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电学实验中仪器的选择及电路设计问题一、内容概述：1.主要题型：填空题、连线题、画图题2.命题特点(1）分析近几年的高考，考查的方向基本不变，主要体现在：基本仪器的使用及读致.电表的改装、仪器的选择。以测量电阻、电源电动势为核心的电学实验.实验原理的理解、实验数据的分析以及实验的设计方面。(2）基本仪器的使用仍是今后高考中考查的热点，同时注重对实验操作过程的考查和创新设计实验的考查。3.思想方法常用方法：等效替代法、控制变量法、累积法。滑动变阻器的接法：分压式、限流式。电流表的接法：内接法、外接法。题型一：多用电表的使用：核心知识1.多用表的电流多用表的电压和电流2.“机械零点”与“欧姆零点”“机械零点”在表盘刻度左侧“0“位置，调整的是表盘下边中间的定位概丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零放钮。3. 欧姆表刻度不均匀的原因当红黑表笔短接时，调节滑动变阻器R0（即欧姆调零），使灵敏电流计满偏，,此时中值电阻当两表笔接入电阻Rx时，电阻Rx与电路中的电流相对应，但不是线性关系，故欧姆表刻度不均匀。规律方法：“使用多用电表测电阻”的步骤步骤一：机械调零。步骤二：选倍率，一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率，如估计值为200就应该选10的倍率，使指针的偏转角度在满偏的之间步骤三：进行欧姆调零。步骤四：将红黑表笔接在被测电阻的两端进行测量，将指针示数乘以倍率得测量值。步骤五：测量结束后，将选择开关旋至OFF或交流电压最高挡。特别注意：用欧姆挡测电阻时，如果指针编转角度太小（即指针所指的欧姆刻度值太大），应该适当增大倍率重新调零后再测量；如果指计偏转角度太大（即指针所指的欧姆刻度值太小），应该适当减小倍率重新调零后再测量。典例1、(1)图甲用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_A，表针的示数是_A；当使用3 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_A，图中表针示数为_A.图乙使用较小量程时，每一小格表示_V，图中指针的示数为_V若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示_V，图中表针指示的是_V.(2)旋钮式电阻箱如图所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为_.今欲将接入电路的电阻改为2 087 ，最简单的操作方法是_若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为_典例2某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图甲所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控继电器的电阻约20 ，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示.t/30.040.050.060.070.080.0Rt/199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，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_(填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用_(填“R1”或“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，则应将如图乙所示的选择开关旋至_(填“A”“B”“C”或“D”)(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针_(填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针_(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 题型二、以测电阻为核心的电学实验1、 电流表内接法与外接法的判断方法（1） 比值判断法若，应选用内接法；若，应选用外接法。（2） 临界值判断法若，应选用内接法；若，应选用外接法：若，内外接法都可以。（3）试触法若电流表示数较电压表示数变化明显，说明外接时电压表分流作用大，应采用内接法：若电压表示数校电流表示数变化明显，说明内接时电流表的分压作用大，应采用外按法。2.滑动变阳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运小于用电器电阻Rx，或电路中串联的其他电阻的阻值，即要求用电器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。典例1在把电流表改装成电压表的实验中，需要利用如图所示的电路测定电流表的内阻，其主要操作步骤如下：接通S1，调节R1，使电流表指针偏转到满刻度；再接通S2，调节R2，使电流表指针偏转到满刻度的一半；读出R2的阻值，即可认为电流表的内阻rgR2.现备有如下器材：A电流表(量程0100 A，内阻约为100 )B电阻箱(范围09.9 )C电阻箱(范围0999.9 )D电阻箱(范围099 999 )E电源(电动势3 V，内阻不计)F电源(电动势6 V，内阻不计)G开关和若干导线(1)电路图中R1应选_，R2应选_，电源应选_(填入所选器材的字母代号)(2)实验中读得R2的阻值为100 ，若将此电流表改装成量程为3 V的电压表，应_联一个阻值为_的电阻(3)若用此改装表去测量一稳恒电压，则测量值和真实值相比_(填“偏大”或“偏小”)典例2电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法)，实验室提供的器材如下：待测电压表(量程3 V，内阻约为3 000 )，电阻箱R0(最大阻值为99 999.9 )，滑动变阻器R1(最大阻值100 ，额定电流2 A)，电源E(电动势6 V，内阻不计)，开关2个，导线若干(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整(2)根据设计的电路，写出实验步骤：_.