（全国通用）2018年高考物理二轮复习 专题六 物理实验 第2讲 电学实验学案

第2讲电学实验1.电流表、电压表、欧姆表的比较仪器极性量程选择读数电流表有正、负接线柱的电表，电流由电表的正接线柱流入，负接线柱流出使指针指示超过满偏刻度的位置3 V和3 A量程估读到最小分度的；15 V量程估读到最小分度的；0.6 A量程估读到最小分度的电压表欧姆表使指针尽量指在表盘的中间位置表盘读数乘以相应挡位的倍率2.使用多用电表的“三注意”(1)电流的流向：使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接黑表笔，负极接红表笔，从电源外部看，电流从红表笔流入，从黑表笔流出。(2)区分“机械凋零”和“欧姆调零”：“机械调零”使指针指在表盘刻度左侧“0”位置，调整表盘下边的中间定位螺丝；“欧姆调零”使指针指在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整欧姆凋零旋钮。(3)倍率选择：使用欧姆挡测电阻时，表头指针示数过大或过小均有较大误差，指针偏转角度在满偏到满偏之间读数较准确，例：待测电阻约为2 k，应选用“100”挡。3.电流表内、外接法的区分与选择比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差来源电流表的分压电压表的分流测量结果R测Rx，偏大R测b，则由图线可知电池组的电动势E_，内阻r_。(用字母表示)解析(1)电压表量程太大，不能用，电表只能选择电流表A和电流表G。内阻已知的G和定值电阻r1串联改装成电压表使用，其量程约为1 V；电流表A的内阻与被测电源内阻相当，不能接在干路上，和滑动变阻器串联，改装后的电压表测它们的电压，两电表都满偏时，需要滑动变阻器的电阻值约为20 ，滑动变阻器应选R1。(2)电源电动势为6 V，滑动变阻器部分两端电压最大约为1 V，则干路中保护电阻需分压大约5 V，根据串联电路特点可知干路中保护电阻阻值约为100 ，选用定值电阻r2，则设计电路如答案中图所示。(3)应用闭合电路欧姆定律有E(I1I2)(r2r)I1(RGr1)，由图象可知：当I10时I2a，则有Ea(r2r)；当I20时I1b，则有Eb(r2rRGr1)，联立解得E、rr2。答案(1)E(2)电路如图所示(3)r2练后反思1.电学仪器的选择电学元件的选择原则是安全、准确、方便。(1)电源的选择：一般可以根据待测元件的额定电流或额定电压选择符合需要的电源。(2)电表的选择：一般根据电源电动势或待测元件的额定电压选择电压表，再估算待测电流的最大值选择电流表。注意测量时要使电表的指针偏转角度较大。(3)变阻器的选择：在安全条件下，分压式选最大阻值较小的。2.控制电路的选择(1)从节能的角度考虑，优先选用限流式。(2)以下三种情况必须用分压式：要求待测电路的U、I从0变化；R滑Rx；选用限流式时，Ux、Ix过大(超过电表量程，烧坏电表、电源或用电器等)或Ux、Ix过小(最大值不超过电表满偏量程的，读数误差大)。实验数据的处理及实物连线1.要测绘一个标有“3 V0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增加到3 V，并便于操作。已选用的器材有：直流电源(电压为4 V)；电流表(量程为00.6 A。内阻约0.5 )；电压表(量程为03 V，内阻约3 k)；开关一个、导线若干。(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列选项中的_(填字母代号)。A.滑动变阻器(最大阻值10 ，额定电流1 A)B.滑动变阻器(最大阻值1 k，额定电流0.3 A)(2)图12甲为某同学在实验过程中完成的部分电路连接的情况，请你帮他完成其余部分的线路连接。(用笔画线表示对应的导线)(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。由曲线可知小灯泡的电阻随电压的增大而_(填“增大”“不变”或“减小”)。图12(4)如果某次实验测得小灯泡两端所加电压如图丙所示，请结合图线算出此时小灯泡的电阻是_(保留2位有效数字)。(5)根据实验得到的小灯泡伏安特性曲线，下列分析正确的是_。A.测得小灯泡正常发光的功率偏小，主要是由电压表内阻引起的B.测得小灯泡正常发光的功率偏小，主要是由电流表内阻引起的C.测得小灯泡正常发光的功率偏大，主要是由电压表内阻引起的D.测得小灯泡正常发光的功率偏大，主要是由电流表内阻引起的解析(1)由于电路需采用分压接法，为方便实验操作，滑动变阻器应选择A；(2)描绘灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，灯泡正常发光时的电阻为R 15 。