2019年高考物理二輪復習 專題18 電學實驗（講）（含解析）.doc

電學實驗實驗實驗七：測定金屬的電阻率（同時練習使用螺旋測微器）實驗八：描繪小電珠的伏安特性曲線實驗九：測定電源的電動勢和內(nèi)阻實驗十：練習使用多用電表實驗十一：傳感器的簡單使用1要求會正確使用的儀器主要有：刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、電火花計時器或電磁打點計時器、彈簧秤、電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱等。2要求認識誤差問題在實驗中的重要性，了解誤差的概念，知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差；知道用多次測量求平均值的方法減少偶然誤差；能在某些實驗中分析誤差的主要來源；不要求計算誤差。3要求知道有效數(shù)字的概念，會用有效數(shù)字表達直接測量的結果。間接測量的有效數(shù)字運算不作要求?？v觀近幾年高考試題，預測2019年物理高考試題還會考：與電阻測量有關的電學實驗仍是今年年高考命題的熱點，同進伴隨對基本儀器的讀數(shù)能力的考查，命題形式可能為填空、選擇性填空、電路圖或實物連線、圖象圖表分析等；重視對實驗操作能力的考查；實驗器材的選擇，包括滑動變阻器、電阻箱、電表量程的選擇考向01 電學測量儀器與讀數(shù)1.講高考（1）考綱要求掌握電流表、電壓表和多用表的使用方法及電流表、電壓表和多用表的讀數(shù)方法；掌握多用表的使用方法。（2）命題規(guī)律與電阻測量有關的電學實驗仍是2015年高考命題的熱點，同進伴隨對基本儀器的讀數(shù)能力的考查案例1某實驗小組利用如圖（a）所示的電路探究在2580范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性，所用器材有：置于溫控室（圖中虛線區(qū)域）中的熱敏電阻RT，其標稱值（25時的阻值）為900.0 ：電源E（6V，內(nèi)阻可忽略）：電壓表 （量程150 mV）：定值電阻R0（阻值20.0 ），滑動變阻器R1（最大阻值為1 000 ）：電阻箱R2（阻值范圍0-999.9 ）：單刀開關S1，單刀雙擲開關S2。實驗時，先按圖（a）連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0，將S2與1端接通，閉合S1，調(diào)節(jié)R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值U0：保持R1的滑片位置不變，將R2置于最大值，將S2與2端接通，調(diào)節(jié)R2，使電壓表讀數(shù)仍為U0：斷開S1，記下此時R2的讀數(shù)，逐步降低溫控室的溫度t，得到相應溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0C，實驗得到的R2-t數(shù)據(jù)見下表。 案例2【2017新課標卷】（9分）圖（a）為某同學組裝完成的簡易多用電表的電路圖。圖中E是電池；R1、R2、R3、R4和R5是固定電阻，R6是可變電阻；表頭的滿偏電流為250 A，內(nèi)阻為480 。虛線方框內(nèi)為換擋開關，A端和B端分別與兩表筆相連。該多用電表有5個擋位，5個擋位為：直流電壓1 V擋和5 V擋，直流電流1 mA擋和2.5 mA擋，歐姆100 擋。（1）圖（a）中的A端與_（填“紅”或“黑”）色表筆相連接。（2）關于R6的使用，下列說法正確的是_（填正確答案標號）。