電學實驗高考真題賞析

■本刊編輯部

電學實驗高考真題賞析

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1.(2 0 1 3年山東卷)霍爾效應是電磁基本現象之一,近期我國科學家在該領域的實驗研究上取得了突破性進展。如圖1所示,在一矩形半導體薄片的P、Q間通入電流I,同時外加與薄片垂直的磁場B,在M、N間出現電壓UH,這個現象稱為霍爾效應,UH稱為霍爾電壓,且滿足,式中d為薄片的厚度,K為霍爾系數。某同學通過實驗來測定該半導體薄片的霍爾系數。

圖1

(1)若該半導體材料是空穴(可視為帶正電粒子)導電,電流與磁場方向如圖所示,該同學用電壓表測量UH時,應將電壓表的“+”接線柱與(填“M”或“N”)端通過導線相連。

(2)已知薄片厚度d=0.4 0mm,該同學保持磁感應強度B=0.1 0T不變,改變電流I的大小,測量相應的UH值,記錄數據如表1所示。

表1

根據表中數據在圖2中畫出UH-I圖像,利用圖像求出該材料的霍爾系數為× 1 0-3Ω·m/T(保留兩位有效數字)。

圖2

圖3

(3)該同學查閱資料發(fā)現,使通過半導體薄片中的電流反向,再次測量霍爾系數K,取兩個方向測量的平均值,可以減小霍爾系數的測量誤差。為此該同學設計了如圖3所示的測量電路,S1、S2均為單刀雙擲開關,虛線框內為半導體薄片(未畫出)。為使電流從Q端流入,P端流出,應將S1擲向(填“a”或“b”),S2擲向(填“c”或“d”)。

為了保證測量安全,該同學改進了測量電路,將一合適的定值電阻串聯在電路中,在保持其他連接不變的情況下,該定值電阻應串聯在相鄰器件和(填器件代號)間。

2.(2 0 1 3年江蘇卷)為探究小燈泡的電功率P和電壓U的關系,小明測量小燈泡的電壓U和電流I,利用P=U I得到電功率。實驗所使用的小燈泡規(guī)格為“3.0V 1.8W”,電源為1 2V的電池,滑動變阻器的最大阻值為1 0Ω。

(1)準備使用的實物電路如圖4所示。請將滑動變阻器接入電路的正確位置。(用筆畫線代替導線)

圖4

(2)現有1 0Ω、2 0Ω和5 0Ω的定值電阻,電路中的電阻R1應選Ω的定值電阻。

(3)測量結束后,應先斷開開關,拆除兩端的導線,再拆除其他導線,最后整理好器材。

圖5

(4)小明處理數據后將P、U2描點在坐標紙上,并作出了一條直線,如圖5所示。請指出圖像中不恰當的地方。

3.(2 0 1 4年北京卷)利用電流表和電壓表測定一節(jié)干電池的電動勢和內阻。要求盡量減小實驗誤差。

(1)應該選擇的實驗電路是圖6中的(選填“甲”或“乙”)。

圖6

(2)現有電流表(0～0.6A),開關和導線若干,以及以下器材：

A.電壓表(0～1 5V)

B.電壓表(0～3V)

C.滑動變阻器(0～5 0Ω)

D.滑動變阻器(0～5 0 0Ω)

實驗中電壓表應選用,滑動變阻器應選用(選填相應器材前的字母)。

4.(2 0 1 4年福建卷)某研究性學習小組利用伏安法測定某一電池組的電動勢和內阻,實驗原理如圖7所示,其中,虛線框內為用靈敏電流計G并聯定值電阻R1改裝的電流表A,V為標準電壓表,E為待測電池組,S為開關,R為滑動變阻器,R0是標稱值為4.0Ω的定值電阻。

