高考物理二轮专题突破 专题九 实验技能与创新（2）电学实验与创新导学案

“讲忠诚、严纪律、立政德”三者相互贯通、相互联系。忠诚是共产党人的底色，纪律是不能触碰的底线，政德是必须修炼的素养。永葆底色、不碰底线 专题九 实验技能与创新第2讲：电学实验与创新一、题型、技巧归纳高考题型一 电表改装与读数、多用电表原理与使用【例1】 一块表头被烧坏的双量程电压表，其内部电路如图1甲所示，但测得R12.8k、R214.8k是完好的，现用满偏电流和表盘刻度相同的一块新表头替代，已知新表头的满偏电流为1mA，内阻为150，且有三个精密定值电阻r150，r2100，r3150.若在保留R1、R2的情况下，对电压表进行修复，请完成下列问题：图1(1)原表头的内阻rg_；(2)在图乙虚线框中画出修复后双量程电压表的电路(标出所选用的相应器材符号).(3)修复后校准完，连接015V量程测量时，某次表盘指针偏转如图丙所示，其电压示数应为_V.高考预测1(1)为了测量电阻，现取一只已经完成机械调零的多用电表，如图2甲所示，请根据下列步骤完成电阻测量：将K旋转到电阻挡“100”的位置.将插入“”、“”插孔的表笔短接，旋动部件_(选填“C”或“D”)，使指针对准电阻的“0”刻度线.将调好零的多用电表按正确步骤测量一电学元件P的电阻，P的两端分别为a、b，指针指示位置如图甲所示.为使测量比较精确，应将选择开关旋到_(选填“1”、“10”、“1k”)的倍率挡位上，并重新调零，再进行测量.图2(2)多用电表电阻挡的内部电路如图乙虚线框中所示，电源电动势为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的关系式为_；图3(3)某同学想通过多用电表中的欧姆挡去测量一量程为3V的电压表内阻.该同学将欧姆挡的选择开关拨至“1k”的倍率挡，并将红、黑表笔短接调零后，应选用图3中_(选填“A”或“B”)方式连接.在进行了正确的连接、测量后，欧姆表的读数如图4甲所示，读数为_，这时电压表的读数为如图乙所示.若该欧姆挡内阻为24k，则可算出欧姆挡内部所用电池的电动势为_V(计算结果保留两位有效数字).图4归纳小结1.电流表、电压表、欧姆表的对比仪器极性量程选择读数电流表有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负极流出使指针指在比满偏刻度多的位置若最小分度为1、0.1、0.01等，需要估读到最小分度的下一位；如果最小分度不是1、0.1、0.01等，只需要读到最小分度位即可电压表欧姆表使指针尽量指在表盘的中间位置左右取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率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.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”挡或交流电压最高挡.高考题型二 电阻的测量【例2】 (2016全国甲卷23)某同学利用图5所示电路测量量程为2.5V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99999.9)，滑动变阻器R1(最大阻值50)，滑动变阻器R2(最大阻值5k)，直流电源E(电动势3V)，开关1个，导线若干.图5实验步骤如下按电路原理图连接线路；将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图中最左端所对应的位置，闭合开关S；调节滑动变阻器，使电压表满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00V，记下电阻箱的阻值.回答下列问题：(1)实验中应选择滑动变阻器_(填“R1”或“R2”).(2)根据电路图将图6中实物图连线.图6(3)实验步骤中记录的电阻箱阻值为630.0，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为_(结果保留到个位).(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为_(填正确答案标号).A.100A B.250A C.500A D.1mA高考预测2(2016浙江理综22)某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3V、内阻约为3k的电压表和量程为0.6A、内阻约为0.1的电流表.采用分压电路接线，图7甲是实物的部分连线图，待测电阻为图乙中的R1，其阻值约为5.图7(1)测R1阻值的最优连接方式为导线连接_(填a或b)、导线连接_(填c或d).(2)正确接线测得实验数据如表，用作图法求得R1的阻值为_.U/V0.400.801.201.602.002.40I/A0.090.190.270.350.440.53(3)已知图乙中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R2的边长是R1的，若测R2的阻值，则最优的连线应选_(填选项).A.连接a，连接cB.连接a，连接dC.连接b，连接cD.连接b，连接d归纳小结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.高考题型三 描绘小电珠(或者其他元件)的伏安特性曲线【例3】 要测绘一个标有“3V0.6W”小灯泡的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作.已选用的器材有：直流电源(电压为4V)；电流表(量程为00.6A，内阻约0.5)；电压表(量程为03V，内阻约3k)；开关一个、导线若干.图8(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的_(填字母代号).A.滑动变阻器(最大阻值10，额定电流1A)B.滑动变阻器(最大阻值1k，额定电流0.3A)(2)图8甲为某同学在实验过程中完成的部分电路连接的情况，请你帮他完成其余部分的线路连接.(用笔画线表示对应的导线)(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示.