2019届高考物理二轮专题复习 专题八 物理实验 第2讲 电学实验与创新课件.ppt

第2讲电学实验与创新 考向一基本器材的原理及使用 电表的改装与读数 多用电表的原理与使用 典例1 2018 湖北宜昌模拟 某实验小组利用如图1所示电路 可测量多用电表内电池的电动势和电阻 1 挡内部电路的总电阻 使用的器材有 多用电表 电流表 滑动变阻器 导线若干 回答下列问题 1 将多用电表挡位调到电阻 1 挡 再将红表笔和黑表笔短接进行欧姆调零 随后按如图所示把多用电表 电流表 滑动变阻器连接起来 如果图1中接线正确 那么与多用电表的a接线柱相接的是 填 黑 或 红 表笔 解析 1 红正黑负 电流从红表笔流入电表 从黑表笔流出电表 电流从电流表正接线柱流入 由图1所示电路图可知 与多用电表的a接线柱相接的是黑表笔 答案 1 黑 2 调节滑动变阻器的滑片 从图1位置向右滑动过程中 电流表的读数 选填 增大 减小 或 不变 解析 2 调节滑动变阻器的滑片从图1位置向右滑动过程中 滑动变阻器接入电路的阻值减小 电路总电阻变小 由欧姆定律可知 电路电流增大 电流表的读数增大 答案 2 增大 答案 3 320 209 60 9 40 10 0V之间都可得分 16 0 规律总结 1 游标卡尺的读数 2 螺旋测微器的读数测量值 固定刻度读数 可动刻度读数 含估读值 0 01mm 3 电压表 电流表 多用电表的读数 1 0 3V量程的电压表 或0 3A的电流表 的读数方法相同 精确度分别是0 1V 或0 1A 读数时要注意读到小数点后面两位 2 0 15V量程的电压表的精确度是0 5V 读数时只要求读到小数点后面一位 3 0 0 6A量程的电流表的精确度是0 02A 读数时只要求读到小数点后面两位 并且注意 半格估读 即读到最小刻度的一半0 01A 4 欧姆表的刻度不均匀 指针在中间刻度附近时测量相对精确 测量结果一般取两位有效数字 读数时注意乘以相应挡位的倍率 4 使用多用电阻测电阻的 五步法 1 选倍率 2 进行欧姆调零 3 将红 黑表笔接被测电阻两端进行测量 4 读出指针示数乘以倍率 得测量值 5 测量结束后 将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡 5 多用电表使用的几个注意事项 1 电流的流向 由于使用多用电表时不管测量什么 电流都要从电表的 插孔 红表笔 流入 从 插孔 黑表笔 流出 所以使用欧姆挡时 多用电表内部电池的正极接的是黑表笔 负极接的是红表笔 2 要区分 机械零点 与 欧姆零点 机械零点 在表盘刻度左侧 0 位置 用表盘下边中间的指针定位螺丝调整 欧姆零点 在表盘刻度的右侧电阻刻度 0 位置 用欧姆调零旋钮调整 3 测电阻时每变换一次挡位 都要重新进行欧姆调零 4 选倍率 测量前应根据估计阻值选用适当的挡位 由于欧姆挡的刻度不均匀 使用欧姆挡测电阻时 指针偏转过大或过小都有较大误差 通常只使用表盘中间的一段刻度范围 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 5 测电阻时要将电阻与其他元件断开 测电阻时不要用手接触多用电表的表笔金属头 6 多用电表使用完毕应将选择开关旋至 OFF 挡或交流电压最高挡 预测练1 2018 四川德阳二诊 某探究小组为了研究用 半偏法 测电阻和改装电表 先用 半偏法 测量程为150 A的电流表A的内阻 后将电流表A改装成电压表 1 某同学首先采用如图 甲 所示的实验电路测量该电流表A的内阻Rg 图中R0为滑动变阻器 R为电阻箱 他按电路图连接好电路 将R0的阻值调到最大 闭合开关S1后 他应该正确操作的步骤是 选出下列必要的步骤 并将其序号排序 A 记下R的阻值B 调节R0的阻值 使电流表的指针偏转到满刻度C 闭合S2 调节R0和R的阻值 使电流表的指针偏转到满刻度的一半D 闭合S2 保持R0不变 调节R的阻值 使电流表的指针偏转到满刻度的一半 答案 1 BDA 解析 1 按电路图连接好电路 将R0的阻值调到最大 闭合开关S1后 调节R0的阻值 使电流表的指针偏转到满刻度 闭合S2 保持R0不变 调节R的阻值 使电流表的指针偏转到满刻度的一半 记下R的阻值 电流表的内阻等于R的阻值 所以正确操作的步骤是BDA 2 如果按正确操作步骤测得电阻箱R的阻值为100 则电流表的内阻Rg 与电流表内阻的真实值Rg 相比 RgRg 填 或 答案 2 100 3 将上述电流表A改装成量程为3V的电压表 则需将电流表与阻值为 的电阻串联 用它来测量电压时 表盘指针位置如图 乙 所示 此时电压表的读数大小为V 答案 3 199002 80 预测练2 指针式多用表是实验室中常用的测量仪器 请完成下列问题 解析 1 若选择开关拨至 25mA 挡 由题图 a 所示表盘可知 其分度值为0 5mA 所测电流为11 5mA 答案 1 11 50 1 在使用多用电表测量时 