大綱地區(qū)2014屆高三物理復(fù)習(xí)能力提升：第10章 專題8 電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的處理 Word版含解析

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1、 專題八　電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的處理 考綱解讀1.掌握設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的一般方法.2.能根據(jù)題目給的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、器材，設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理的方法． 考點(diǎn)一　設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的答題思路與方法 1．明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模畬忣}時(shí)要看清題目要求測(cè)定什么物理量，驗(yàn)證、探究什么物理規(guī)律，或者要求設(shè)計(jì)達(dá)到何種標(biāo)準(zhǔn)的電路． 2．廣泛聯(lián)系、尋找原型、確定實(shí)驗(yàn)原理． 3．根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)器材，遷移實(shí)驗(yàn)方法，確定實(shí)驗(yàn)方案． 4．實(shí)驗(yàn)電路的選擇 (1) (2)控制電路的選擇：控制電路即滑動(dòng)變阻器在電路中的連接，常有兩種不同的形式，圖1甲為限流式，圖乙為分壓式． 　 圖1 在具體實(shí)驗(yàn)中，

2、滑動(dòng)變阻器是采用分壓式還是限流式，可按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷： ①負(fù)載電阻的阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器總電阻R，需用分壓式電路． ②要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開(kāi)始連續(xù)可調(diào)，需用分壓式電路． ③負(fù)載電阻的阻值Rx小于滑動(dòng)變阻器的總電阻R或相差不多，并且電壓、電流表示數(shù)變化不要求從零起調(diào)，可采用限流式． ④兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃ㄏ牡牡目偣β瘦^?。? 例1　中國(guó)機(jī)器人農(nóng)民發(fā)明家吳玉祿(被譽(yù)為中國(guó)的特斯拉)只有小學(xué)文化，為了給他的機(jī)器人吳老二找一個(gè)可充電電池，他在廢品站找到了一個(gè)像電池一樣有兩個(gè)電極的裝置，上面標(biāo)有“TNT”字樣，他高興地拿回去充

3、電，結(jié)果差點(diǎn)丟了性命．如果你是他的兒女，為了安全起見(jiàn)，你能給他提出一些建議或幫助嗎？ (1)經(jīng)上網(wǎng)查找這是只工業(yè)電雷管，由電能轉(zhuǎn)化成熱能而引發(fā)爆炸的，利用了電流的熱效應(yīng)．給你一個(gè)多用電表你會(huì)選擇________(直流電流、直流電壓、電阻)擋來(lái)判斷它是否為電池，可保證既安全又方便． (2)經(jīng)核實(shí)該電雷管全電阻阻值為6 Ω，其中電熱絲阻值為5 Ω，引腳線長(zhǎng)2 m，阻值為 1 Ω，當(dāng)通以0.45 A電流時(shí)約6 s鐘爆炸，若吳玉祿用5.4 V的電壓給它充電時(shí)理論上約________s鐘爆炸． (3)某興趣小組發(fā)揚(yáng)吳玉祿精神，用伏安法設(shè)計(jì)了一實(shí)驗(yàn)精確測(cè)量上述單只電雷管電阻的電路，準(zhǔn)備了以下實(shí)驗(yàn)器

4、材： 待測(cè)電雷管Rx，炸藥桶(保護(hù)作用，防爆破) 電流表A1：量程0.5 A、內(nèi)阻約0.5 Ω 電流表A2：量程30 mA、內(nèi)阻約30 Ω 電壓表V1：量程30 V、內(nèi)阻約10 kΩ 電壓表V2：量程2 V、內(nèi)阻約3 kΩ 滑動(dòng)變阻器R：0～10 Ω 電阻箱R0：0～999.9 Ω，0.1 A 干電池E：電動(dòng)勢(shì)E＝1.5 V，內(nèi)阻r約0.1 Ω 電鍵S及導(dǎo)線若干 ①請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)較合理的電路原理圖，畫在規(guī)定的虛線框內(nèi)，要求通過(guò)電雷管的電流不超過(guò)27 mA，電壓能從零調(diào)節(jié)，盡可能減小誤差． ②寫出Rx的計(jì)算公式Rx＝________；說(shuō)明公式中各物理量的意義：_______