电流表内阻约为0.5 ，电压表内阻约为3 k，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，实物电路图如答案图所示。(3)由题图乙图象可知，随着电压增大，通过灯泡的电流增大，电压与电流的比值增大，灯泡电阻增大。(4)电压表量程为3 V，图丙所示电压表分度值为0.1 V，则其示数为2.3 V，由图乙所示图象可知，2.3 V对应的电流为0.2 A，此时灯泡电阻R 12 ；(5)电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，所测电流I偏大，测得小灯泡正常发光的功率PUI偏大，故选C。答案(1)A(2)电路图如图所示(3)增大(4)12(5)C2.某同学利用如图13甲所示的电路测定电池的电动势和内阻。(1)根据图甲电路，在实物图乙上用笔画线代替导线画出实物连线图。图13(2)该同学在图14的R坐标系中标出了所测的实验数据，请作出这些数据点的拟合直线，并读得该直线在纵轴上的截距为_A1，求得其斜率为_V1。图14(3)已知电流表内阻与定值电阻R0阻值相等，R01 ，根据作得的图象，可得电源的电动势为_V，内阻为_。(结果保留两位有效数字)解析(1)根据图甲的电路原理图，实物连线如答图甲所示。(2)作出这些数据点的拟合直线，并读得该直线在纵轴上的截距为b0.9 A1，求得其斜率为k V10.68 V1。(3)根据电路，利用闭合电路欧姆定律可得E2I(Rr)，变换为与R图象相应的函数关系，为R(2rR0)，则有b(2rR0)0.9 A1，k0.68 V1。解得E2.9 V，r0.82 。答案(1)实物连线图如图甲所示(2)如图乙所示0.90.68(0.660.70均可)(3)2.90.82甲乙电学创新设计实验通过对近几年的高考实验试题的研究发现，高考电学实验试题有两个显著的特点：第一，基于教材中的电学实验，着重考查实验原理的改进、实验步骤、误差分析；第二，重视电学实验的实验方法，问题设置结合科技、生产、生活的实际；因此，理解实验原理，掌握实验方法，是解决电学实验的关键。1.某同学用图15中所给器材进行与安培力有关的实验。两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁(未画出)的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。图15(1)在图中画出连线，完成实验电路。要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动。(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：A.适当增加两导轨间的距离B.换一根更长的金属棒C.适当增大金属棒中的电流其中正确的是_(填入正确选项前的标号)。解析(1)实物连线如图所示。(2)根据公式FBIL可得，适当增加导轨间的距离或者增大电流，可增大金属棒受到的安培力，根据动能定理得，Fsmgsmv2，则金属棒离开导轨时的动能变大，即离开导轨时的速度变大，A、C正确；若换用一根更长的金属棒，但金属棒切割磁感线的有效长度即导轨间的宽度不变，安培力F不变，棒的质量变大，速度v变小，B错误。答案(1)见解析图(2)AC2.某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”。现用如图16所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应，已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材：A.电源E(3 V，内阻约为1 )B.电流表A1(0.6 A，内阻r15 )C.电流表A2(0.6 A，内阻r2约为1 )D.开关S，定值电阻R0(1)为了比较准确测量电阻Rx，请完成虚线框内电路图的设计。图16(2)在电阻Rx上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向)，闭合开关S，记下电表读数，A1读数为I1，A2读数为I2，得Rx_(用字母表示)；(3)改变力的大小，得到不同的Rx值。然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小，得到不同的Rx值，最后绘成图象如图17所示，除观察到电阻Rx的阻值随压力F增大而均匀减小外，还可得到的结论是_。当F竖直向下时可得Rx与其所受压力F的数值关系是Rx_。