物理第14讲 电学实验与创新

专题整合突破专题五实验技能与创新专题五实验技能与创新 第第14讲电学实验与创新讲电学实验与创新1 1微网构建微网构建2 2高考真题高考真题3 3热点聚焦热点聚焦4 4复习练案复习练案微网构建微网构建高考真题高考真题 (1)实验要求能够实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图。 (2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示。 由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻_(填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率 _(填“增大”“不变”或“减小”)。增大增大增大增大 (3)用另一电源E0(电动势4 V，内阻1.00 )和题给器材连接成图(b)所示的电路图，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为_W，最大功率为_W。(结果均保留2位小数) 解析(1)要实现在03.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，则滑动变阻器需要设计成分压接法；电压表应与固定电阻R0串联，将量程改为4V。由于小灯泡正常发光时电阻约为12，所以需将电流表外接。(2)由小灯泡伏安特性曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻增大。根据电阻定律可知，灯丝的电阻率增大。 0.391.17 (3)当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0时，流过小灯泡的电流最小，小灯泡的实际功率最小，把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分，在题图(a)中画出等效电源E0(电动势4V，内阻1.009.010)的伏安特性曲线，函数表达式为U410I(V)，图线如图中1所示，故小灯泡的最小功率为PminU1I11.750.225W0.39W。 当滑动变阻器接入电路中的阻值最小为零时，流过小灯泡的电流最大，小灯泡的实际功率最大，在题图(a)中画出电源E0(电动势4V，内阻1.00)的伏安特性曲线，函数表达式为U4I(V)，图线如图中所示，故小灯泡的最大功率为PmaxU2I23.680.318W1.17W。 (1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线。 (2)完成下列填空： R1的阻值为_(填“20”或“2000”)。 为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中的滑动变阻器的_端(填“左”或“右”)对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近。 将电阻箱Rz的阻值置于2500.0，接通S1。将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置，最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势_(填“相等”或“不相等”。) 将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2601.0时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为_(结果保留到个位)。20 左左 相等相等 2 550 (3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议_ _。 调节调节R1上的分压，尽可能上的分压，尽可能 使微安表接近满量程使微安表接近满量程 (1)图(a)中的A端与_(填“红”或“黑”)色表笔相连接。 (2)关于R6的使用，下列说法正确的是_(填正确答案标号)。 A在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置 B使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置 C使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置 (3)根据题给条件可得R1R2_，R4 _。 (4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示。若此时B端是与“1”连接的，则多用电表读数为_；若此时B端是与“3”相连的，则读数为_；若此时B端是与“5”相连的，则读数为_。(结果均保留3位有效数字) 黑黑 B 160 880 1.47 mA 1.10103 2.95 V 按图示电路进行连接后，发现aa、bb和cc三条导线中，混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的，将电键S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、b间电压，读数不为零，再测量a、a间电压，若读数不为零，则一定是_导线断开；若读数为零，则一定是_导线断开。 