2019版高考物理二輪復習 專題六 物理實驗 第16講 電學實驗學案.docx
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第16講電學實驗 主干體系知識 核心再現(xiàn)及學科素養(yǎng) 分壓式電路與限流式電路的區(qū)分與選擇 1.控制電路的比較 比較項目 限流式接法 分壓式接法 電路 電壓調節(jié)的范圍(不計內阻時) E～E 0～E 電能損耗 節(jié)能 耗能 2.控制電路的選擇 (1)從節(jié)能的角度考慮，優(yōu)先選用限流式． (2)以下三種情況必須用分壓式：①要求待測電路的U、I從0變化；②R滑?Rx；③選用限流式，Ux、Ix過大(超過電流表量程，燒壞電表、電源或用電器等). 1．(2018全國Ⅰ卷，23)某實驗小組利用如圖(a)所示的電路探究在25 ℃～80 ℃范圍內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 Ω；電源E(6 V，內阻可忽略)；電壓表○V(量程150 mV)；定值電阻R0(阻值20.0 Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)；電阻箱R2(阻值范圍0～999.9 Ω)；單刀開關S1，單刀雙擲開關S2. 圖(a) 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25.0 ℃.實驗得到的R2－t數(shù)據(jù)見下表. t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 回答下列問題： (1)在閉合S1前，圖(a)中R1的滑片應移動到________(填“a”或“b”)端． (2)在圖(b)的坐標紙上補齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點，并作出R2－t曲線． 圖(b) 圖(c) (3)由圖(b)可得到RT在25 ℃～80 ℃范圍內的溫度特性．當t＝44.0 ℃時，可得RT＝________Ω. (4)將RT握于手心，手心溫度下R2的相應讀數(shù)如圖(c)所示，該讀數(shù)為________Ω，則手心溫度為________℃. 解析 (1)閉合開關S1前，應讓滑片移動到b端，使滑動變阻器連入電路的阻值最大． (3)由圖象可知t＝44.0 ℃時，電阻的阻值為450 Ω. (4)由圖(c)可得電阻箱阻值為620.0 Ω，由圖象可得溫度約為33.0 ℃. 答案 (1)b (2)如圖所示 (3)450 (4)620.0 33.0 2．(2018全國Ⅱ卷，22)某同學組裝一個多用電表．可選用的器材有：微安表頭(量程100 μA，內阻900 Ω)；電阻箱R1(阻值范圍0～999.9 Ω)；電阻箱R2(阻值范圍0～99 999.9 Ω)；導線若干． 要求利用所給器材先組裝一個量程為1 mA的直流電流表，在此基礎上再將它改裝成量程為3 V的直流電壓表．組裝好的多用電表有電流1 mA和電壓3 V兩擋． 回答下列問題： (1)在虛線框內畫出電路圖并標出R1和R2，其中*為公共接線柱，a和b分別是電流擋和電壓擋的接線柱． (2)電阻箱的阻值應取R1＝________Ω，R2＝________Ω.(保留到個位) 解析 (1)如圖所示． (2)接a時改裝成量程為1 mA的電流表，有 IgRg＝(I－Ig)R1 解得R1＝100 Ω 接b時改裝成量程為3 V的電壓表，有 U＝IgRg＋IR2 解得R2＝2 910Ω. 答案 (1)見解析 (2)100 2 910 3．(2018全國卷Ⅲ，23)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 Ω)； 可視為理想電壓表；S1為單刀開關，S2為單刀雙擲開關；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?shù)奈恢?