高考物理二轮复习 专题六 物理实验 第2讲 电学实验课件.ppt

第2讲电学实验 2 网络构建 要点必备 3 网络构建 要点必备 分压式电路与限流式电路的区分与选择1 控制电路的比较 4 网络构建 要点必备 2 控制电路的选择 1 从节能的角度考虑 优先选用限流式 2 以下三种情况必须用分压式 要求待测电路的u i从0变化 r滑 rx 选用限流式 ux ix过大 超过电流表量程 烧坏电表 电源或用电器等 5 1 2 1 2017全国 卷 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 8v 额定电流0 32a 电压表v 量程3v 内阻3k 电流表a 量程0 5a 内阻0 5 固定电阻r0 阻值1000 滑动变阻器r 阻值0 9 0 电源e 电动势5v 内阻不计 开关s 导线若干 1 实验要求能够实现在0 3 8v的范围内对小灯泡的电压进行测量 画出实验电路原理图 6 1 2 2 实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图 a 所示 由实验曲线可知 随着电流的增加小灯泡的电阻 选填 增大 不变 或 减小 灯丝的电阻率 选填 增大 不变 或 减小 图 a 7 1 2 3 用另一电源e0 电动势4v 内阻1 00 和题给器材连接成图 b 所示的电路 调节滑动变阻器r的阻值 可以改变小灯泡的实际功率 闭合开关s 在r的变化范围内 小灯泡的最小功率为w 最大功率为w 结果均保留2位小数 图 b 8 1 2 考点定位 研究小灯泡的伏安特性曲线 闭合电路欧姆定律命题能力点 侧重考查理解能力和分析综合能力物理学科素养点 实验探究解题思路与方法 将电源和电阻视为整体 利用闭合电路欧姆定律分析第 3 问 9 1 2 答案 1 2 增大增大 3 0 391 17 10 1 2 11 1 2 3 当r 9 时灯泡功率最小 将电阻r与电源视为整体 u e i r r 故u 4v 10 i 作图法找到灯泡功率pmin ui 1 75v 0 225a 0 39w当r 0时 灯泡功率最大 电源的路端电压与电流的关系u e ir 故u 4v 1 i 作图法找到灯泡功率pmax ui 3 65v 0 32a 1 17w 12 1 2 2 2016全国 卷 某同学利用图 a 所示电路测量量程为2 5v的电压表v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 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 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 13 1 2 回答下列问题 1 实验中应选择滑动变阻器 选填 r1 或 r2 2 根据图 a 所示电路将图 b 中实物图连线 图 a 14 1 2 图 b 15 1 2 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 100 ab 250 ac 500 ad 1ma考点定位 测量电压表的内阻命题能力点 侧重考查理解能力和分析综合能力物理学科素养点 实验探究解题思路与方法 电压表和电阻箱串联 利用串联电流的特点分析 16 1 2 答案 1 r1 2 如图所示 3 2520 4 d 17 1 2 解析 1 滑动变阻器采用分压式接法 滑动变阻器总阻值越小 当被测电路的电阻变化时 分压电路输出电压的影响越小 滑动变阻器应选r1 2 注意电源的正负极和电表的正负极之间的关系 3 电压表和电阻箱的分压关系为2 0 5 当电阻箱阻值为630 0 时 电压表内阻应为其阻值的4倍 即2520 4 电压表的满偏电压为2 5v 电阻为2520 所以满偏电流为ig 1ma d选项正确 18 1 2 命题规律研究及预测 高考试题每年都出现 实验原理 仪器的选择 电路的分析是高考的重点 在2019年的备考过程中要 1 掌握基本仪器的原理和使用 2 掌握基本的实验目的 原理和实验思想 如伏安法测电阻 电流表的内 外接法及滑动变阻器的连接方式 3 掌握处理实验数据的基本方法 如图象法 平均值法等 涉及电源电动势和内阻的实验 电路故障分析的实物图的连接是2019年备考的重点 19 考点一 考点二 考点三 考点四 实验仪器的读数与使用 m 规律方法1 多用电表的读数电流表 电压表的刻度是均匀的 读数时应注意量程 欧姆表的刻度是不均匀的 读数时应乘以倍率 2 