高考物理二轮 压轴突破 专题5第12讲电学实验中常考的4个问题教案.DOC

2013年高考物理二轮压轴突破教案：专题5第12讲电学实验中常考的4个问题知识互联网达人寄语科学复习、事半功倍成功的奥秘！物理学离不开实验，实验是物理学的基础，震撼世界的物理实验对社会的发展具有划时代意义.1957年，还是中国国籍的杨振宁和李政道因提出了“宇称不守恒”理论而获得诺贝尔奖，这个理论被女物理学家吴建雄用实验所证实中国人第一次获得该项世界大奖，我们感到特别自豪！杨振宁曾说：“成功的奥秘在于多动手”，物理实验才是检验物理理论的试金石“物理实验”，高考必考，力、电两题，务必抓牢只有平时多动手，考时才能少犯愁仪器使用与选取，实验原理与步骤，数据处理与分析，步步深入，环环相扣，厚积薄发，志在必得！主要题型：复合题型：包括填空、问答、作图、图象形式难度档次：现在的实验题一般是一大一小，较大的实验题难度偏大，较小的实验题难度偏小高考热点 第12讲电学实验中常考的4个问题一、电学测量仪器的使用与读数1电流表、电压表、欧姆表的比较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超过满偏刻度的的位置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量程估读到最小分度的电压表使指针尽量指在表盘的中间位置左右表盘读数乘以相应挡位的倍率欧姆表2.多用电表的使用“三注意”(1)电流的流向由于使用多用电表时不管测量项目是什么，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)要区分开“机械零点”与“欧姆零点”“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，调整的是欧姆挡的调零旋钮(3)选倍率测量前应根据估计阻值选用适当的挡位，由于欧姆挡刻度的非线性，使用欧姆挡测电阻时，表头指针偏转过大或过小都有较大误差通常只使用表盘中间一段刻度范围指针偏转角度在满偏到满偏之间为测量的有效范围，如当待测电阻约为2 k时，应采用“100”挡二、电流表内外接法的比较与选择比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差来源电流表的分压电压表的分流测量结果r测u/irx，偏大r测u/irx，偏小适用条件rxra(测大电阻)rvrx(测小电阻)三、控制电路(滑动变阻器的接法)的比较与选择1控制电路的比较分压电路限流电路电路图s接通前滑片的位置p位于左端，使测量电路电压为零p位于左端，使测量电路电压最小电压变化范围0u(变化范围大，且从0开始)uu(变化范围小，且不能从0开始)电能损耗耗能节能电路连接复杂简便2.控制电路的选择：优先选用限流式，但需注意：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)以下两种情况考虑分压式：(1)要求待测电路的u、i从0变化；(2)r滑rx.读图究理读一读想一想(1)以上仪表怎样读数，接入电路时应注意哪些问题？(2)下列电路分别是测量哪些物理量的(课本学生实验)?课堂笔记常考问题36多用电表的认识及使用图121【例1】 (2011北京理综，21(1)用如图121所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关k和两个部件s、t，请根据下列步聚完成电阻测量；(1)旋动部件_，使指针对准电流的“0”刻线(2)将k旋转到电阻挡“100”的位置(3)将插入“”、“”插孔的表笔短接，旋动部件_，使指针对准电阻的_(填“0刻线”或“刻线”)(4)将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按_的顺序进行操作，再完成读数测量a将k旋转到电阻挡“1 k”的位置b将k旋转到电阻挡“10”的位置c将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接d将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准解析使指针对准电流的“0”刻线，应旋动机械调零部件s；使指针对准电阻的“0”刻线，应旋动欧姆调零部件t；测电阻时若指针偏转角度过小，则待测电阻的阻值很大，据欧姆表测电阻时指针尽可能接近“中值”的原则知，应换用较大倍率的挡位，因此a合理；每换一次挡位应重新欧姆调零，则选d；测电阻时两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相连，应选c.