，閉合S1. (3)將開關S2擲于1端，改變滑動變阻器滑動端的位置，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). 1 2 3 4 5 U1/V 0.25 0.30 0.36 0.40 0.44 U2/V 0.86 1.03 1.22 1.36 1.49 3.44 3.43 3.39 3.40 3.39 (6)利用上述5次測量所得的平均值，求得Rx＝________Ω.(保留1位小數(shù)) 命題點 部分電路歐姆定律，串聯(lián)電路的特點． 解析 (1)根據(jù)原理圖，沿電流的流向依次連接． ①先將E、R、S1連接起來，組成閉合回路． ②將R0、Rx與R連接起來． ③將 、S2與Rx連接起來． (4)由于 為理想電壓表，故S2接1、或接2時流過R0、Rx的電流相等． 根據(jù)部分電路歐姆定律和串聯(lián)電路的特點得 ＝ 解得Rx＝R0 (6)將各次的代入Rx＝R0得 Rx1＝48.8 Ω Rx2＝48.6 Ω Rx3＝47.8 Ω Rx4＝48.0Ω Rx5＝47.8 Ω 然后求平均值，即Rx＝＝48.2 Ω. 答案 (1)實物連線如圖 (4)R0 (6)48.2 [考情分析] 電學實驗題在高考試題中每年都出現(xiàn)，實驗原理、儀器的選擇、電路的分析是高考的重點． 在2019年的備考過程中要：(1)掌握基本儀器的原理和使用． (2)掌握基本的實驗目的、原理和實驗思想，如伏安法測電阻，電流表的內、外接法及滑動變阻器的連接方式． (3)掌握處理實驗數(shù)據(jù)的基本方法，如圖象法、平均值法等． 涉及電源電動勢和內阻的實驗、電路故障分析的實物圖的連接是2019年命題的重點． 高頻考點一 電學實驗儀器的讀數(shù)和使用 [備考策略] 1．電流表和電壓表 量程 精確度 讀數(shù)規(guī)則 電流表0～3 A 0.1 A 與刻度尺一樣，采用估讀，讀數(shù)規(guī)則較簡單，只需要精確值后加一估讀數(shù)即可 電壓表0～3 V 0.1 V 電流表0～0.6 A 0.02 A 估讀位與最小刻度在同一位，采用估讀 電壓表0～15 V 0.5 V 估讀位與最小刻度在同一位，采用估讀 2.多用電表使用的幾個注意事項 (1)電流的流向：由于使用多用電表時不管測量什么，電流都要從電表的“＋”插孔(紅表筆)流入，從“－”插孔(黑表筆)流出，所以使用歐姆擋時，多用電表內部電池的正極接的黑表筆，負極接的是紅表筆． (2)要區(qū)分“機械零點”與“歐姆零點”：“機械零點”在表盤刻度左側“0”位置，用表盤下邊中間的指針定位螺絲調整；“歐姆零點”在表盤刻度的右側電阻刻度“0”位置，用歐姆調零旋鈕調整． (3)測電阻時每變換一次擋位，都要重新進行歐姆調零． (4)選倍率：測量前應根據(jù)估計阻值選用適當?shù)膿跷唬捎跉W姆擋的刻度不均勻，使用歐姆擋測電阻時，指針偏轉過大或過小都有較大誤差，通常只使用表盤中間的一段刻度范圍． (5)測電阻時要將電阻與其他元件斷開，不要用手同時接觸多用電表的兩支表筆． (6)多用電表使用完畢應將選擇開關旋至“OFF”擋或交流電壓最高擋． [題組突破] 1－1. (2018江西南昌市NCS0607摸底調研)一多用電表的簡化電路圖如圖甲所示．已知表頭內阻為400 Ω，滿偏電流為2 mA；電池E＝1.5 V，E′＝15 V. (1)若R1＝1 Ω，R2＝99 Ω，當選擇開關置于2時，多用電表測量的是________(選填“電流”、“電壓”或“電阻”)，其測量的最大值(量程)為________． (2)在(1)的條件下，若R5＝0.92103Ω，R6＝9103Ω，當選擇開關置于6時，多用電表測量的是________(選填“電流”、“電壓”或“電阻”)，其測量的最大值(量程)為________． (3)在(1)的條件下，當選擇開關置于3時，多用電表測量的是________(選填“電流”、“電壓”或“電阻”)．