(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV，与电压表内阻的真实值RV相比，RV_RV(填“”“”或“”)，主要理由是_典例3某校高二(3)班同学正在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验，所有同学使用的小灯泡为同一型号，额定电压为2.5 V，电路中所有元件都完好，且电压表和电流表已调零闭合开关后，一些同学的实验电路出现了如下故障，请你分析出可能存在的问题(图甲中导线分别用a、b、c、d、e、f、g和h表示)(1)若电压表的示数为2 V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则断路的导线为_(2)若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3 A，小灯泡亮，则断路的导线为_(3)若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为_(4)某位同学描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，小灯泡电阻随温度的升高而_(填“变大”“变小”或“不变”)(5)该同学把3个这样的小灯泡接入如图丙所示的电路，发现A灯泡恰好正常发光已知电源电动势为4.5 V，则该电源内阻r_(保留3位有效数字)题型三、以测电动势为核心的电学实验测电源电动势 和内阻实验的数据处理方法（1） 联立方程求解法（2） 图像处理法对于不同的电路设计，在作图像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，再利用图像中的倾斜与截距求解。（3）注意：当电流表或电压表量程不符合实验要求时，要考虑改装电表进行测量，所以有时也会用两个电流表或两个电压表来进行测量。典例1一直流电压表，量程为1 V，内阻为1 000 ，现将一阻值为5 0007 000 之间的固定电阻R1与此电压表串联，以扩大电压表的量程为求得扩大后量程的准确值，再给定一直流电源(电动势E为67 V，内阻可忽略不计)，一阻值R22 000 的固定电阻，两个单刀开关S1、S2及若干导线(1)为达到上述目的，将电路图5连成一个完整的实验电路图(2)连接完成以后，当S1与S2均闭合时，电压表的示数为0.90 V；当S1闭合，S2断开时，电压表的示数为0.70 V，由此可以计算出改装后电压表的量程为_V，电源电动势为_V.典例2：用如图所示电路测量电源的电动势和内阻实验器材：待测电源(电动势约3 V，内阻约2 )，保护电阻R1(阻值10 )和R2(阻值5 )，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干实验主要步骤：()将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；()逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；()以U为纵坐标，I为横坐标，作UI图线(U、I都用国际单位)；()求出UI图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.回答下列问题：(1)电压表最好选用_；电流表最好选用_A电压表(03 V，内阻约15 k)B电压表(03 V，内阻约3 k)C电流表(0200 mA，内阻约2 )D电流表(030 mA，内阻约2 )(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是_A两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱B两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱C一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱D一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式，E_，r_，代入数值可得E和r的测量值典例3实验室有一个标签看不清的旧蓄电池和定值电阻R0，为测定旧蓄电池的电动势和定值电阻R0的阻值，实验室提供如下器材；A电压表V(量程6 V，内阻约为4 k)B电流表A(量程1 A，内阻RA10 )C滑动变阻器R1(最大阻值20 ，额定电流2 A)D电阻箱R(阻值范围09 999 )(1)为了测定定值电阻R0的阻值，甲同学选用了上述器材设计了一个能较准确测出其阻值的电路，如图是其对应的实物图，请你将实物连线补充完整(2)为测出旧蓄电池的电动势E，乙同学选用了上述器材设计了如图所示的电路图下表是该同学测得的相关数据，请利用测得的数据在坐标纸上画出合适的图象，并根据画出的图象求得该蓄电池的电动势E_V(结果保留2位有效数字)实验次数12345R/5.010.015.020.025.0I/A0.830.500.360.260.22/A11.22.02.83.74.5(3)丙同学直接用电压表接在该蓄电池两极读出电压表的读数，其结果与乙同学测得的电动势相比_(填“偏大”“相等”或“偏小”)三、 总结归纳：测电阻实验时仪表的选择及接法（1）仪表选择的三个主要原则：安全性（量程不能太小）、准确性（量程不能太大）、方便性（滑动变阻器要方便调节）.（2）选择电流表内外接法的口诀：“好表要内接”（越接近理想电流表，其分压的影响越小）或“内大大”大电阻适合电流表内接法，测量值比实际值偏大）。（3）选择滑动变阻器接法的口决：“以小控大用分压”（并联总电阻主要由小电阻决定。