2019年高考物理二轮复习专题18电学实验（讲）（含解析）.docx

电学实验实验实验七：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）实验八：描绘小电珠的伏安特性曲线实验九：测定电源的电动势和内阻实验十：练习使用多用电表实验十一：传感器的简单使用1要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等。2要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道用多次测量求平均值的方法减少偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差。3要求知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果。间接测量的有效数字运算不作要求。纵观近几年高考试题，预测2019年物理高考试题还会考：与电阻测量有关的电学实验仍是今年年高考命题的热点，同进伴随对基本仪器的读数能力的考查，命题形式可能为填空、选择性填空、电路图或实物连线、图象图表分析等；重视对实验操作能力的考查；实验器材的选择，包括滑动变阻器、电阻箱、电表量程的选择考向01 电学测量仪器与读数1.讲高考（1）考纲要求掌握电流表、电压表和多用表的使用方法及电流表、电压表和多用表的读数方法；掌握多用表的使用方法。（2）命题规律与电阻测量有关的电学实验仍是2015年高考命题的热点，同进伴随对基本仪器的读数能力的考查案例1某实验小组利用如图（a）所示的电路探究在2580范围内某热敏电阻的温度特性，所用器材有：置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻RT，其标称值（25时的阻值）为900.0 ：电源E（6V，内阻可忽略）：电压表 （量程150 mV）：定值电阻R0（阻值20.0 ），滑动变阻器R1（最大阻值为1 000 ）：电阻箱R2（阻值范围0-999.9 ）：单刀开关S1，单刀双掷开关S2。实验时，先按图（a）连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0，将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0：保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0：断开S1，记下此时R2的读数，逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0C，实验得到的R2-t数据见下表。 案例2【2017新课标卷】（9分）图（a）为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头的满偏电流为250 A，内阻为480 。虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1 V挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5 mA挡，欧姆100 挡。（1）图（a）中的A端与_（填“红”或“黑”）色表笔相连接。（2）关于R6的使用，下列说法正确的是_（填正确答案标号）。A在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置B使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置C使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置（3）根据题给条件可得R1+R2=_，R4=_。（4）某次测量时该多用电表指针位置如图（b）所示。若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为_；若此时B端是与“3”相连的，则读数为_；若此时B端是与“5”相连的，则读数为_。（结果均保留3位有效数字）【答案】（1）黑 （2）B （3）160 880 （4）1.47 mA（或1.48 mA） 1 100 2.95V【 考点定位】多用电表的使用【方法技巧】会规范使用多用电表，能正确读出多用电表的示数，是解决本题的关键，在平时实验训练过程中要多加注意规范操作和正确使用。2讲基础(1)电学测量仪器的使用与读数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 使指针指示比满偏刻度的多的位置3 V和3 A量程估读到最小分度的；15 V 量程估读到最小分度的；0.6 A量程应估读到最小分度的 电压表 欧姆表使指针尽量指在表盘中间位置取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率(2)多用电表使用“四注意”:极性:从电表外部看,电流应从红表笔(“+”极)流入电表,从黑表笔(“-”极)流出电表。功能:利用多用电表测电压和电流时,选择开关对应的是电表的量程;而测电阻时,选择开关对应的是倍率。 调零:测量电阻时,要进行两次调零:机械调零和欧姆调零。“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置。调整的是表盘下边中间的定位螺丝;“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,调整的是欧姆调零旋钮。