5、____________ ________________________________________________________________________. 解析　(1)由直流電壓擋的內(nèi)阻較大，如是電池，能顯示電壓，電流較小；如是TNT，直流電壓擋不會(huì)給它供電，也是安全的；如用電阻擋測(cè)試，多用電表內(nèi)部電池會(huì)給TNT供電，可能有危險(xiǎn)；所以應(yīng)選直流電壓擋． (2)由焦耳定律：IRt1＝()2Rt′，解得t′＝1.5 s. (3)①由于要求電雷管的電流不超過(guò)27 mA，因此電流表應(yīng)選A2， 且應(yīng)給待測(cè)電雷管串聯(lián)電阻箱作限流電阻．電壓表V1量程過(guò)大， 應(yīng)選V2，且電流表應(yīng)外

6、接，滑動(dòng)變阻器應(yīng)用分壓式．電路圖如 圖所示． ②由歐姆定律知Rx＝－R0.其中，U為電壓表示數(shù)，I為電流表示數(shù)，R0為電阻箱讀數(shù)． 答案　(1)直流電壓　(2)1.5　(3)①見(jiàn)解析圖?、冢璕0　U為電壓表示數(shù)，I為電流表示數(shù)，R0為電阻箱讀數(shù) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程 例2　在“描繪小電珠的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)除了有一個(gè)標(biāo)有“5 V,2.5 W”的小電珠、導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)外，還有： A．直流電源(電動(dòng)勢(shì)約為5 V，內(nèi)阻可不計(jì)) B．直流電流表(量程0～3 A，內(nèi)阻約為0.1 Ω) C．直流電流表(量程0～600 mA，內(nèi)阻約為5 Ω) D．直流電壓表(量程0～15 V，內(nèi)阻約為

7、15 kΩ) E．直流電壓表(量程0～5 V，內(nèi)阻約為10 kΩ) F．滑動(dòng)變阻器(最大阻值10 Ω，允許通過(guò)的最大電流為2 A) G．滑動(dòng)變阻器(最大阻值1 kΩ，允許通過(guò)的最大電流為0.5 A) 實(shí)驗(yàn)要求小電珠兩端的電壓從零開(kāi)始變化并能測(cè)多組數(shù)據(jù)． (1)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用________，電壓表應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(均用序號(hào)字母表示)． (2)請(qǐng)按要求將圖2中所示的器材連成實(shí)驗(yàn)電路． 圖2 (3)某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)正確作出的小電珠的伏安特性曲線如圖3所示．現(xiàn)把實(shí)驗(yàn)中使用的小電珠接到如圖4所示的電路中，其中電源電動(dòng)勢(shì)E＝6 V，內(nèi)阻r＝1

8、 Ω，定值電阻R＝9 Ω，此時(shí)電珠的實(shí)際功率為_(kāi)_______W．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖3 圖4 解析　(1)由電珠標(biāo)識(shí)(5 V,2.5 W)知，I＝＝0.5 A，因此電流表選C，電壓表選E.由于電路接成分壓式，滑動(dòng)變阻器選F. (2)如圖所示 (3)把定值電阻作為電源的內(nèi)阻，則該電源短路時(shí)的電流為Imax＝＝0.6 A，在題圖中的U－I圖中，作出此電源的U－I圖線如圖中虛線所示 兩圖線交點(diǎn)即表示該電珠的實(shí)際工作點(diǎn)．由圖知 U＝2.2 V，I＝0.38 A，所以P＝UI＝2.2×0.38 W＝0.84 W. 答案　(1)C　E　F　(2)見(jiàn)解析圖　(3)0

9、.84(0.81～0.87)皆可 考點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理方法的遷移運(yùn)用 1．實(shí)驗(yàn)方法遷移 基本的實(shí)驗(yàn)方法包括：實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)方法、實(shí)驗(yàn)誤差的控制方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，將基本的實(shí)驗(yàn)方法和物理原理合理遷移，可設(shè)計(jì)出測(cè)量不同的物理量、可探究不同問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)方案．教材中所學(xué)過(guò)的物理規(guī)律、物理公式中只要含有某一物理量，則該規(guī)律、公式就可作為研究或測(cè)定該物理量的原理基礎(chǔ)而進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)．如用伏安法測(cè)電阻，R＝，也可遷移到測(cè)電壓表內(nèi)阻和電流表內(nèi)阻上去． 2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的遷移 數(shù)據(jù)探究性實(shí)驗(yàn)的主要功能是通過(guò)實(shí)驗(yàn)提供的數(shù)據(jù)信息，分析各數(shù)據(jù)中的內(nèi)在聯(lián)系，找出數(shù)據(jù)中所包含的物理規(guī)律．常用的

