2019-2020年高三物理复习 专题十 实验技能与创新 第2课时 力学实验与创新讲义.doc

2019-2020年高三物理复习 专题十 实验技能与创新 第2课时 力学实验与创新讲义一、多用电表的使用例1(xx新课标23)某学生实验小组利用图1所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“1k”挡内部电路的总电阻使用的器材有：图1多用电表；电压表：量程5 V，内阻十几千欧；滑动变阻器：最大阻值5 k；导线若干回答下列问题：(1)将多用电表挡位调到电阻“1k”挡，再将红表笔和黑表笔_，调零点(2)将图1中多用电表的红表笔和_(选填“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，使多用电表的示数如图2所示，这时电压表的示数如图3所示多用电表和电压表的读数分别为_k和_ V.图2图3(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电压表的读数分别为12.0 k和4.00 V从测量数据可知，电压表的内阻为_ k.(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4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“1k”挡内部电路的总电阻为_ k.图4解析(4)当滑动变阻器调到阻值为零时，多用电表的示数为电压表的内阻(5)设多用电表内电池的电动势为E，电阻“1k”挡内部电路的总电阻为R，则由闭合电路欧姆定律及两组数据得：ER4.00 V，E(15.012.0) kR3.60 V联立两式解得R15.0 k，E9.00 V.答案(1)短接(2)1(3)15.03.60(4)12.0(5)9.0015.0以题说法1.欧姆表的原理(1)欧姆表内有电源，红表笔与内部电源负极相连，黑表笔与内部电源的正极相连，故其电流方向为“红表笔流进，黑表笔流出”(2)测电阻的原理是闭合电路欧姆定律当红、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，Ig，此时中值电阻R中RgR0r，当两表笔接入电阻Rx时I，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2 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(1)用多用电表的欧姆挡测量阻值时，选择倍率为100 挡，按正确的实验操作步骤测量，表盘指针位置如图5所示，该电阻的阻值约为_；图5(2)下列关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的是()A测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则不会影响测量结果B测量阻值不同的电阻时，都必须重新欧姆调零C测量电路中的电阻时，应该把该电阻与电源断开D欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但仍能调零，其测量结果与原来相比不变(3)用多用电表探测二极管的极性，用欧姆挡测量，黑表笔接a端，红表笔接b端时，指针偏转角较大，然后黑、红表笔反接指针偏转角较小，说明_(填“a”或“b”)端是二极管正极答案(1)1 700(2)AC(3)a解析(1)欧姆表的测量值是指针读数与倍率的乘积，为17100 1 700 .(2)欧姆表测电阻时，红、黑表笔插错不会影响测量结果，A正确；测不同的电阻时，只要没更换倍率，不需重新欧姆调零，B错误；测电路中的电阻时应将待测电阻与电源断开，C正确；表中的电池电动势变小、内阻变大后，会影响测量结果，D错误(3)二极管具有单向导电性，欧姆表的红表笔接的是表内电池的负极，接b端时，指针偏转角度大，二极管电阻小，说明b端是二极管的负极，a端是其正极二、以测电阻为核心的电学实验例2(xx北京21)某同学通过实验测定一个阻值约为5 的电阻Rx的阻值(1)现有电源(4V，内阻可不计)、滑动变阻器(050 ，额定电流2 A)、开关和导线若干，以及下列电表：A电流表(03 A，内阻约0.025 )B电流表(00.6 A，内阻约0.125 )C电压表(03 V，内阻约3 k)D电压表(015 V，内阻约15 