保护:测电阻时,应把被测电阻从电路中拆下测量;多用电表长期不用时,必须取出表内的电池。3讲典例案例1某实验小组要测量某一段金属丝的电阻率。（1）实验时先用螺旋测微器测量金属丝的直径，用米尺测量金属丝接入电路后的长度，如图下所示，则金属丝的直径d_mm，金属丝的长度l_ cm.（2）若金属丝的电阻大约为5欧，实验室给出了下列器材：A电池组(3 V，内阻1 )B电流表(03 A，内阻0.0125 )C电流表(00.6 A3 A，内阻0.125 )D电压表(03 V15 V，内阻3 k)E滑动变阻器(020 ，额定电流1 A)F滑动变阻器(02000 ，额定电流0.3 A)G开关、导线为了使测量尽可能减小误差，电流表应选用量程_A，滑动变阻器应选用_(填写器材前字母序号) ，安培表应采用_ (填“内”或“外”)接法（3）右上图是某同学根据所选器材设计电路，连接了部分电路，请你再用两根导线帮他把电路连接完整（4）根据所选器材调节滑动变阻器，测得的一组电压和电流如下图所示，则电流表的示数为_A，电压表的示数为_V，结合前面测得的数据求得金属丝的电阻率为_m【答案】 0.7980.800 60.10 0.6 E 外 0.48 2.20 3.81106(3)由于本实验要使流过电阻的电流不能太大，因为电流过大，电阻的阻值变化较大，测量误差较大，所以滑动变阻器应用限流式，电流表外接，电路如图：(4)由图可得：电压表示数为：U=2.2V，电流表示数为：I=0.48A，根据和，联立解得：m。 【趁热打铁】某实验小组为了研究多用电表欧姆挡的原理，选用了MF141型多用电表，它的表盘如图1 所示。欧姆挡内部电路的一部分如图2所示，电阻Ro=4.20k,，Rp=3.30k，表头满偏电流Ig= 19 7A，内阻rg=457。虚线框内的电路可等效为一个电流表G，设等效电流表G允许输入的最 大电流为IG。(1)当滑动变阻器的滑动头P在a端时，IG=_A（计算结果保留三位有效数字）；当滑动 变阻器的滑动头P从a端滑到b端的过程，滑动变阻器接入电路中电阻如何变化_，虚线框中的总电阻如何变化_。（填“逐渐增大”、“逐渐减小”、“先增大后减小”或“先减小后增大”）(2)如图3甲所示，电源电动势E=1.5v，内阻r1=0. 6，RG =3. 95k。接入R1对应为多用电表的1挡。A、B两个表笔中_是黑表笔，红黑表笔短接进行调零后（即调节P的位置），虚线框内的等效电阻为_。(3)如图3乙所示，将电阻R1换成电阻R2，对应为多用电表的10挡，则R1与R2相比应有R2_ R1（填“大于”、“等于”或“小于”）。在完成第(2)问的调零后，将多用电表由1档换为10挡后，重新进行调零时，应将P向_端滑动。（填“a”或“b”）(4)如图4所示为该多用电表的1K挡的电路。其中电源电动势E2=10. 5V，内阻r2=5000, R1=38k。将红黑表笔短接，进行电阻调零后，虚线框内的总电阻应为_k。【答案】 373； 逐渐减小； 逐渐减小； B； 39.4 大于； a； 40(4) 该多用电表的1K挡的电路由图1可知，多用电表的中值电阻为40000，中值电阻为欧姆表的内阻，即为虚线框内的总电阻。点睛：解决本题关键理解多用电表中的欧姆档，中值电阻为欧姆表的内阻，中值电阻可以通过表头读出，但注意在表盘上的中间数值要乘以相应的倍率。 （2）本题关键要从减小实验误差的角度选择仪器，能根据欧姆定律解答。考向02 控制电路和内外接法1.讲高考（1）考纲要求掌握滑动变阻器的使用方法及连接方法，会用伏安法测电阻（2）命题规律命题形式可能为填空、选择性填空、电路图或实物连线、图象图表分析等案例1一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图中R0为标准定值电阻（R0=20.0 ）；可视为理想电压表。S1为单刀开关，S2位单刀双掷开关，E为电源，R为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验：（1）按照实验原理线路图（a），将图（b）中实物连线_；（2）将滑动变阻器滑动端置于适当位置，闭合S1；（3）将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器动端的位置，记下此时电压表的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表的示数U2；（4）待测电阻阻值的表达式Rx=_（用R0、U1、U2表示）；（5）重复步骤（3），得到如下数据：12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.493.443.433.393.403.39（6）利用上述5次测量所得的平均值，求得Rx=_。（保留1位小数）【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国III卷）【答案】 如图所示： 48.2【解析】【命题意图】 本题主要考查电阻测量、欧姆定律、电路连接研及其相关的知识点。案例2【2017新课标卷】（10分）某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡L（额定电压3.8 V，额定电流0.32 A）；电压表V（量程3 V，内阻3 k）；电流表（量程0.5 A，内阻0.5 ）；固定电阻R0（阻值1 000 ）；滑动变阻器R（阻值09.0 ）；电源E（电动势5 V，内阻不计）；开关S；导线若干。 