10、數(shù)據(jù)處理方法(如平均值法、圖象法、逐差法、比較法等)和誤差分析方法應(yīng)該掌握． 例3　常用的電流表有內(nèi)阻，現(xiàn)要測(cè)量電流表G1的內(nèi)阻r1，電路如圖5所示．供選擇的儀器如下： 圖5 A．待測(cè)電流表G1(0～5 mA，內(nèi)阻約300 Ω) B．電流表G2(0～10 mA，內(nèi)阻約100 Ω) C．定值電阻R1(30 Ω) D．定值電阻R2(300 Ω) E．定值電阻R3(3 kΩ) F．滑動(dòng)變阻器R4(0～20 Ω) G．電源(電動(dòng)勢(shì)6.0 V，內(nèi)阻不計(jì)) H．開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干 (1)電路中與電流表G1并聯(lián)的電阻應(yīng)選________，保護(hù)電阻應(yīng)選用________(請(qǐng)?zhí)顚懫鞑那暗?/p>

11、字母序號(hào))． (2)根據(jù)電路圖在圖6中連接實(shí)物圖，要求閉合開(kāi)關(guān)前滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P處于正確位置． 圖6 (3)補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)步驟： ①按電路圖連接電路； ②閉合開(kāi)關(guān)S，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P至某一位置，記錄G1、G2的讀數(shù)I1、I2； ③________________________________________________________________________； ④以I1為縱軸，I2為橫軸，作出相應(yīng)圖象如圖7所示． 圖7 (4)根據(jù)I1－I2圖線的斜率k及定值電阻，寫出電流表G1內(nèi)阻的表達(dá)式r1＝________. 解析　(1)由于

12、G2的量程為0～10 mA，而G1的量程為0～5 mA，則與G1并聯(lián)的電阻分流大約是0～5 mA，應(yīng)與G1的內(nèi)阻相當(dāng)，因此應(yīng)選R2，即D.保護(hù)電阻如過(guò)大，則導(dǎo)致G1、G2示數(shù)很小，或指針不偏轉(zhuǎn)，因此應(yīng)選R1，即C. (2) (3)多次移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，記錄相應(yīng)的G1、G2讀數(shù)I1、I2. (4)從電路可知：(I2－I1)R2＝I1r1，即I1＝I2，即＝k，所以r1＝R2. 答案　(1)D　C　(2)見(jiàn)解析圖　(3)多次移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，記錄相應(yīng)的G1、G2讀數(shù)I1、I2　(4)R2 (限時(shí)：30分鐘) 1．某同學(xué)將完好的儀器連接成如圖1所示電路(其中滑動(dòng)變阻器的連線沒(méi)有畫出)，用

13、來(lái)探究小燈泡電阻與電壓的關(guān)系． 圖1 (1)閉合開(kāi)關(guān)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論怎樣移動(dòng)滑片P，電壓表和電流表的示數(shù)都不為零，但始終沒(méi)有變化．則該同學(xué)把滑動(dòng)變阻器接入電路中的方式可能是________(填寫選項(xiàng)代號(hào))． a．G與C相連，F(xiàn)與H相連 b．G與C相連，D與H相連 c．G與E相連，F(xiàn)與H相連 d．G與E相連，D與H相連 (2)在圖中將滑動(dòng)變阻器正確接入電路中，要求：燈泡兩端的電壓可以從零開(kāi)始進(jìn)行調(diào)節(jié)． (3)在正確操作下，該同學(xué)得到燈絲兩端電壓U和對(duì)應(yīng)電阻R的數(shù)據(jù)如下表： U/V 1.0 2.0 3.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 R/

14、Ω 2.1 3.0 3.8 4.4 5.2 5.6 5.9 6.0 ①根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖2中描出R－U圖線； 圖2 ②根據(jù)圖線，可以得到燈絲在未通電時(shí)的阻值約為_(kāi)___Ω. 答案　(1)bc　(2)如圖所示 (3)①如圖所示 ②1.0(0.9～1.2均可) 2．某同學(xué)想利用所學(xué)知識(shí)測(cè)量某種圓柱形材料的電阻率，實(shí)驗(yàn)要求必須精確測(cè)出該段材料的阻值．除了導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)外，實(shí)驗(yàn)室還備有以下器材可供選用： 電流表A1，量程1 A，內(nèi)阻r1約0.5 Ω 電流表A2，量程30 mA，內(nèi)阻r2約200 Ω 電壓表V1，量程6 V，內(nèi)阻RV1等于20 kΩ 電壓表