k)为减小测量误差，在实验中，电流表应选用_，电压表应选用_(选填器材前的字母)；实验电路应采用图6中的_(选填“甲”或“乙”)图6(2)图7是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线图7(3)接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如图8所示，可得该电阻的测量值Rx_(保留两位有效数字)图8(4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是_；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是_(选填选项前的字母)A电流表测量值小于流经Rx的电流值B电流表测量值大于流经Rx的电流值C电压表测量值小于Rx两端的电压值D电压表测量值大于Rx两端的电压值(5)在不损坏电表的前提下，将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端，随滑片P移动距离x的增加，被测电阻Rx两端的电压U也随之增加，下列反映Ux关系的示意图中正确的是_解析(1)为了减小误差，应使电表读数为量程的，电源电动势为4 V，故电压表选C.估算通过Rx的最大电流约为Im A0.6 A，所以电流表应选B.因为，所以电流表应外接，即应采用甲电路，测量误差较小(2)(3)电流表、电压表的读数分别为I0.50 A，U2.60 V，所以Rx 5.2 .(4)甲电路中产生误差的主要原因是电压表的分流作用，选项B正确乙电路中产生误差的主要原因是电流表的分压作用，故选项D正确(5)Rx两端的电压U，其中R为滑动变阻器总阻值，L为滑动变阻器两端总长度，结合数学知识可知选项A正确答案(1)BC甲(2)见解析图(3)5.2(4)BD(5)A以题说法描绘小电珠的伏安特性曲线、测定金属的电阻率，其实验原理都涉及伏安法测电阻，这类实验要从以下两个方面攻克1电路结构：实验电路至少包括三个部分：(1)测量电路；(2)控制电路(滑动变阻器、开关)；(3)电源2电路设计：(1)电表选择注意三方面：安全性，要求量程不能太小，电表不反接；准确性，要求量程不能太大，读数一般要超过量程的；若电表量程不合适，要利用有准确内阻的电表进行改装(2)测量电路设计：若，则应把电流表内接；若，则应把电流表外接(3)控制电路：以小控大用分压，相差无几用限流，即当滑动变阻器的阻值较小时，常采用分压式接法；当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时，常采用限流式接法另外滑动变阻器必须接为分压式的情况有三种：电压要求从零开始变化；滑动变阻器太小，不能起到限流的作用；限流式不能获取有区分度的多组数据若两种接法均可，则采用限流式，因为限流式损耗功率小某实验小组进行“探究热敏电阻的温度特性”实验，实验室提供如下器材：热敏电阻Rt(常温下约8 k)、温度计、电流表mA(量程1 mA，内阻约200 )、电压表V(量程3 V，内阻约10 k)、电池组E(4.5 V，内阻约1 )、滑动变阻器R(最大阻值为20 )、开关S、导线若干、烧杯和水(1)根据提供器材的参数将图9甲所示的实物图中所缺的导线补接完整图9(2)实验开始前滑动变阻器的滑动触头P应置于_(填“a”或“b”)端(3)利用补接完整的实验装置测量出不同温度下的电阻值，画出该热敏电阻的Rtt图象如图10中的实测曲线，与图中理论曲线相比二者有一定的差异除了偶然误差外，下列关于产生系统误差的原因或减小系统误差的方法叙述正确的是_(填选项前的字母，不定项选择)图10A电流表的分压造成电阻的测量值总比真实值大B电压表的分流造成电阻的测量值总比真实值小C温度升高到一定值后，电流表应改为外接法(4)将本实验所用的热敏电阻接到一个电流较大的恒流电源中使用，当电流通过电阻产生的热量与电阻向周围环境散热达到平衡时，满足关系式I2Rk(tt0)(其中k是散热系数，t是电阻的温度，t0是周围环境温度，I为电流强度)，电阻的温度稳定在某一值若通过它的电流恒为50 mA，t020C，k0.25 W/C，由实测曲线可知该电阻的温度稳定在_C.答案(1)连线如图所示(2)a(3)AC(4)48(4650均可)解析(1)如果用限流法，待测电阻两端的电压将超出电压表的量程，故用分压法，因为待测电阻是大电阻，故用内接法(2)开始时待测电阻两端的电压应当最小，故滑动触头应置于a端(3)用电流表内接法测量的是待测电阻和电流表内阻的和，故测量值偏大，A正确；温度升高，热敏电阻的阻值变小，当与电流表电阻接近时，应改为电流表外接法，C正确(4)将I50 mA、t020C、k0.25 W/C代入I2Rk(tt0)中可得R0.1(t20) k，在Rtt图中作出该直线，找到该直线与实测Rtt曲线的交点，交点所对应的横坐标约为48C，所以该电阻的温度稳定在48C.