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专题17　电学实验
　　
1.电容器储存电荷的特性可用电容来表征。某一固定电容器外观如图1所示，在观察电容器的充、放电实验中，实验电路图如图2所示。
（1）某一固定电容器外观如图1所示，下列说法正确的是　　　　。
A.35表示额定电压 B.35表示击穿电压
C.2 200表示电荷量 D.2 200表示电容
（2）电容器在整个充放电过程中的电流i随时间t的图像和两极板电压U与时间t的图像，可能正确的是　　　　。
（3）用电流传感器替换灵敏电流计，测出电路中的电流随时间变化的图像如图3所示，电源电压为8 V，则电容器的电容约为　　　　F。（保留2位有效数字）
2.（1）a.小明在做实验时，发现一个色环电阻的外漆脱落，如图1所示，于是用多用电表测量该电阻Rx。小明正确操作后，多用电表的指针位置如图2所示，则Rx＝　　　　Ω。
b.小林认为用多用电表测量电阻误差较大，采用伏安法测量。图3是部分连接好的实物电路图，请用电流表内接法完成接线并在图3中画出。
c.小林用电流表内接法和外接法分别测量了该色环电阻的伏安特性，并将得到的电流、电压数据描到U-I图像上，如图4所示。请你选择一组合理的数据点，求出该色环电阻的电阻为　　　　Ω。
（2）两个相同的电流表G1和G2按如图5所示的方式连接，晃动G1表，当指针向左偏时，静止的G2表的指针　　　　（选填“向左偏”“向右偏”或“来回振动”）。
3.某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。
（1）该实验中变压器原线圈接线柱接入学生电源应该选择哪种接法　　　（选填“A”或“B”）。
（2）实验开始前，小艺同学没有使用铁芯组装变压器，而是直接将一个线圈接入电源，另外一个线圈接电压表，保持电源输入电压、两个线圈接入的匝数不变，逐渐将两个线圈相互靠近的过程中，观察到电压表的读数　　　（选填“变大”“变小”或“不变”）。
（3）在正确组装变压器后，甲、乙、丙三位同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压U2与原线圈电压U1、原线圈的匝数n1以及副线圈的匝数n2的关系，将实验数据绘制成甲、乙、丙三幅图像，哪个同学的实验结果有误　　　（选填“甲”“乙”或“丙”）。
（4）小琳同学在某次实验中选择厂家标注匝数nA＝200匝的线圈A作为原线圈，厂家标注匝数nB＝100匝的线圈B作为副线圈，分别接入不同输入电压U1，测得对应的输出电压U2，得到实验数据如表所示；分析下列可能的原因，你认为正确的有　　　（多选）。
实验次数 nA/匝 nB/匝 U1/V U2/V
1 200 100 8.2 4.0
2 200 100 6.1 2.9
3 200 100 4.0 1.9
A.原、副线圈的电压的频率不相等
B.变压器线圈中有电流通过时会发热
C.铁芯在交变磁场的作用下会发热
D.穿过副线圈的磁通量大于穿过原线圈的磁通量
4.在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中，请回答下列问题。
（1）为弄清灵敏电流表指针摆动方向与电流方向的关系，可以使用一个已知正负极性的直流电源进行探究。某同学想到了多用电表内部某一挡，含有直流电源，他应选用多用电表的　　　　 　（选填“欧姆”“直流电流”“直流电压”“交流电流”或“交流电压”）挡，对灵敏电流表进行测试，由实验可知当电流从正接线柱流入电流表时，指针向右摆动。
（2）该同学先将多用电表的红表笔接灵敏电流表的正接线柱。再将黑表笔　　　　 　（选填“短暂”或“持续”）接灵敏电流表的负接线柱。若灵敏电流表的指针向左摆动，说明电流由电流表的　　　　（选填“正”或“负”）接线柱流入灵敏电流表的。
（3）实验中，该同学将磁铁某极向下从线圈上方插入线圈时，发现电流表的指针向右偏转，请在图甲中用箭头画出线圈电流方向并用字母N、S标出磁铁的极性。
（4）另一位同学利用图乙所示的实验器材来研究电磁感应现象及判定感应电流方向。在给出的实物图中，已用实线作为导线连接了部分实验电路。
①请用实线作为导线从箭头1和2处开始完成其余部分电路的连接；
②将L1插入L2后，下列实验操作产生的感应电流与合上开关时产生的感应电流方向相同的是　　　　。
A.闭合开关，稳定后拔出软铁棒
B.闭合开关，稳定后拔出线圈L1
