高考物理大二轮总复习 增分策略 专题七 第2讲 电学实验与创新课件.ppt

专题七实验技能与创新 高考题型1电表改装与读数 多用电表原理与使用 高考题型2电阻的测量 高考题型3描绘小电珠 或者其他元件 的伏安特性曲线 高考题型4测定金属 液体 的电阻率 栏目索引 第2讲电学实验与创新 高考题型5测定电源的电动势和内阻 高考题型6电学创新实验 高考题型1电表改装与读数 多用电表原理与使用 解题方略 1 电流表 电压表 欧姆表的对比 2 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 黑表笔出 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 例1 2015 新课标全国 23 图1 a 为某同学改装和校准毫安表的电路图 其中虚线框内是毫安表的改装电路 图1 1 已知毫安表表头的内阻为100 满偏电流为1mA R1和R2为阻值固定的电阻 若使用a和b两个接线柱 电表量程为3mA 若使用a和c两个接线柱 电表量程为10mA 由题给条件和数据 可以求出R1 R2 答案1535 2 现用一量程为3mA 内阻为150 的标准电流表对改装电表的3mA挡进行校准 校准时需选取的刻度为0 5mA 1 0mA 1 5mA 2 0mA 2 5mA 3 0mA 电池的电动势为1 5V 内阻忽略不计 定值电阻R0有两种规格 阻值分别为300 和1000 滑动变阻器R有两种规格 最大阻值分别为750 和3000 则R0应选用阻值为 的电阻 R应选用最大阻值为 的滑动变阻器 答案3003000 3 若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大 利用图 b 的电路可以判断出损坏的电阻 图 b 中的R 为保护电阻 虚线框内未画出的电路即为图 a 虚线框内的电路 则图中的d点应和接线柱 选填 b 或 c 相连 判断依据是 解析为准确地判断出哪个电阻损坏 d点应和接线柱 c 相连 若电流表无示数 则说明R2损坏 若电流表有示数 则说明R1损坏 c 见解析 预测1指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器 请完成下列问题 1 用多用电表测电流时 指针如图2甲所示 接着的操作是 将选择开关拨至 50mA 挡 将多用电表串联入待测电路中 指针如图乙所示 电路中电流为 mA 图2 解析用多用电表测电流时 指针如图甲所示 接着的操作是机械调零 将选择开关拨至 50mA 挡 将多用电表串联入待测电路中 指针如图乙所示 电路中电流为22 0mA 答案机械调零22 0 2 用多用电表测电阻时 将选择开关拨至 1 挡 进行欧姆调零 将两表笔接待测电阻两端 指针如图甲所示 接着的操作是 欧姆调零后将两表笔接待测电阻两端 指针如图乙所示 待测电阻为 解析选择开关拨至 1 挡时 指针偏转较大 所以接着的操作是将选择开关拨至 10 挡 将两表笔接待测电阻两端 指针如图乙所示 待测电阻为32 0 10 320 将选择开关拨至 10 挡 320 3 多用电表测电阻Rx的电路如图3甲所示 电源电动势为E 1 5V 多用电表的内阻为R内 某电阻挡的电流I与待测电阻Rx的关系如图乙所示 图中Ig为满偏电流 使用该电阻挡时 多用电表的内阻R内 该图象的函数关系式为I A 图3 高考题型2电阻的测量 解题方略 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 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 滑动变阻器最大阻值太小 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 例2 2015 新课标全国 23 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3V 内阻约为3000 电阻箱R0 最大阻值为99999 9 滑动变阻器R1 最大阻值100 额定电流2A 电源E 电动势6V 内阻不计 开关2个 导线若干 1 图4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 图4 解析实验电路图如图所示 答案见解析图 2 根据设计的电路 写出实验步骤 解析移动滑动变阻器的滑片 以保证通电后电压表所在支路分压最小 