圖7

(1)某次實驗的數據如表2所示。該小組借鑒“研究勻變速直線運動”實驗中計算加速度的方法(逐差法),計算出電池組的內阻r=Ω(保留兩位小數);為減小偶然誤差,逐差法在數據處理方面體現出的主要優(yōu)點是。

表2

(2)該小組在前面實驗的基礎上,為探究圖7電路中各元器件的實際阻值對測量結果的影響,用一已知電動勢和內阻的標準電池組通過上述方法多次測量后發(fā)現：電動勢的測量值與已知值幾乎相同,但內阻的測量值總是偏大。若測量過程無誤,則內阻測量值總是偏大的原因是。

A.電壓表內阻的影響

B.滑動變阻器的最大阻值偏小

C.R1的實際阻值比計算值偏小

D.R0的實際阻值比標稱值偏大

圖8

5.(2 0 1 4年全國Ⅰ卷)利用如圖8所示電路可以測量電源的電動勢和內阻。所用的實驗器材有：待測電源,電阻箱R(最大阻值9 9 9.9Ω),電阻R0(阻值為3.0Ω),電阻R1(阻值為3.0Ω),電流表A(量程為2 0 0mA,內阻RA=6.0Ω),開關S。實驗步驟如下：①將電阻箱的阻值調到最大,閉合開關S;②多次調節(jié)電阻箱,記下電流表的示數I和電阻箱相應的阻值R2;③以為縱坐標, R為橫坐標,作-R圖像(用直線擬合);

回答下列問題：

(2)實驗得到的部分數據如表3所示,其中電阻R=3.0Ω時電流表的示數如圖9所示,讀出數據,完成表格。

答：①,②。

圖9

表3

(3)在如圖1 0所示的坐標紙上將所缺數據點補充完整并作圖,根據圖像求得斜率k=A-1·Ω-1,縱軸截距b=A-1。

圖1 0

(4)根據圖像求得電源的電動勢E=

V,內阻r=Ω。

6.(2 0 1 5年全國I卷)如圖1 1甲所示為某同學改裝和校準毫安表的電路圖,其中虛線框內是毫安表的改裝電路。

(1)已知毫安表表頭的內阻為1 0 0Ω,滿偏電流為1mA;R1和R2為阻值固定的電阻。若使用a和b兩個接線柱,電表量程為3mA;若使用a和c兩個接線柱,電表量程為1 0mA。由題給條件和數據,可以求出R1=Ω,R2=Ω。

(2)現用一量程為3mA、內阻為1 5 0Ω的標準電流表A對改裝電表的3mA擋進行校準,校準時需選取的刻度為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mA。電池的電動勢為1.5V,內阻忽略不計;定值電阻R0有兩種規(guī)格,阻值分別為3 0 0Ω和1 0 0 0Ω;滑動變阻器R有兩種規(guī)格,最大阻值分別為7 5 0Ω和30 0 0Ω。則R0應選用阻值為Ω的電阻,R應選用最大阻值為Ω的滑動變阻器。

圖1 1

(3)若電阻R1和R2中有一個因損壞而阻值變?yōu)闊o窮大,利用如圖1 1乙所示的電路可以判斷出損壞的電阻。圖乙中的R'為保護電阻,虛線框內未畫出的電路即為圖甲虛線框內的電路,則圖中的d點應和接線柱(填“b”或“c”)相連。判斷依據是。

參考答案：

1.(1)M (2)如圖1 2所示 1.5 (3)b c S1(或S2) E

圖1 2

2.(1)如圖1 3所示 (2)1 0 (3)電池(4)圖像不應畫為直線;橫坐標的標度不恰當。

圖1 3

3.(1)甲 (2)B C

4.(1)1.6 6 充分利用實驗數據,減小偶然誤差 (2)D

圖1 4

6.(1)1 5 3 5 (2)3 0 0 30 0 0 (3)c

閉合開關時,若電表指針偏轉,則損壞的電阻是R1,若電表指針不動,則損壞的電阻是R2

(責任編輯 張 巧)