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17.电学实验
1.(9 分)(2024 海南卷)用如图(a)所示的电路观察电容器的充、放电现象,实验器材有电源
E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关
S1、开关S2、导线若干。
(a)
(b)
(1)闭合开关S2,将S1接1,电压表示数增大,最后稳定在12.3 V。在此过程中,电流表的示
数 (填选项标号)。
A.一直稳定在某一数值
B.先增大,后逐渐减小为零
C.先增大,后稳定在某一非零数值
(2)先后断开开关S2、S1,将电流表更换成电流传感器,再将S1接2,此时通过定值电阻R
的电流方向为 (选填“a→b”或“b→a”),通过传感器将电流信息传入计算机,画
出电流随时间变化的I-t 图像,如图(b),t=2 s 时I=1.10 mA,图中M、N 区域面积比为8∶7,
可求出R= kΩ(保留2 位有效数字)。
2.(11 分)(2024 江西卷)某小组欲设计一种电热水器防触电装置,其原理是:当电热管漏电
时,利用自来水自身的电阻,可使漏电电流降至人体安全电流以下。为此,需先测量水的
电阻率,再进行合理设计。
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(1)如图甲所示,在绝缘长方体容器左右两侧安装可移动的薄金属板电极,将自来水倒入
其中,测得水的截面宽d=0.07 m 和高h=0.03 m。
(2)现有实验器材:电流表(量程300 μA,内阻RA=2 500 Ω)、电压表(量程3 V 或15 V,内阻
未知)、直流电源(3 V)、滑动变阻器、开关和导线。请在图甲中画线完成实物图连接。
甲
乙
(3)连接好电路,测量26 ℃的水在不同长度l 时的电阻值Rx。将水温升到65 ℃,重复测量。
绘出26 ℃和65 ℃水的Rx-l 图线,分别如图乙中a、b 所示。
(4)若Rx-l 图线的斜率为k,则水的电阻率表达式为ρ= (用k、d、h 表示)。实验结
果表明,温度 (选填“高”或“低”)的水更容易导电。
(5)测出电阻率后,拟将一段塑料水管安装于热水器出水口作为防触电装置。为保证出水
量不变,选用内直径为8.0×10-3 m 的水管。若人体的安全电流为1.0×10-3 A,热水器出水
温度最高为65 ℃,忽略其他电阻的影响(相当于热水器220 V 的工作电压直接加在水管
两端),则该水管的长度至少应设计为 m。(保留2 位有效数字)
3.(14 分)(2024 浙江6 月选考)在测绘发光二极管在导通状态下的伏安特性曲线实验中。
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(1)用多用电表电阻挡判断发光二极管的正负极选用×100 挡时,变换表笔与二极管两极
的连接方式,发现电表指针均不偏转。选用 (选填“×10”或“×1 k”)挡重新测试,
指针仍不偏转,更换二极管极性后,发现指针偏转,此时与多用电表红色表笔相连的是二
极管 (选填“正极”或“负极”)。
甲
乙
丙
(2)图甲是已完成部分连线的实物图,为实现电压可从零开始调节,并完成实验,P 应连接
(选填“a”“b”“c”或“d”)接线柱,Q 应连接 (选填“a”“b”“c”或“d”)接线柱。某次选
用多用电表量程为50 mA 挡测量,指针如图乙所示,则电流I= mA。
(3)根据测得数据,绘出伏安特性曲线如图丙所示,说明该二极管是 (选填“线
性”或“非线性”)元件,正常发光时电压在 V 范围。
4.(16 分)(2024 新课标卷)学生实验小组要测量量程为3 V 的电压表V 的内阻RV。可选
用的器材有:多用电表,电源E(电动势5 V),电压表V1(量程5 V,内阻约3 kΩ),定值电阻
4
R0(阻值为800 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ),开关S,
导线若干。
完成下列填空:
(1)利用多用电表粗测待测电压表的内阻。首先应 (把下列实验步骤前的字母按
正确操作顺序排列)。
A.将红、黑表笔短接
B.调节欧姆调零旋钮,使指针指向零欧姆
C.将多用电表选择开关置于电阻挡“×10”位置
再将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的 (选填“正极、负极”
或“负极、正极”)相连,电阻表的指针位置如图甲中虚线Ⅰ所示。为了减少测量误差,
应将选择开关旋转到电阻挡 (选填“×1”“×100”或“×1k”)位置,重新调节后,测