答案(1)s(3)t0刻线(4)adc 如图122所示为多用电表的刻度盘，若选用倍率为“100”的电阻挡测电阻时，表针指示如图所示，则：图122(1)所测电阻的阻值为_；如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0104 的电阻，为了使测量结果比较精确，应选用的欧姆挡是_(选填10、“100”或“1 k”)(2)用此多用电表进行测量，当选用量程为50 ma的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为_ma；当选用量程为250 ma的电流挡测量电流时，表针指示图示位置，则所测电流为_ma.(3)当选用量程为10 v的电压挡测量电压时，表针也指于图示位置，则所测电压为_v借题发挥1使用多用电表的“五步”(1)选倍率，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；(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)将指针示数乘以倍率，得测量值；(5)测量结束后，将选择开关扳到off或交流电压最高挡特别注意：用欧姆挡测电阻时，如果指针偏转角度太小(即指针所指的欧姆刻度值太大)，应该适当增大倍率重新调零后再测量；如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太小)，应该适当减小倍率重新调零后再测量2用多用电表测电压、电流其读数原则与电流表、电压表的读数原则一样课堂笔记常考问题37仪器选择及电路设计图123【例2】 在“测定金属丝的电阻率”的实验中(1)首先使用千分尺测量金属丝的直径，千分尺的示数如图123所示，金属丝的直径为_mm.(2)已知金属丝的阻值大约为10 ，请选择适当的器材，设计出合理的电路图，测量其阻值可供选择的器材如下：a电动势4.5 v、内阻很小的电源eb量程为5 v、内阻10 k的电压表v1c量程为3 v、内阻6 k的电压表v2d量程为300 ma、内阻4 的电流表a1e量程为500 ma、内阻2 的电流表a2f最大阻值20 、额定电流1.5 a的滑动变阻器r1g最大阻值500 、额定电流0.5 a的滑动变阻器r2h开关和若干根导线测量选用的电压表是_，电流表是_，滑动变阻器是_画出测量电路图若已测出金属丝的长为l，直径为d，根据以上选用的仪器和电路，测量相应的物理量，电阻丝电阻率的表达式应为_ (2012济南市高考模拟)物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡，其标称功率值为0.75 w，额定电压值已模糊不清他们想测定其额定电压值，于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2 ，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压u v1.22 v他们怀疑所得电压值不准确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压根据测量数据已绘出灯泡的ui图象，如图124所示图124a电压表v(量程3 v，内阻约3 k)b电流表a1(量程150 ma，内阻约2 )c电流表a2(量程500 ma，内阻约0.6 )d滑动变阻器r1(020 )e滑动变阻器r2(0100 )f电源e(电动势4.0 v，内阻不计)h开关s和导线若干g待测灯泡l(额定功率0.75 w，额定电压未知)(1)在下面所给定的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图，指出上述器材中，电流表选择_(填“a1”或“a2”)；滑动变阻器选择_(填“r1”或“r2”)(2)从图象上分析该灯泡的额定电压应为_v；这一结果大于开始时的计算结果，原因是_,方法锦囊测电阻的几种常用方法1伏安法测电阻用电压表和电流表测出待测电阻rx的电压u和电流i.