限时规范训练(十五)电学实验与创新建议用时45分钟，实际用时________1．图甲为多用电表的示意图，现用它测量一个阻值约为20 Ω的电阻，测量步骤如下：(1)调节________，使电表指针对准________(填“电阻”或“电流”)的“0”刻线．(2)将选择开关旋转到“Ω”挡的________位置(填“×1”“×10”“×100”或“×1 k”)．(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节________，使电表指针对准________(填“电阻”或“电流”)的“0”刻线．(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触，若电表读数如图乙所示，该电阻的阻值为________Ω.(5)测量完毕，将选择开关旋转到“OFF”位置．解析：(1)将选择开关拨到欧姆挡前，先要进行机械调零．方法是调节机械定位螺丝，使电表指针指在电流等于零的刻线位置．(2)用多用电表测20 Ω的电阻时，要把选择开关旋转到“Ω”挡“×1”的位置．(3)将红、黑表笔短接，进行欧姆调零．调节欧姆调零旋钮，使指针指在“Ω”挡的零刻线上．(4)由乙图读出该电阻的阻值为19.0 Ω.答案：(1)定位螺丝电流(2)×1(3)欧姆调零旋钮电阻(4)19.02．(2020·湖南五校联考)如图甲所示是一种测量电容器电容的实验电路图，实验是通过对高阻值电阻放电的方法，测出电容器充电至电压为U 时所带电荷量Q ，从而求出待测电容器的电容C .某同学在一次实验时的情况如下：A ．按图甲所示的电路图连接好电路；B ．闭合开关S ，调节电阻箱R 的阻值，使电流表的指针偏转接近满刻度，记下此时电流表的示数是I 0＝490 μA ，电压表的示数U 0＝8.0 V ；C ．断开开关S ，同时开始计时，每隔5 s 测量一次电流i 的值，将测得的数据填入表格，并标在图乙的坐标纸上(时间t 为横坐标，电流i 为纵坐标)，如图乙中小黑点所示．(1)在图乙中作出i -t 图线；(2)图乙中图线与坐标轴所围面积的物理意义是________________________；(3)该电容器的电容为________F(结果保留两位有效数字)；(4)若某同学实验时把电压表接在F 、D 两端，则电容的测量值比它的真实值________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)．解析：(1)用平滑的曲线连接各点，作出的图线如图所示．(2)由ΔQ ＝I Δt 知，i -t 图线与坐标轴所围的面积表示电荷量，即电容器开始放电时所带电荷量．(3)算出格子数，可得i -t 图象与坐标轴所围的面积Q ＝8.0×10－3 C ，则C ＝Q U ＝Q U 0＝8×10－38.0F ＝1.0×10－3 F. (4)若把电压表接在F 、D 两端，则电容器放电时，有一部分电荷量会从电压表中流过，使得通过电流表的电荷量小于电容器带的电荷量，从而使电容的测量值比它的真实值偏小．答案：(1)见解析图 (2)电容器所带电荷量(3)1.0×10－3(4)偏小3．(2020·湖北四地七校联考)在测定两节干电池的电动势和内阻的实验中，某同学用到的器材有一个电压表，一个电阻箱，一个定值电阻(R0＝15 Ω)，一个开关S，两节干电池，若干导线，其实验原理图如图甲所示．(1)在图乙的实物图中，部分电路已正确连接，请用笔画线代替导线将余下部分电路连接好．(2)改变电阻箱的阻值R，用电压表(量程0～1.5 V)测出定值电阻两端的电压U.下列三组电阻箱阻值R的调节范围方案中，比较合理的方案是________．A．15～75 ΩB．150～750 ΩC．1 500～7 500 Ω(3)开关S断开，调节电阻箱，读出其阻值R1，开关S闭合，读出电压表的示数U1；如此反复实验，测得多组正确的数据R2和U2，R3和U3，……使用测得的数据，在坐标纸上作出电压表示数的倒数1U与电阻箱的阻值R的关系图线如图丙所示，结合图线计算出两节干电池的电动势E＝________，内阻r＝________.