电学实验高考真题赏析

■本刊编辑部

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1.(2 0 1 3年山东卷)霍尔效应是电磁基本现象之一,近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展。如图1所示,在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,在M、N间出现电压UH,这个现象称为霍尔效应,UH称为霍尔电压,且满足,式中d为薄片的厚度,K为霍尔系数。某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数。

图1

(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电,电流与磁场方向如图所示,该同学用电压表测量UH时,应将电压表的“+”接线柱与(填“M”或“N”)端通过导线相连。

(2)已知薄片厚度d=0.4 0mm,该同学保持磁感应强度B=0.1 0T不变,改变电流I的大小,测量相应的UH值,记录数据如表1所示。

表1

根据表中数据在图2中画出UH-I图像,利用图像求出该材料的霍尔系数为× 1 0-3Ω·m/T(保留两位有效数字)。

图2

图3

(3)该同学查阅资料发现,使通过半导体薄片中的电流反向,再次测量霍尔系数K,取两个方向测量的平均值,可以减小霍尔系数的测量误差。为此该同学设计了如图3所示的测量电路,S1、S2均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄片(未画出)。为使电流从Q端流入,P端流出,应将S1掷向(填“a”或“b”),S2掷向(填“c”或“d”)。

为了保证测量安全,该同学改进了测量电路,将一合适的定值电阻串联在电路中,在保持其他连接不变的情况下,该定值电阻应串联在相邻器件和(填器件代号)间。

2.(2 0 1 3年江苏卷)为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系,小明测量小灯泡的电压U和电流I,利用P=U I得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0V 1.8W”,电源为1 2V的电池,滑动变阻器的最大阻值为1 0Ω。

(1)准备使用的实物电路如图4所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。(用笔画线代替导线)

图4

(2)现有1 0Ω、2 0Ω和5 0Ω的定值电阻,电路中的电阻R1应选Ω的定值电阻。

(3)测量结束后,应先断开开关,拆除两端的导线,再拆除其他导线,最后整理好器材。

图5

(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上,并作出了一条直线,如图5所示。请指出图像中不恰当的地方。

3.(2 0 1 4年北京卷)利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻。要求尽量减小实验误差。

(1)应该选择的实验电路是图6中的(选填“甲”或“乙”)。

图6

(2)现有电流表(0～0.6A),开关和导线若干,以及以下器材：

A.电压表(0～1 5V)

B.电压表(0～3V)

C.滑动变阻器(0～5 0Ω)

D.滑动变阻器(0～5 0 0Ω)

实验中电压表应选用,滑动变阻器应选用(选填相应器材前的字母)。

4.(2 0 1 4年福建卷)某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻,实验原理如图7所示,其中,虚线框内为用灵敏电流计G并联定值电阻R1改装的电流表A,V为标准电压表,E为待测电池组,S为开关,R为滑动变阻器,R0是标称值为4.0Ω的定值电阻。

图7

(1)某次实验的数据如表2所示。该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法),计算出电池组的内阻r=Ω(保留两位小数);为减小偶然误差,逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是。

表2

(2)该小组在前面实验的基础上,为探究图7电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响,用一已知电动势和内阻的标准电池组通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同,但内阻的测量值总是偏大。若测量过程无误,则内阻测量值总是偏大的原因是。

A.电压表内阻的影响

B.滑动变阻器的最大阻值偏小

C.R1的实际阻值比计算值偏小

D.R0的实际阻值比标称值偏大

图8

5.(2 0 1 4年全国Ⅰ卷)利用如图8所示电路可以测量电源的电动势和内阻。所用的实验器材有：待测电源,电阻箱R(最大阻值9 9 9.9Ω),电阻R0(阻值为3.0Ω),电阻R1(阻值为3.0Ω),电流表A(量程为2 0 0mA,内阻RA=6.0Ω),开关S。实验步骤如下：①将电阻箱的阻值调到最大,闭合开关S;②多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R2;③以为纵坐标, R为横坐标,作-R图像(用直线拟合);

回答下列问题：

(2)实验得到的部分数据如表3所示,其中电阻R=3.0Ω时电流表的示数如图9所示,读出数据,完成表格。

答：①,②。

图9

表3

(3)在如图1 0所示的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,根据图像求得斜率k=A-1·Ω-1,纵轴截距b=A-1。

图1 0

(4)根据图像求得电源的电动势E=

V,内阻r=Ω。

6.(2 0 1 5年全国I卷)如图1 1甲所示为某同学改装和校准毫安表的电路图,其中虚线框内是毫安表的改装电路。

(1)已知毫安表表头的内阻为1 0 0Ω,满偏电流为1mA;R1和R2为阻值固定的电阻。若使用a和b两个接线柱,电表量程为3mA;若使用a和c两个接线柱,电表量程为1 0mA。由题给条件和数据,可以求出R1=Ω,R2=Ω。

(2)现用一量程为3mA、内阻为1 5 0Ω的标准电流表A对改装电表的3mA挡进行校准,校准时需选取的刻度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mA。电池的电动势为1.5V,内阻忽略不计;定值电阻R0有两种规格,阻值分别为3 0 0Ω和1 0 0 0Ω;滑动变阻器R有两种规格,最大阻值分别为7 5 0Ω和30 0 0Ω。则R0应选用阻值为Ω的电阻,R应选用最大阻值为Ω的滑动变阻器。

图1 1

(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大,利用如图1 1乙所示的电路可以判断出损坏的电阻。图乙中的R'为保护电阻,虚线框内未画出的电路即为图甲虚线框内的电路,则图中的d点应和接线柱(填“b”或“c”)相连。判断依据是。

参考答案：

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

图1 2

2.(1)如图1 3所示 (2)1 0 (3)电池(4)图像不应画为直线;横坐标的标度不恰当。

图1 3

3.(1)甲 (2)B C

4.(1)1.6 6 充分利用实验数据,减小偶然误差 (2)D

图1 4

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

闭合开关时,若电表指针偏转,则损坏的电阻是R1,若电表指针不动,则损坏的电阻是R2

(责任编辑 张 巧)