aa bb 排除故障后，该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如下图。由I1I2图象得到电池的电动势E_V，内阻r_。 1.4(1.361.44均可均可) 0.5(0.40.6均可均可) t/30.040.050.0 60.0 70.0 80.0Rt/199.5145.4108.181.8 62.9 49.1 (1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0200)、滑动变阻器R2(0500)、热敏电阻Rt，继电器、电阻箱(0999.9 )、开关S、导线若干。 为使该装置实现对3080之间任一温度的控制，电源E应选用_(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用_(选填“R1”或“R2”)。 E2 R2 (2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至_(选填“A”、“B”、“C”或“D”)。 C (3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查，在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针_(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针_(选填“偏转”或“不偏转”)。 (4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是_。(填写各步骤前的序号) 将热敏电阻接入电路 观察到继电器的衔铁被吸合 断开开关，将电阻箱从电路中移除 合上开关，调节滑动变阻器的阻值 断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 不偏转不偏转 偏转偏转 (3)如果只有b、c间断路，说明b点与电源的负极间没有形成通路，a、b间的电压为零，表笔接在a、b间时，指针不偏转；c点与电源的负极间形成通路，a与电源的正极相通，a、c间有电压，因此两表笔接入a、c间时指针发生偏转。(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50时被吸合，应先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，并将阻值调至108.1，合上开关，调节滑动变阻器的阻值，直至观察到继电器的衔铁被吸合，这时断开开关，将电阻箱从电路中移除，将热敏电阻接入电路。因此操作步骤的正确顺序是。热点聚焦热点聚焦 1电流表、电压表、欧姆表的对比热点一电表改装与读数、多用电表使用与读数仪器极性量程选择读数电流表有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负极流出使指针指在比满偏刻度多的位置若最小分度为1、0.1、0.01等，需要估读到最小分度的下一位；如果最小分度不是1、0.1、电压表欧姆表使指针尽量指在表盘的中间位置左右0.01等，只需要读到最小分度位即可取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率 3欧姆表使用六注意 (1)选挡接着调零；(2)换挡重新调零；(3)待测电阻与电路、电源要断开；(4)尽量使指针指在表盘中间位置附近；(5)读数之后要乘以倍率得阻值；(6)用完后，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压的最高挡。典例典例1 (1)甲同学利用多用电表测量电阻。他用电阻挡“100”测量时发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，操作顺序为_(填写选项前的字母)。 A将选择开关旋转到电阻挡“1 k”的位置，再将两表笔分别接被测电阻的两根引线进行测量 B将选择开关旋转到电阻挡“1 k”的位置，将两表笔短接，进行欧姆调零后，再将两表笔分别接被测电阻的两根引线完成测量 C将选择开关旋转到电阻挡“10”的位置，再将两表笔分别接被测电阻的两根引线进行测量 D将选择开关旋转到电阻挡“10”的位置，将两表笔短接，进行欧姆调零后，再将两表笔分别接被测电阻的两根引线完成测量 B (2)如图1所示，为一正在测量中的多用电表表盘。如果用电阻挡“100”测量，则读数为_。 2 800 (3)乙同学利用多用电表测量图示电路中小灯泡正常工作时的有关物理量。以下操作正确的是 _。 A将选择开关旋转到合适的电压挡，闭合开关，利用图2的电路测量小灯泡两端的电压 B将选择开关旋转到合适的电阻挡，闭合开关，利用图2的电路测量小灯泡的电阻 C将选择开关旋转到合适的电流挡，闭合开关，利用图3的电路测量通过小灯泡的电流 D将选择开关旋转到合适的电流挡，把图3中红、黑表笔接入电路的位置互换，闭合开关，测量通过小灯泡的电流AC (4)丙同学利用多用电表探测图4所示黑箱时发现：用直流电压挡测量，E、G两点间和F、G两点间均有电压，E、F两点间无电压；用电阻挡测量，黑表笔接E点，红表笔接F点，阻值很小，但反接阻值很大。