专题18 电学实验-2020年高考物理母题题源系列(解析版)

1 专题18 电学实验

【母题来源一】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅰ卷）

【母题原题】(2020·全国Ⅰ卷)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0.5 Ω,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 (选填“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

(选填“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)O、P (2)I 50.5

(3)50.0

【解析】(1)若将电压表跨接在O、P之间,VUUIRRx,解得xVxVRRUIRR,根据一次函数关系可知对应斜率为xVxVRRRR,且xVxVRRRRRx,结合图像的斜率可知kI>kII,所以Ⅱ图线是采用电压表跨接在O、P之间。

(2)、(3)因为待测电阻为几十欧姆的电阻,通过图像斜率估算待测电阻为50 Ω左右,而20501000==RRV、501000.5ARR,则VARRRR,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O、Q之间,

2 所以选择图线I得到的结果较为准确。

根据图像可知3V1V50.5Ω59.6mA20mAxR,考虑电流表内阻,修正后待测电阻的阻值Rx=50.5 Ω-0.5

Ω=50.0 Ω。

【母题来源二】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅱ卷）

【母题原题】(2020·全国Ⅱ卷)某同学要研究一小灯泡L(3.6 V,0.30 A)的伏安特性。所用器材有:电流表A1(量程200 mA,内阻Rg1=10.0 Ω),电流表A2(量程500 mA,内阻Rg2=1.0 Ω)、定值电阻R0(阻值R0=10.0 Ω)、滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω)、电源E(电动势4.5 V,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位置并读取相应的I1和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=173 mA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)如图所示:

(2)I1(Rg1+R0) I2-I1 180 (3)11.6 (4)8.0

【解析】(1)如图所示

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(2)由欧姆定律得小灯泡两端的电压为

U=I1(Rg1+R0),

由串并联特点得流过小灯泡的电流I=I2-I1;

小灯泡两端的最大电压为U=3.6 V,

则I1的最大值为1100.18180mgUIAmARR;

(3) 当I1=173 mA时,灯丝电阻11021()173(10+10)11.6470-173gIRRRII;

(4)小灯泡两端的最大电压为U=3.6 V,

流过电流表A1的最大电流为I=200 mA=0.2 A,

所以1min3.6'=18.00.2gURRI,

故Rmin'=8.0 Ω。

【母题来源三】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅲ卷）

【母题原题】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20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。

(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5.5 V和3.0 mA,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。

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(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2.2 kΩ。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10 V,内阻可忽略);当图中的输出电压达到或超过6.0 V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 (选填“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)见解析图

(2)1.8

(3)25.5 (4)R1 1.2

【解析】(1)由于毫安表的内阻比热敏电阻的阻值小不了很多,所以电流表采用外接法,滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)阻值较小,所以电路采用分压式,故电路图如图所示。

(2)由欧姆定律可得热敏电阻的阻值R=IU=AV3100.35.5

=1.8×103 Ω=1.8 kΩ。

(3)由图(a)可知,热敏电阻的阻值为2.2 kΩ时,室温约为25.5 ℃。

(4)由图(a)可知,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,而图中要求输出电压达到或超过6.0 V时,报警器报警,根据串联电路中电压与电阻成正比,可知R1 应使用热敏电阻。当热敏电阻的温度为50 ℃时,热敏电阻R1的阻值为0.8 kΩ,所以0.6100.612RR,解得另一固定电阻R2的阻值为1.2 kΩ。

【母题来源四】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（天津卷）

5 【母题原题】(2020·天津等级考)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0~3 V,内阻约为3 kΩ)

电流表(量程0~0.6 A,内阻约为1 Ω)

滑动变阻器(0~ 20 Ω,额定电流1 A)

待测电池组(电动势约为3 V,内阻约为1 Ω)

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 (选填“a”或“b”)端。

(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5 Ω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】(1)5 (2)a (3)2.9 0.80

【解析】(1)由于待测电池组阻值较小,应采用电流表外接法(相对电源),而图示为电流表内接法,故图中导线5连接不当;

(2)在实验开始前,为了保护电路,应将滑动变阻器的滑片P调节到阻值最大处,故滑片应置于滑动变阻器的a端;

(3)根据闭合电路欧姆定律E=U+I(R0+r)可知,当I=0时,U=E=2.9 V,图像斜率8.55.09.20rRk,则r=0.80 Ω。

【母题来源五】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（江苏卷）

【母题原题】(2020·江苏高考)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图甲所示,为电压表,为电流表,E为电源(电动势约6 V),R为滑动变阻器(最大阻值20 Ω),R0为定值电阻,S为开关。

(1)请用笔画线代替导线,将图乙所示的实物电路连接完整。

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(2)调节滑动变阻器,记录电压表和电流表的示数如表所示:

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,在图丙的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

(填序号)。

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)见解析图 (2)见解析图(3)非线性 (4)B、C

【解析】(1)根据题意连接电路如图

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(2)根据表格中数据描点,并用平滑的曲线连接各点如图

（3）根据图象可知该元件是非线性元件。

（4）选B、C。I-U图线上某点与原点连线的斜率为R1,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,对电流和电压的测量误差无影响,A错误,B正确;根据图象可知待测元件的电压范围小于1 V,而电源电动势为6 V,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允许调节范围变得非常小,难以调节,C正确,D错误。

【母题来源六】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（山东卷）

【母题原题】(2020·山东等级考)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