三、以测电源的电动势为核心的电学实验例3(10分)在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，提供了如图11甲、乙、丙所示的三组器材(1)请把能完成实验的器材都连成电路图11(2)某同学根据他的实验数据作出了如图12所示的图象，由此可知该同学选用的是_(填“甲”“乙”或“丙”)组器材进行实验根据图象可得出电源的电动势E_V，内阻r_.(忽略电表内阻的影响，结果保留两位有效数字)图12解析(1)只要能取两组不同数值，列出闭合电路欧姆定律的表达式，未知量只有电动势和内阻就可以完成实验，甲图不满足要求，乙、丙两图满足要求根据下面两幅电路图连接乙、丙的实物图(2)丙图中的外电阻可以通过电阻箱读出来，所以选的一定是丙图根据闭合电路欧姆定律有EIRIr，整理可得Rr，可知图线与纵轴截距的绝对值是内阻，图线的斜率是电源的电动势答案(1)如图所示(4分，乙、丙各2分，画了甲图则此问扣1分)(2)丙(2分)1.4(1.31.5均可)(2分)1.0(0.81.2均可)(2分)以题说法测量电源的电动势和内阻的基本原理是闭合电路欧姆定律，数据处理的主要思想方法是“化曲为直”，常用的方法有三种：1伏安法利用电压表和电流表，闭合电路方程为EUIr，利用两组数据，联立方程求解E和r；也可作出UI图象，图线的纵截距表示电源的电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻2伏阻法利用电压表和电阻箱闭合电路方程为EU(1)利用两组数据联立方程求解或将原方程线性化，处理为或UrE，作图象或U图象，利用图线的截距和斜率求E和r.3安阻法利用电流表和电阻箱闭合电路方程为EI(Rr)，利用两组数据联立方程求解或将方程线性化，处理为R，作R图象，利用图线的截距和斜率求E和r.(xx浙江22)采用如图13所示的电路“测定电池的电动势和内阻”图13(1)除了选用图14照片中的部分器材外，_(填选项)；图14A还需要电压表 B还需要电流表C还需要学生电源 D不再需要其他器材(2)测量所得数据如下： 测量次数物理量123456R/1.21.00.80.60.40.2I/A0.600.700.800.891.001.20U/V0.900.780.740.670.620.43在图15中用作图法求得电池的内阻r_；图15(3)根据第5次所测得的实验数据，求得电流表内阻RA_.答案(1)A(2)(0.750.10) (3)0.22 解析(1)除照片中的器材外，还需要电压表，故应选A.(2)作出UI图象，如图所示，由图象斜率可求得电池的内阻r(0.750.10) .(3)由UI(RRA)和第5组数据，得：电流表的内阻RAR(0.4) 0.22 .15从原理迁移中突破电学实验题审题示例(9分)在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，备有如下器材：A干电池B电流表(00.6 A，内阻约0.1 )C灵敏电流计(满偏电流Ig200 A、内阻rg500 )D滑动变阻器(020 、2.0 A)E电阻箱RF开关、导线若干(1)由于没有电压表，要把灵敏电流计改装成量程为2 V的电压表，需串联一个阻值为_的电阻(2)改装后采用如图16甲所示电路进行测量，请在图乙上完成实物连线图16(3)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑片移动至_(填“a端”、“中央”或“b端”)(4)图17为该实验绘出的I1I2图线(I1为灵敏电流计的示数，I2为电流表的示数)，由图线可求得被测电池的电动势E_V，内阻r_.图17审题模板答题模板(1)由2 VIg(rgRx)可得Rx9 500 .(2)实物连线图如答案图所示(3)在闭合开关S前，滑动变阻器应处于最大阻值处，滑片应移动至a端(4)图线与纵轴的截距约为146 A，对应着电源电动势E146106(9 500500) V1.46 V；电源内阻r 0.82 .答案(1)9 500(2分)(2)电路如图所示(2分)(3)a端(1分)(4)1.46(1.451.47)(2分)0.82(0.800.84)(2分)如图18甲所示为某一型号二极管，其两端分别记为A和B.