現(xiàn)要測量一個一千多歐的電阻，應當把選擇開關置于________(選填“1”、“2”、“3”、“4”、“5”或“6”)，正確測量時多用電表指針如圖乙所示，則所測電阻的阻值為________Ω. 解析 (1)結合題圖甲可知，多用電表選擇開關置于2時，R1、R2串聯(lián)后與表頭并聯(lián)，此時多用電表測量的是電流，量程為2 mA＋＝10 mA.(2)當選擇開關置于6時，多用電表測量的是電壓，此時表頭與R1、R2可視為一個新表頭(滿偏電流為10 mA， 內阻為80 Ω)，量程為10 mA(80＋920＋9 000)Ω＝100 V．(3)當選擇開關置于3時，多用電表內含電池，測量的是電阻，由第(2)問分析可知，此時新表頭的滿偏電流為10 mA，內阻為80 Ω，若測量一個一千多歐的電阻，由閉合電路歐姆定律可知電池的電動勢應選15 V．題圖乙中指針位于表盤刻度中心，此時所測電阻阻值等于多用電表的內阻，滿偏電流為10 mA，電壓為15 V，故多用電表的內阻即所測電阻的阻值為1 500 Ω. 答案 (1)電流 10 mA (2)電壓 100 V (3)電阻 4 1 500 1－2.(2018衡中同卷、押題卷(一))某同學在實驗過程中組裝了一個歐姆表，內部電路如圖所示．已知該同學選用的電源的電動勢E＝1.5 V，內阻r＝2 Ω，電流計滿偏電流Ig＝300 μA，內阻rg＝250 Ω，可選用的滑動變阻器有兩個，最大阻值分別為R1＝999 Ω，R2＝9 999 Ω. (1)該同學應選用的滑動變阻器為________(選填“R1”或“R2”)． (2)正確進行機械調零和歐姆調零后，該同學進行電阻的測量，則A、B間所接的待測電阻Rx與電流計示數(shù)I間應滿足的關系為Rx＝________(用題中字母表示)． (3)若測量某電阻R0時，電流計指針偏轉到滿偏刻度的處，則R0＝________. (4)若將一個阻值25 Ω的定值電阻與電流計并聯(lián)，則改裝后歐姆表的倍率將會變________(選填“大”或“小”)． (5)若該同學組裝的歐姆表由于長時間不用，電源電動勢減小，內阻增大，使用過程中，發(fā)現(xiàn)該歐姆表依然可以進行歐姆調零，但其測量的結果比真實值________(選填“大”或“小”)． 解析 (1)歐姆調零時應滿足Ig＝，解得R內＝5 000 Ω，滑動變阻器需調至R＝(5 000－2－250)Ω＝4 748 Ω，所以滑動變阻器應選R2. (2)測R2時由閉合電路歐姆定律得I＝，待測電阻Rx＝－. (3)電流計指針偏轉到滿偏刻度的處，由閉合電路歐姆定律可知＝，解得R0＝10 000 Ω. (4)將定值電阻與電流計并聯(lián)后，在歐姆調零過程中，要使電流計滿偏，回路中干路電流應為電流計的滿偏電流的11倍，此時歐姆表內阻為之前內阻的，倍率變?。? (5)電動勢減小后，歐姆表進行歐姆調零時，內阻R內＝變小，用歐姆表測電阻時，電流I＝＝＝，因此內阻減小時，通過電流計的電流偏小，指針偏左，測得的電阻值偏大． 答案 (1)R2 (2)－ (3)10 000 Ω (4)小 (5)大 1－3.某同學在測量一只小燈泡電阻的實驗中，連接了如圖甲所示的實物電路圖．閉合開關，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表的示數(shù)為零． (1)他借助多用電表檢查小燈泡，先斷開開關，把多用電表的選擇開關旋到歐姆擋的“1”擋，再進行________調零；然后將紅、黑表筆分別接觸①、②接線柱，多用電表的表盤恰好如圖乙所示，說明小燈泡正常，此時的電阻為________Ω. (2)他將多用電表選擇開關旋于某直流電壓擋，將紅、黑表筆分別接觸②、③接線柱；閉合開關，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)約等于電源電動勢，說明②、③接線柱間的導線出現(xiàn)了________(選填“斷路”或“短路”)． (3)故障排除后，為了使電流表的示數(shù)從零開始，要在________(選填“①、④”或“③、④”)接線柱間再連接一根導線，并在閉合開關前把滑動變阻器的滑片置于最________(選填“左”和“右”)端． 