(结果用a、b和R0表示)丙(4)用这个方法测得的内阻和真实值相比________(选填“偏大”“相等”或“偏小”)．解析：(1)如图所示．(2)根据欧姆定律，电路中的最大电流约为I max＝1.5 VR0＝0.1 A，所以电路中的最小电阻约为R min＝EI max ＝30.1Ω＝30 Ω，电压表的偏转角度一般大于量程的三分之一，故电路中的最大电阻约为R max ＝E I min ＝E 13I max ＝90 Ω，所以电阻箱的最大阻值约为(90－15) Ω＝75 Ω，最小阻值等于定值电阻的阻值，所以合理的方案是A.(3)根据闭合电路欧姆定律有I ＝E R 0＋R ＋r，I ＝U R 0，得1U ＝1ER 0R ＋R 0＋r ER 0，结合题图丙有1ER 0＝b a ，R 0＋r ER 0＝b ，解得E ＝a bR 0，r ＝a －R 0. (4)利用欧姆定律求出的电流只是R 0中的电流，由于电压表的分流作用，所以内阻的测量值偏小．答案：(1)见解析图 (2)A (3)a bR 0a －R 0 (4)偏小 4．(2020·山东日照上学期期末)电阻温度计是根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的．铂电阻温度计是最精确的温度计，因为铂的化学惰性，成为－272.5 ℃至961.78 ℃范围内的首选材料，其电阻与温度成一次函数关系．某实验小组利用如图甲所示的电路探究铂金属的温度特性．所用器材有：铂金丝R Pt ；电源；电流表；滑动变阻器R 1；电阻箱R 2；单刀开关S 1，单刀双掷开关S 2.实验步骤如下：①按电路图甲，连好实物图乙；②将R Pt 置于冰水混合物中，开关S 2与1接通，闭合S 1，调节R 1的滑片位置，使电流表的读数为I 0；③保持R 1的滑片位置不变，将R 2置于最大值，开关S 2与2接通，调节R 2，使电流表的读数仍为I 0；④断开S 2，记下此时R 2的读数100.0 Ω；⑤再将R Pt置于标准大气压下沸水中，重复上述过程，此时R2的读数为138.5 Ω.回答下列问题：(1)在图乙中，将实物连线补充完整；(2)闭合S1前，图乙中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；(3)在图坐标纸上作出R Pt-t图线；(4)当测得R2的阻值为247.09 Ω时，R Pt处在________ ℃的环境中(保留到个位数)；(5)实验后，小明用螺旋测微器测得铂金丝的直径如图丙所示，则铂金丝的直径为________ mm.解析：(1)按电路图连接实物图如图所示．(2)为了保护用电器，闭合开关前应将滑动变阻器的最大电阻接入电路中，即闭合S1前，题图乙中R1的滑片应移动到a端．(3)将R Pt置于冰水(0 ℃)混合物中，R Pt的电阻为100 Ω，将R Pt置于标准大气压下沸水(100 ℃)中，R Pt的电阻为138.5 Ω，其电阻与温度成一次函数关系，所以R Pt-t图线如图所示．(4)由图象可得，电阻与温度间的关系为：R Pt ＝100＋138.5－100100t ＝100＋0.385t 当测得R 2的阻值为247.09 Ω时，即R Pt 的电阻为247.09 Ω，代入解得：t ≈382 ℃.(5)螺旋测微器的读数：0.5 mm ＋20.6×0.01 mm ＝0.706 mm.答案：(1)见解析图 (2)a (3)见解析图 (4)382(5)0.706(0.704～0.708均可)5．(2020·宁夏银川一中高三下学期第一次模拟考试)一根均匀的细长空心金属圆管，其横截面如图甲所示，长度为L ，电阻R 约为5 Ω，这种金属的电阻率为ρ，因管线内径太小无法直接测量，某同学设计下列实验方案尽可能精确测定它的内径d ；(1)用螺旋测微器测量金属管线外径D ，图乙为螺旋测微器校零时的示数，用该螺旋测微器测量的管线外径读数为5.200 mm ，则所测金属管线外径D ＝_______mm.(2)为测量金属管线的电阻R ，取两节干电池(内阻不计)、开关和若干导线及下列器材：A ．电流表0～0.6 A ，内阻约0.05 ΩB ．电流表0～3 A ，内阻约0.01 ΩC ．