C.闭合开关，稳定后使变阻器滑片P左移
D.闭合开关，稳定后断开开关
5.某同学研究小灯泡的伏安特性，要求测量数据尽量精确，绘制曲线完整，所使用的器材有：
小灯泡L（额定电压3.8 V，额定电流0.32 A）；
电压表 V（量程0～3 V，内阻3 kΩ）；
电流表A（量程0～400 mA，内阻1 Ω）；
定值电阻R1（阻值1 000 Ω）；
滑动变阻器R（阻值0～9.0 Ω）；
电源E（电动势5 V，内阻不计）；
开关S，导线若干。
（1）实验中，电压表的量程偏小，需要将电压表与定值电阻R1串联，改装后的电压表的量程为　　　　 V。
（2）画出实验电路原理图。
（3）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图所示。由实验曲线可知，当小灯泡两端的电压为1.4 V时，小灯泡的电阻为　　　　Ω（结果保留1位小数），随着小灯泡两端电压的增加小灯泡的电阻　　　　（选填“增大”“减小”或“不变”）。
6.城市街道的路灯常用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关从而实现自动控制，光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图甲所示（照度反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx）。
（1）该同学首先利用多用电表欧姆挡中的“×100”挡粗测该光敏电阻在某状态下的阻值，示数如图乙所示，则此时光敏电阻的阻值R1＝　　　　Ω。
（2）利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，在夜晚打开。为模拟自动照明控制系统，某同学选用图丙所示的路灯自动控制的模拟电路图，用直流电路给电磁铁供电作为控制电路，用220 V交流电源给路灯供电。为了实现根据光照情况控制路灯通断，请用笔画线代替导线，正确连接电路图。
（3）图丙中直流电源的电动势E＝15 V，内阻忽略不计，电磁铁线圈电阻为400 Ω，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1（0～100 Ω）、R2（0～1 500 Ω）、R3（0～3 000 Ω），当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的衔铁将被吸合。要求天色渐暗，照度降低至20 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择　　　　（选填“R1”“R2”或“R3”）。
（4）小明同学想利用丙图为自己家的车库设计自动开门装置，当车灯照到光敏电阻上时，开门电动机启动打开车库的门。开门电动机应连接在　　　　（选填“A、B”“B、C”或“A、C”）接线柱上。
7.某研究性学习小组准备测量某些常见电池的电动势和内阻。
（1）甲同学打算利用伏安法测量铅蓄电池（电动势约为2 V，内阻较小）的电动势E和内阻r，现有下列器材可供选用。
A.定值电阻（阻值为4 Ω，额定电流1.5 A）
B.定值电阻（阻值为20 Ω，额定电流1 A）
C.电流表（0～0.6 A，内阻约为0.9 Ω）
D.电压表（0～3 V，内阻约为4 kΩ）
E.滑动变阻器（最大阻值20 Ω，额定电流1 A）
F.滑动变阻器（最大阻值100 Ω，额定电流0.3 A）
G.开关，导线若干
①由于该电池的内阻r较小，为防止测量过程中电流过大，需在电路中接入一定值电阻，则定值电阻应选用　　　（选填“A”或“B”），滑动变阻器应选用　　　（选填“E”或“F”）。
②为了精确测量，甲同学已完成部分电路连线，如图（a）所示，请完成剩余的接线。
（2）乙同学把2节干电池串联，视为一个“电源”，采用图（b）的实验电路来测量电源的电动势和内阻。定值电阻R1＝5 Ω，改变电阻箱的阻值R2，得到多组R2、电压表示数U的实验数据，作出相应的-图线，如图（c）所示。分析图像，可求得电源的电动势为　　　　V，内阻为　　　　Ω。（保留1位小数）
8.（2025·浙江金华三模）为测定一个量程为200 μA的微安表的内阻，某同学设计了如图甲的实验电路，采用的主要器材有：电动势为6 V的电源、最大阻值为40 kΩ的滑动变阻器和阻值范围为0～999.9 Ω的电阻箱。如果实验时进行的步骤有：
A.合上S1；
B.合上S2；
