专题十七、电学创新实验
1（2013高考山东理综第21（2）题）（2）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。如图丙所示，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。
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丙所示，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=0.40mm，该同学保持磁感应强度B=0.10T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如下表所示。
根据表中数据在给定区域内（见答题卡）画出UH—I图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为_______________（保留2位有效数字）。
③该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，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丁所示的测量电路，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。在保持其它连接不变的情况下，该定值电阻应串联在相邻器件____________和__________(填器件代号)之间。
①M②如图所示。1.5③bcS1E
解析：①若该半导体材料是空穴（可视为带正电粒子）导电，用电压表测量UH时，应将电压表的“+”接线柱与端通过导线相连。②由可知UH---I图线的斜率等于KB/d，由UH---I图线可求得图线的斜率等于0.38，由KB/d=0.38可得：霍尔系数③为使电流从Q端流入，P端流出，应将S1掷向“b”,S2掷向“c”。为了保证测量安全，将一合适的定值电阻串联在电路中。在保持其它连接不变的情况下，该定值电阻应串联在相邻器件和之间。
答案：①连线如图。
②（i）1.400.23（ⅱ）绘出IX-UX图线如图所示。（iii）非线性
解析：电压表V1示数U1=1.4V，内阻为RV=6.0kΩ，由欧姆定律可知通过的电流为I=U1/RV=0.23A。根据表中数据标出余下的4个坐标点，用描点法平滑曲线绘出IX-UX图线如图所示。由IX-UX图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，IX与UX成非线性关系。
3.（17分）
（2013高考四川理综第8题）（1）（6分）在探究两电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关的实验中，一同学猜想可能与两电荷的间距和带电量有关。他选用带正电的小球A和B，A球放在可移动的绝座上，B球用绝缘丝线悬挂于玻璃棒C点，如图所示。
实验时，先保持两电荷量不变，使A球从远处逐渐向B球靠近，观察到两球距离越小，B球悬线的偏角越大；再保持两球的距离不变，改变小球所带的电荷量，观察到电荷量越大，B球悬线的偏角越大。
实验表明：两电荷之间的相互作用力，随其距离的____________而增大，随其所带电荷量___________而增大。
此同学在探究中应用的科学方法是_________________(选填：“累积法”、“等效替代法”、“控制变量法”、“或演绎法”)
8．(1)减小增大控制变量法。
（2013全国新课标理综1第23题）某学生实验小组利用图(a)所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×lk”挡内部电路的总电阻。使用的器材有:
多用电表；
电压表:里程5V，内阻十儿千欧;
滑动变阻器：最大阻值5kΩ
导线若干。
回答下列问题:
(1)将多用电表挡位调到电阻“×lk”挡，再将红表笔和黑表笔，调零点
(2)将图((a)中多用电表的红表笔和（填“1”或“2）端相连，黑表笔连接另一端。
(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图(b)所示，这时电压表的示数如图(c)所示。多用电表和电压表的读数分别为kΩ和V。
(4)调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表和电压表的读数分别为12.0kΩ和4.00V。从测量数据可知，电压表的内阻为kΩ。
(5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图(d)所示。根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为9.00V，电阻“×lk”挡内部电路的总电阻为15.0kΩ。
【命题意图】本题考查等基础知识点，意在考查考生应用相关知识定量分析物理问题，解决问题的能力。
解析：（1）多用电表选档后，要将两表笔短接后，欧姆调零。
（2）多用电表内部电池的正极相连的是黑表笔，所以多用电表的红表笔和1端相连，黑表笔连接另一端。
（3）多用电表的读数为15.0kΩ，电压表的读数为3.60V。
（4）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表的读数等于电压表内阻，即电压表内阻为12.0kΩ。
（5）根据（3）中测量数据可知电阻“×lk”挡内部电路的总电阻为r=15.0kΩ。根据（4）中测量数据。由闭合电路欧姆定律，E=U2+U2r/R2，代入数据得：E=4.00+4.00r/1200；解得：E=9.00V。
5.（2013全国新课标理综II第23题）（7分）某同学用量程为1mA、内阻为120Ω的表头按照图（a）所示电路改装成量程分别为1V和1A的多用电表。图中R1和R2为定值电阻，S为开关。回答下列问题：
（1）根据图（a）所示的电路，在图（b）所示的实物图上连线。
（2）开关S闭合时，多用电表用于测量（填“电流”、“电压”或“电阻”）；开关S断开时，多用电表用于测量（填“电流”、“电压”或“电阻”）。
（3）表笔A应为色（填“红”或“黑”）。
（4）定值电阻的阻值R1=Ω，R2=Ω.(结果取3位有效数字)
5，（7分）【答案】（1）连线如图所示。（2分）（2）电流（1分）电压（1分）。（3）黑（1分）（4）1.00（1分）880（1分）
【命题意图】本题主要考查多用电表的原理、使用和电流表电压表的原理和改装，意在考查考生应用相关电路知识分析解决问题能力。
【解题思路】（1）根据图a的电路图连线。
（2）开关S闭合时，电阻R1与电流表并联，多用电表用于测量电流。开关S断开时，电阻R2与电流表串联，多用电表用于测量电压。
（3）根据电流表、电压表电流从电表正接线柱进，从电表负接线柱出，表笔A出，表笔A应为黑色，表笔B应为红色。
（4）开关S断开时，由串联电路知识，Ig(R2+Rg)=U，解得R2=880Ω；开关S闭合时，由并联电路知识，Ig(R2+Rg)=（I-Ig）R1,解得R1=1.00Ω。
【易错点拨】解答此题的易错点是：没有分清开关闭合和断开状态是串联电路还是并联电路，不能正确应用串联电路或并联电路的相关规律解答。
6．(3分)演示地磁场存在的实验装置(由环形线圈，微电流传感器，DIS等组成)如图所示。首先将线圈竖直放置，以竖直方向为轴转动，屏幕上的电流指针＿＿＿＿(填：“有”或“无”)偏转；然后仍将线圈竖直放置，使其平面与东西向平行，并从东向西移动，电流指针＿＿＿＿(填：“有”或“无”)偏转；最后将线圈水平放置，使其从东向西移动，电流指针＿＿＿＿(填：“有”或“无”)偏转。
答案：有无无
解析：首先将线圈竖直放置，以竖直方向为轴转动，线圈中磁通量变化，屏幕上的电流指针有偏转。然后仍将线圈竖直放置，使其平面与东西向平行，并从东向西移动，线圈中磁通量不变化，电流指针无偏转。最后将线圈水平放置，使其从东向西移动，线圈中磁通量不变化，电流指针无偏转。
”，电源为12V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10Ω。
（1）准备使用的实物电路如题10-1图所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。（用笔画线代替导线）
（2）现有10Ω、20Ω和50Ω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。
（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，如题10-2图所示。请指出图象中不恰当的地方。
答案：(1)(见右图)
(2)10
(3)电池
(4)图线不应画为直线;横坐标的标度不恰当.
解析：探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小灯泡的电压从零开始逐渐增大，应该设计成分压电路。电路中的电阻R1为保护电阻，应选10Ω的定值电阻。测量结束后，应先断开开关，拆除电池两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。由于小灯泡的电阻随温度的升高而增大，小灯泡的电阻随电压的增大而增大，P随U2变化关系不是直线，应该把横坐标的标度取的大一些，图线为向下弯曲的，图线不应画为直线。
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