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第12讲 电学实验,1.(2013江苏单科，10)为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用PUI得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V，1.8 W”，电源为12 V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10 。 (1)准备使用的实物电路如图1所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。(用笔画线代替导线),图1,(2)现有10 、20 和50 的定值电阻，电路中的电阻R1应选_的定值电阻。 (3)测量结束后，应先断开开关，拆除_两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。,(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图2所示。请指出图象中不恰当的地方。,图2,(4)由数据分析可知，图线应是平滑弯曲的线，且横坐标标度取得太大，以至于图象不能充分占满坐标纸，引起误差较大。,答案 (1)见解析图 (2)10 (3)电池 (4)图线不应画为直线；横坐标的标度不恰当。,2.(2014江苏卷，10)某同学通过实验测量一种合金的电阻率。 (1)用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧如图3所示的部件_(选填“A”、“B”、“C”或“D”)。从图中的示数可读出合金丝的直径为_mm。,图3,图4,(2)如图4所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出。合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。由此可以推断：电路中_(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了_(选填“短路”或“断路”)。 (3)在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23 V和38 mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7 。为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进？ 请写出两条建议。,答案 (1)B 0.410 (2)7、9 断路 (3)电流表改为内接；测量多组电流和电压值，计算出电阻的平均值。(或测量多组电流和电压值、用图象法求电阻值),3.(2015江苏单科，10)小明利用如图5所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。,图5,(1)图5中电流表的示数为_A。,(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：,请根据表中的数据，在坐标纸上作出UI图线。,图6,由图线求得：电动势E_V；内阻r_。 (3)实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合。其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为_。,解析 (1)由实验装置图可知，电流表使用0.6 A量程，所以读数为0.44 A；(2)描点画图，如图所示，根据UIrE可得电动势为E1.60 V；图线的斜率绝对值等于内阻r1.22 (3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大。,答案 (1)0.44 (2)UI图象见解析图 1.60(1.581.62都算对) 1.22(1.181.26都算对) (3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大,主要题型：填空题 知识热点 (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数。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。,考向一 基本仪器的读数及多用电表的使用,1.(2015山东省济南市重点中学二模)某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率，首先用游标为20分度的游标卡尺测量其长度如图7甲，由图甲可知其长度为_mm；用螺旋测微器测量其直径如图乙，由图乙可知其直径为_mm；用多用电表的电阻“10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图丙，则该电阻的阻值约为_。,丙,图7,解析 游标卡尺的读数为(500.055)mm50.25 mm，螺旋测微器的读数为(4.50.0120.0)mm4.700 mm，多用电表的读数为1910 190 。 答案 50.25 4.700 190,2.(2015海南单科，11)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图8(a)和(b)所示。该工件的直径为_cm，高度为_mm。,图8,答案 1.220 6.860,3.