闭合开关S1 S2 调节R1 使电压表的指针满偏 保持滑动变阻器滑片的位置不变 断开S2 调节电阻箱R0 使电压表的指针半偏 读取电阻箱的电阻值 此即为测得的电压表内阻 见解析 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 解析断开S2 调节电阻箱R0使电压表成半偏状态 电压表所在支路总电阻增大 分得的电压也增大 此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压 RV RV 理由见解析 预测2在测量电阻的实验中 电流表和电压表必须匹配 如果不匹配可以进行一些改装或转换 某兴趣小组要精确测定额定电压为3V的节能灯正常工作时的电阻 已知该灯正常工作时电阻约为500 实验室提供的器材有 A 电流表A 量程 0 3mA 内阻RA 15 B 定值电阻R1 1985 C 滑动变阻器R 0 10 D 电压表V 量程 0 12V 内阻RV 1k E 蓄电池E 电动势为12V 内阻r很小 F 开关S一只G 导线若干 1 要精确测定节能灯正常工作时的电阻应采用下面电路图中的 解析要精确测定额定电压为3V的节能灯正常工作时的电阻 需测量节能灯两端的电压和通过节能灯的电流 由于电压表的量程较大 测量误差较大 不能用已知的电压表测量节能灯两端的电压 可以将电流表A与定值电阻串联改装为电压表测量电压 节能灯正常工作时的电流约为I A 6mA 电流表的量程较小 电流表不能精确测量电流 可以用电压表测量电流 因为滑动变阻器阻值远小于节能灯的电阻 所以滑动变阻器采用分压式接法 所以电路图选C 答案C 2 若电压表V的示数用U表示 电流表A的示数用I表示 写出测量节能灯正常工作时的电阻表达式Rx 用U I R1 RA RV表示 当表达式中的电流I mA时 记下电压表的读数U并代入表达式 其结果即为节能灯正常工作时的电阻 1 在描绘小电珠的伏安特性曲线时 要注意一定要用平滑的曲线 当某个 或某些 测量数据出现明显错误时 要舍掉 坐标轴选取的标度要合适 使所作图线占满坐标纸 高考题型3描绘小电珠 或者其他元件 的伏安特性曲线 解题方略 2 小电珠的伏安特性曲线 以I U关系图线为例 上各点切线斜率的倒数不表示小电珠在该电压下的电阻 此时计算小电珠的电阻一定要使用电阻的定义式R 而不能使用表达式R 只有当I和U为线性关系时二者才相等 例3某同学从家里的废旧收音机上拆下一电学元件 其上标注 2 5V 1 5W 的字样 为描绘出该元件的伏安特性曲线 该同学在实验室找到了下列实验器材 A 电流表 量程是3A 内阻是0 1 B 电流表 量程是0 6A 内阻是0 5 C 电压表 量程是15V 内阻是25k D 电压表 量程是3V 内阻是5k E 滑动变阻器 阻值范围0 5 额定电流为0 6A F 滑动变阻器 阻值范围0 100 额定电流为0 6A G 直流电源 电动势E 3V 内阻不计 H 开关 导线若干 1 为了提高实验结果的准确程度 电流表应选 电压表应选 滑动变阻器应选 以上均填写器材代号 B D E 2 请将图5甲所示实验电路图补充完整 图5 3 该同学根据设计的实验电路进行实验 通过实验得到的数据如下表 I和U分别表示待测元件的电流和电压 请在图乙中描绘出该元件的伏安特性曲线 预测3在用伏安法测量某导体的伏安特性曲线实验中 描绘的伏安特性曲线如图6所示 图中虚线是曲线上过坐标点 3 6V 0 3A 的切线 回答下列问题 图6 1 在导体接入电路前 利用多用电表电阻 1 挡直接测量导体的电阻 多用电表的指针偏转如图7所示 测得此时导体的电阻为 图7 解析欧姆表的读数为R 1 30 30 30 2 当通过该导体的电流为0 3A时 导体电阻为 12 3 若用电动势为4 0V 内阻为8 的电源直接给该小灯泡供电 则该小灯泡的实际功率是 W 解析在I U图象中同时作出表示电源的I U图象 读出两图线的交点坐标为U 2 8V I 0 15A 所以小灯泡的实际功率为P UI 0 42W 0 42 高考题型4测定金属 液体 的电阻率 1 实验仪器选择的原则 电压表和电流表一般要根据实验电路中电源的电压和流过金属丝的电流进行选择 在该实验中 电压表一般选择3V的量程 电流表一般选择0 6A的量程 如果采用限流式电路 选用的滑动变阻器最大阻值一般要比待测金属丝的阻值大一些 如果采用分压式电路 一般应选用最大阻值较小 而额定电流较大的滑动变阻器 解题方略 2 实物图连线的基本原则 对限流式电路 