图17解析(1)测电阻阻值需要测出电阻两端电压与通过电阻的电流，所给实验器材没有电压表，可以用已知内阻的电流表与待测电阻并联，测出电阻两端电压，另一个电流表串联在电路中测电路电流，实验电路图如图所示：(2)电阻两端电压UI1r1，通过电阻的电流II2I1，电阻阻值Rx。(3)由题图所示图象可知，图象具有对称性，当正反向压力大小相等时，对应的电阻阻值相等；由图象可知，电阻与压力是一次函数关系，设为RxR0kF，由图象可知：R016 ，把Rx14 ，F1 N代入关系式解得：k2，则关系式为：Rx162F。答案见解析赢取满分策略做好三类题型(一“读”、二“常规”、三“创新”破解实验题)近几年高考出现的实验题，虽然考查形式多种多样，但考查特点主要有两个，一是考查考生基本的实验知识和操作技能，二是考查实验思想、方法等综合实验素养和设计、创新等综合实验能力。第一类题型基本仪器的使用及读数刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、打点计时器、电流表、电压表、多用电表都是基本仪器，要熟练掌握它们的使用方法、操作规程和读数规则，在高考前要进行系统的实际测量和读数练习，特别是游标卡尺、螺旋测微器、电学实验仪器的读数。此类试题难度不大，要防止在读数的估读、结果的有效数字和单位上出错。【典例1】 小明同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，为了更准确地选取电压表和电流表的合适量程，决定先用多用电表测量小灯泡的阻值。(1)在使用前发现电表指针位置如图18甲所示，该同学应该调节旋钮_(选“”或者“”)。(2)小明使用多用电表欧姆挡的“10”挡测量小灯泡电阻阻值，读数如图乙所示，为了更准确地进行测量，小明应该旋转开关至欧姆挡_(填“100”或“1”)挡，两表笔短接并调节旋钮_(选“”或者“”)。(3)按正确步骤测量时，指针指在如图丙位置，则小灯泡阻值的测量值为_。图18解析(1)多用电表使用前，指针没有指在零刻度，应该进行机械调零，应调节旋钮。(2)偏角太大，说明被测电阻阻值小，应该换用小倍率的挡位，故选“1”挡，两表笔短接并调节旋钮。(3)换挡后要进行欧姆调零，示数乘以倍率即为小灯泡的阻值，即为28 。答案(1)(2)1(3)28第二类题型常规实验型常规实验题主要考查教材上基本实验的实验原理、器材的选择、实验的操作、数据的处理和误差分析。复习时要从领会实验原理出发，全方位理解和掌握实验器材、实验操作、实验步骤、实验数据的处理、误差分析和电学实验实物图的连接、电路图的设计等，对每一个实验都应做到心中有数。【典例2】 某同学用如图19所示原理图测量一节干电池的电动势和内阻，有以下器材可供选择：图19A.电流表(00.6 A)B.电压表(03 V)C.滑动变阻器R(015 ，5 A)D.滑动变阻器R(050 ，1 A)E.定值电阻R0(阻值为1 )F.开关S及导线若干(1)滑动变阻器应选_(填器材前的字母序号)。(2)按照原理图连接好线路后进行测量，测得数据如下表所示。12345I/A0.110.200.300.400.50U/V1.371.351.331.321.29由上表数据可看出，电压表示数变化不明显，试分析原因是_。(3)现将上述器材的连线略加改动就可使电压表的示数变化更明显，请在图20甲中按改动后的原理图完成实物图连接。(4)该同学按改动后的原理图重新测量，并根据所测数据画出UI图象，如图20乙所示，则干电池的电动势为_V，内阻为_。图20解析(1)因是一节干电池且考虑电流表量程，滑动变阻器应选用C。(2)因电压表测的是路端电压，其示数变化不明显，说明内电压在滑动变阻器滑片移动过程中变化很小，电池的内阻过小。(3)电池内阻很小，因此可适当增大电池内阻，将定值电阻归为电池内阻，改动后的实物连接图如图所示。(4)由闭合电路欧姆定律得UEIr，即UI图象中的纵截距表示电池电动势为1.50 V，图线的斜率的绝对值为“新”电源的内阻，即rR0 ，r0.25 。答案(1)C(2)电池内阻过小(3)如解析图所示(4)1.50.25第三类题型创新实验型创新实验题要求考生能将教材中的学生实验和演示实验的实验原理、方法进行迁移和应用，试题新颖、能力要求高。如力学中与纸带相关的实验、电学中电路的设计、计算形式的实验题等都可能考查学生运用已学过的实验方法、原理处理新情境实验题的能力，做题时一定要审清题意，明确实验目的，联想和迁移应用相关实验原理。【典例3】 现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 )，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 )，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 )，单刀双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 时阻值为650.0 。