由曲线可知小灯泡的电阻随电压增大而_(填“增大”“不变”或“减小”).(4)如果某次实验测得小灯泡两端所加电压如图丙所示，请结合图线算出此时小灯泡的电阻是_.(保留两位有效数字)(5)根据实验得到的小灯泡的伏安特性曲线，下列分析正确的是_.A.测得的小灯泡正常发光的功率偏小，主要是由于电压表内阻引起B.测得的小灯泡正常发光的功率偏小，主要是由于电流表内阻引起C.测得的小灯泡正常发光的功率偏大，主要是由于电压表内阻引起D.测得的小灯泡正常发光的功率偏大，主要是由于电流表内阻引起高考预测3某学习小组通过实验来研究用电器Z的导电规律.他们在实验中测得用电器Z两端的电压与通过Z的电流的数据如下表：U/V0.00.20.51.01.52.02.53.0I/A0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215(1)有下列器材供选用：A.电压表(03V，内阻约为10k)B.电压表(010V，内阻约为20k)C.电流表(00.3A，r11)D.电流表(00.6A，r20.4)E.滑动变阻器(5，1A)F.滑动变阻器(500，0.2A)实验中电压表应选用_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_；(用序号字母表示)(2)请根据题中信息，在虚线框内画出电路图；(3)利用这些数据绘出用电器Z的伏安特性曲线如图9(a)所示.把该用电器Z接入图(b)所示的电路中，已知A、B间所接电源的电动势E1.5V，内阻r0.1，定值电阻R09.9.则此时用电器Z的实际电阻为_.(结果保留两位有效数字)图9归纳小结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.2.小电珠的伏安特性曲线(以IU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).高考题型四 测定金属(液体)的电阻率【例4】 某实验小组利用提供的器材测量某种电阻丝(电阻约为20)材料的电阻率.他们首先把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上，在电阻丝上夹上一个与接线柱c相连的小金属夹，沿电阻丝移动金属夹，可改变其与电阻丝接触点P的位置，从而改变接入电路中电阻丝的长度.可供选择的器材还有：电池组E(电动势为3.0V，内阻约1)；电流表A1(量程0100mA，内阻约5)；电流表A2(量程00.6A，内阻约0.2)；电阻箱R(0999.9)；开关、导线若干.图10他们的实验操作步骤如下：A.用螺旋测微器在三个不同的位置分别测量电阻丝的直径d；B.根据提供的器材，设计并连接好如图10甲所示的电路；C.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值最大，闭合开关S；D.将金属夹夹在电阻丝上某位置，调节电阻箱接入电路中的电阻值，使电流表满偏，记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L；E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置，调节电阻箱接入电路中的电阻值，使电流表再次满偏.重复多次，记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L.F.断开开关，拆除电路并整理好器材.(1)小明某次用螺旋测微器测量电阻丝直径时其示数如图乙所示，则这次直径的测量值d_mm；(2)实验中电流表应选择_(选填“A1”或“A2”)；(3)小明用记录的多组电阻箱的电阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据，绘出了如图丙所示的RL关系图线，图线在R轴的截距为R0，在L轴的截距为L0，再结合测出的电阻丝直径d，可求出这种电阻丝材料的电阻率_(用给定的物理量符号和已知常数表示).高考预测4在做“测定金属的电阻率”的实验时，需要对金属丝的电阻进行测量，已知金属丝的电阻值Rx约为20.一位同学用伏安法对这个电阻的阻值进行了比较精确的测量，想使被测电阻Rx两端的电压变化范围尽可能的大.他可选用的器材有：电源E：电动势为6V，内阻为1.0；电流表A：量程0.6A，内阻约为0.50；电压表V：量程10V，内阻约为10k；滑动变阻器R：最大电阻值为5.0；开关一个，导线若干.(1)根据上述条件，测量时电流表应采用_(选填“外接法”或“内接法”).(2)在虚线框内画出实验电路图.(3)若在上述实验中，电流表的示数为I，电压表的示数为U，且电流表内阻RA、电压表内阻RV均为已知量，用测量物理量和电表内阻计算金属丝电阻的表达式Rx_.归纳小结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.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.3.电阻定律的应用：该实验虽然是测定金属丝的电阻率，实际上是先测出金属丝的电阻，然后根据R得出金属丝的电阻率R.高考题型五 测定电源的电动势和内阻 【例5】 (2016四川理综8)用如图11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3V，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.图11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(03V，内阻约15k)B.电压表(03V，内阻约3k)C.电流表(0200mA，内阻约2)D.电流表(030mA，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.高考预测5某探究小组采用如图12甲所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻时，发现量程为3V的电压表出现故障不能正常使用，实验台上有一个量程为500A，内阻Rg200的灵敏电流计和一个电阻箱R(09999).图12(1)为了把灵敏电流计改装成量程为2V的电压表继续实验，电阻箱R应调整至_.