(1)多测几组u、i值，利用rx求出rx的平均值(2)描绘出ui图象，利用图象的斜率求出rx.2两电压表或者两电流表测电阻常见电路有如图125(甲)、(乙)、(丙)、(丁)所示的四种：(1)在(甲)、(乙)两个电路中，如果已知电压表v1或电流表a1和a2的内阻可以求出rx的阻值，如果将rx换为已知电阻，则可以测量电压表v1或电流表a1的内阻(电流表a2的内阻已知)图125(2)在(丙)、(丁)两个电路中，如果已知电流表a2或电压表v1和v2的内阻可以求出rx的阻值，如果将rx换为已知电阻，则可以测量电流表a2或电压表v2的内阻(电压表v1的内阻已知)3等效替代法测电阻实验电路如图126所示图126电阻r2保持不变，把待测电阻r和电阻箱r1分别接入电路，如果两次电路中的电流相同，则可以认为待测电阻的阻值r等于此时电阻箱的电阻r1，即rr1该方法优点是消除了电流表内阻对测量结果的影响，缺点是电阻箱的电阻不能连续变化选择器材和电路的一般原则电表量程的选取原则：1安全：测量值不能超过电表的量程，否则会把电表烧坏2准确：一般用电表测量电压、电流时，为了测量更准确，指针应该偏转到电表刻度盘的范围内，偏角过大或过小，测量误差较大3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常考问题38实物连接及数据处理【例3】 (2012福建卷，19(2)某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势e.(1)先直接用多用电表测定该电池电动势在操作无误的情况下，多用电表表盘示数如图127所示，其示数为_v.(2)然后，用电压表、电阻箱r、定值电阻r0、开关s、若干导线和该电池组成电路，测定该电池电动势图127a根据128中的电路图，用笔画线代替导线，将实物图连接成完整电路图128b闭合开关s，调整电阻箱阻值r，读出电压表相应示数u.该学习小组测出大量数据，分析筛选出下表所示的r、u数据，并计算出相应的与的值请用表中数据在坐标纸上描点，并作出图象.r/166.771.450.033.325.020.0u/v8.35.94.84.23.22.9(1021)0.601.402.003.004.005.00(v1)0.120.170.210.240.310.34c从图线中可求得e_v.解析(1)读出示数为9.4 v.(2)a.连线如图所示b作图线如图所示c由闭合电路欧姆定律得eu(rr0)，变形得，从上式看出在图象中，纵轴的截距即为，由图象得出截距为0.10，所以e10.0 v(9.5 v11.1 v内均正确)答案(1)9.4(2)a.见解析b见解析c10.0(9.5 v11.1 v内均正确)图129 某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5 的保护电阻r0，实验电路如图129所示(1)连好电路后，当该同学闭合电键时，发现电流表示数为0，电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错，接触良好且未发生短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接a、b，b、c，d、e时，示数均为0，把两表笔接c、d时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是_(2)按电路原理图及用多用电表的电压挡检查电路时，把两表笔分别接c、d时的实物电路图(如图1210所示)以笔画线代替导线连接起来图1210(3)排除故障后，该同学顺利完成实验，测定得到下列数据，根据数据在坐标图1211中画出ui图线，由图线知：电池的电动势为_，内阻为_.i/a0.100.170.230.30u/v1.201.000.800.60图1211,得分技巧实物图连接注意一般先从电源正极开始，须看电流的方向，将干路元件依次连线；最后并接电压表；连线时要注意电表的正、负接线柱，要使电流从正接线柱流入、负接线柱流出实验数据的处理实验数据的处理是对原始实验记录的科学加工通过数据处理，往往可以从一堆表面难以察觉的、似乎毫无关系的数据中找出内在的规律，好的数据处理方法可以减小实验误差常见的处理方法有：列表法；图象法；平均值法用图象分析处理实验数据，有以下的要求：(1)需要的数据至少为6组(2)可以根据物理规律、公式的计算，分析应该得到图线是直线还是曲线(3)描点、连线、取点、得数据把实验获取的各组数据对应的点描在坐标系内，在剔除不符合规律的“点”后，用一条平滑的细线把各有效的点连接起来，切记不能连接成折线从所连的线上取需要的点，从而得出相应的数据用多用电表检查电路故障(1)电路故障的分析判断方法：用电压表测量电路中两点间的电压，若电压表有读数，说明这两点与电源之间的连线是完好的若电压表无读数，说明这两点与电源之间的连线是断路，断路故障点就在这两点与电源的连线上，逐渐缩小测量范围，不难找出断路故障点(2)短路的表现为电流不为零而两点之间电压为零，判断短路故障可据此判断课堂笔记常考问题39创新设计型实验【例4】 某同学在实验室测汽车电热器的电功率，此电热器额定电压为12 v实验室备有下列器材a输出电压为16 v的学生电源b量程为03 a的电流表，内阻约0.1 c量程为00.6 a的电流表，内阻约0.5 d量程为03 v的电压表，内阻约3 ke量程为015 v的电压表，内阻约15 kf010 ，0.5 a的滑动变阻器g010 ，2 a的滑动变阻器h导线，开关该同学测量的数据记录如下：u/v2.43.05.08.010.012.0i/a0.150.200.300.400.450.50(1)该电热器的阻值是否恒定不变？