解析 (1)根據(jù)歐姆表的使用方法可知，每次選完擋后應重新進行歐姆調零；歐姆表的計數(shù)為R＝6.01 Ω＝6.0 Ω.(2)將紅、黑表筆分別接觸②、③接線柱，閉合開關，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)約等于電源電動勢，說明②、③接線柱間的導線出現(xiàn)了斷路．(3)為使電流表的示數(shù)從零開始，變阻器應采用分壓式接法，所以應在③、④接線柱間再連接一根導線；閉合開關前應將滑片置于輸出電壓最小的最左端． 答案 (1)歐姆 6(或6.0) (2)斷路 (3)③、④ 左 [歸納反思] 多用電表使用“五步”法 1．選倍率：一般要選擇比被測電阻的估計值低一個數(shù)量級的倍率，如估計值為200 Ω，就應該選“10”的倍率． 2．進行歐姆調零． 3．將紅、黑表筆接被測電阻兩端進行測量． 4．將指針示數(shù)乘以倍率，得測量值． 5．測量結束后，將選擇開關扳到OFF或交流電壓最高擋． 特別注意：用歐姆擋測電阻時，如果指針偏轉角度太小(即指針所指的歐姆刻度值太大)，應該適當增大倍率重新調零后再測量；如果指針偏轉角度太大(即指針所指的歐姆刻度值太小)，應該適當減小倍率重新調零后再測量． 高頻考點二 以測電阻為核心的實驗(包含電表的改裝) [備考策略] 1．電學儀器和電路的選擇原則——安全、準確、方便 (1)電源的選擇：一般可以根據(jù)待測元件的額定電流或額定電壓選擇符合需要的電源． (2)電表的選擇：一般根據(jù)電源電動勢或待測元件的額定電壓選擇電壓表，再估算待測電流的最大值選擇電流表．注意測量時要使電表的指針偏轉角度較大. 電流表內接法 電流表外接法 電路 誤差來源 電流表的分壓 電壓表的分流 測量結果 R測＝Rx＋RA，偏大 R測＝，偏小 適用條件 Rx?RA(測大電阻) 或RA已知 RV?Rx(測小電阻) 或RV已知 “3用電表” 如果知道電表的內阻，電流表、電壓表就既可以測電流，也可以測電壓，還要以作為定值電阻來用，即“一表3用” (3)變阻器的選擇：在安全條件下，分壓電路選最大阻值較小、額定電流較大的，限流電路選最大值與待測電阻差不多的. 分壓電路 限流電路 電路 電壓調節(jié)范圍 0≤U≤E E≤U≤E ①要求待測電壓或電流從0開始變化時，必須選擇分壓電路； ②要求測量精確度高(或多測量幾組數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)區(qū)分度大)時，應選擇分壓電路； ③雖然沒有明確的要求，但滑動變阻器的總電阻比待測電阻阻值小很多時，應選擇分壓電路； ④其他情況優(yōu)先選擇限流電路(節(jié)能). 2.最常用的電阻測量方法——伏安法及其變式 (1)“伏安法”，有電壓表、電流表且電表量程恰當時選擇“伏安法”． (2)“伏伏法”，電流表不能用或沒有電流表的情況下，若知道電壓表內阻，可以將電壓表當作電流表使用，即選擇“伏伏法”． (3)“安安法”，電壓表不能用或沒有電壓表的情形下，若知道電流表內阻，可以將電流表當作電壓表使用，即選擇“安安法”． (4)“伏安加R法”，在運用伏安法測電阻時，由于電壓表或電流表的量程太小或太大，為了滿足安全、精確的要求，加保護電阻的方法就應運而生，“伏安加R法”又叫做“加保護電阻法”． 3．最精確的電阻測量方法——等效替代法 電流等效替代 電壓等效替代 4.最專一的電表內阻測量方法——半偏法 (1)用半偏法測電流表內阻，如圖所示，電阻箱應和電流表并聯(lián)，然后與大電阻滑動變阻器串聯(lián)，R測
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