考点定位】研究小灯泡的伏安特性曲线【名师点睛】电路图主要是控制电路、测量电路的连接。小灯泡阻值为小电阻外接法，电压从0开始测量分压式接法。然后由伏安特性曲线分析阻值的变化，注意纵轴是电流。第（3）问求小灯泡消耗的实际功率较难，因小灯泡的阻值随电流的变化而变化，通过闭合电路的欧姆定律找到小灯泡实际的电流、电压值。案例3【2016全国新课标卷】（9分）某同学利用图（a）所示电路测量量程为2.5 V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99 999.9 ），滑动变阻器R1（最大阻值50 ），滑动变阻器R2（最大阻值5 k），直流电源E（电动势3 V）。开关1个，导线若干。实验步骤如下按电路原理图（a）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（a）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； 考点定位】半偏法测电压表的内阻【名师点睛】此题考查测量电压表内阻以及电表的改装问题；实验是在课本上的 “半偏法”的基础上略加改编而成的，考查考生对实验原理的理解及迁移运用能力，解题关键是要搞清实验的原理及实验的步骤；实物图连线也是经常做的题目，比较简单。2讲基础（1）控制电路(滑动变阻器的接法)的比较与选择控制电路的比较比较项目限流式接法分压式接法电路电压调节的范围EE0E电能损耗节能耗能电路连接简便复杂控制电路的选择：优先选用限流式以下情况考虑分压式：(1)要求待测电路的U、I从0变化；(2)R滑Rx；(3)选用限流式时，Ux、Ix过大(超过电表量程，烧坏电表、电源或用电器等)或Ux、Ix过小(最大值不超过电表满量程的，读数误差大). 选用原则：（1）优先限流接法，因为它电路结构简单，耗能较少；（2）下列情况之一者，须采用分压接法：当测量电路的电阻远大于滑动变阻器阻值，采用限流法不能满足要求时（本题就是该例子）；当实验要求多测几组数据（电压变化范围大），或要求电压从零开始调节；电源电动势比电压表量程大得多，限流法滑动变阻器调到最大仍超过电压表量程时。电流表内接和外接的选用：当时，宜采用内接法，即大电阻用内接法；当时，宜采用外接法，即小电阻用外接法；可记忆为“大内，小外”。【趁热打铁】某同学想要描绘标有“2.5V，0.3A”字样的小灯泡L的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增加到额定值，且尽量减小实验误差，可供选择的器材除小灯泡、开关、导线外，还有：A电压表V，量程03V，内阻约5kB电流表A1，量程0300mA，内阻约0.25C电流表A2，量程0100mA，内阻约5D.滑动变阻器R1，最大阻值10，额定电流2.0AE. 滑动变阻器R2，最大阻值100，额定电流1.0AF. 直流电源E，电动势约3V，内阻2上述器材中，电流表应选_，滑动变阻器应选_（填写所选器材前的字母代号）。请将虚线框内图1所示的实验电路图补画完整，并在图2中进行实物连线。如图3是该同学根据实验数据描绘出的伏安特性曲线。从图线可以得出小灯泡灯丝的电阻率随温度变化的特点是_。在实验中，当小灯泡两端加2.5V的电压时，此时小灯泡的电阻为_（保留两位有效数字）。在滑动变阻器滑动过程中，若用P、I、U、R分别表示小灯泡的功率、通过的电流、两端的电压和电阻，则下列图像可能正确的是_【答案】 B D（如图所示） 随着温度的升高，小灯泡灯丝的电阻率增大 8.3 AC从绘制出的伏安特性曲线的弯曲情况可以看出，随着温度的升高，小灯泡灯丝的电阻率增大； 【趁热打铁】发光二极管是很多用电器的指示灯的电子元件，在电路中的符号：只有电流从标有“”号的端流入，从标有“一”号的一端流出时，它才能发光，这时可将它视为一个纯电阻。现有某厂家提供的某种型号的发光二极管的伏安特性曲线如图所示。己知该型号的发光二极管的正常工作电压为。若用电动势为，内阻可以忽略不计的直流电源供电，为使该二极管正常工作，需要在电源和二极管之间串联一只阻值为_的定值电阻。已知该型号的发光二极管允许通过的最大电流为，请用实验证明这种元件的伏安特性曲线与厂家提供的数据是否一致。可选用的器材有：待测发光二极管直流电源E（电动势，内阻可以忽略不计）滑动变阻器R（最大阻值为）电压表（量程，内阻约）电压表（量程，内阻约）电流表（量程，内阻约）电流表（量程，内阻约）电键S、导线若干为准确、方便地进行检测，电压表应选用_电流表应选用_。（填字母符号）画出利用中器材设计的实验电路图_。【答案】 V2 A2 如图所示：4讲方法（1）控制电路的设计技巧滑动变阻器控制电路的方式有分压式和限流式两种，下列几种情况必须选用分压式接法：(a)要求被控制电路的电流(或电压)从零开始可连续调节时(如：测绘导体的伏安特性曲线等实验)；(b)被控制电路的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0时；(c)实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时；(d)若采用限流式接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过电表或电器的额定值时若测量电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且被控制电路的电阻RL与滑动变阻器的最大值R0接近或RL略小于R0，则应该采用限流式接法测定电源的电动势和内阻实验必须采用限流式接法 当测量电路的电阻远大于滑动变阻器阻值，采用限流法不能满足要求时（本题就是该例子）；当实验要求多测几组数据（电压变化范围大），或要求电压从零开始调节；电源电动势比电压表量程大得多，限流法滑动变阻器调到最大仍超过电压表量程时。