专题十五 考查主题三 以创新实验器材为主的实验（Word教参）-【新高考方案】2024年高考物理二轮复习专题增分方略（新教材）

考查主题三　以创新实验器材为主的实验 (一)以二极管为载体，考查电容器的充放电 1．(2023·山东高考)电容储能已经在电动汽车，风、光发电，脉冲电源等方面得到广泛应用。某同学设计图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程，器材如下： 电容器C(额定电压10 V，电容标识不清)； 电源E(电动势12 V，内阻不计)； 电阻箱R1(阻值0～99 999.9 Ω)； 滑动变阻器R2(最大阻值20 Ω，额定电流2 A)； 电压表V(量程15 V，内阻很大)； 发光二极管D1、D2，开关S1、S2，电流传感器，计算机，导线若干。 回答以下问题： (1)按照图甲连接电路，闭合开关S1，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向________端滑动(填“a”或“b”)。 (2)调节滑动变阻器滑片位置，电压表表盘如图乙所示，示数为________V(保留1位小数)。 (3)继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为8.0 V时，开关S2掷向1，得到电容器充电过程的I-t图像，如图丙所示。借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方法，根据图像可估算出充电结束后，电容器存储的电荷量为________C(结果保留2位有效数字)。 (4)本电路中所使用电容器的电容约为______F(结果保留2位有效数字)。 (5)电容器充电后，将开关S2掷向2，发光二极管________(填“D1”或“D2”)闪光。 解析：(1)滑动变阻器左半部分与电容器所在电路并联，如升高电容器的充电电压，应把滑片向b端滑动。 (2)电压表读数为5 V＋3×0.5 V＝6.5 V。 (3)由电荷量q＝It可知，I-t图像与坐标轴围成的面积表示电荷量，小方格的个数为36个，则q＝36×0.2×10－3×0.5 C＝3.6×10－3 C。 (4)由q＝CU得，电容C＝＝ F＝4.5×10－4 F。 (5)电容器充电后，将开关S2掷向2，发光二极管D1处于导通状态，D2处于反向截止状态，故D1闪光。 答案：(1)b　(2)6.5　(3)3.6×10－3　(4)4.5×10－4　(5)D1 [创新分析] 本实验以二极管和电流传感器等器材创新性的考查了电容器的充、放电实验。本实验在以往高考中考查较少，该题很好地体现了新高考的创新性和灵活性。　　 (二)以双电源为载体，测量电源的电动势和内阻 2．(2023·山东青岛一模)某同学要准确测量某型号电池的电动势和内阻，该电池的电动势E1约为3 V，内阻r1约为2 Ω，实验室里还备有下列实验器材： A．另一电池(电动势E2约为4.5 V，内阻r2约为3 Ω) B．电压表(量程为1 V，内阻约为3 000 Ω) C．电压表(量程为3 V，内阻约为5 000Ω) D．电流表(量程为0.3 A，内阻约为0.5 Ω) E．电流传感器(内阻未知) F．滑动变阻器(最大阻值为10 Ω) G．滑动变阻器(最大阻值为40 Ω) H．滑动变阻器(最大阻值为60 Ω) I．开关两个，导线若干 根据所提供的实验器材，该同学设计了如图甲所示测量电路。 实验步骤如下： ①将R1、R2调至适当阻值，闭合开关S1； ②闭合开关S2，再调节R1、R2，使电流传感器的示数为零； ③多次改变R1阻值，相应调节R2阻值，使电流传感器的示数仍然为零，并读取多组电压表、电流表的示数； ④根据测得数据描绘出电压表示数U随电流表示数I变化的U-I图像。 请回答下列问题： (1)按所设计的实验电路，请用笔画线代替导线将图乙实物连接补画完整； (2)在实验中，电压表应选择________，若滑动变阻器R1选G，则滑动变阻器R2应选__________；(选填器材前面的字母代号) (3)作出的U-I图像如图丙所示，电动势E1＝______V，内阻r1＝__________Ω；(计算结果保留2位有效数字) (4)请从实验误差角度简要评价该实验方案：_____________________ ________________________________________________________。 解析：(1)根据电路图，连线如图所示。 (2)根据题意要使电流传感器的示数为零，则电流传感器两端电势差为零，则R1两端电压U应满足U＋Ir1＝E1，故电压表选择C；要使电流传感器的示数为零，则R1两端电压应接近E1，R2两端电压应接近E2，而E2大约是E1的1.5倍，且R1与R2电流相同，则R2应该比R1大一些，故R2应选H。 (3)要使电流传感器的示数为零，则电流传感器两端电势差为零，根据E1＝Ir1＋U，有U＝E1－Ir1，结合图像可知E1＝2.9 V，r1＝2.0 Ω。 (4)电流传感器的示数为零，整个电路等效为串联回路，流过两电源的电流相等，电流表所测电流为流过待测