(2)探究小组中一个同学用灵敏电流计和电阻箱设计了如图乙所示的实验电路，同样测出了干电池的电动势和内阻.多次调节电阻箱，记录灵敏电流计的示数I和电阻箱的阻值R，电源的电动势和内阻分别用E和r表示，则和R的关系式为_.然后以为纵坐标，以R为横坐标，作出R图线为一直线，如图丙所示，测得直线在纵轴上的截距b134，直线的斜率k，则该电池的电动势E_V，内阻r_.归纳小结测定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.高考题型六 电学创新实验【例6】 (2016全国乙卷23)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60时，系统报警.提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000)，单刀双掷开关一个，导线若干.在室温下对系统进行调节，已知U约为18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60时阻值为650.0.(1)在图13中完成待调节的报警系统原理电路图的连线.图13(2)电路中应选用滑动变阻器_(填“R1”或“R2”).(3)按照下列步骤调节此报警系统：电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为_；滑动变阻器的滑片应置于_(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_.将开关向_(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至_.(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用.高考预测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14所示，控温箱用以调节金属电阻的温度.图14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0100mA，内阻约2B.量程00.6A，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的数据见下表温度t()20.040.060.080.0100.0阻值R()9.610.411.112.112.8请根据表中数据，在图15的方格纸上作出Rt图线.图15由图线求得R随t的变化关系为R_.参考答案【例1】 答案(1)200(2)如图所示(3)9.3高考预测1答案(1)D“10”(2)I(3)A30k2.9解析(1)将插入“”、“”插孔的表笔短接，旋动部件D，使指针对准电阻的“0”刻度线；针偏转角度过大，说明所选挡位太大，应换“10”挡.(2)根据图乙，多用电表测电阻的原理是闭合电路欧姆定律，则有：I.(3)欧姆表的正极插孔与内部电源的负极相连，与电压表构成一闭合回路，电流从负极流出，进入电压表的正极，所以选择图A正确；欧姆表的读数为：301k30k，电压表的读数为：1.60V.由题意知欧姆表的内阻为24k，与电压表的内阻30k串联，由欧姆定律可知：EI(Rr)(2.41043104) V2.9V.【例2】 答案(1)R1(2)见解析图(3)2520(4)D解析(1)本实验测电压表的内阻，实验中电压表示数变化不大，则接入电阻箱后电路的总电阻变化不大，故需要滑动变阻器的最大阻值较小，故选R1可减小实验误差.(2)滑动变阻器为分压式接法，连接实物电路如图所示：(3)电压表和电阻箱串联，两端电压分别为2.00V和0.50V，则RV4R2520.(4)电压表的满偏电流IgA1mA，故选项D正确.高考预测2答案(1)ad(2)见解析图4.5(4.44.7)(3)B解析(1)因电压表的内阻远大于待测电阻R1的阻值，则电流表采用外接法，而滑动变阻器应采用分压式接法，故测R1阻值的最优连接方式为导线连接a，导线连接d；(2)建立坐标系描点连线如图所示，则R14.5；(3)根据电阻定律可得，R，故R2R1，要测R2的阻值，与测量R1一样，最优的连线应连接a，连接d，选项B正确.【例3】 答案(1)A(2)见解析图(3)增大(4)12(5)C解析(1)由于采用分压式接法，为方便实验操作，滑动变阻器应选A.(2)描绘小灯泡的伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，灯泡正常发光时的电阻为：R15，电流表内阻约为0.5，电压表内阻约为3k，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，实物电路图如图所示：(3)由曲线可知，随电压增大通过灯泡的电流增大，电压与电流的比值增大，灯泡电阻增大.(4)电压表量程为3V，由图丙电压表可知，其分度值为0.1V，示数为2.30V，由图乙可知，2.30V对应的电流为0.20A，此时灯泡电阻为：R12.(5)电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，所测电流I偏大，测得的小灯泡正常发光的功率PUI偏大，故选C.高考预测3答案(1)ACE(2)如图所示(3)5.0【例4】 答案(1)0.726(0.7250.727)(2)A1(3)解析(1)由图示螺旋测微器可知，固定刻度是0.5mm，可动刻度是22.60.01mm0.226mm，金属丝直径d0.5mm0.226mm0.726mm.(2)电路中最大电流约为IA0.14A，不到0.6A的四分之一，如果使用电流表A2实验误差较大，因此电流表应选A1.(3)由实验步骤可知，外电路电阻不变，由串联电路特点可知，外电路总电阻R总RR电阻丝RRR，由题图丙可知，当电阻丝接入电路的长度为零时，电路总电阻R总R0，则RR0，RR0，图象斜率的绝对值|k|，则电阻率.高考预测4答案(1)外接法(2)见解析图(3)解析(1)待测电阻约为20 ，是电流表内阻的40倍，但电压表内阻是待测电阻的500倍，故采用外接法.(2)因为要使Rx两端的电压变化范围尽可能的大，所以滑动变阻器要采用分压式接法，电路图如图所示.(3)电压表分得的电流为IV，所以Rx中的电流为IxIIVI，则Rx.【例5】 答案(1)AC(2)