某实验小组现在要测量一根金属丝的电阻率，该金属丝的横截面是“外方内圆”，实验电路如图9乙所示，请完成以下问题。 (1)游标卡尺的结构如图丙所示，要测该金属丝的内径D(如图9甲所示)，必须用其中_进行测量(填“A”、“B”或“C”)，图中的读数为_mm。,甲 乙 丙 图9,(2)用螺旋测微器测金属丝横截面的边长，示数如图10，则边长a_mm。 (3)图9乙中闭合开关前应将滑动变阻器的滑片移至最_(填“左”或“右”)端。 (4)实验中电压表和电流表的示数如图11所示，则金属丝两端的电压U_V，流过金属丝的电流I_A。,图10 图11,答案 (1)B；4.20 (2)14.982 (3)左 (4)2.28；0.42,(2)多用电表的使用问题，在弄清其基本原理的基础上，会选择测量项目及量程、挡位，能区分机械调零和欧姆调零的区别，掌握测量电阻的步骤，此外，会看多用电表表盘，最上排不均匀刻度为测电阻时读数刻度，读出表盘刻度后应乘以挡位倍率；中间刻度是均匀的，为测量电压和电流的读数刻度，下面三排数字均为方便读数所标注；最下排刻度专为测量2.5 V以下交流电压所用，一般较少使用。,考向二 以测量电阻为核心的电学实验,1.(2015南通市等五市高三模拟)为了描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室可供选择的器材如下：,图12,A.待测小灯泡(6 V 500 mA) B.电流表A(00.6 A 内阻约0.5 ) C.电压表V(03 V 内阻5 k) D.滑动变阻器R1(01 k 100 mA) E.滑动变阻器R2(05 1.5 A) F.电阻箱R3(09 999.9 ) G.直流电源E(约6 V，内阻不计) H.开关S，导线若干 (1)将电压表量程扩大为6 V，与它串联的电阻箱的阻值应调为_k。 (2)图12中画出了实验的部分电路，请你补全电路图；滑动变阻器应选用_(填“R1”或“R2”)。,(3)实验中，变阻器滑动触头P在ab间移动时，发现小灯泡两端的电压只能在3.5 V6.0 V间变化，则电路中出现的故障可能是_。 (4)排除故障后，测量出多组数据，以灯泡两端的电压U为横轴，电流表的示数I为纵轴，描点作出小灯泡的伏安特性曲线如图13所示。若电压表V的实际阻值大于5 k，则小灯泡实际的伏安特性曲线应在所画图线的_(填“上方”或“下方”)。,图13,答案 (1)5 (2)电路如图 R2,(3)ac间断路 (4)上方,2.(2015盐城市高三质量检测)实际电流表有内阻，可等效为理想电流表与电阻的串联。测量实际电流表G1内阻r1的电路如图14甲所示。,图14,供选择的仪器如下： 待测电流表G1(05 mA，内阻约为300 )； 电流表G2(010 mA，内阻约为100 )； 定值电阻R1(300 )； 定值电阻R2(10 )； 滑动变阻器R3(01 000 )； 滑动变阻器R4(020 )； 干电池(1.5 V)； 开关S及导线若干。 (1)定值电阻应选_，滑动变阻器应选_。(在空格内填写序号),(2)用连线连接如图乙所示的实物图。 (3)测量多组电流表G1、G2的读数I1、I2，以I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线，如图15所示。根据I2I1图线的斜率k及定值电阻(选定)，写出待测电流表内阻的表达式_。,图15,解析 (1)根据电路的原理图，定值电阻应适当大一些，滑动变阻器采用分压接法时，应选用阻值适当小一些的，故定值电阻选，滑动变阻器选。 (2)实物连线如图所示，连线时要注意电表的正负接线柱不能接反。,答案 (1) (2)见解析图 (3)r1(k1)R1,1.仪器的选择 (1)电源的选择：一般根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。 (2)电表的选择：一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表；根据待测电流的最大电流选择电流表；电表的指针摆动的幅度不宜较大，一般应使指针能达到半偏左右。,2.电路的选择 (1)测量电路的选择,(2)控制电路的选择： 从节能的角度考虑，优先选用限流式。 以下三种情况必须用分压式： a.要求待测电路的U、I从0变化。 b.R滑Rx c.选用限流式时，Ux、Ix过大(超过电流表量程，烧坏电表、电源或用电器等)。,3.伏安法测电阻的常规设计实验 需要一个电流表和一个电压表，利用欧姆定律求其电阻。但有时题目中缺少电压表或缺少电流表，或电压表、电流表的量程不符，这时可以把已知内阻的电流表当作电压表来使用，把已知内阻的电压表当作电流表来使用，甚至可以把已知内阻的电流表(或电压表)和电阻箱改装成符合要求的电压表(或电流表)。 4.定值电阻作为保护电阻，是定值电阻最常见的应用 近几年考题当中，经常出现用阻值已知的定值电阻(或电阻箱)充当电压表，或用阻值已知的定值电阻(或电阻箱)充当电流表。,考向三 以测电源电动势为核心的电学实验,1.2015四川理综，8(2)用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6 V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有： 电流表A1(量程030 mA)； 电流表A2(量程0100 mA)； 电压表V(量程06 V)； 滑动变阻器R1(阻值05 )； 滑动变阻器R2(阻值0300 )； 开关S一个，导线若干条。,某同学的实验过程如下： .设计如图16所示的电路图，正确连接电路。,图16,.将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录。以U为纵轴，I为横轴，得到如图17所示的图线。