C.观察R1的阻值是否处于最大值，如果不是，将R1的阻值调至最大；
D.调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度；
E.调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半，记下R2的阻值。
　
（1）把以上步骤的字母代号按实验的合理顺序填写在横线上空白处：　　　　　。
（2）如果R2的阻值如图乙所示，要把测量中的微安表改装成量程为0～6 V的电压表，则需要给微安表　　　（选填“串联”或“并联”）上一个阻值为　　　Ω的电阻。（计算结果保留三位有效数字）
（3）采用上述方法测得的微安表内阻结果会　　　　（选填“偏大”或“偏小”），为了减小本实验误差，应尽可能选用电动势　　　　（选填“较大”或“较小”）的电源。
9.（2025·浙江绍兴二模）为尽可能精确测定待测电阻Rx的阻值（约为200 Ω），准备器材如下：
电池组E（电动势3 V，内阻不计）；
电流表A1（量程0～15 mA，内阻约为100 Ω）；
电流表A2（量程0～300 μA，内阻为1 000 Ω）；
滑动变阻器R1（阻值范围0～20 Ω，额定电流2 A）；
电阻箱R2（阻值范围0～9 999.9 Ω，额定电流1 A）；
开关、导线若干。
（1）如甲图所示的电路中，将电阻箱R2的阻值调到9 000 Ω，在a、b两处分别接入电流表，其中在a处接入的电流表为　　　　　　　（填写器材代号）。
（2）调节滑动变阻器R1，其中一只电流表的示数如乙图所示，其示数为　　　　mA；此时另一只电流表的示数为150 μA，则待测电阻Rx的阻值为　　　Ω。（计算结果保留三位有效数字）
（3）利用提供的实验器材，以下电路设计方案中也能够比较精确测定Rx阻值的是　　　　。
　
10.（2022·浙江6月选考18题）（1）探究滑动变阻器的分压特性，采用图甲所示的电路，探究滑片P从A移到B的过程中，负载电阻R两端的电压变化。
①图乙为实验器材部分连线图，还需要　　　　（选填af、bf、fd、fc、ce或cg）连线。
②图丙所示电压表的示数为　　　　V。
③已知滑动变阻器的最大阻值R0＝10 Ω，额定电流I＝1.0 A。选择负载电阻R＝10 Ω，以R两端电压U为纵轴，为横轴（x为AP的长度，L为AB的长度），得到U 分压特性曲线为图丁中的“Ⅰ”；当R＝100 Ω，分压特性曲线对应图丁中的　　　　（选填“Ⅱ”或“Ⅲ”）；则滑动变阻器最大阻值的选择依据是　　　　。
（2）两个相同的电流表G1和G2如图戊所示连接，晃动G1表，当指针向左偏转时，静止的G2表的指针也向左偏转，原因是　　　　（多选）。
A.两表都是“发电机”
B.G1表是“发电机”，G2表是“电动机”
C.G1表和G2表之间存在互感现象
D.G1表产生的电流流入G2表，产生的安培力使G2表指针偏转
1.（1）AD　（2）BD　（3）4.4×10－4
解析：（1）根据电容器的外观可知，35 V表示额定电压，2 200 μF表示电容器的电容。故选A、D。
（2）在开始充电的瞬间，电容器极板两端电压为零，电荷量变化率刚开始比较大，随着电容器极板上电荷数量的增加，电荷量变化率减小，根据C＝可知，极板间电压逐渐增大，且变化率减小；由i＝可知，充电电流逐渐减小，电容器放电时，两极板间电压逐渐减小，且变化率减小，电流反向，且逐渐减小。故选B、D。
（3）根据I-t图像与横轴围成的面积表示放电过程中释放的电荷量，可知Q＝14×0.25×10－3×1 C＝3.5×10－3 C，根据C＝，可知C≈4.4×10－4 F。
2.答案：（1）a.3 000　b.见解析图　c.3.1×103（3.0×103～3.2×103）　（2）向左偏
解析：（1）a.由题图2可知挡位选择“×100”，则Rx＝30×100 Ω＝3 000 Ω。
b.电流表选用内接法，从节能的角度滑动变阻器选用限流接法即可，电路连接如图。
c.待测电阻阻值约为3 000 Ω，因此电流表选用内接法更合理，电流表内接时所测电压偏大，故所测数据为图中“o”的数据，因此Rx＝ Ω≈3.1×103 Ω。
（2）根据题意可知，电流表主要部件是带有指针的线圈，G1和G2用导线连接起来，当晃动G1时，相当于G1中的线圈做切割磁感线运动，电路中会产生感应电流；由于两个电表构成了闭合回路，则电流会通过G2表中的线圈，而该线圈处于磁场中，由于电导线在磁场中受到安培力的作用，G2的指针也会偏转，这时表G1相当于“发电机”，G2表相当于“电动机”，由楞次定律可知当G1指针向左偏时，G2表也向左偏。