答：_(填“是”或“不是”)(2)合理选择实验器材：电流表选_，电压表选_，滑动变阻器选_(3)请画出电路图(4)电热器的额定功率为_解析(2)因实验中电热器最大电压为12 v，最大电流为0.5 a，故选择量程为015 v的电压表，量程为00.6 a的电流表；如果采用滑动变阻器的限流接法，当滑动变阻器阻值调到最大时，电热器上的电压仍然会大于2.4 v，所以采用分压式接法，由于电热器的最大电流为0.5 a，采用分压式时，滑动变阻器的一部分处在干路，故滑动变阻器承受的最大电流必须大于0.5 a，故采用g.(3)由于电热器的电阻在20 左右，m1时，磁感应强度的方向垂直于纸面向外答案(1)电路如解析图所示(2)重新处于平衡状态电流表的示数i细沙的质量m2d的底边长度l(3)(4)m2m1【常考问题】预测1 解析(1)欧姆表读数：对应最上一行刻度值为15，倍率为“100”，读数为1.5103 ；应选“1 k”的欧姆挡(2)选50 ma直流电流挡，则每一大格表示10 ma，每一小格表示1 ma，测量的精确度为1 ma，应估读到0.1 ma(此时为估读)，指针对应的读数为30.8 ma；选择量程为250 ma的电流挡，则每一大格表示50 ma，每一小格表示5 ma，测量的精确度为5 ma，应估读到1 ma(此时为估读)，指针对应的读数为154 ma. (3)选择10 v电压挡，则每一大格表示2 v，每一小格表示0.2 v，测量的精确度为0.2 v，应估读到0.1 v(此时应为估读)，指针对应的读数为6.2 v.答案(1)1.51031 k(2)30.8(30.730.9都正确)154(3)6.2【例2】 解析(1)没有露出半毫米刻度线，可动刻度上指示26个格，所以结果是 0.260 mm.(2)电源的电动势是4.5 v，根据安全性原则，选择量程为5 v的电压表v1，也符合准确性的原则测量时的最大电流约为im0.45 a，既要符合安全性原则也要符合精确性原则，电流表选a2.因为最大电流约为im0.45 a，没有超过两个滑动变阻器的额定电流，根据安全性原则，两个滑动变阻器都可以选用但r2的阻值约是待测电阻的50倍，在实际操作过程中，用它调节时电流变化不明显；若选用r1，其阻值约是待测电阻值的2倍，可以使待测电阻上的电压的变化范围足够大，所以我们选用滑动变阻器r1.分压电路可以使待测电阻上的电压从最大值调到零，限流电路不可以，但分压电路连线复杂、消耗的额外功率大，在没有特殊要求的情况下尽量采用限流电路.100 rx，用电流表外接电路由和s2可得.答案(1)0.260(0.2580.262均正确)(2)bef测量电路图如图所示预测2 解析(1)由ui图象可以看出小灯泡两端电压从零开始调节，故滑动变阻器采用分压接法；根据pi2r可知通过灯泡的电流大约为600 ma，故电流表应选a2；滑动变阻器阻值太大不易调节，根据分压电路特点可知滑动变阻器选r1.(2)由于小灯泡功率值为0.75 w，根据pui结合ui图象可知小灯泡两端电压约为2.5 v用欧姆表直接测出该灯泡的电阻是灯泡未连入电路时的阻值，当灯泡发光时，其电阻增大答案(1)电路如图所示a2r1(2)2.5(2.42.6)灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻(或灯泡电阻随温度升高而变大)预测3 解析本题考查电路故障的判断、伏安法测电源电动势和内电阻的实验数据的处理及实物电路图的连接等知识点(1)用电压挡检测c、d时，电压表有示数，说明有电流通过电压表，但没有电流通过多用电表所并联的电路，说明多用电表所并联的电路发生断路故障由已知条件可知，是滑动变阻器r发生故障(3)电源的伏安特性曲线为直线，使直线通过尽量多的数据点，其他点均匀分布在线的两侧由uei(rr0)可知，纵轴截距表示电动势，则e1.50 v，斜率绝对值表示rr0，则：rr0 3.0 ，则r0.5 .答案(1)r断路(2)如图甲所示(3)如图乙所示1.50 v(1.411.51 v均可)05 (0.50.7 均可)预测4 (1)如图所示(2)a(3)如图所示【随堂演练】1解析(1)多用电表所测量的电阻值等于指针示数乘以倍率，即10010 1 000 .因为指针不在表盘的中央附近，应换大一些的倍率欧姆挡每次换挡后都要重新欧姆调零不测量时要将多用电表关闭，置于“off”挡上，若无“off