电压表0～3 V ，内阻约10 kΩD ．电压表0～15 V ，内阻约50 kΩE ．滑动变阻器，0～10 Ω(额定电流为0.6 A)F ．滑动变阻器，0～100 Ω(额定电流为0.3 A)为准确测出金属管线阻值，电流表应选________，电压表应选______，滑动变阻器应选________．(填序号)(3)如图丙所示，请按实验要求用笔代线将实物图中的连线补充完整．(4)根据已知的物理量(长度L 、电阻率ρ)和实验中测量的物理量(电压表读数U 、电流表读数I 、金属管线外径D )，则金属管线内径表达式d ＝______________.解析：(1)螺旋测微器校零时的示数3.3×0.01 mm ＝0.033 mm螺旋测微器测量的管线外径读数为5.200 mm ，则所测金属管线外径D ＝5.200－0.033 mm＝5.167 mm.(2)两节新的干电池电动势为3 V ，因此电压表选择3 V 的量程，即为C ；因为电路中最大电流大约为I m ＝E R ＝35 A ＝0.6 A ，为了测量的精确，电流表应选择A ；滑动变阻器采用限流式接法，因为待测电阻较小，所以滑动变阻器选择E.(3)由于待测电阻的平方小于电压表与电流表内阻的乘积，属于小电阻，所以电流表采用外接法，滑动变阻器最大阻值大于被测电阻阻值，可采用限流接法，实物电路图如图所示．(4)该实验需要测量空心金属管的内径，通过欧姆定律测出电阻的大小，结合电阻定律测出横截面积，从而根据外径求出内径的大小．故所需测量的物理量为金属管的长度L 、金属管的外径D 、加在管两端的电压U 、通过管的电流强度I .据欧姆定律得，R ＝U I ，又R ＝ρL S，则S ＝ρLI U，因为S ＝π⎝⎛⎭⎫D 22－π⎝⎛⎭⎫d 22，解得：d ＝ D 2－4ρIL πU. 答案：(1)5.167 (2)A C E (3)见解析图(4) D 2－4ρIL πU 6．(2020·福建厦门市第一次质量检测)举世瞩目的嫦娥四号，其能源供给方式实现了新的科技突破：它采用同位素温差发电与热电综合利用技术结合的方式供能，也就是用航天器两面太阳翼收集的太阳能和月球车上的同位素热源两种能源供给探测器．图甲中探测器两侧张开的是光伏发电板，光伏发电板在外太空将光能转化为电能．某同学利用图乙所示电路探究某光伏电池的路端电压U 与电流I 的关系，图中定值电阻R 0＝5 Ω，设相同光照强度下光伏电池的电动势不变，电压表、电流表均可视为理想电表．(1)实验一：用一定强度的光照射该电池，闭合开关S ，调节滑动变阻器R 的阻值，通过测量得到该电池的U -I 曲线a (如图丁)．由此可知，该电源内阻是否为常数________(填“是”或“否”)，某时刻电压表示数如图丙所示，读数为________V ，由图象可知，此时电源内阻为________Ω.实验二：减小实验一光照的强度，重复实验，测得U -I 曲线b (如图丁)．(2)在实验一中当滑动变阻器的电阻为某值时路端电压为2.5 V ，则在实验二中滑动变阻器仍为该值时，滑动变阻器消耗的电功率为________W(计算结果保留两位有效数字)．解析：(1)由U -I 图象可知，因图象的斜率等于电源的内阻，可知电源内阻不是常数；电压表的量程为3.00 V ，则读数为1.50 V ；由题图丁中读出，此时电路中的电流为250 mA ，因电源的电动势为E ＝2.90 V ，可得此时电源的内阻r ＝E －U I ＝2.90－1.500.25Ω＝5.6 Ω. (2)在实验一中当滑动变阻器的电阻为某值时路端电压为2.5 V ，可得此时的电流为100mA ，则滑动变阻器的阻值为：R ＝U I －R 0＝2.50.1Ω－5 Ω＝20 Ω；则在实验二中滑动变阻器仍为该值时，此时外电路电阻为R 外＝R ＋R 0＝25 Ω，将此电阻的U -I 图线画在此电源的U -I 图象中，如图：直线与b 的交点为实验二中R ＝20 Ω时电路的工作点，此时I ＝60 mA ，则滑动变阻器消耗的电功率为P ＝I 2R ＝0.062×20 W ＝7.2×10－2 W.答案：(1)否 1.50 5.6(5.5～5.7均算正确)(2)7.2×10－2(7.0×10－2～7.4×10－2均算正确)。