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 20 考点一 考点二 考点三 考点四 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 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 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 21 考点一 考点二 考点三 考点四 3 欧姆表刻度不均匀的原因当红 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 中值电阻 欧姆表内阻 r中 rg r0 r 当两表笔接入电阻rx时 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 22 考点一 考点二 考点三 考点四 典例1 2017全国 卷 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g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1v挡和5v挡 直流电流1ma挡和2 5ma挡 欧姆 100 挡 图 a 23 考点一 考点二 考点三 考点四 图 b 24 考点一 考点二 考点三 考点四 1 图 a 中的a端与 选填 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 25 考点一 考点二 考点三 考点四 思维点拨 1 明确欧姆表原理 知道内部电源的正极接黑表笔 负极接红表笔 2 明确电路结构 知道欧姆挡中所接滑动变阻器只能进行欧姆调零 3 根据给出的量程和电路进行分析 再结合串并联电路的规律即可求得各电阻的阻值 4 明确电表的量程 确定最小分度 从而得出最终的读数 答案 1 黑 2 b 3 160880 4 1 47ma或1 48ma1100 2 95v或2 96v 26 考点一 考点二 考点三 考点四 解析 1 根据电流从红表笔进入多用表 结合欧姆挡知 a与黑表笔相连 2 在使用多用电表之前 调节机械定位螺丝使电表指针指在表盘左端电流 0 位置 a选项错 使用欧姆挡时 将两表笔短接 调整r0进行欧姆调零 b选项正确 电流挡中电路与r6无关 c选项错 3 当b端接 2 时 电流表的量程为1ma 此时 r1 r2串联后与表头并联 r1 r2承担的电流为i ig 0 75ma 由igrg i ig r1 r2 可得r1 r2 160 当b端接 4 时 电压表量程为1v 表头与r4串联 表头部分承担的电压ug igrg 250 10 6 480v 0 12v 故r4承担的电压为0 88v 所以 27 考点一 考点二 考点三 考点四 4 b端与 1 连接时 电流表最大量程为2 5ma 表盘上每1小格表示0 05ma 指针约在第29 6格 则电流表读数为1 48ma b端与 3 连接时 多用表为欧姆表 示数为r 11 100 1100 b端与 5 连接时 多用表为量程5v的电压表 每1小格表示0 1v 则读数为2 96v 28 考点一 考点二 考点三 考点四 1 2018广东惠州三调 如图甲为多用电表的电路原理图 已知选用的电流表内阻rg 10 满偏电流ig 10ma 当选择开关接3时为量程250v的电压表 该多用电表表盘如图乙所示 下排刻度均匀 c为上排刻度线的中间刻度 由于粗心 上排刻度线对应数值没有标出 29 考点一 考点二 考点三 考点四 1 若指针指在图乙所示位置 选择开关接1时其读数为 选择开关接3时其读数为 2 为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势 某同学在实验室找到了一个电阻箱 设计了如下实验 将选择开关接2 红黑表笔短接 调节r1的阻值使电表指针满偏 将多用电表红黑表笔与电阻箱相连 调节电阻箱使多用电表指针指在c处 此时电阻箱如图丙所示 则c处刻度应为 计算得到多用电表内电池的电动势为v 保留2位有效数字 30 考点一 考点二 考点三 考点四 答案 1 7 0ma175v 2 150 1 5解析 1 选择开关接1时测电流 其分度值为0 2ma 示数为7 0ma 选择开关接3时测电压 其分度值为5v 其示数为175v 2 由图丙所示电阻箱可知 电阻箱示数为 0 1000 1 100 5 10 0 1 150 由图乙所示可知 指针指在c处时 电流表示数为5ma 0 005a c处电阻为中值电阻 