电学压轴实验题（全国甲卷和Ⅰ卷）-2023年高考物理十年压轴真题题型解读与模拟预测（解析版）

电学压轴实验题（全国甲卷和Ⅰ卷）高考物理电学压轴实验题是考查学生物理学科实验操作能力高低的试金石，表现为综合性强、求解难度大、对考生的设计实验能力和实验数据的处理的能力要求高等特点。命题范围1.描绘小灯泡的伏安特性曲线（压轴指数★★★）2、伏安法测量未知电阻（压轴指数★★★★）3、半偏法测量电表内阻（压轴指数★★★★）4、测量电阻丝的电阻率（压轴指数★★★★）5.特殊方法测电阻（压轴指数★★★★★）6.电源电动势和内阻的测量（压轴指数★★★★★）7.练习使用多用电表（压轴指数★★★）8.观察电容器充放电现象（压轴指数★★★）9.探究影响感应电流方向因素（压轴指数★★★★）10.探究变压器原、副线圈与匝数的关系（压轴指数★★★★★）11.利用传感器制作简单的自动控制装置（压轴指数★★★）二、命题类型1.单一电学实验型。物理情境选自学习探究情境，物理量的测量有：电流的测量、电压的测量、电阻的测量。注意实验原理和数据处理的方法，含有图像的数据处理题目要挖掘图像的斜率、截距等表示的物理意义。2.综合电学实验型。对于电学创新实验，实验中测量多个物理量，并寻找它们之间的内在联系，用实验数据总结物理规律。1．（2016·全国·高考真题）现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过时就会报警），电阻箱（最大阻值为999.9Ω），直流电源（输出电压为U，内阻不计），滑动变阻器（最大阻值为1000Ω），滑动变阻器（最大阻值为2000Ω），单刀双掷开关一个，导线若干．在室温下对系统进行调节，已知U约为18V，约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60℃时阻值为650.0Ω．（1）在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线_________．（2）在电路中应选用滑动变阻器________（填“”或“”）．（3）按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为______Ω；滑动变阻器的滑片应置于______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是______．②将开关向______（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至______．（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．【答案】    连线如图所示：    R2    650.0    b    接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏    c    报警器开始报警【解析】试题分析：（1）电路连线如图．（2）在室温下对系统进行调节，已知U约为18V，约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏，可知外电阻的取值范围大约是，报警器的电阻是650.0Ω，所以滑动变阻器的取值范围在250Ω到1150Ω之间，所以滑动变阻器应该选R2．（3）①本题采用的是等效替换法，先用变阻箱来代替热敏电阻，所以变阻箱的阻值要调节到热敏电阻的临界电阻也就是在60℃时阻值为650.0Ω；为防止接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏，滑动变阻器的滑片应置于b端；②先把变阻箱的电阻接入电路，调节滑动变阻器的电阻，调至报警器开始报警时，保持滑动变阻器的阻值不变，接到热敏电阻上，当热敏电阻的阻值是650.0Ω时，也就是温度达到了60℃，报警器开始报警．【考点定位】闭合电路欧姆定律的应用、等效替换法【名师点睛】本题主要考查闭合电路欧姆定律的应用、等效替换法．要特别注意本题使用了等效替换法，先用电阻箱的阻值来代替热敏电阻来调节电路，再接入热敏电阻时，就可以直接工作，这种做法灵活、方便、安全．2．（2022·全国·统考高考真题）某同学要测量微安表内阻，可利用的实验器材有：电源E（电动势，内阻很小），电流表（量程，内阻约），微安表（量程，内阻待测，约），滑动变阻器R（最大阻值），定值电阻（阻值），开关S，导线若干。（1）在答题卡上将图中所示的器材符号连线，画出实验电路原理图_____；（2）某次测量中，微安表的示数为，电流表的示数为，由此计算出微安表内阻_____。【答案】    见解析    990【解析】（1）[1]为了准确测出微安表两端的电压，可以让微安表与定值电阻R0并联，再与电流表串联，通过电流表的电流与微安表的电流之差，可求出流过定值电阻R0的电流，从而求出微安表两端的电压，进而求出微安表的内电阻，由于电源电压过大，并且为了测量多组数据，滑动电阻器采用分压式解法，实验电路原理图如图所示（2）[2]流过定值电阻R0的电流加在微安表两端的电压微安表的内电阻3．（2021·全国·高考真题）某同学用图（a）所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有：小灯泡（额定电压2.5V，额定电流0.3A）电压表（量程300mV，内阻300）电流表（量程300mA，内阻0.27）定值电阻R0滑动变阻器R1（阻值0-20）电阻箱R2（最大阻值9999.9）电源E（电动势6V，内阻不计）开关S、导线若干。完成下列填空：（1）有3个阻值分别为10、20、30的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在0~300mA的U-I曲线，R0应选取阻值为___________的定值电阻；（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的___________（填“a”或“b”）端；（3）在流过电流表的电流较小时，将电阻箱R2的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数U、I，结果如图（b）所示。当流过电流表的电流为10mA时，小灯泡的电阻为___________（保留1位有效数字）；（4）为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V，该同学经计算知，应将R2的阻值调整为_______。