并联总电流主要由电阻小的支路决定，故并联电路对小电用的变化更敏感，即小电阻控制着大电阻。（4）电表有时可反常规使用：己知内阻的电压表可当电流表使用。已知内阻的电流表可当电压表使用。（5）定值电阻的常见用途：保护电路、分压或分流。（6）电压表量程的选择，比电源电动势略大或相差不多，（7）电流表量程的选择，和电压表量程与被测电阻的比值相差不多电路实验都是有规律可寻的，明确实验目的，找到相对应的物理知识点，建立公式求解即可，特别是测电动势和内阻实验中，整理出相关量的一次函数然后结合图像找斜率和截距的物理意义。四、强化训练：1在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验时，所使用的电流表内阻约为几欧，电压表的内阻约为十几千欧实验中通过描点连线得到了小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示(1)请用笔画线代替导线完成图乙所示的实物连接(2)根据图甲，可确定小灯泡的功率P与U2或I2的关系下列图象中正确的是_(3)将被测小灯泡与一定值电阻R和电源串联成图所示的电路电源的电动势为8 V，内阻为1 .现测得电路中的电流为0.2 A，则定值电阻R所消耗的电功率为_W.2某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理如图所示，其中，虚线框内为灵敏电流计，G为改装的电流表A，V为标准电压表，E为待测电池组，S为开关，R2为滑动变阻器，R1是标称值为5.0 的定值电阻(1)已知灵敏电流计G的满偏电流Ig100 A，内阻rg20 k，若要改装后的电流表满偏电流为200 mA，应并联一只阻值为_的定值电阻R0(保留2位有效数字)(2)某次实验测得电压表V的示数和流经滑动变阻器R2的电流的两组数据分别为(5.26 V,20 mA)和(4.46 V,160 mA)，则由这两组数据可计算出电池组的内阻r_(保留2位有效数字)(3)该小组在前面实验的基础上，为探究电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的可能原因是_(填选项前的字母)A滑动变阻器的最大阻值偏小BR0的实际阻值比计算值偏小CR1的实际阻值比标称值偏大3某中学实验小组测量一种电阻丝的电阻率首先用到的实验器材为：一段拉直并固定在米尺上的电阻丝(电阻丝两端为接线柱，电阻丝上夹上一个小金属夹，金属夹可在电阻丝上移动)，直流电源，电流表，定值电阻，开关，导线，螺旋测微器等(1)利用螺旋测微器测电阻丝直径，其示数如图所示，该电阻丝的直径为d_mm.(2)请用笔画线作导线连接如图所示实验器材实验过程中，记录相应电阻丝接入电路中的长度L和电流表的示数I，通过改变金属夹位置进行多次测量，并作出L关系图线如图所示(3)该实验小组发现，为了测定电阻丝的电阻率还需要知道直流电源的有关数据，找来电压表和滑动变阻器，为了尽可能减小实验误差，应选择图_电路(填“甲”或“乙”)，然后按正确的电路测量，作出了UI图象，从图中可得该直流电源电动势E_V.(4)请写出电阻丝的电阻率的表达式_(用题中所给符号a、b、c、d、E等表示)4某学生实验小组利用图甲所示电路测量多用电表内电池的电动势和电阻“100”挡内部电路的总电阻使用的器材有：多用电表；滑动变阻器：最大阻值2 k；微安表：量程1 000 A；导线若干回答下列问题：(1)将多用电表挡位调到电阻“100”挡，再将红表笔和黑表笔_，调零点(2)将图甲中多用电表的红表笔和_(填“1”或“2”)端相连，黑表笔连接另一端(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使这时微安表的示数为500 A，多用电表的示数如图乙所示，多用电表的读数为_.(4)调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零此时多用电表和微安表的读数分别为1 000 和600 A.从测量数据可知，微安表的内阻为_.(5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图丙所示根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为_V，电阻“100”挡内部电路的总电阻为_.5在测定电源电动势和内阻的实验中，实验室提供了合适的实验器材(1)甲同学按电路图2012甲进行测量实验，其中R2为保护电阻，则请用笔画线代替导线在图乙中完成电路的连接；由电压表的读数U和电流表的读数I，画出UI图线如图丙所示，可得电源的电动势E_V，内阻r_.(2)乙同学误将测量电路连接成如图(a)所示，其他操作正确，由电压表的读数U和电流表的读数I，画出UI图线如图(b)所示，可得电源的电动势E_V，内阻r_.(结果保留2位有效数字)6小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系已知该金属电阻在常温下的阻值约10 ，R随t的升高而增大实验电路如图所示，控温箱用以调节金属电阻的温度实验时闭合S，先将开关K与1端闭合，调节金属电阻的温度，分别记下温度t1、t2、和电流表的相应示数I1、I2、.然后将开关K与2端闭合，调节电阻箱使电流表的示数再次为I1、I2、，分别记下电阻箱相应的示数R1、R2、.(1)有以下两种电流表，实验电路中应选用_A量程0100 mA，内阻约2 B量程00.6 A，内阻可忽略(2)实验过程中，要将电阻箱的阻值由9.9 调节至10.0 ，需旋转图中电阻箱的旋钮“a”“b”“c”，正确的操作顺序是_将旋钮a由“0”旋转至“1”将旋钮b由“9”旋转至“0”将旋钮c由“9”旋转至“0”(3)实验记录的t和R的教据见下表.温度t()20.040.060.080.0100.0阻值R()9.610.411.112.112.8请根据表中数据，作出Rt图线由图线求得R随t的变化关系为R_.第13页/共13页
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