99.9 Ω)、滑動(dòng)變阻器R2(0～Rt)、開關(guān)三個(gè)及導(dǎo)線若干．他們認(rèn)為該電路可以用來(lái)測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻和R2接入電路的阻值． 圖11 (1)小華先利用該電路準(zhǔn)確地測(cè)出了R2接入電路的阻值． 他的主要操作步驟是：先將滑動(dòng)變阻器滑片調(diào)到某位置，接著閉合S、S2，斷開S1，讀出電流表的示數(shù)I；再閉合S、S1，斷開S2，調(diào)節(jié)電阻箱的電阻值為3.6 Ω時(shí)，電流表的示數(shù)也為I.此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為________Ω. (2)小剛接著利用該電路測(cè)出了電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻． ①他的實(shí)驗(yàn)步驟為： a．在閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)電阻R1或R2至________(選填“最大值”或“最小值”)，之后閉合開關(guān)S，再閉合________(選填“S1”或“S2”)； b．調(diào)節(jié)電阻________(選填“R1”或“R2”)，得到一系列電阻值R和電流I的數(shù)據(jù)； c．?dāng)嚅_開關(guān)，整理實(shí)驗(yàn)儀器． ②圖乙是他由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的－R圖像，圖像縱軸截距與電源電動(dòng)勢(shì)的乘積代表________，電源電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω.(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． 答案解析 1．(1)2.0　(5)4.49　20.2　(6)見解析圖　0.094(0.090～0.110均可) 解析　(5)由表中數(shù)據(jù)驗(yàn)證可知，該同學(xué)計(jì)算瞬時(shí)速度的方法是將小車的運(yùn)動(dòng)作為勻變速運(yùn)動(dòng)處理，某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，按此方法則有vC＝≈4.49 m/s，v≈20.2 m2/s2. (6)如圖所示 因電動(dòng)機(jī)的輸出功率P＝IU－I2r＝16 W，由能量守恒有Pt＝mv2即v2＝t，可見圖線的斜率k＝，即m＝，從圖線上求出斜率代入即可． 2．(1)減小　(2)3.6　2　(3)0.18　(4)30 解析　(1)滑動(dòng)變阻器向左滑動(dòng)時(shí)，R阻值變小，總電流變大，內(nèi)電壓增大，路端電壓即為V1，讀數(shù)逐漸減小； (2)由題圖甲知，電壓表V1測(cè)量路端電壓，電流增大時(shí)，內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，所以最上面的圖線表示V1的電壓與電流的關(guān)系，此圖線的斜率大小等于電源的內(nèi)阻，為r＝ Ω＝2 Ω. 當(dāng)電流I＝0.1 A時(shí)，U＝3.4 V，則電源的電動(dòng)勢(shì)E＝U＋I(xiàn)r＝(3.4＋0.12) V＝3.6 V； (3)當(dāng)I＝0.3 A時(shí)，電源內(nèi)阻消耗的功率最大，最大功率Pmax＝I2r＝0.092 W＝0.18 W； (4)當(dāng)I＝0.1 A時(shí)，電路中電流最小，滑動(dòng)變阻器的電阻為最大值，由題圖乙的AB段可知rM＝ Ω＝4 Ω，所以R＝－r－rM＝(－2－4) Ω＝30 Ω. 3．(1)0.390 mm(0.001)　(2)9 V　(3)　(4)大于 解析　(1)螺旋測(cè)微器的固定刻度讀數(shù)為0，可動(dòng)刻度讀數(shù)為39.00.01＝0.390 mm，所以金屬絲的直徑為0.3900.001 mm. (4)先只閉合S1，調(diào)電阻箱R，使微安表指針滿偏，則R值須很大；再閉合S2時(shí)，則RL與微安表并聯(lián)，雖然電阻變小了，但因R很大，全電路總電阻變化很小，干路電流幾乎不變化，可認(rèn)為仍為滿偏電流Ig，此時(shí)微安表的讀數(shù)為I，那么RL的分流IL＝Ig－I，實(shí)際值略大于此值．于是解得：RL＝＝，測(cè)量值偏大，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)原理，要減小測(cè)量RL的系統(tǒng)誤差，提高電源的電動(dòng)勢(shì)，使R取值更大一些，這樣才能保證再閉合S2后干路電流變化更?。? 4．(1)a　(2)見解析圖　(3)1 500　(4)否 解析　(1)由題圖可知，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，為保護(hù)電路安全，閉合開關(guān)前滑片要置于a端． (2)根據(jù)坐標(biāo)系內(nèi)描出的點(diǎn)作出圖像如圖所示． (3)由題圖可知，流過(guò)電流表的電流： I＝IR＋I(xiàn)V＝＋＝＋＝U， 則U＝I，由(2)可知， ＝＝375 Ω，解得：RV＝1 500 Ω； (4)由U＝I可知，圖像的斜率：k＝，RV＝，應(yīng)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．不因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的原理或方法不完善而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差． 5．(1)3.6　(2)①最大值　S1　R1?、陔娫磧?nèi)阻和電流表的內(nèi)阻之和(或r＋rA)　6.0　2.8 解析　(1)電阻箱的讀數(shù)即是滑動(dòng)變阻器的電阻，即電阻為3.6 Ω； (2)①為保護(hù)電路，先要把可變電阻調(diào)到最大值；因?yàn)樽詈笠嫵鰣D像，所以必須要知道電阻的阻值，所以要用到電阻箱這個(gè)支路，所以接下來(lái)要閉合S1，調(diào)節(jié)電阻R1. ②由閉合電路歐姆定律E＝IR＋I(xiàn)rA＋I(xiàn)r，可得：＝R＋，所以縱軸截距表示內(nèi)阻和電流表的內(nèi)阻之和與電動(dòng)勢(shì)的比值，圖像斜率表示電動(dòng)勢(shì)的倒數(shù)，所以圖像縱軸截距與電源電動(dòng)勢(shì)的乘積代表電源內(nèi)阻和電流表的內(nèi)阻之和，圖像斜率為，所以電動(dòng)勢(shì)為6.0 V，縱軸截距為0.6，則內(nèi)阻和電流表的內(nèi)阻之和為3.6 Ω，所以電源內(nèi)阻為2.8 Ω.