3.答案：（1）B　（2）变大　（3）乙　（4）BC
解析：（1）由题图可知，A为直流接法，B为交流接法，而要探究变压器的原理则必须使用交变电压，只有变化的电流才能产生变化的磁场。故选B。
（2）将线圈直接接入交变电源，则线圈中就会产生周期性变化的磁场，而将另一个接了电压表的线圈逐渐靠近接入电源中的线圈时，接了电压表的线圈中的磁通量就会发生变化，根据法拉第电磁感应定律E＝n＝nS，可知，越靠近通电线圈，接了电压表的线圈所处的磁场就越强，接电压表的线圈磁通量变化加快，则产生的感应电动势就越大，因此可知电压表的读数将变大。
（3）根据变压器原副线圈匝数与电压的关系＝，可得U2＝，可知在原、副线圈匝数比一定的情况下，副线圈两端的电压与原线圈两端的电压成正比，图像为过原点的倾斜直线；而当原线圈的匝数以及原线圈中的电压一定时，副线圈中的电压与副线圈的匝数成正比，图像为过原点的一条倾斜直线；若原线圈中的电压与副线圈的匝数一定时，副线圈中的电压与原线圈的匝数成反比，即副线圈中的电压与原线圈匝数倒数的图像为一条过原点的倾斜直线，因此实验结果有误的为乙。
（4）由表中数据可知，原、副线圈的匝数比小于原、副线圈中的电压之比，即有电能的损失，变压器不会改变电压的频率，故A错误；根据电流的热效应可知，当有电流通过线圈时，线圈会发热，从而造成电能的损失，俗称铜损，故B正确；铁芯在交变磁场中会产生涡流，而根据电流的热效应可知铁芯会发热，从而造成电能的损失，俗称铁损，故C正确；因为铁芯对磁场的约束不严密，因此，穿过副线圈的磁通量一定小于穿过原线圈的磁通量，即磁通量有损失，俗称磁损，故D错误。
4.答案：（1）欧姆　（2）短暂　负　（3）见解析图　（4）①见解析图　②C
解析：（1）根据题意可知，实验要使用多用电表内部某一挡，含有直流电源，只有多用电表的欧姆挡有电源，所以需要选用多用电表欧姆挡对灵敏电流表进行测试。
（2）灵敏电流表量程太小，欧姆表内部电源电压相对较大，若电流超过电流表量程，长时间通电会损坏电流表，故应短暂接触灵敏电流表的负接线柱；欧姆表红表笔连接电源的负极，灵敏电流表的指针向左摆动，说明电流从电流表的负接线柱流入。
（3）电流表的指针向右偏转，说明电流从正接线柱流入电流表，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁场方向向上，故插入的磁铁下端为S极，如图所示。
（4）①将线圈L2与电流计串联形成回路，将电源、开关、滑动变阻器、线圈L1串联形成另一个回路，实物图如图所示。
②根据题意，闭合开关时，穿过线圈L2的磁通量增大，产生的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，而拔出软铁棒、拔出线圈L1、断开开关S，穿过线圈L2的磁通量均减小，产生的感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，故A、B、D错误；当滑动变阻器滑片P左移，则电路中的电流增大，穿过线圈L2的磁通量增大，产生的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，故C正确。
5.（1）4　（2）见解析图　（3）7.0　增大
解析：（1）改装后的电压表的量程
U＝（RV＋R1）＝（3 kΩ＋1 kΩ）＝4 V。
（2）为使小灯泡两端电压测量范围较大，滑动变阻器采用分压式接法；由于灯泡额定电阻RL＝＝ Ω＝11.875 Ω，改装后的电压表的内阻RV'＝3 kΩ＋1 kΩ＝4 kΩ，因为＞，电流表选用外接法，故电路图如图所示。
（3）由实验曲线可知，当小灯泡两端的电压为1.4 V时，电流为200 mA，故灯泡电阻R＝＝ Ω＝7.0 Ω；
随着小灯泡两端电压的增加，小灯泡伏安特性曲线上的点与原点的连线的斜率在不断减小，该斜率表示电阻的倒数，故小灯泡的电阻随电压的增加而增大。
6.（1）1 900　（2）见解析图　（3）R3　（4）B、C
解析：（1）多用电表欧姆挡读数为19.0 Ω，乘上倍率100后，故读数为1 900 Ω。
（2）为满足实验要求，控制电路的连接情况如图所示。
（3）要求天色渐暗，照度降低至20 lx时点亮路灯，此时光敏电阻的电阻值约为4.5 kΩ，由闭合电路欧姆定律可知R滑＝－R－R线圈＝2 600 Ω，此时的滑动变阻器的阻值约为2.6 kΩ，故滑动变阻器应选择R3。