(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。图21(2)电路中应选用滑动变阻器_(填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步骤调节此报警系统：电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为_；滑动变阻器的滑片应置于_(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_。将开关向_(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至_。(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。解析(1)热敏电阻工作温度达到60 时，报警器报警，故需通过调节电阻箱使其电阻为60 时的热敏电阻的阻值，即调节到阻值650.0 ，使报警器能正常报警，电路图如答案图。(2)U18 V，当通过报警器的电流10 mAIc20 mA，故电路中总电阻R，即900 R1 800 ，故滑动变阻器选R2。(3)热敏电阻为650.0 时，报警器开始报警，电阻箱的阻值也应为650.0 ，实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直到报警器开始报警。为防止通过报警器电流过大，造成报警器烧坏，应使滑动变阻器的滑片置于b端。答案(1)如图所示(2)R2(3)650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏c报警器开始报警课时跟踪训练1.某同学用伏安法利用下列器材测一节干电池的电动势和内阻。A.被测干电池一节；B.电流表1：量程00.6 A，内阻为0.3 ；C.电流表2：量程00.6 A，内阻约为0.1 ；D.电压表1：量程03 V，内阻未知；E.电压表2：量程015 V，内阻未知；F.滑动变阻器1：010 ，2 A；G.滑动变阻器2：0100 ，1 A；H.开关、导线若干。在用伏安法测电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差；在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻。(1)请在上述器材中选择适当的器材：_(填写器材前的字母)；(2)实验电路图应选择图1中的_(填“甲”或“乙”)；图1(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的UI图象，则在修正了实验系统误差后，干电池的电动势E_V，内阻r_。解析(1)为了读数准确，电压表应选择D；电流表应选择内阻精确的，即选B；滑动变阻器总阻值较小有利于电表的数值变化，便于操作且可减小误差，故选F；(2)因电流表内阻已知，故应采用相对电源的电流表内接法，故选甲；(3)由UI图象可知，电池的电动势E1.50 V，内阻r RA0.7 。答案(1)A B D F H(2)甲(3)1.50.72.为了比较准确地测定一个电流表G(量程为15 mA、内阻约为100 )的内阻，现备有如下器材：电流表G1：量程为40 mA、内阻100 电流表G2：量程为500 mA、内阻5 电流表G3：量程为1 000 mA、内阻3 定值电阻R1：50 定值电阻R2：1 000 直流电源E1：电动势约4 V、内阻不计直流电源E2：电动势约8 V、内阻不计开关S：一只导线若干要求：所选用的器材能安全工作；所用电流表示数超过量程的一半。(1)电流表应选_，定值电阻应选_，直流电源应选_。(2)在虚线框内画出实验电路图(标明器材符号)。(3)被测电流表内阻的表达式为r_(用字母表示)，式中各字母表示的意义_。解析(1)电流表G3、G2量程太大，则应选用电流表G1，而G1与G阻值相当，所以二者不能并联，否则可能会烧坏G或者G1达不到满偏的一半；电源若用E2，怎样连接都不能达到要求，所以电源选用E1；定值电阻若选用R2，接在干路中，电路中电流太小，若和电流表G并联，R2分流又太小，所以不能用，则定值电阻只能选用R1。(2)R1用作分流电阻和G并联，并联后总电阻约为 ，再和G1串联接在电源E1上，则干路上的总电流约为30 mA，流过电流表G的电流约为10 mA，满足题目要求。(3)电流表G和G1示数分别为I0、I1，则通过R1的电流为II1I0、R1两端电压为UIR1，则电流表G的内阻为r。答案(1)G1R1E1(2)实验电路图如图所示(3)R1I1、I0分别表示电流表G1和G的示数3.