则多用电表欧姆挡内阻为150 电源电动势e igr内 0 01 150v 1 5v 31 考点一 考点二 考点三 考点四 以测电阻为核心的实验 含电表的改装 h 规律方法电阻的测量实验是高考实验的热点 涉及的实验包括伏安法测电阻 多用电表测电阻 描绘小灯泡的伏安特性曲线 测量金属的电阻率 测量电流表或电压表的内阻等 主要考查电阻的测量电路设计 控制电路设计 器材的选取与实物连接 实验数据的处理与误差分析等 明确三个 选择 电学实验难离它1 实验器材的选择 1 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 2 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 电表的指针摆动的幅度较大 一般应使指针能达到半偏 32 考点一 考点二 考点三 考点四 2 电流表内接法与外接法的选择 33 考点一 考点二 考点三 考点四 3 两种接法的判断 1 比值判断法 34 考点一 考点二 考点三 考点四 35 考点一 考点二 考点三 考点四 4 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 36 考点一 考点二 考点三 考点四 37 考点一 考点二 考点三 考点四 2 将滑动变阻器滑动端置于适当的位置 闭合s1 3 将开关s2掷于1端 改变滑动变阻器滑动端的位置 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 6 利用上述5次测量所得的平均值 求得rx 保留1位小数 38 考点一 考点二 考点三 考点四 答案 1 实物连线如图 39 考点一 考点二 考点三 考点四 40 考点一 考点二 考点三 考点四 2 2018全国 卷 某同学组装一个多用电表 可选用的器材有 微安表头 量程100 a 内阻900 电阻箱r1 阻值范围0 999 9 电阻箱r2 阻值范围0 99999 9 导线若干 要求利用所给器材先组装一个量程为1ma的直流电流表 在此基础上再将它改装成量程为3v的直流电压表 组装好的多用电表有电流1ma和电压3v两挡 回答下列问题 1 在虚线框内画出电路图并标出r1和r2 其中 为公共接线柱 a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱 2 电阻箱的阻值应取r1 r2 保留到个位 41 考点一 考点二 考点三 考点四 答案 1 见解析图 2 1002910 解析 1 微安表改装为1ma的电流表 需要并联小于其内阻的电阻 起分流作用 应选r1 改后的电流表再改装为大量程的电压表时需要串联较大的电阻 起分压作用 应选r2 电路如图所示 2 微安表与r1并联 有igrg i ig r1 其中i 1ma ig 100 a rg 900 代入得r1 100 改装后的电流表量程为i 1ma 内阻为rg 90 改装后的电流表与r2串联 有ir2 u irg 其中u 3v 得r2 2910 42 考点一 考点二 考点三 考点四 3 2018广东茂名二模 新型圆柱形的导电材料 电阻阻值在8 10 之间 为了测量该导电材料电阻率 实验室提供了以下实验器材 a 20分度的游标卡尺b 螺旋测微器c 电流表a1 0 100ma 内阻约为10 d 电流表a2 0 0 6a 内阻约为0 1 e 电压表v1 0 3v 内阻约为3k f 电压表v2 0 15v 内阻约为15k g 直流电源e 4v 内阻不计 h 滑动变阻器r 0 10 2a i 开关及导线若干 43 考点一 考点二 考点三 考点四 1 用游标卡尺测得该样品的长度l 其示数如图甲所示 其读数为mm 用螺旋测微器测得该样品的外径d 其示数如图乙所示 其读数为mm 2 本次实验的电流表选用的是 电压表选用的是 填写所提供器材前的字母 3 测量新型圆柱形的导电材料电阻r 是采用图丙的 选填 a b c 或 d 电路图 丙 答案 1 41 753 627 2 de 3 a 44 考点一 考点二 考点三 考点四 解析 1 长度为l 41mm 15 0 05mm 41 75mm 外径为d 3 5mm 12 7 0 01mm 3 627mm 2 电表使用中尽量使其读数接近量程 起码在三分之一以上 电源电动势为4v 电压表应选量程为3v的 通过电流大约为0 3a左右 应选量程为0 6a的 故选d e 3 因为电流表内阻和电阻相接近 故采用电流表外接法 由于滑动变阻器最大阻值有点小 应采用分压接法 故选a图 45 考点一 