（4）车灯照到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值减小，控制电路部分的电流增大，此时电动机启动，故将开门电动机连接在B、C接线柱上。
7.（1）①A　E　②见解析图　（2）2.8　3.3
解析：（1）①分析可知，定值电阻选A和B使用时均不会超过其额定电流，定值电阻选A时，电路中的最大电流小于0.5 A，没有超过电流表的量程，定值电阻选B时，电路中最大电流约为0.1 A，电流较小，不利于电源内阻的测量，定值电阻应选择A；
测电源电动势及内阻需要采用限流式电路，滑动变阻器选F时，有烧坏的风险，故应选E。
②电池内阻较小，电流表应相对电池外接，电路如图所示。
（2）根据闭合电路欧姆定律得E＝U＋（r＋R1），整理可得＝·＋，结合图像可得＝0.36 V－1，＝ A－1，可得E≈2.8 V，r≈3.3 Ω。
8.（1）CADBE　（2）串联　2.96×104　（3）偏小　较大
解析：（1）实验的合理顺序是观察R1的阻值是否处于最大值，如果不是，将R1的阻值调至最大；合上S1，调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度；合上S2，调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半，记下R2的阻值。即实验的合理顺序是CADBE。
（2）根据半偏法测微安表内阻原理，由题图乙可知微安表的内阻测量值为Rg＝R2＝400.0 Ω，要把测量中的微安表改装成量程为0～6 V的电压表，则需要给微安表串联上一个电阻，根据Um＝Ig（Rg＋R），解得R＝－Rg＝ Ω－400 Ω＝2.96×104 Ω。
（3）采用半偏法测微安表内阻，当微安表指针半偏时，由于电阻箱的并联，使得电路总电阻变小，则电路总电流变大，所以流过电阻箱的电流大于流过微安表的电流，根据并联电路电流与电阻成反比可知，微安表内阻的真实值应满足R真＞R2＝R测，即采用半偏法测得的微安表内阻结果会偏小；
为了减小本实验误差，应使微安表满偏时，滑动变阻器接入电路阻值大一些，则应尽可能选用电动势较大的电源。
9.（1）A2　（2）8.0（7.9～8.1均可）　191（194、189均可）　（3）A
解析：（1）因为电流表A2内阻已知，所以a处接入的电流表为A2，与电阻箱R2串联后可知待测电阻两端的电压。
（2）由题图乙可知其示数为8.0 mA；
此时另一只电流表的示数为150 μA，则待测电阻Rx两端电压为Ux＝150×10－6×（9 000＋1 000）V＝1.5 V，
通过待测电阻Rx的电流为Ix＝8.0×10－3 A－150×10－6 A＝7.85×10－3 A，
则待测电阻Rx的阻值为Rx＝＝ Ω≈191 Ω。
（3）电路图A中，分别先后闭合开关S2、S3，调节电阻箱R2使得两次电流表示数相同，即通过等效替代法可以比较精确测定Rx的阻值，故A正确；电路图B中，无法测得通过Rx的电流，故B错误；电路图C中，由于A1表内阻未知，且存在分压作用，所以无法比较精确测定Rx的两端电压，则不可以比较精确测定Rx的阻值，故C错误。
10.（1）①af、fd、ce　②1.50（1.48～1.52均可）
③Ⅱ　R0＜R　（2）BD
解析：（1）①由题图甲可知，应将电压表并联在电阻箱两端，又由题图乙可知电源是两节干电池，因此电压表的量程应选择3 V，即连接af；由于滑动变阻器采用分压接法，因此滑动变阻器的接线柱c与开关的接线柱e相连，即连接ce；电阻箱的接线柱f应连接在滑动变阻器上侧的一个接线柱上，即连接df；②由题图丙可知电压表的读数为1.50 V；③在x相同的条件下，电阻箱的阻值越大，电阻箱与滑动变阻器AP部分并联的电阻值越接近AP部分的真实阻值，电压表的示数越大，因此当R＝100 Ω时，分压特性曲线对应图丁中的Ⅱ，由以上分析可知滑动变阻器的最大阻值越小，图线越接近直线，因此选择的依据为R0＜R。
（2）晃动G1表，当指针向左偏转时，静止的G2表的指针也向左偏转，其原因是G1表中的线圈在磁场中做切割磁感线运动产生了感应电动势，闭合回路中产生了感应电流，则G2表中线圈存在电流，线圈受安培力的作用，使得G2表的指针发生偏转，因此G1表是“发电机”，G2表是“电动机”，B、D正确，A、C错误。

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