一般是从电源的正极开始 把电源 开关 滑动变阻器以及测量电路顺次连接起来即可 对分压式电路 应先将电源 开关和滑动变阻器的全部电阻用导线连接起来 然后在滑动变阻器上金属杆两端的接线柱中任选一个 依据电路中电流的流向将测量电路部分连接起来即可 例4在 测定金属的电阻率 实验中 1 为了测量金属丝的电阻Rx的阻值 实验室提供如下实验器材 A 待测金属丝电阻Rx 约100 B 电动势E 6V 内阻很小的直流电源C 量程50mA 内阻约为50 的电流表D 量程0 6A 内阻约为0 2 的电流表E 量程6V 内阻约为15k 的电压表F 最大阻值15 最大允许电流1A的滑动变阻器 G 最大阻值15k 最大允许电流0 5A的滑动变阻器H 开关一个 导线若干 为了操作方便 且能比较精确的测量金属丝的电阻值 电流表选用 滑动变阻器选用 填写选用器材前的序号 根据所选用的实验器材 设计出测量电阻的下列甲 乙两种电路 为尽可能减少实验误差 应采用 图 选填 甲 或 乙 甲 实验中测得该金属丝直径为d 长度为L 接入电路后 电压表示数为U 电流表示数为I 则该金属丝的电阻率的表达式为 2 若另有一只待测电阻 无论用电流表内接还是外接 测量误差较为接近 有一位同学为了消除因电表内阻所带来的系统误差 他用两只相同的电压表 设计了如图8所示的测量电路 实验操作步骤如下 图8 按电路图连接好实验器材 闭合S1 断开S2 读出此时电压表V1的示数U 电流表示数I 再闭合S2 调节变阻器R 使电流表的电流仍为步骤2的电流I 此时读出电压表V1的示数U1 电压表V2的示数U2 用上述测得的物理量表示待测电阻的阻值Rx 预测4某组同学借用 测定金属的电阻率 实验的思想 原理及操作 测量某一电阻 所用器材如下 甲乙 图9 待测电阻Rx 约300 电流表A 量程0 10mA 内阻约50 电压表V 量程0 3V 内阻约5k 电池组E 电动势3V 内阻不计 滑动变阻器R 阻值0 15 最大允许电流1A 开关一个 导线若干 根据上述器材的规格 为使实验尽量精确 1 电流表A应采用 接 选填 内 或 外 请你用笔画线代替导线 在图9甲中补画出实验电路中还需要连接的导线 外 2 为进一步测量电流表A的电阻rA 他们将Rx换为标准定值电阻R0 100 将电压表V换为电流表A1 量程0 20mA 内阻约25 增加保护电阻Rb 150 其余器材不变 请你在图乙的虚线框内补画完电路原理图 解析将量程0 3V 内阻约5k 的电压表V换为电流表A1 量程0 20mA 内阻约25 即可根据两个电流表值之差及定值电阻求得电流表A两端的电压 再依据欧姆定律 结合电流表A的读数 即可求得电流表A的内阻rA 由于电流表A的内阻rA大于滑动变阻器的电阻 因此滑动变阻器采用分压式接法 如图乙所示 答案见解析图乙 高考题型5测定电源的电动势和内阻 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E U Ir 利用两组数据 联立方程求解E和r 也可作出U I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 解题方略 例5 2015 四川理综 8 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6V 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0 30mA 电流表A2 量程0 100mA 电压表V 量程0 6V 滑动变阻器R1 阻值0 5 滑动变阻器R2 阻值0 300 开关S一个 导线若干条 某同学的实验过程如下 设计如图10所示的电路图 正确连接电路 图10 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11所示的图线 图11 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U I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 1 电流表应选用 滑动变阻器应选用 解析因为电源电动势约为6V 待测电阻以及电源的内阻都为数十欧 估算出电流为几十至几百毫安 因此电流表选择A2 由于滑动变阻器为限流式接法 因此应选择阻值较大的滑动变阻器 或者根据题图中 20mA 5 5V 来判断此时内阻分压约为0 5V 