那么该黑箱内元件的接法可能是下图中的 _。B 解析(1)选用电阻档“100”的位置，发现指针偏转角度过小，说明所选挡位太小，为了得到比较准确的测量结果，应换用1 k挡，然后进行欧姆调零，再测电阻阻值，故选B。 (2)用电阻挡“100”测量，由图示表盘示数可知，其读数为：28100 2 800 ； (3)多用电表一定是红表笔电流流入黑表笔电流流出，图2是测电压，图3是测电流，表笔位置正确，故选AC。 (4)用直流电压挡测量，E、G两点间和F、G两点间均有电压，说明E、G与F、G间可能有电源存在；用欧姆档测量，因电流从黑表笔出来通过导体再从红表笔进入欧姆表，故若黑表笔接E点红表笔接F点时电阻小，说明电流容易从E通过导体，若黑表笔接F点红表笔接E点时电阻很大，说明电流不能从F通过，这就说明E、F间有二级管且E是正极，故该黑箱内元件的接法可能是B。 (1)已知表头G满偏电流为100 A，表头上标记的内阻值为900 。R1、R2和R3是定值电阻。利用R1和表头构成1 mA的电流表，然后再将其改装为两个量程的电压表。若使用a、b两个接线柱，电压表的量程为1 V；若使用a、c两个接线柱，电压表的量程为3 V。则根据题给条件，定值电阻的阻值应选R1_，R2_，R3_。 100 910 2 000 50 M 大于大于 (3)在闭合开关S前，滑动变阻器的滑动端P应靠近M端，使并联部分分压为零，起到保护作用。 (4)造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小，说明通过表头G的电流偏小，则实际电阻偏大，故表头G内阻的真实值大于900 。热点二以测电阻为核心的试验 2滑动变阻器限流接法与分压接法的选取原则 (1)限流式接法选取原则 一般在滑动变阻器总电阻R0与用电器电阻Rx相差不大时，若既不要求较大范围内调节电流和电压，又不要求从零开始读数，则优先选择限流式接法。 (2)分压式接法选取原则 滑动变阻器的总电阻R0远小于用电器电阻Rx或电路中串联的其他电阻的阻值，即RxR0； 要求用电器Rx的电流或电压从零开始连续变化； 采用限流式接法时，电路中的最小电流大于用电器Rx的额定电流，或给定的仪表量程偏小。 三条中满足一条，采用分压接法。 (2)仪器的接法 有电压表、电流表且电表量程恰当时选择“伏安法”。 电压表不能用或没有电压表的情形下，若知道电流表内阻，可以将电流表当作电压表使用，即选择“安安法”。 电流表不能用或没有电流表的情况下，若知道电压表内阻，可以将电压表当作电流表使用，即选择“伏伏法”。 在运用伏安法测电阻时，由于电压表或电流表的量程太小或太大，为了满足安全、精确的要求，加保护电阻的方法就应运而生，“伏安加R法”又叫作“加保护电阻法”。 4.连接实物图时的四点注意 (1)各导线都应接在接线柱上。 (2)不应在导线中间出现分叉，且导线不能跨过仪器。 (3)连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。 (4)开关要控制整个电路。典例典例2 (1)实验时采用如图甲所示的电路图，由于电表内阻的影响，小灯泡电阻的测量值 _(填“大于”、“等于”或“小于”)准确值。(2)现有直流电源E(电动势约为6 V，内阻约为0.5 )、电压表(量程05 V，内阻5 k)、开关和导线若干，以及以下器材：A电流表(量程0100 mA，内阻4 )B电流表(量程0500 mA，内阻0.4 )C滑动变阻器(最大阻值10 ，额定电流1.0 A)D滑动变阻器(最大阻值5 ，额定电流0.5 A)实验中，电流表应选用_；滑动变阻器应选用_。(将填相应器材前的字母)小于小于 B C (3)某位同学记录的8组数据如下表所示，其中7组数据的对应点已经标在图乙的坐标纸上，请标出余下的一组数据的对应点，并画出UI图线。序号12345678电压U(V) 0.00.20.51.01.52.02.53.0电流I(A)0.0000.0500.1000.1200.1800.1950.2050.215 (4)根据图乙给出的信息，可以判断图丙中正确的是_(图中P为小灯泡的功率) C (3)图像如图： (1) 如图甲所示，用螺旋测微器测量金属丝的直径时，为了防止金属丝发生明显形变，同时防止损坏螺旋测微器，转动旋钮C至测砧、测微螺杆与金属丝将要接触时，应调节旋钮_(填“A”“B”或“D”)发出“喀喀”声时停止；某次的测量结果如图乙所示，其读数为_mm。D 0.540(0.539或或0.541也算对也算对) (2)请在图中用笔画线代替导线将电路补充完整。 (3)如图所示，实验数据已描在坐标纸上，请作出UI图线并求出该金属丝的电阻值为_(结果保留两位有效数字)。 4.24.6 都可以都可以 (4)有人认为用图象法求金属丝的电阻是为了减小系统误差，他的观点是否正确？请说明理由_ _。 解析(1)D是微调旋钮，测微螺杆与金属丝将要接触时，应调节旋钮D；固定尺刻度为0.5 mm，螺旋尺刻度为4.0，所以读数为0.5 mm4.00.010.540 mm。 不正确，多次测量取平均值只能减小偶然误差，不能不正确，多次测量取平均值只能减小偶然误差，不能 减小系统误差。减小系统误差。 (2)滑动变阻器阻值大于金属丝电阻，采用限流电路；金属丝电阻远小于电压表内阻，采用电流表外接法。故线路连接如下图： (3)做一条直线通过大多数点，不在直线上的点，均匀分布在直线两侧。作出UI图线如图所示： 1电源电动势和内电阻的测量方法热点三以测电源电动势和内阻为核心的试验 2.对实验的两点说明 (1)任何一种实验方法，一定要紧扣闭合电路欧姆定律EUIr，其中最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I。 (2)利用图象得出电动势和内阻是常见的方法，对于不同的电路设计，在作图象时都要画出倾斜直线，即得到有关电动势和内阻的一次函数关系，再利用图象中的斜率与截距求解。典例典例3 G定值电阻R30.5 H定值电阻R410 I开关S以及导线若干，回答下列问题： (1)在设计本实验时，为了减小实验误差，电压表应选_(填器材前的序号)，为了操作方便，滑动变阻器应选_(填器材前的序号)，通过分析可知电流表A1的量程太小、电流表A2的量程太大，该小组的同学想将电流表A1改装成量程合适的电流表，则应将电流表A1与定值电阻_(填器材前的序号) _(填“串”或“并”)联，改装后的电流表的量程应为_A；(结果保留一位有效数字)A E G 并并 0.6 (2)请设计合适的电路图测量电源的电动势和内阻，画在如图甲所示的虚线框内； (3)该实验小组的同学利用所设计的电路得到多组数据，以电流表A1的示数为横坐标、电压表的示数为纵坐标建立坐标系，并将各组数据描绘在该坐标系中，得到的UI图象如图乙所示，则该电源的内阻r_。(结果保留两位小数)1.72 (2)电路图如答图： H待测电池 I导线、开关若干 (1)采用如图甲所示的电路，测定电流表G2的内阻，得到电流表G1的示数I1、电流表G2的示数I2如下表所示： 根据测量数据，请在图乙坐标系中描点作出I1I2图线，由图线可得出电流表G2的内阻等于_。I1/mA0.400.811.201.592.00I2/mA0.200.400.600.801.00 200 (2)某同学在现有器材的条件下，要测量该电池的电动势和内阻，采用了图丙所示的电路，若把电流表G2改装成量程为3 V的电压表，则电阻箱R2，该调到_。把电流表G1改装成量程为0.5 A的电流表，则电阻箱R1该调到_。(结果保留两位有效数字) (3)以G2示数I2为纵坐标，G1示数I1为横坐标，作出I2I1图象如图丁所示，结合图象可得出电源的电动势为_V，电源的内阻为_。(结果均保留两位有效数字) 2.8103 0.40 2.7 8.6 1电学创新实验的常用方法 (1)转换法；将不易测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量，然后再反求待测物理量的值，这种方法叫转换测量法(简称转换法)。如在测量金属丝电阻率的实验中，虽然无法直接测量电阻率，但可通过测量金属丝的长度和直径，并将金属丝接人电路测出其电阻，然后再计算出它的电阻率， (2)替代法：用一个标准的已知量替代被测量，通过调整标准量，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测量等于标准量。 (3)控制变量法：研究一个物理量与其他几个物理量的关系时，要使其中的一个或几个物理量不变，分别研究这个物理量与其他各物理量的关系，然后再归纳总结，如探究电阻的决定因素实验。热点四电学创新型实验的分析技巧 2电学设计实验的基本规律 (1)在解决设计型实验时，要注意条件的充分利用，如对于给定确切阻值的电压表和电流表，电压表可当作电流表使用，电流表也可当作电压表使用，利用这一特点，可以拓展伏安法测电阻的方法，如伏伏法、安安法等。 (2)对一些特殊电阻的测量，如电流表或电压表内阻的测量，电路设计有其特殊性，即首先要注意到其自身量程对电路的影响，其次要充分利用其“自报电流或自报电压”的功能，因此在测电压表内阻时无需另并联电压表，测电流表内阻时无需再串联电流表。典例典例4 A滑动变阻器(阻值范围030 k) B滑动变阻器(阻值范围010 k) C电源(电动势3 V，内阻不计) D电源(电动势6 V，内阻不计) (1)为了使测量尽量精确，在上述可供选择的器材中，滑动变阻器R应选用_，电源E应选用_。(选填器材前面的字母序号) (2)实验时要进行的主要步骤有： A断开S2，闭合S1 B调节R的阻值，使电流表指针偏转到满刻度 C闭合S2 D调节电阻箱R的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的三分之一 E记下此时R的阻值为90 则待测电流表的内阻rg的测量值为_，该测量值_电流表内阻的真实值。(选填“大于”、“小于”或“等于”) A D 180 小于小于 (1)要求方法简捷，并能测多组数据，请在下面的方框中画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号。 (2)需要直接测量的物理量是_，用测到的物理量表示待测电阻R1，表达式是R1_。 两电流表两电流表A1、A2的读数为的读数为I1、I2 解析(1)没有电压表，将A1与待测电阻并联，间接测量待测电阻两端电压，待测电阻阻值约为100 ，滑动变阻器最大阻值为10 ，为测出多组实验数据，滑动变阻器应采用分压接法，实验电路图如答图所示。