图乙为它的伏安特性曲线，其外表所标示的极性已看不清，为确定该二极管的极性，用多用电表的电阻挡进行测量图18(1)首先对多用电表进行机械调零，然后将红、黑表笔正确插入插孔后，选用100挡进行测量，在测量前要进行的操作步骤为_(2)将多用电表的红表笔与二极管的A端、黑表笔与二极管的B端相连时，表的指针偏转角度很大；调换表笔的连接后，表的指针偏转角度很小，由上述测量可知该二极管的正极为_(填“A”或“B”)端(3)当给该二极管加上反向30 V电压时，用伏安法测量其电阻值，提供的器材有：直流40 V电源；电流表A1，量程0.6 A，内阻约10 ；电流表A2，量程50 A，内阻约100 ；电压表V，量程为50 V，内阻约100 k；滑动变阻器，总电阻100 ；开关、导线若干在提供的两块电流表中应选用_(填“”或“”)，在图19虚线框内画出实验电路图(二极管的符号已画在图中)图19答案(1)将红、黑表笔短接，调节调零旋钮，使指针指到电阻的零刻度处(2)B(3)电路图如图所示解析(1)欧姆调零的具体步骤为：将红、黑表笔短接，调节调零旋钮，使指针指到电阻的零刻度处(2)二极管正向电阻很小，反向电阻极大，多用电表的电流方向是“红进黑出”，可知该二极管的正极为B端(3)根据题图乙，当反向电压为30 V时，反向电流不超过50 A，故电流表选；二极管反向电阻极大，电流表应该采用内接法，为了多测几组数据，滑动变阻器采用分压式接法(限时：45分钟)1 (xx安徽21).(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图1所示，校零时的读数为_mm，合金丝的直径为_mm.图1(2)为了精确测量合金丝的电阻Rx，设计出如图2所示的实验电路图，按照该电路图完成图3中的实物电路连接图2图3.根据闭合电路欧姆定律，用图4所示电路可以测定电池的电动势和内电阻图中R0是定值电阻，通过改变R的阻值，测出R0两端的对应电压U12，对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的，根据实验数据在R坐标系中描出坐标点，如图5所示已知R0150 ，请完成以下数据分析和处理图4图5(1)图5中电阻为_的数据点应剔除；(2)在坐标系中画出R关系图线；(3)图线的斜率是_(V11)，由此可得电池电动势Ex_V.答案.(1)0.0070.638(0.6360.640都算正确)(2)见解析图.(1)80.0(2)见解析图(3)4.441031.50解析.(1)校零时的读数为0.007 mm合金丝的直径d(0.6450.007)mm0.638 mm(0.6360.640都算正确)(2)按照电路图进行实物连线如图所示.(1)由闭合电路欧姆定律可知：Ex(Rrx)U12即R由此可知R关系图线是一条直线电阻R80.0 的点不落在直线上，应剔除(2)画出R关系图线如图所示(3)斜率k V114.44103 V11结合R(1)可知：4.44103所以Ex1.50 V2 (xx福建19(2)硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件某实验小组设计如图6甲所示电路，给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点)，探究其在无光照时的反向伏安特性图中电压表V1量程选用3 V，内阻为6.0 k；电压表V2量程选用15 V，内阻约为 30 k；R0为保护电阻；直流电源电动势E约为12 V，内阻不计根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路图6用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S，调节变阻器R，读出电压表V1、V2的示数U1、U2.