若选择开关拨至 25mA 挡 指针的位置如图 a 所示 则测量结果为mA 2 多用电表测未知电阻阻值的电路如图 b 所示 电池的电动势为E 内阻为r R0为调零电阻 Rg为表头内阻 电路中电流I与待测电阻的阻值Rx关系图像如图 c 所示 则该图像的函数关系式为I 3 下列根据图 c 中I Rx图线做出的解释或判断中正确的是 A 因为函数图线是非线性变化的 所以欧姆表的示数左小右大B 欧姆表调零的实质是通过调节R0使Rx 0时电路中的电流I IgC Rx越小 相同的电阻变化量对应的电流变化量越大 所以欧姆表的示数左密右疏D 测量中 当Rx的阻值为图 c 中的R2时 指针位于表盘中央位置的左侧 答案 3 BCD 4 根据图线可知该电池的电动势E 答案 4 IgR1 考向二电学实验的核心考查 实验器材的选取 限流与分压接法判断 实验数据的分析与计算等 典例2 2018 天津卷 9 某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值 约为10k 除了Rx 开关S 导线外 还有下列器材供选用 A 电压表 量程0 1V 内阻约10k B 电压表 量程0 10V 内阻约100k C 电流表 量程0 1mA 内阻约30 D 电流表 量程0 0 6A 内阻约0 05 E 电源 电动势1 5V 额定电流0 5A 内阻不计 F 电源 电动势12V 额定电流2A 内阻不计 G 滑动变阻器R0 阻值范围0 10 额定电流2A 1 为使测量尽量准确 电压表选用 电流表选用 电源选用 均填器材的字母代号 解析 1 若电源选用E 则通过Rx的最大电流为0 15mA 电流表选用C还达不到半偏 故电源应选用F 电压表内阻应尽可能与被测电阻阻值相差大一些且接近电源电压 故电压表选用B 电路中的最大电流约为1mA 故电流表选用C 答案 1 BCF 2 画出测量Rx阻值的实验电路图 解析 2 因为待测电阻阻值较大 所以电流表应采用内接法 因为滑动变阻器的阻值很小 若采用限流接法接入电路起不到多大的限流作用 所以滑动变阻器应采用分压接法 答案 2 如图所示 解析 3 因为电流表采用内接法 电压表测出的电压为Rx与电流表串联后两端电压 U测 U实 而R 所以R测 R实 答案 3 大于电压表的读数大于待测电阻两端的实际电压 其他表述正确也可 3 该同学选择器材 连接电路和操作均正确 从实验原理上看 待测电阻测量值会其真实值 填 大于 小于 或 等于 原因是 规律总结 1 明确三个 选择 电学实验难离它 1 实验器材的选择 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 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 一般应使指针能达到半偏左右 2 电流表内接法与外接法的选择 3 分压电路与限流电路的选择以小控大用分压 相差无几用限流 即当滑动变阻器的阻值较小时 常采用分压电路 当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时 常采用限流电路 另外 必须采用分压电路的情况有三种 要求电压从零开始变化 滑动变阻器太小 不能起到限流的作用 限流电路不能获取有区分度的多组数据 若两种电路均可 则采用限流式 因为限流式损耗功率小 2 测电源电动势和内阻的三种方法 预测练3 2018 陕西咸阳模拟 1 某同学为了测量某阻值约为5 的金属棒的电阻率 进行了如下操作 分别使用10分度游标卡尺和螺旋测微器测量金属棒的长度L和直径d 某次测量的示数如图1和图2所示 长度L mm 直径d mm 解析 1 游标卡尺主尺示数与游标尺示数之和是游标卡尺的示数 故长度L为23mm 5 0 1mm 23 5mm 螺旋测微器固定刻度示数与可动刻度示数之和是螺旋测微器示数 故直径d为6 5mm 21 3 0 01mm 6 713mm 答案 1 23 56 713 2 现备有下列器材 待测金属棒 Rx 阻值约5 电压表 V1 量程3V 内阻约3k V2 量程15V 内阻约9k 电流表 A1 量程0 6A 内阻约0 2 A2 量程3A 内阻约0 05 电源 E1 电动势3V 内阻不计 滑动变阻器 R1 最大阻值约20 R2 最大阻值约1000 开关S 导线若干 若滑动变阻器采用限流接法 为使测量尽量精确 电压表应选 电流表应选 滑动变阻器应选 均选填器材代号 正确选择仪器后请在图3中用笔画线代替导线 完成实物电路的连接 用伏安法测得该电阻的电压和电流 并作出其伏安特性曲线如图4所示 若图像的斜率为k 则该金属棒的电阻率 用题目中所给各个量的对应字母进行表述 预测练4 2018 上海市宝山区二模 在 用DIS测电源的电动势和内阻 的实验中 1 图 a 为实验电路图 定值电阻R0 1 R为滑动变阻器 矩形框B代表的是 图 b 为实验的实物连接图 