A在使用多用電表之前，調(diào)整R6使電表指針指在表盤左端電流“0”位置B使用歐姆擋時，先將兩表筆短接，調(diào)整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置C使用電流擋時，調(diào)整R6使電表指針盡可能指在表盤右端電流最大位置（3）根據(jù)題給條件可得R1+R2=_，R4=_。（4）某次測量時該多用電表指針位置如圖（b）所示。若此時B端是與“1”相連的，則多用電表讀數(shù)為_；若此時B端是與“3”相連的，則讀數(shù)為_；若此時B端是與“5”相連的，則讀數(shù)為_。（結果均保留3位有效數(shù)字）【答案】（1）黑 （2）B （3）160 880 （4）1.47 mA（或1.48 mA） 1 100 2.95V【 考點定位】多用電表的使用【方法技巧】會規(guī)范使用多用電表，能正確讀出多用電表的示數(shù)，是解決本題的關鍵，在平時實驗訓練過程中要多加注意規(guī)范操作和正確使用。2講基礎(1)電學測量儀器的使用與讀數(shù)儀器極性量程選擇讀數(shù)電流表有正、負極的電表，電流由電表的正極流入，負極流出使指針指示比滿偏刻度的多的位置3 V和3 A量程估讀到最小分度的；15 V 量程估讀到最小分度的；0.6 A量程應估讀到最小分度的電壓表歐姆表使指針盡量指在表盤中間位置取兩位有效數(shù)字并乘以相應擋位的倍率(2)多用電表使用“四注意”:極性:從電表外部看,電流應從紅表筆(“+”極)流入電表,從黑表筆(“-”極)流出電表。功能:利用多用電表測電壓和電流時,選擇開關對應的是電表的量程;而測電阻時,選擇開關對應的是倍率。 調(diào)零:測量電阻時,要進行兩次調(diào)零:機械調(diào)零和歐姆調(diào)零?！皺C械零點”在表盤刻度左側“0”位置。調(diào)整的是表盤下邊中間的定位螺絲;“歐姆零點”在表盤刻度的右側電阻刻度“0”位置,調(diào)整的是歐姆調(diào)零旋鈕。保護:測電阻時,應把被測電阻從電路中拆下測量;多用電表長期不用時,必須取出表內(nèi)的電池。3講典例案例1某實驗小組要測量某一段金屬絲的電阻率。（1）實驗時先用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，用米尺測量金屬絲接入電路后的長度，如圖下所示，則金屬絲的直徑d_mm，金屬絲的長度l_ cm.（2）若金屬絲的電阻大約為5歐，實驗室給出了下列器材：A電池組(3 V，內(nèi)阻1 )B電流表(03 A，內(nèi)阻0.0125 )C電流表(00.6 A3 A，內(nèi)阻0.125 )D電壓表(03 V15 V，內(nèi)阻3 k)E滑動變阻器(020 ，額定電流1 A)F滑動變阻器(02000 ，額定電流0.3 A)G開關、導線為了使測量盡可能減小誤差，電流表應選用量程_A，滑動變阻器應選用_(填寫器材前字母序號) ，安培表應采用_ (填“內(nèi)”或“外”)接法（3）右上圖是某同學根據(jù)所選器材設計電路，連接了部分電路，請你再用兩根導線幫他把電路連接完整（4）根據(jù)所選器材調(diào)節(jié)滑動變阻器，測得的一組電壓和電流如下圖所示，則電流表的示數(shù)為_A，電壓表的示數(shù)為_V，結合前面測得的數(shù)據(jù)求得金屬絲的電阻率為_m【答案】 0.7980.800 60.10 0.6 E 外 0.48 2.20 3.81106(3)由于本實驗要使流過電阻的電流不能太大，因為電流過大，電阻的阻值變化較大，測量誤差較大，所以滑動變阻器應用限流式，電流表外接，電路如圖：(4)由圖可得：電壓表示數(shù)為：U=2.2V，電流表示數(shù)為：I=0.48A，根據(jù)和，聯(lián)立解得：m。 【趁熱打鐵】某實驗小組為了研究多用電表歐姆擋的原理，選用了MF141型多用電表，它的表盤如圖1 所示。