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 A2 R2 2 由U I图线 得电源内阻r 解析电源内阻r k 25 3 用I0 U0和r表示待测电阻的关系式Rx 代入数值可得Rx 25 4 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 解析由于电表为理想电表 因此待测电阻无论放在B C间还是A B间 对总电阻没有影响 因此在滑动变阻器变化范围相同的情况下 电流表示数变化范围相同 由于与电压表并联部分的电阻阻值变化 因此电压表示数变化范围会不同 相同 不同 预测5一课外小组同学想要测量一个电源的电动势及内阻 准备的器材有 电流表A 0 200mA 内阻是12 电阻箱R 最大阻值9 9 一个开关和若干导线 1 由于电流表A的量程较小 考虑到安全因素 同学们将一个定值电阻和电流表并联 若要使并联后流过定值电阻的电流是流过电流表的电流的2倍 则定值电阻的阻值R0 答案6 图12 答案6 02 0 高考题型6电学创新实验 例6某品牌电饭锅采用纯电阻电热丝加热 有 煮饭 和 保温 两种工作模式 在220V电压下额定功率分别为600W和80W 物理兴趣小组的同学们想通过实验测定该电饭锅电热丝的电阻 现有实验器材 干电池两节 滑动变阻器R1 最大阻值20 电阻箱R 精度0 1 电压表V 量程3V 内阻很大 电流表A 量程6mA 内阻r 35 0 开关及导线若干 1 同学们利用多用电表进行初步测量和估算发现 电饭锅处于不同工作模式时 实验电流差异较大 为了能顺利完成实验 他们打算将电流表的测量范围扩大到48mA 则应该将电阻箱调节至R 并与电流表并联 5 2 同学们设计并连接了如图13所示的电路图 接通电源前应将滑动变阻器的滑片置于 选填 a 或 b 端 图13 解析因滑动变阻器以分压式接入电路 因此接通电源前应将滑动变阻器的滑片置于a端 即电饭锅两端电压为零 a 3 将电饭锅调至 煮饭 模式 选填 闭合 或 断开 开关K2 再闭合开关K1 调节滑动变阻器阻值 发现两表均有示数 但都不能调到零 如果该故障是由图中标号从 1 到 6 中的某一根导线断路引起 则断路的导线是 排除故障后 调节滑动变阻器阻值 记下各电表六组读数后断开开关K1 然后将电饭锅调至 保温 模式 改变K2状态 再闭合开关K1 调节滑动变阻器阻值 记下各电表六组读数后断开开关K1 解析将电饭锅调至 煮饭 模式 闭合开关K2 即扩大电流表的量程 从而起到保护电流表的作用 再闭合开关K1 调节滑动变阻器的阻值 发现两表均有示数 但都不能调到零 说明滑动变阻器处于限流式 而题目中电路中滑动变阻器是以分压式接入电路 因此导线3处于断路状态 答案闭合3 4 直接将两组实验读到的数据绘制成如图14所示的图象 由图可知 该实验中电饭锅处于 煮饭 模式时测得的阻值为 保留2位有效数字 图14 答案50 5 同学们计算发现 实验操作 数据记录与处理均正确无误 但实验得到的结果比电饭锅正常工作时的阻值小很多 请指出造成该差异的主要原因 解析实验得到的结果比电饭锅正常工作时的阻值小很多 原因是 正常工作比实验时温度高 金属电阻阻值随温度升高而增大 正常工作比实验时温度高 金属电阻阻值随温度升高而增大 预测6实验室购买了一捆标称长度为100m的铜导线 某同学想通过实验测定其实际长度 该同学首先测得导线横截面积为1 0mm2 查得铜的电阻率为1 7 10 8 m 再利用图15所示电路测出铜导线的电阻Rx 从而确定导线的实际长度 图15 可供使用的器材有 电流表 量程0 6A 内阻约0 2 电压表 量程3V 内阻约9k 滑动变阻器R1 最大阻值5 滑动变阻器R2 最大阻值20 定值电阻 R0 3 电源 电动势6V 内阻可不计 开关 导线若干 回答下列问题 1 实验中滑动变阻器应选 选填 R1 或 R2 闭合开关S前应将滑片移至 端 选填 a 或 b 解析本实验采用限流法测电阻 R0 3 Rx估算为1 7 所以滑动变阻器选R2 闭合开关S前应将滑片移至阻值最大处 即a端 R2 a 2 在实物图16中 已正确连接了部分导线 请根据图15电路图完成剩余部分的连接 图16 解析根据实验电路图 连接实物图 答案如图所示 3 调节滑动变阻器 当电流表的读数为0 50A时 电压表示数如图17所示 读数为 V 图17 解析电压表量程为3V 由图可知 其分度值为0 1V 所以读数为2 30V 2 30 4 导线实际长度约为 m 保留两位有效数字 94 93 95均可