■本刊編輯部

電學(xué)實(shí)驗(yàn)高考真題賞析

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1.(2 0 1 3年山東卷)霍爾效應(yīng)是電磁基本現(xiàn)象之一,近期我國科學(xué)家在該領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究上取得了突破性進(jìn)展。如圖1所示,在一矩形半導(dǎo)體薄片的P、Q間通入電流I,同時(shí)外加與薄片垂直的磁場B,在M、N間出現(xiàn)電壓UH,這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng),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(shù)。某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)來測定該半導(dǎo)體薄片的霍爾系數(shù)。

圖1

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

(2)已知薄片厚度d=0.4 0mm,該同學(xué)保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.1 0T不變,改變電流I的大小,測量相應(yīng)的UH值,記錄數(shù)據(jù)如表1所示。

表1

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

圖2

圖3

(3)該同學(xué)查閱資料發(fā)現(xiàn),使通過半導(dǎo)體薄片中的電流反向,再次測量霍爾系數(shù)K,取兩個(gè)方向測量的平均值,可以減小霍爾系數(shù)的測量誤差。為此該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖3所示的測量電路,S1、S2均為單刀雙擲開關(guān),虛線框內(nèi)為半導(dǎo)體薄片(未畫出)。為使電流從Q端流入,P端流出,應(yīng)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(xué)改進(jìn)了測量電路,將一合適的定值電阻串聯(lián)在電路中,在保持其他連接不變的情況下,該定值電阻應(yīng)串聯(lián)在相鄰器件和(填器件代號(hào))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(guān)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(shí)驗(yàn)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(dòng)變阻器的最大阻值為1 0Ω。

(1)準(zhǔn)備使用的實(shí)物電路如圖4所示。請(qǐng)將滑動(dòng)變阻器接入電路的正確位置。(用筆畫線代替導(dǎo)線)

圖4

(2)現(xiàn)有1 0Ω、2 0Ω和5 0Ω的定值電阻,電路中的電阻R1應(yīng)選Ω的定值電阻。

(3)測量結(jié)束后,應(yīng)先斷開開關(guān),拆除兩端的導(dǎo)線,再拆除其他導(dǎo)線,最后整理好器材。

圖5

(4)小明處理數(shù)據(jù)后將P、U2描點(diǎn)在坐標(biāo)紙上,并作出了一條直線,如圖5所示。請(qǐng)指出圖像中不恰當(dāng)?shù)牡胤健?/p>

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(dòng)勢和內(nèi)阻。要求盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差。

(1)應(yīng)該選擇的實(shí)驗(yàn)電路是圖6中的(選填“甲”或“乙”)。

圖6

(2)現(xiàn)有電流表(0～0.6A),開關(guān)和導(dǎo)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(dòng)變阻器(0～5 0Ω)

D.滑動(dòng)變阻器(0～5 0 0Ω)

實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選用,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用(選填相應(yīng)器材前的字母)。

4.(2 0 1 4年福建卷)某研究性學(xué)習(xí)小組利用伏安法測定某一電池組的電動(dòng)勢和內(nèi)阻,實(shí)驗(yàn)原理如圖7所示,其中,虛線框內(nèi)為用靈敏電流計(jì)G并聯(lián)定值電阻R1改裝的電流表A,V為標(biāo)準(zhǔn)電壓表,E為待測電池組,S為開關(guān),R為滑動(dòng)變阻器,R0是標(biāo)稱值為4.0Ω的定值電阻。

圖7

(1)某次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如表2所示。該小組借鑒“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中計(jì)算加速度的方法(逐差法),計(jì)算出電池組的內(nèi)阻r=Ω(保留兩位小數(shù));為減小偶然誤差,逐差法在數(shù)據(jù)處理方面體現(xiàn)出的主要優(yōu)點(diǎn)是。

表2

(2)該小組在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,為探究圖7電路中各元器件的實(shí)際阻值對(duì)測量結(jié)果的影響,用一已知電動(dòng)勢和內(nèi)阻的標(biāo)準(zhǔn)電池組通過上述方法多次測量后發(fā)現(xiàn)：電動(dòng)勢的測量值與已知值幾乎相同,但內(nèi)阻的測量值總是偏大。若測量過程無誤,則內(nèi)阻測量值總是偏大的原因是。

A.電壓表內(nèi)阻的影響

B.滑動(dòng)變阻器的最大阻值偏小

C.R1的實(shí)際阻值比計(jì)算值偏小

D.R0的實(shí)際阻值比標(biāo)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(dòng)勢和內(nèi)阻。所用的實(shí)驗(yàn)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(nèi)阻RA=6.0Ω),開關(guān)S。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將電阻箱的阻值調(diào)到最大,閉合開關(guān)S;②多次調(diào)節(jié)電阻箱,記下電流表的示數(shù)I和電阻箱相應(yīng)的阻值R2;③以為縱坐標(biāo), R為橫坐標(biāo),作-R圖像(用直線擬合);

回答下列問題：

(2)實(shí)驗(yàn)得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表3所示,其中電阻R=3.0Ω時(shí)電流表的示數(shù)如圖9所示,讀出數(shù)據(jù),完成表格。

答：①,②。

圖9

表3

(3)在如圖1 0所示的坐標(biāo)紙上將所缺數(shù)據(jù)點(diǎn)補(bǔ)充完整并作圖,根據(jù)圖像求得斜率k=A-1·Ω-1,縱軸截距b=A-1。

圖1 0

(4)根據(jù)圖像求得電源的電動(dòng)勢E=

V,內(nèi)阻r=Ω。

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

(1)已知毫安表表頭的內(nèi)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(gè)接線柱,電表量程為3mA;若使用a和c兩個(gè)接線柱,電表量程為1 0mA。由題給條件和數(shù)據(jù),可以求出R1=Ω,R2=Ω。

(2)現(xiàn)用一量程為3mA、內(nèi)阻為1 5 0Ω的標(biāo)準(zhǔn)電流表A對(duì)改裝電表的3mA擋進(jìn)行校準(zhǔn),校準(zhǔn)時(shí)需選取的刻度為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mA。電池的電動(dòng)勢為1.5V,內(nèi)阻忽略不計(jì);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(dòng)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(yīng)選用阻值為Ω的電阻,R應(yīng)選用最大阻值為Ω的滑動(dòng)變阻器。

圖1 1

(3)若電阻R1和R2中有一個(gè)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(hù)電阻,虛線框內(nèi)未畫出的電路即為圖甲虛線框內(nèi)的電路,則圖中的d點(diǎn)應(yīng)和接線柱(填“b”或“c”)相連。判斷依據(jù)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(yīng)畫為直線;橫坐標(biāo)的標(biāo)度不恰當(dāng)。

圖1 3

3.(1)甲 (2)B C

4.(1)1.6 6 充分利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),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(guān)時(shí),若電表指針偏轉(zhuǎn),則損壞的電阻是R1,若電表指針不動(dòng),則損壞的電阻是R2

(責(zé)任編輯 張 巧)