歐姆擋內(nèi)部電路的一部分如圖2所示，電阻Ro=4.20k,，Rp=3.30k，表頭滿偏電流Ig= 19 7A，內(nèi)阻rg=457。虛線框內(nèi)的電路可等效為一個電流表G，設等效電流表G允許輸入的最 大電流為IG。(1)當滑動變阻器的滑動頭P在a端時，IG=_A（計算結果保留三位有效數(shù)字）；當滑動 變阻器的滑動頭P從a端滑到b端的過程，滑動變阻器接入電路中電阻如何變化_，虛線框中的總電阻如何變化_。（填“逐漸增大”、“逐漸減小”、“先增大后減小”或“先減小后增大”）(2)如圖3甲所示，電源電動勢E=1.5v，內(nèi)阻r1=0. 6，RG =3. 95k。接入R1對應為多用電表的1擋。A、B兩個表筆中_是黑表筆，紅黑表筆短接進行調(diào)零后（即調(diào)節(jié)P的位置），虛線框內(nèi)的等效電阻為_。(3)如圖3乙所示，將電阻R1換成電阻R2，對應為多用電表的10擋，則R1與R2相比應有R2_ R1（填“大于”、“等于”或“小于”）。在完成第(2)問的調(diào)零后，將多用電表由1檔換為10擋后，重新進行調(diào)零時，應將P向_端滑動。（填“a”或“b”）(4)如圖4所示為該多用電表的1K擋的電路。其中電源電動勢E2=10. 5V，內(nèi)阻r2=5000, R1=38k。將紅黑表筆短接，進行電阻調(diào)零后，虛線框內(nèi)的總電阻應為_k?！敬鸢浮?373； 逐漸減小； 逐漸減??； B； 39.4 大于； a； 40(4) 該多用電表的1K擋的電路由圖1可知，多用電表的中值電阻為40000，中值電阻為歐姆表的內(nèi)阻，即為虛線框內(nèi)的總電阻。點睛：解決本題關鍵理解多用電表中的歐姆檔，中值電阻為歐姆表的內(nèi)阻，中值電阻可以通過表頭讀出，但注意在表盤上的中間數(shù)值要乘以相應的倍率。 （2）本題關鍵要從減小實驗誤差的角度選擇儀器，能根據(jù)歐姆定律解答?？枷?2 控制電路和內(nèi)外接法1.講高考（1）考綱要求掌握滑動變阻器的使用方法及連接方法，會用伏安法測電阻（2）命題規(guī)律命題形式可能為填空、選擇性填空、電路圖或實物連線、圖象圖表分析等案例1一課外實驗小組用如圖所示的電路測量某待測電阻Rx的阻值，圖中R0為標準定值電阻（R0=20.0 ）；可視為理想電壓表。S1為單刀開關，S2位單刀雙擲開關，E為電源，R為滑動變阻器。采用如下步驟完成實驗：（1）按照實驗原理線路圖（a），將圖（b）中實物連線_；（2）將滑動變阻器滑動端置于適當位置，閉合S1；（3）將開關S2擲于1端，改變滑動變阻器動端的位置，記下此時電壓表的示數(shù)U1；然后將S2擲于2端，記下此時電壓表的示數(shù)U2；（4）待測電阻阻值的表達式Rx=_（用R0、U1、U2表示）；（5）重復步驟（3），得到如下數(shù)據(jù)：12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.493.443.433.393.403.39（6）利用上述5次測量所得的平均值，求得Rx=_。（保留1位小數(shù)）【來源】2018年全國普通高等學校招生統(tǒng)一考試物理（全國III卷）【答案】 如圖所示： 48.2【解析】【命題意圖】 本題主要考查電阻測量、歐姆定律、電路連接研及其相關的知識點。案例2【2017新課標卷】（10分）某同學研究小燈泡的伏安特性，所使用的器材有：小燈泡L（額定電壓3.8 V，額定電流0.32 A）；電壓表V（量程3 V，內(nèi)阻3 k）；電流表（量程0.5 A，內(nèi)阻0.5 ）；固定電阻R0（阻值1 000 ）；滑動變阻器R（阻值09.0 ）；電源E（電動勢5 V，內(nèi)阻不計）；開關S；導線若干。 考點定位】研究小燈泡的伏安特性曲線【名師點睛】電路圖主要是控制電路、測量電路的連接。