(2017宜昌金东方高级中学月考)欲用伏安法测定一段阻值约为5 左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材：A.电池组(3 V，内阻1 )B.电流表(03 A，内阻0.012 5 )C.电流表(00.6 A，内阻0.125 )D.电压表(03 V，内阻3 k)E.电压表(015 V，内阻15 k)F.滑动变阻器(020 ，额定电流1 A)G.滑动变阻器(0200 ，额定电流0.3 A)H.开关、导线(1)上述器材中应选用的是_(填写各器材的字母代号)。(2)实验电路应采用电流表_(填“内”或“外”)接法。(3)为使通过待测金属导线的电流能在00.5 A范围内改变，请按要求在虚线框内画出测量待测金属导线电阻Rx的电路原理图。解析(1)由于待测金属导线的电阻约为5 ，为了测量结果尽量准确，应选用量程分别为3 V和0.6 A的电压表和电流表，滑动变阻器采用分压式接法，应选用阻值较小的滑动变阻器，故选用的器材为：A、C、D、F、H。(2)由于待测导线的电阻较小，故实验电路应采用电流表外接法。答案(1)ACDFH(2)外(3)电路原理图如图所示规律技巧设计电路时，被测电阻的电流和电压从零开始变化时，需要采用分压式电路。采用分压式电路时，要选择总电阻值小、额定电流大一些的滑动变阻器。4.(2017六安市第一中学月考)某课外小组在参观工厂时，看到一丢弃的电池，同学们想用物理上学到的知识来测定这个电池的电动势和内阻，已知这个电池的电动势约为1113 V，内阻小于3 ，由于电压表量程只有3 V，需要将这只电压表通过连接一固定电阻(用电阻箱代替)，改装为量程为15 V的电压表，然后再用伏安法测电池的电动势和内阻，以下是他们的实验操作过程：图2(1)把电压表量程扩大，实验电路图如图2甲所示，实验步骤如下，完成填空：第一步：按电路图连接实物；第二步：把滑动变阻器滑片移到最右端，把电阻箱阻值调到零；第三步：闭合开关，把滑动变阻器滑片调到适当位置，使电压表读数为3 V；第四步：把电阻箱阻值调到适当值，使电压表读数为_V；第五步：不再改变电阻箱阻值，保持电压表和电阻箱串联，撤去其他线路，即得量程为15 V的电压表。(2)实验可供选择的器材有：A.电压表(量程为3 V，内阻约为2 k)B.电流表(量程为3 A，内阻约为0.1 )C.电阻箱(阻值范围09 999 )D.电阻箱(阻值范围0999 )E.滑动变阻器(阻值为020 ，额定电流2 A)F.滑动变阻器(阻值为020 k)电阻箱应选_，滑动变阻器应选_。(3)用该扩大了量程的电压表(电压表的表盘没变)，测电池电动势E和内阻r，实验电路图如图乙所示，得到多组电压U和电流I的值，并作出UI图线如图丙所示，可知电池的电动势为_V，内阻为_。解析(1)把3 V的直流电压表接一电阻箱，改装为量程为15 V的电压表时，将直流电压表与电阻箱串联，整个作为一只电压表，据题分析，电阻箱阻值调到零，电压表读数为3 V，则把电阻箱阻值调到适当值，使电压表读数为0.6 V时，即得到量程为15 V的电压表。(2)由题意知，电压表的量程为3 V，内阻约为2 k，要改装成15 V的电压表，根据串联电路的特点可知，所串联的电阻箱阻值应约为42 k8 k，故电阻箱应选C；在分压电路中，为方便调节，应选用阻值较小的滑动变阻器，即选E。(3)由题图丙读出，外电路断路时，电压表的示数为U2.3 V，则电源的电动势为E2.35 V11.5 V，内阻为r 2.5 。答案(1)0.6(2)CE(3)11.52.55.一物理兴趣小组想通过实验探究某热敏电阻的阻值与温度的关系。实验中有如下器材：A.热敏电阻B.学生电源(通过调节可输出012 V的电压)C.电流表A(00.6 A，内阻约1 )D.电压表V(03 V，内阻约3 k)E.温控箱(能显示温度并可调温度)F.开关S，导线若干G.滑动变阻器R(最大阻值为10 ，额定电流为2 A)试分析下列问题：图3(1)实验中要用伏安法测量热敏电阻在不同温度下的阻值，他们设计了如图3甲所示的电路原理图，据图甲完成图乙中的实物连线。(2)实验中改变温控箱的温度，分别测出了热敏电阻在不同温度下的阻值，得到了如图丙所示的Rt图象。根据所给的Rt图象可以看出，该热敏电阻的阻值与温度的关系式是R_。当温控箱中的温度达到600 时，热敏电阻的阻值为R_(保留四位有效数字)。解析(2)由图象可知，该热敏电阻的阻值与温度呈线性关系，为求直线的斜率，可在直线上找两个距离较远的点，如(70，10)、(220，15)，直线的斜率为k，所以该热敏电阻的阻值与温度的关系式是R7.25t。当温控箱中的温度达到600 时，热敏电阻的阻值为R(7.25600)27.25 。答案(1)实物连线图如图所示(2)7.25t27.25- 25 -