然后调节滑动变阻器R1，测得数据如下表所示：U/mV24.046.076.0110.0128.0152.0184.0216.0250.0I/mA140.0160.0180.0200.0220.0240.0260.0280.0300.0（5）由图（b）和上表可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻___________（填“增大”“减小”或“不变”）；（6）该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160mA，可得此时小灯泡电功率P1=_______W（保留2位有效数字）；当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡的电功率为P2，则=_______（保留至整数）。【答案】    10    a    0.7    2700    增大    0.074    10【解析】（1）[1]因为小灯泡额定电压2.5V，电动势6V，则滑动滑动变阻器时，为了保证电路安全，需要定值电阻分担的电压则有则需要描绘小灯泡在0~300mA的伏安特性曲线，即R0应选取阻值为10；（2）[2]为了保护电路，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的a端；（3）[3]由图可知当流过电流表的电流为10mA时，电压为7mV，则小灯泡的电阻为（4）[4]由题知电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V时，有解得（5）[5]由图（b）和表格可知流过小灯泡电流增加，图像中变大，则灯丝的电阻增大；（6）[6]根据表格可知当电流为160mA时，电压表的示数为46mA，根据（4）的分析可知此时小灯泡两端电压为0.46V，则此时小灯泡电功率P1=0.46V×0.16A≈0.074W[7]同理可知当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡两端电压为2.5V，此时小灯泡电功率P2=2.5V×0.3A=0.75W故有4．（2020·全国·统考高考真题）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1kΩ，电流表内阻为0.5Ω。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________（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________（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】    、    I        【解析】(1)[1]若将电压表接在、之间，则根据一次函数关系可知对应斜率为。若将电压表接在、之间，电流表分压为根据欧姆定律变形可知解得根据一次函数可知对应斜率为，对比图像的斜率可知所以II图线是采用电压表跨接在、之间。（2）[2]因为待测电阻为几十欧姆的电阻，通过图像斜率大致估算待测电阻为左右，根据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、之间，所以选择图线I得到的结果较为准确。[3]根据图像可知[4]考虑电流表内阻，则修正后的电阻为5．（2019·全国·高考真题）某同学要将一量程为250μA的微安表改装为量程为20mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1200Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图（a）所示电路对改装后的电表进行检测（虚线框内是改装后的电表）。（1）根据图（a）和题给条件，将（b）中的实物连接。()（2）当标准毫安表的示数为16.0mA时，微安表的指针位置如图（c）所示，由此可以推测出改装的电表量程不是预期值，而是___________。（填正确答案标号）A．18mA          B．21mAC．25mA              D．28mA（3）产生上述问题的原因可能是___________。（填正确答案标号）A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1200ΩB．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1200ΩC．R值计算错误，接入的电阻偏小D．R值计算错误，接入的电阻偏大（4）要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k=___________。【答案】        C    AC    【解析】（1）[1]电表改装时，微安表应与定值电阻R并联接入虚线框内，则实物电路连接如下图所示：（2）[2]由标准毫安表与该装表的读数可知，改装后的电流表，实际量程被扩大的倍数为倍故当原微安表表盘达到满偏时，实际量程为：，故本小题选C；（3）[3]根据得改装后的量程偏大的原因可能是，原微安表内阻测量值偏小，即电表实际内阻真实值，大于1200Ω；或者因为定值电阻R的计算有误，实际接入定值电阻R阻值偏小，分流过大。故本小题选AC；（4）[4]由于接入电阻R时，改装后的表实际量程为25mA，故满足要想达到预期目的，即将微安表改装为量程为20mA电流表，应满足其中，联立解得或6．（2023·高三课时练习）某实验小组利用如图所示的电路探究在范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻，其标称阻值（时的阻值）为；电源（，内阻可忽略）；电压表（量程）；定值电阻（阻值为），滑动变阻器（最大阻值为）；电阻箱（阻值范围）；单刀开关，单刀双掷开关。实验时，先按图连接好电路，再将温控室的温度升至。将与1端接通，闭合，调节的滑片位置，使电压表读数为某一值；保持的滑片位置不变，将置于最大值，将与2端接通，调节，使电压表读数仍为；断开，记下此时的读数。逐步降低温控室的温度，得到相应温度下的阻值，直至温度降到。实验得到的数据见下表。25.030.040.050.060.070.080.0900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列问题：（1）在闭合前，图中的滑片应移动到