小燈泡阻值為小電阻外接法，電壓從0開始測量分壓式接法。然后由伏安特性曲線分析阻值的變化，注意縱軸是電流。第（3）問求小燈泡消耗的實際功率較難，因小燈泡的阻值隨電流的變化而變化，通過閉合電路的歐姆定律找到小燈泡實際的電流、電壓值。案例3【2016全國新課標卷】（9分）某同學利用圖（a）所示電路測量量程為2.5 V的電壓表的內(nèi)阻（內(nèi)阻為數(shù)千歐姆），可供選擇的器材有：電阻箱R（最大阻值99 999.9 ），滑動變阻器R1（最大阻值50 ），滑動變阻器R2（最大阻值5 k），直流電源E（電動勢3 V）。開關1個，導線若干。實驗步驟如下按電路原理圖（a）連接線路；將電阻箱阻值調(diào)節(jié)為0，將滑動變阻器的滑片移到與圖（a）中最左端所對應的位置，閉合開關S；調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表滿偏； 考點定位】半偏法測電壓表的內(nèi)阻【名師點睛】此題考查測量電壓表內(nèi)阻以及電表的改裝問題；實驗是在課本上的 “半偏法”的基礎上略加改編而成的，考查考生對實驗原理的理解及遷移運用能力，解題關鍵是要搞清實驗的原理及實驗的步驟；實物圖連線也是經(jīng)常做的題目，比較簡單。2講基礎（1）控制電路(滑動變阻器的接法)的比較與選擇控制電路的比較比較項目限流式接法分壓式接法電路電壓調(diào)節(jié)的范圍EE0E電能損耗節(jié)能耗能電路連接簡便復雜控制電路的選擇：優(yōu)先選用限流式以下情況考慮分壓式：(1)要求待測電路的U、I從0變化；(2)R滑Rx；(3)選用限流式時，Ux、Ix過大(超過電表量程，燒壞電表、電源或用電器等)或Ux、Ix過小(最大值不超過電表滿量程的，讀數(shù)誤差大). 選用原則：（1）優(yōu)先限流接法，因為它電路結構簡單，耗能較少；（2）下列情況之一者，須采用分壓接法：當測量電路的電阻遠大于滑動變阻器阻值，采用限流法不能滿足要求時（本題就是該例子）；當實驗要求多測幾組數(shù)據(jù)（電壓變化范圍大），或要求電壓從零開始調(diào)節(jié)；電源電動勢比電壓表量程大得多，限流法滑動變阻器調(diào)到最大仍超過電壓表量程時。電流表內(nèi)接和外接的選用：當時，宜采用內(nèi)接法，即大電阻用內(nèi)接法；當時，宜采用外接法，即小電阻用外接法；可記憶為“大內(nèi)，小外”?！境脽岽蜩F】某同學想要描繪標有“2.5V，0.3A”字樣的小燈泡L的伏安特性曲線，要求燈泡兩端的電壓由零逐漸增加到額定值，且盡量減小實驗誤差，可供選擇的器材除小燈泡、開關、導線外，還有：A電壓表V，量程03V，內(nèi)阻約5kB電流表A1，量程0300mA，內(nèi)阻約0.25C電流表A2，量程0100mA，內(nèi)阻約5D.滑動變阻器R1，最大阻值10，額定電流2.0AE. 滑動變阻器R2，最大阻值100，額定電流1.0AF. 直流電源E，電動勢約3V，內(nèi)阻2上述器材中，電流表應選_，滑動變阻器應選_（填寫所選器材前的字母代號）。請將虛線框內(nèi)圖1所示的實驗電路圖補畫完整，并在圖2中進行實物連線。如圖3是該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪出的伏安特性曲線。從圖線可以得出小燈泡燈絲的電阻率隨溫度變化的特點是_。在實驗中，當小燈泡兩端加2.5V的電壓時，此時小燈泡的電阻為_（保留兩位有效數(shù)字）。在滑動變阻器滑動過程中，若用P、I、U、R分別表示小燈泡的功率、通過的電流、兩端的電壓和電阻，則下列圖像可能正確的是_【答案】 B D（如圖所示） 隨著溫度的升高，小燈泡燈絲的電阻率增大 8.3 AC從繪制出的伏安特性曲線的彎曲情況可以看出，隨著溫度的升高，小燈泡燈絲的電阻率增大； 【趁熱打鐵】發(fā)光二極管是很多用電器的指示燈的電子元件，在電路中的符號：只有電流從標有“”號的端流入，從標有“一”號的一端流出時，它才能發(fā)光，這時可將它視為一個純電阻?