15、V2，量程10 V，內(nèi)阻RV2約30 kΩ 滑動(dòng)變阻器R1,0～20 Ω，額定電流2 A 滑動(dòng)變阻器R2,0～2 000 Ω，額定電流1 mA 電源E(電動(dòng)勢(shì)為12 V，內(nèi)阻r約2 Ω) (1)請(qǐng)選擇合適的器材，設(shè)計(jì)出便于精確測(cè)量的電路圖畫在虛線框中，其中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________． (2)若選用其中一組電表的數(shù)據(jù)，設(shè)該段圓柱形材料的長(zhǎng)為L(zhǎng)，直徑為d，由以上實(shí)驗(yàn)得出這種材料電阻率的表達(dá)式為_(kāi)_______________，式中符號(hào)的含義為_(kāi)_________． 答案　(1)電路圖見(jiàn)解析圖　R1　(2)ρ＝　U1表示電壓表V1的示數(shù)，U2表示電壓表V2的示數(shù) 解析　(1)由

16、于V1的阻值已知，可當(dāng)電流表使用，故可以采用將待測(cè)材料與V1串聯(lián)再與V2并聯(lián)，由于滑動(dòng)變阻器阻值遠(yuǎn)小于待測(cè)電阻的阻值，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法，為調(diào)節(jié)方便選用小阻值的R1，電路圖如圖所示． (2)由電路圖知，Rx＝，IV1＝，又Rx＝ρ，聯(lián)立得ρ＝，式中U1表示電壓表V1的示數(shù)，U2表示電壓表V2的示數(shù)． 3．現(xiàn)有一特殊電池，它的電動(dòng)勢(shì)E約為9 V，內(nèi)阻r約為40 Ω，已知該 電池允許輸出的最大電流為50 mA.為了測(cè)定這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻， 某同學(xué)利用如圖3所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖中電流表的內(nèi)阻RA已經(jīng)測(cè) 出，阻值為5 Ω，R為電阻箱，阻值范圍為0～999.9 Ω，R0為定

17、值電阻， 圖3 對(duì)電路起保護(hù)作用． (1)實(shí)驗(yàn)室備有的定值電阻R0共有以下幾種規(guī)格． A．10 Ω B．50 Ω C．150 Ω D．500 Ω 本實(shí)驗(yàn)選用哪一種規(guī)格的定值電阻最好？________. (2)該同學(xué)接入符合要求的R0后，閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)整電阻箱的阻值，讀取電流表的示數(shù)，記錄多組數(shù)據(jù)，作出了如圖4所示的圖線，則根據(jù)該同學(xué)作出的圖線可求得該電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________ V，內(nèi)阻r＝________ Ω. 圖4 答案　(1)C　(2)10　45 解析　(1)當(dāng)R＝0時(shí)，應(yīng)該有R0＋r＋RA≥ Ω，即R0≥135 Ω時(shí)，可保證電路中電流

18、不超過(guò)最大允許電流，R0應(yīng)該選擇C. (2)由E＝I(r＋R0＋RA＋R)，得＝(R＋R0)＋(r＋RA)，結(jié)合圖象可得(r＋RA)＝5 A－1，斜率＝ V－1，解得E＝10 V，r＝45 Ω. 4．將一銅片和一鋅片分別插入一個(gè)蘋果內(nèi)，就構(gòu)成了簡(jiǎn)單的“水果電池”，其電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V．可是這種電池并不能點(diǎn)亮額定電壓為1.5 V、額定電流為0.3 A的手電筒上的小燈泡，原因是流過(guò)小燈泡的電流太小了，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得還不足3 mA.為了較精確地測(cè)定該水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，提供的實(shí)驗(yàn)器材有： A．電流表A1(量程0～3 mA，內(nèi)阻約為0.5 Ω) B．電流表A2(量程0～0.6 A，內(nèi)阻約為0