,图17,.断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变。重复的步骤，得到另一条UI图线，图线与横轴I的交点坐标为(I0，0)，与纵轴U的交点坐标为(0，U0)。 回答下列问题： 电流表应选用_，滑动变阻器应选用_； 由图17的图线，得电源内阻r_； 用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx_，代入数值可得Rx； 若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围_，电压表示数变化范围_。(选填“相同”或“不同”),解析 因为电源电动势约为6 V，待测电阻以及电源的内阻都数十欧，估算出电流约为100毫安，因此电流表选择A2；由于滑动变阻器为限流式，因此应选择较大的滑动变阻器，或者根据题图中(20 mA，5.5 V)来判断此时内阻分压约为0.5 V，那么根据串联电路的电压关系，此时滑动变阻器和定值电阻阻值和为几百欧姆，因此选R2；,2.某同学现用如图18甲所示的原理图来测量一节干电池的电动势和内阻。图中两电压表均视为理想电压表，实验中定值电阻的阻值R010 ，试分析下列问题： (1)实验前该同学利用多用电表的直流电压挡的“2.5 V”挡粗测该电源的电动势，测得的结果如图乙所示，则多用电表测得的电动势为E_V。,图18,(2)根据电路图请将图19甲中的实物图连接好。,图19,(3)实验中所作U1U2图象如图乙所示，则图象在横轴上的截距所表示的物理意义是_。 (4)依据图线求得该电源的电动势E_V，内阻r_。(结果保留两位有效数字) 解析 (1)用多用电表测得的电源的电动势为E1.5 V。 (2)所连的实物图如答案图所示。由多用电表的测量结果可知电压表的量程选03 V。 (3)根据电路图可知图象在横轴上的截距表示电阻箱的阻值调到了零的状态时电压表V2的示数。,答案 (1)1.5 (2)如图所示 (3)见解析 (4)1.5；5.0,1.电源电动势和内阻的测量方法,任何一种实验方法。一定要紧扣闭合电路欧姆定律EUIr，而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，这也是命题专家命题时的入手点。,2.数据处理 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。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。,高频考点十三 探究设计型电学实验,高考中电学实验要拿到满分，需要考生应注意以下“三”个方面： 第一：认真完成课本上的每一个实验。知道每一个实验的目的，掌握每一个实验的原理，熟悉实验中的每一个实验步骤，领会每一个实验步骤的作用，学会每一个实验仪器的使用，学会每一个实验的处理方法，弄清每一个实验误差的来源等。,第二：对于给出实验电路图的创新性实验，要注意从原理出发，理解实验方法，找出图象中两个物理量之间的关系，理想图象中图线的斜率和截距的物理意义。 第三：对于设计性实验，要注意从原理出发找方法，选器材，定方案。高考中，对设计性实验的考查，一般不直接采用课本上的设计方案，但是其设计技能均取材于课本中的必考实验，因此考生要对课本上的每一个实验做到心中有数。,(8分)2015广东理综，34(2)某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3 k)、电流表(内阻约为1 )、定值电阻等。,(a),使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“1”欧姆档测量，示数如图20(a)所示，读数为_。据此应选择图20中的 _(填“b”或“c”)电路进行实验。 连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐_(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验。,图20,图21(a)是根据实验数据作出的UI图线，由图可判断元件_(填“X”或“Y”)是非线性元件。 该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R21 的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图(b)所示。闭合S1和S2，电压表读数为3.00 V；断开S2，读数为1.00 V，利用图21(a)可算得E_V，r_(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)。,图21,答案 10 b(2分) 增大(1分) Y(1分) 3.2 0.50(4分),(8分)为测定电源的电动势和内阻，实验室提供了如下器材：,图22,A.电源(电动势约为9 V) B.电压表(视为理想电压表，量程03 V) C.电阻箱R(0999.9 ) D.定值电阻R0(铭牌上的数字模糊，末位只显示数字“0”) E.开关、导线若干 (1)用欧姆表(1 )测定定值电阻R0，欧姆表的指针如图22所示，则R0_；,图23 图24,解析 (1)欧姆挡为“1”，故R010.01 10.0 。 (2)因电压表的量程为3 V，R0只有10 ，为保护电路并完成测量，电压表测量R0两端电压，电路图设计如图所示。,答案 (1)10.0(2分) (2)实验电路图如见解析图所示(2分) (3)9.0 V(2分) 2.0 (2分),
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