，F(xiàn)有某廠家提供的某種型號的發(fā)光二極管的伏安特性曲線如圖所示。己知該型號的發(fā)光二極管的正常工作電壓為。若用電動勢為，內(nèi)阻可以忽略不計的直流電源供電，為使該二極管正常工作，需要在電源和二極管之間串聯(lián)一只阻值為_的定值電阻。已知該型號的發(fā)光二極管允許通過的最大電流為，請用實驗證明這種元件的伏安特性曲線與廠家提供的數(shù)據(jù)是否一致?？蛇x用的器材有：待測發(fā)光二極管直流電源E（電動勢，內(nèi)阻可以忽略不計）滑動變阻器R（最大阻值為）電壓表（量程，內(nèi)阻約）電壓表（量程，內(nèi)阻約）電流表（量程，內(nèi)阻約）電流表（量程，內(nèi)阻約）電鍵S、導線若干為準確、方便地進行檢測，電壓表應選用_電流表應選用_。（填字母符號）畫出利用中器材設計的實驗電路圖_?！敬鸢浮?V2 A2 如圖所示：4講方法（1）控制電路的設計技巧滑動變阻器控制電路的方式有分壓式和限流式兩種，下列幾種情況必須選用分壓式接法：(a)要求被控制電路的電流(或電壓)從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時(如：測繪導體的伏安特性曲線等實驗)；(b)被控制電路的電阻RL遠大于滑動變阻器的最大值R0時；(c)實驗要求的電壓變化范圍較大(或要求測量多組數(shù)據(jù))時；(d)若采用限流式接法，電路中實際電壓(或電流)的最小值仍超過電表或電器的額定值時若測量電路電流或電壓沒有要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只是小范圍內(nèi)測量，且被控制電路的電阻RL與滑動變阻器的最大值R0接近或RL略小于R0，則應該采用限流式接法測定電源的電動勢和內(nèi)阻實驗必須采用限流式接法 當測量電路的電阻遠大于滑動變阻器阻值，采用限流法不能滿足要求時（本題就是該例子）；當實驗要求多測幾組數(shù)據(jù)（電壓變化范圍大），或要求電壓從零開始調(diào)節(jié)；電源電動勢比電壓表量程大得多，限流法滑動變阻器調(diào)到最大仍超過電壓表量程時。電流表內(nèi)接和外接的選用：當時，宜采用內(nèi)接法，即大電阻用內(nèi)接法；當時，宜采用外接法，即小電阻用外接法；可記憶為“大內(nèi)，小外”。案例2【2017江蘇卷】（10分）某同學通過實驗制作一個簡易的溫控裝置，實驗原理電路圖如圖111圖所示，繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端，當繼電器的電流超過15 mA時，銜鐵被吸合，加熱器停止加熱，實現(xiàn)溫控繼電器的電阻約為20 ，熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關系如下表所示（1）提供的實驗器材有：電源E1（3 V，內(nèi)阻不計）、電源E2（6 V，內(nèi)阻不計）、滑動變阻器R1（0200 ）、滑動變阻器R2（0500 ）、熱敏電阻Rt，繼電器、電阻箱（0999.9 ）、開關S、導線若干為使該裝置實現(xiàn)對3080 之間任一溫度的控制，電源E應選用 （選填“E1”或“E2”），滑動變阻器R應選用 （選填“R1”或“R2”）（2）實驗發(fā)現(xiàn)電路不工作某同學為排查電路故障，用多用電表測量各接點間的電壓，則應將如圖112圖所示的選擇開關旋至 （選填“A”、“B”、“C”或“D”）（3）合上開關S，用調(diào)節(jié)好的多用電表進行排查，在題111圖中，若只有b、c間斷路，則應發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時指針 （選填“偏轉”或“不偏轉”），接入a、c時指針 （選填“偏轉”或“不偏轉”）（4）排除故障后，欲使銜鐵在熱敏電阻為50 時被吸合，下列操作步驟正確順序是 （填寫各步驟前的序號）將熱敏電阻接入電路觀察到繼電器的銜鐵被吸合斷開開關，將電阻箱從電路中移除合上開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值斷開開關，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調(diào)至108.1 【答案】（1）E2 R2 （2）C （3）不偏轉 偏轉 （4）（2）多用電表做電壓表測量電壓，旋鈕旋至直流電壓擋C處；【考點定位】多用電表的使用 閉合電路的歐姆定律 傳感器【名師點睛】結合表格中數(shù)據(jù)，利用歐姆定律估算電動勢和電阻的數(shù)值，選擇電源和滑動變阻器明確實驗的目的是實現(xiàn)對3080 之間任一溫度的控制，其中3080 就是提示的信息，結合表格數(shù)據(jù)，可知電阻值的取值 2講基礎(1)選擇實驗儀器的三大原則安全性原則:要能夠根據(jù)實驗要求和客觀條件選用合適的儀器,使實驗切實可行,能達到預期目標。另外還要注意測量儀器的量程,電阻類器件的電流不能超過允許通過的最大電流等。精確性原則:根據(jù)實驗的需要,選用精度合適的測量工具,但對某個實驗來講,精確程度達到要求即可,并不是精度越高越好。方便性原則:在不違反前兩個原則的前提下,盡量使測量電路簡單好接,測量中的調(diào)節(jié)控制操作方便。(a)用分壓式接法時,滑動變阻器應該選用阻值較小的,而額定電流較大的。(b)用限流式接法時,滑動變阻器應該選用阻值和被測電阻接近的,額定電流應大于被測電阻的額定電流3講典例案例1(1)某研究性學習小組利用伏安法測定某一電池組的電動勢和內(nèi)阻，實驗原理如圖所示，其中，虛線框內(nèi)為用靈電流計G改裝的電流表A，V為標準電壓表，E為待測電池組，S為開關，R為滑動變阻器，是標稱值為的定值電阻。已知靈敏電流計G的滿偏電流、內(nèi)阻，若要改裝后的電流表滿偏電流為，應并聯(lián)一只_（保留2位有效數(shù)字）的定值電阻。某次實驗的數(shù)據(jù)如表所示：該小組借鑒“研究勻變速直線運動”實驗中計算加速度的方法（逐差法）計算出電池組的內(nèi)阻_（保留3位有效數(shù)字）該小組在前面實驗的基礎上，為探究電路中各元器件的實際阻值對測量結果的影響，用一已知電動勢和內(nèi)阻的標準電池組通過上述方法多次測量后發(fā)現(xiàn)：電動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_（填選項前的字母）A電壓表內(nèi)阻的影響B(tài)滑動變阻器的最大阻值偏小C的實際阻值比計算值偏小D的實際阻值比標稱值偏大(2)某同學測量一個額定電壓為3V，額定電流約為的小燈泡的伏安特性曲線，選用下列實驗器材進行實驗，電路圖如下圖所示：A電源E：電動勢為，內(nèi)阻不計；B電壓表V：量程為，內(nèi)阻約為C電流表A：量程為，內(nèi)阻約為；D滑動變阻器器：最大阻值為，數(shù)額定電流為；E滑動變阻器器：最大阻值為，額定電流為：F開關S，導線若干；若滑動變阻器a端與滑片P之間的電阻為，滑動變阻器的最大阻值為，若在該實驗中分別接入滑動變阻器R1，R2調(diào)整小燈泡兩端的電壓U，則在額定電壓范圍內(nèi)，U隨變化的圖像可能正確的是_.【答案】 1.0 1.66 CD B【解析】(1)根據(jù)電流表的改裝原理，.A、如果考慮電壓