()某次测量时，电压表V1示数如图丙，则U1_ V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为_ mA(保留两位小数)()该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9组U1、U2数据，算出相应的硅光电池两端反向电压Ux和通过的反向电流Ix(表中“”表示反向)，并在坐标纸上建立IxUx坐标系，标出了与表中前5组Ux、Ix数据对应的5个坐标点，如图7所示请你标出余下的4个坐标点，并绘出IxUx图线.123456789U1/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7Ux/V0.01.02.03.04.05.06.07.08.0Ix/mA0.000.000.010.020.040.070.120.190.29图7()由IxUx图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，Ix与Ux成_(填“线性”或“非线性”)关系答案连线如图所示()1.400.23()描点绘出IxUx图线如图所示()非线性3 (xx广东34(2)图8(a)是测量电阻Rx的原理图学生电源输出电压可调，电流表量程选0.6 A(内阻不计)，标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30.0 cm.图8根据原理图连接图(b)的实物图断开S2，合上S1；调节电源输出电压为3.0 V时，单位长度电阻丝的电压u_ V/cm，记录此时电流表A1的示数保持S1闭合，合上S2；滑动c点改变ac的长度L，同时调节电源输出电压，使电流表A1的示数与步骤记录的值相同，记录长度L和A2的示数I.测量6组L和I值，测量数据已在图(c)中标出，写出Rx与L、I、u的关系式Rx_；根据图(c)用作图法算出Rx_ .答案见解析图0.16.0解析实物图如图所示由于电阻丝均匀，故单位长度电阻丝的电压u0.1 V/cm.设电阻丝每cm长的电阻为R，当合上S1、断开S2时，设此时流过电阻丝的电流为I，有：I30.0R30.0u，当合上S1、S2时，ILRIRx由上述两公式得：Rx.LI图象如图所示，由图象知：LI的斜率k60 cm/A，Rxku6.0 .4 根据实际情况经常要进行电表的改装，下面是在一次电表的改装实验中遇到的问题：一直流电压表，量程为1 V，内阻为1 000 .现将一阻值在5 000 7 000 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，再给一直流电源(电动势E为6 V7 V，内阻可忽略不计)，一阻值R22 000 的定值电阻，两个单刀开关S1、S2及若干导线(1)为达到上述目的，将图9中的图连成一个完整的实验电路图；图9(2)连线完成后，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.答案(1)如图所示(2)76.3解析(1)因为没有其他的测量工具，考虑将改装后的电压表和电源串联根据闭合电路欧姆定律列式，有电源电动势和R1两个未知数，因此可通过改变串联电阻来改变电路中的电流(2)两次测量分别根据闭合电路欧姆定律列式得，S2闭合时：ER1U1，S2断开时：E(R1R2)U2，联立解得电源电动势为6.3 V，R1的阻值为6 000 ，故改装后电压表的量程为(RVR1)7 V.5. (xx海淀期末)为了较准确地测量一只微安表的内阻，采用图10甲所示实验电路图进行测量，实验室可供选择的器材如下：A待测微安表(量程500 A，内阻约300 )B电阻箱R(最大阻值999.9 )C滑动变阻器R1(最大阻值为10 )D滑动变阻器R2(最大阻值为1 k)E电源(电动势为2 V，内阻不计)F保护电阻R0(阻值为120 )(1)实验中滑动变阻器应选用_(填“C”或“D”)；(2)按照实验电路图在图乙所示的虚线框中完成实物图连接图10(3)实验步骤：第一，先将滑动变阻器的滑片移到最右端，调节电阻箱R的阻值为零；第二，闭合开关S，将滑片缓慢左移，使微安表满偏；第三，保持滑片不动，调节电阻箱R的电阻值使微安表的示数正好是满刻度的2/3，此时接入电路的电阻箱的示数如图11所示，阻值R为_；第四，根据以上实验可知微安表内阻的测量值RA为_.图11(4)若调节电阻箱的阻值为R时，微安表的示数正好是满刻度的1/2，认为此时微安表内阻就等于R.则此时微安表内阻的测量值R与微安表的示数正好是满刻度的2/3时微安表内阻的测量值RA相比，更接近微安表内阻真实值的是_(填“R”或“RA”)答案(1)C(2)实物图如图所示(3)145.5291(4)RA解析(1)由于滑动变阻器采用分压式接法，应选最大阻值较小的C.(3)如题图所示，电阻箱接入电路的阻值为R(1004050.5) 145.5 ；设微安表的满偏电流为Ig，由于滑动变阻器滑片位置未动，两次加在电阻箱与微安表两端的电压相同，故有IgRAIg(RAR)，解得RA291 .(4)微安表读数为满偏值的三分之二时，微安表内阻的测量值更接近真实值.