19、.1 Ω) C．電壓表V(量程0～1.5 V，內(nèi)阻約為3 kΩ) D．滑動(dòng)變阻器R1(阻值0～10 Ω，額定電流為1 A) E．滑動(dòng)變阻器R2(阻值0～3 kΩ，額定電流為1 A) F．電鍵，導(dǎo)線若干 G．水果電池 (1)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用______，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用______(均用序號(hào)字母表示)． (2)請(qǐng)?jiān)谔摼€框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖． (3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)，經(jīng)描點(diǎn)、連線得到水果電池的路端電壓 隨電流變化的U－I圖象如圖5所示，由圖可知：水果電池的電動(dòng) 勢(shì)E＝____V，內(nèi)阻r＝________Ω. 答案　(1)A　E 圖5 (2)如圖所示

20、 (3)1.35　450 解析　由圖象知電源內(nèi)阻較大，因此電流表應(yīng)外接，誤差較?。煌瑫r(shí)滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R2，電流表才會(huì)有明顯的示數(shù)變化． 5．(Ⅰ)用下列器材組裝成一個(gè)電路，要求既能測(cè)量出電池組的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，又能同時(shí)描繪小燈泡的伏安特性曲線． A．電壓表V1(量程6 V，內(nèi)阻很大) B．電壓表V2(量程3 V，內(nèi)阻很大) C．電流表A(量程3 A，內(nèi)阻很小) D．滑動(dòng)變阻器R(最大阻值10 Ω，額定電流4 A) E．小燈泡(2 A　5 W) F．電池組(電動(dòng)勢(shì)E，內(nèi)阻r) G．開(kāi)關(guān)一只，導(dǎo)線若干 實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，多次測(cè)量后發(fā)現(xiàn)：若電壓表V1的示數(shù)增大，則電

21、壓表V2的示數(shù)減?。? (Ⅱ)請(qǐng)將設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖在如圖6所示的虛線框中補(bǔ)充完整． 圖6 (1)每一次操作后，同時(shí)記錄電流表A、電壓表V1和電壓表V2的示數(shù)，組成兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(I1，U1)、(I2，U2)，標(biāo)到U－I坐標(biāo)系中，經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，最后描繪出兩條圖線，如圖7所示，則電池組的電動(dòng)勢(shì)E＝______ V，內(nèi)阻r＝______ Ω.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖7 (2)在U－I坐標(biāo)系中兩條圖線在P點(diǎn)相交，此時(shí)滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值應(yīng)為_(kāi)_______ Ω. 答案　(Ⅱ)如圖所示 (1)4.5　1.0　(2)0 解析　由圖象可知，縱軸截距為電源電動(dòng)勢(shì)E＝4.5 V，該

22、直線斜率的絕對(duì)值表示電源內(nèi)阻r＝1.0 Ω，由交點(diǎn)P可知，燈泡兩端電壓為2.5 V，電流為2 A，所以滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值為0 Ω. 6．某物理實(shí)驗(yàn)小組利用實(shí)驗(yàn)室提供的器材測(cè)量一螺線管兩接線柱之間金屬絲的長(zhǎng)度．可選用的器材如下： A．待測(cè)螺線管L(符號(hào))：繞制螺線管的金屬絲電阻率為ρ，阻值約幾十歐 B．電流表A1：量程10 mA，內(nèi)阻r1＝40 Ω C．電流表A2：量程500 μA，內(nèi)阻r2＝750 Ω D．電壓表V：量程為10 V，內(nèi)阻為10 kΩ E．保護(hù)電阻R1：阻值為100 Ω F．滑動(dòng)變阻器R2：總阻值約為10 Ω G．電源E，電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V，內(nèi)阻忽略不計(jì) H．開(kāi)關(guān)一個(gè)及導(dǎo)線若干 (1)用多用電表粗測(cè)線圈的電阻，選擇倍率“×1”和“×10”，經(jīng)正確步驟操作，多用電表表盤示數(shù)如圖8所示，則金屬絲的電阻約為_(kāi)_______ Ω. 圖8 (2)為了盡可能準(zhǔn)確的測(cè)量RL，要求電表的指針偏轉(zhuǎn)至少要達(dá)到滿刻度的，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一種適合的電路，將你設(shè)計(jì)的電路畫在虛線框中，并標(biāo)明所用器材的代號(hào)． (3)由已知量和測(cè)得量的符號(hào)表示金屬絲的長(zhǎng)度L，則L＝________________. 答案　(1)48 (2)電路如圖所示(畫出其中一個(gè)即可) 電路一 電路二 (3)電路一：L＝　電路二：L＝