量得到指针位置如图甲中实线Ⅱ所示,则粗测得到的该电压表内阻为 kΩ(结果保
留1 位小数)。
甲
乙
(2)为了提高测量精度,他们设计了如图乙所示的电路,其中滑动变阻器应选 (选
填“R1”或“R2”),闭合开关S 前,滑动变阻器的滑片应置于 (选填“a”或“b”)端。
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(3)闭合开关S,滑动变阻器滑片滑到某一位置时,电压表V1和待测电压表的示数分别为
U1、U,则待测电压表内阻RV= (用U1、U 和R0表示)。
(4)测量得到U1=4.20 V,U=2.78 V,则待测电压表内阻RV= kΩ(结果保留3 位有
效数字)。
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参考答案
1.答案 (1)B
(2)a→b 5.2
解析 (1)电容器充电过程中,当电路刚接通后,电流表示数从0 增大至某一最大值,后随着
电容器的不断充电,电路中的充电电流在减小,当充电结束电路稳定后,此时电路相当于
开路,电流为零,故选B。
(2)根据电路图可知充电结束后电容器上极板带正电,将S1接2,电容器放电,此时通过定
值电阻R 的电流方向为a→b;t=2 s 时,I=1.10 mA,可知此时电容器两端的电压为U2=IR,
电容器开始放电前两端电压为12.3 V,根据I-t 图像与横轴围成的面积表示放出的电荷量
可得,0~2 s 间放出的电荷量为Q1=ΔU·C=(12.3 V-1.10×10-3 A×R)C,2 s 后到放电结束放出
的电荷量为Q2=ΔU'·C=1.10×10-3 A·RC,根据题意Q1
Q2
= 8
7,解得R=5.2 kΩ。
2.答案 (2)见解析图
(4)hdk 高
(5)0.46
解析 (2)题目明确给出了电流表的内阻RA=2 500 Ω,故采用“电流表内接法”,电源电动
势是3 V,电压表量程选3 V,实物图连接如图所示。
(4)由电阻定律得Rx=ρ l
dh = ρ
dh
·l,知k= ρ
dh
,故ρ=hdk。
由题图乙可知,同等情况下图线b 代表的电阻更小,更容易导电。而图线b 代表65 ℃时
的图线,故温度高的水更容易导电。
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(5)由电阻定律得Rx=ρ l
S
,其中S=1
4
πD2
由题图乙知ρ=hdk=0.03×0.07×8×10
3
0.7
Ω·m=24 Ω·m
由欧姆定律得Rx=U
I
联立解得l=π U D
2
4 Iρ
=
π ×220×(8.0×10
-3)
2
4×1.0×10
-3×24
m=0.46 m。
3.答案 (1)×1 k 负极
(2)a d 45.0
(3)非线性 2.0~2.5
解析 (1)指针未偏转,说明可能电阻过大,应换用×1 k 挡继续实验;根据“红进黑出”原则
及二极管单向导电性可知与红色表笔相连的是二极管负极。
(2)实现电压可从零开始调节,滑动变阻器采用分压式接法,P 应连接a;根据题图丙可知电
压表选取0~3 V 量程,故Q 接d;多用电表选用量程为50 mA 挡测量,分度值为1 mA,需要
估读到0.1 mA,故多用电表的读数为4×10 mA+5×1 mA+0×0.1 mA=45.0 mA。
(3)根据题图丙可知I 随U 非线性变化,故说明该二极管是非线性元件,根据题图丙可知正
常发光时即有电流通过时电压在2.0~2.5 V 范围。
4.答案 (1)CAB 负极、正极 ×100 1.6
(2)R1 a
(3) U R0
U 1-U
(4)1.57
解析 (1)利用多用电表粗测待测电压表的内阻。首先应选择电阻挡,接着将红、黑表笔
短接,再调节欧姆调零旋钮,使指针指向零欧姆,故操作顺序为CAB。由“红进黑出”可
知,多用电表的红、黑表笔应该分别与待测电压表的“负极、正极”相连。由题图甲中
虚线Ⅰ可知,其偏转角度较小,即倍率选择过小,为了减少测量误差,应将选择开关旋转到
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电阻挡倍率较大处,而“×1k”倍率又过大,故应选择电阻挡“×100”的位置。由题图甲中
实线Ⅱ可知,粗测得到的该电压表内阻为R=16.0×100 Ω=1.6 kΩ。
(2)题图甲所示电路图为分压式接法,应选阻值小的滑动变阻器,故应选R1,为保证安全,闭
合开关S 前,滑动变阻器的滑片应置于a 端。
(3)通过R0的电流为I=U 1-U
R0
,所以待测电压表的内阻为RV=U
I = U R0
U 1-U 。
(4)代入数据得,
RV= 2.78×800
4.20-2.78
Ω=1.57 kΩ。