电流表内接和外接的选用：当时，宜采用内接法，即大电阻用内接法；当时，宜采用外接法，即小电阻用外接法；可记忆为“大内，小外”。案例2【2017江苏卷】（10分）某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图111图所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控继电器的电阻约为20 ，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示（1）提供的实验器材有：电源E1（3 V，内阻不计）、电源E2（6 V，内阻不计）、滑动变阻器R1（0200 ）、滑动变阻器R2（0500 ）、热敏电阻Rt，继电器、电阻箱（0999.9 ）、开关S、导线若干为使该装置实现对3080 之间任一温度的控制，电源E应选用 （选填“E1”或“E2”），滑动变阻器R应选用 （选填“R1”或“R2”）（2）实验发现电路不工作某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图112图所示的选择开关旋至 （选填“A”、“B”、“C”或“D”）（3）合上开关S，用调节好的多用电表进行排查，在题111图中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针 （选填“偏转”或“不偏转”），接入a、c时指针 （选填“偏转”或“不偏转”）（4）排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 时被吸合，下列操作步骤正确顺序是 （填写各步骤前的序号）将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合断开开关，将电阻箱从电路中移除合上开关，调节滑动变阻器的阻值断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 【答案】（1）E2 R2 （2）C （3）不偏转 偏转 （4）（2）多用电表做电压表测量电压，旋钮旋至直流电压挡C处；【考点定位】多用电表的使用 闭合电路的欧姆定律 传感器【名师点睛】结合表格中数据，利用欧姆定律估算电动势和电阻的数值，选择电源和滑动变阻器明确实验的目的是实现对3080 之间任一温度的控制，其中3080 就是提示的信息，结合表格数据，可知电阻值的取值 2讲基础(1)选择实验仪器的三大原则安全性原则:要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器,使实验切实可行,能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程,电阻类器件的电流不能超过允许通过的最大电流等。精确性原则:根据实验的需要,选用精度合适的测量工具,但对某个实验来讲,精确程度达到要求即可,并不是精度越高越好。方便性原则:在不违反前两个原则的前提下,尽量使测量电路简单好接,测量中的调节控制操作方便。(a)用分压式接法时,滑动变阻器应该选用阻值较小的,而额定电流较大的。(b)用限流式接法时,滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的,额定电流应大于被测电阻的额定电流3讲典例案例1(1)某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理如图所示，其中，虚线框内为用灵电流计G改装的电流表A，V为标准电压表，E为待测电池组，S为开关，R为滑动变阻器，是标称值为的定值电阻。已知灵敏电流计G的满偏电流、内阻，若要改装后的电流表满偏电流为，应并联一只_（保留2位有效数字）的定值电阻。某次实验的数据如表所示：该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法（逐差法）计算出电池组的内阻_（保留3位有效数字）该小组在前面实验的基础上，为探究电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大，若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是_（填选项前的字母）A电压表内阻的影响B滑动变阻器的最大阻值偏小C的实际阻值比计算值偏小D的实际阻值比标称值偏大(2)某同学测量一个额定电压为3V，额定电流约为的小灯泡的伏安特性曲线，选用下列实验器材进行实验，电路图如下图所示：A电源E：电动势为，内阻不计；B电压表V：量程为，内阻约为C电流表A：量程为，内阻约为；D滑动变阻器器：最大阻值为，数额定电流为；E滑动变阻器器：最大阻值为，额定电流为：F开关S，导线若干；若滑动变阻器a端与滑片P之间的电阻为，滑动变阻器的最大阻值为，若在该实验中分别接入滑动变阻器R1，R2调整小灯泡两端的电压U，则在额定电压范围内，U随变化的图像可能正确的是_.【答案】 1.0 1.66 CD B【解析】(1)根据电流表的改装原理，.A、如果考虑电压