请用笔画线代替导线完成该实物连接图 解析 1 由图可知 B并联在电源两端 故B应为电压传感器 根据原理图连接实物图如图所示 答案 1 电压传感器见解析图 2 实验测得的路端电压U 相应电流I的拟合曲线如图 c 所示 由此得到电源电动势E V r 当电压传感器的示数为1 6V时电源的输出功率为W 答案 2 2 00 80 8 3 实验测得的数据如图 c 所示 则实验中选用的滑动变阻器最合理的阻值范围为 A 0 5 B 0 20 C 0 50 D 0 200 答案 3 C 考向三电学实验的创新考查 实验电路的设计 传感器或新型器材的应用等 典例3 2018 陕西模拟 材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为 压阻现象 利用这种效应可以测量压力大小 若图 甲 为某压敏电阻在室温下的电阻 压力特性曲线 其中RF R0分别表示有 无压力时压敏电阻的阻值 为了测量压力F 需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值RF 请按要求完成下列实验 1 设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路 在图 乙 的虚线框内画出实验电路原理图 压敏电阻及所给压力已给出 待测压力大小约为0 4 102N 0 8 102N 不考虑压力对电路其他部分的影响 要求误差较小 提供的器材如下 A 压敏电阻 无压力时阻值R0 6000 B 滑动变阻器R 全电阻约200 C 电流表A 量程2 5mA 内阻约30 D 电压表V 量程3V 内阻约3k E 直流电源E 电动势3V 内阻很小F 开关S 导线若干 解析 1 由于滑动变阻器总电阻较小 远小于待测电阻 因此滑动变阻器应采用分压接法 同时因待测电阻较大 故应采用电流表内接法 答案 1 如图所示 2 正确连线后 将压敏电阻置于待测压力下 通过压敏电阻的电流是1 33mA 电压表的示数如图 丙 所示 则电压表的读数为V 3 此时压敏电阻的阻值为 结合图 甲 可知待测压力的大小F N 计算结果均保留两位有效数字 解析 2 电压表量程为3V 最小分度为0 1V 则读数为2 00V 答案 2 2 00 3 1 5 10360 规律总结 解答电学创新实验题的 2个注意 3种方法 1 对于电学实验的创新 应注意的2个问题 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内阻对电路的影响 其次要充分利用其 表 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 再次充分利用电表的角色转换 电流表已知内阻RA时可当电压表用 即UA IRA 而电压表已知内阻RV时 可当电流表用 即IV 2 解决电学设计型实验常用的3种方法 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 并将金属丝接入电路测出其电阻 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 预测练5 2018 四川攀枝花三诊 某课外兴趣小组为了消除 伏安法测电阻 实验中电流表内阻 电压表内阻对实验结果的影响 设计了如图 甲 所示的电路进行测量 实验的主要步骤是 将R2的滑动头调到最左端 单刀双掷开关S2向1闭合 闭合开关S1 调节滑动变阻器R1和R2 使电压表和电流表的示数尽量大些 不超过量程 读出此时电压表和电流表的示数U1 I1 保持两滑动变阻器的滑动头位置不变 将单刀双掷开关S2向2闭合 读出此时电压表和电流表的示数U2 I2 请回答下列问题 1 步骤 中两电表示数如图 乙 所示 电流表读数为A 电压表读数为V 2 步骤 电流表读数为0 40A 电压表读数为1 20V 电阻Rx 保留二位有效数字 解析 1 由图 乙 所示电流表可知 其量程为0 6A 分度值为0 02A 示数为0 42A 由图 乙 所示电压表可知 其量程为3V 分度值为0 1V 示数为2 60V 答案 1 0 422 60 2 3 2 预测练6 2018 河南开封三模 某同学要把电压表改装成可直接测量压力的仪表 设计的电路如图1所示 实验器材如下 待改装电压表 量程0 3V 可视为理想电压表 定值电阻R0 压敏电阻Rx 电源 4V 内阻不计 开关S 导线若干 选用的压敏电阻阻值Rx随压力F变化的规律如图2 1 实验中随着压力F的增大 电压表的示数 填 变大 不变 或 变小 答案 1 变大 2 为使改装后仪表的量程为0 160N 且压力160N对应电压表3V刻度 则定值电阻阻值R0 压力0N对应电压表V刻度 答案 2 1501 5 3 他发现这样改装后的仪表压力刻度分布不均匀 想进一步把图2中的压力刻度改成均匀分布 应选用另一压敏电阻 其阻值Rx与压力F变化关系式为