考点二 考点三 考点四 以测电源的电动势和内阻为核心的实验 m 规律方法测电源电动势和内阻的三种方法 46 考点一 考点二 考点三 考点四 47 考点一 考点二 考点三 考点四 典例3 2018河南濮阳三模 现有一种特殊的电池 它的电动势e为9v左右 内阻r大约为40 为了测定这个电池的电动势和内阻 某同学利用如图甲所示的电路进行实验 图中电压表的量程为6v 内阻为2k r1为电阻箱 阻值范围0 999 r0为定值电阻 甲 1 实验室备有以下四种规格的定值电阻 a 10 b 100 c 200 d 2000 为使实验能顺利进行 r0应选哪一种规格 答 选填字母序号 48 考点一 考点二 考点三 考点四 乙 2 该同学接入符合要求的r0后 闭合开关s 调整电阻箱的阻值 读取电压表的示数 记录多组数据 作出了如图乙所示的图线 根据图线可求得该电池电动势e为v 内阻r为 思维点拨 1 根据电源电动势确定电压表量程 然后根据已知电压表量程选择定值电阻阻值 2 求出函数表达式 然后根据图象求出电源电动势与内电阻 答案 1 d 2 1041 7 49 考点一 考点二 考点三 考点四 50 考点一 考点二 考点三 考点四 方法技巧用好一个 电阻 在高考电学设计性实验中 常以定值电阻的合理使用为背景来命题 求解这类问题的关键是必须弄清定值电阻在设计电路中的主要作用 一般来说 定值电阻有三种作用 51 考点一 考点二 考点三 考点四 4 2018湖南株洲二质检 某实验小组利用如下实验器材测量干电池的电动势和内阻 甲a 待测干电池两节 每节电池电动势约为1 5v 内阻约几欧b 直流电压表v1 v2 内阻约为3k c 阻值为5 的定值电阻r0d 滑动变阻器re 导线和开关 52 考点一 考点二 考点三 考点四 1 根据图甲所示的电路原理图 完成图乙所示的电路实物图的连接 2 实验中移动滑动变阻器的滑片 读出电压表v1 v2的多组数据如表格所示 请在图丙所示的坐标纸中描绘出u1 u2图象 53 考点一 考点二 考点三 考点四 54 考点一 考点二 考点三 考点四 3 根据描绘出的u1 u2图象 两节干电池的总电动势e v 总内阻r 计算结果保留三位有效数字 55 考点一 考点二 考点三 考点四 答案 1 2 见解析 3 3 00 2 95 3 10之间均可 2 50 2 40 2 60之间均可 56 考点一 考点二 考点三 考点四 解析 1 电路实物图如图 57 考点一 考点二 考点三 考点四 2 描绘出u1 u2图象如图 58 考点一 考点二 考点三 考点四 5 2018河南驻马店质检 甲 乙 丙三位同学协作测定某电池的电动势和内阻 他们设计的电路原理如图1 其中r为电阻箱 电流表a的内阻为ra 5 0 他们改变r的阻值 记下多组r和电流表示数i 甲同学以ir作纵坐标 以i作横坐标作图处理数据 乙同学以i r ra 为纵坐标 以i为横坐标处理数据 他们在同一张坐标纸上画出的图如图2所示 59 考点一 考点二 考点三 考点四 1 由图2可知 甲同学绘制的是图线 选填 a 或 b 电源电动势为v 内阻为 2 丙同学打算以纵坐标 以r作横坐标 请根据 1 中计算的结果将丙所作图线在图3中画出 3 分析可知 在图2所示电路中 当电阻箱的阻值r 时 电阻箱消耗的电功率最大 60 考点一 考点二 考点三 考点四 答案 1 a1 510 2 3 15 61 考点一 考点二 考点三 考点四 解析 1 在闭合电路中 由闭合电路的欧姆定律有 e i r ra r 整理得 ir e i ra r i r ra e ir 则ir i图象的斜率绝对值大于i r ra i图象的斜率绝对值 由图2可知 甲绘制的图线是a 由图2可知 e 100 10 3 5 0 r 0 e 150 10 3 r 0 解得 e 1 5v r 10 3 把电流表与电源整体当作等效电源 此时等效的内阻为r r ra 15 故当电阻箱阻值等于等效电源的内阻时电源输出功率最大 电阻箱功率最大 故此时电阻箱阻值为15 62 考点一 考点二 考点三 考点四 电学创新类实验 h 规律方法解决电学创新实验的 2注意3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量程对电路的影响 其次要充分利用其 自报电流或自报电压 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 63 考点一 考点二 考点三 考点四 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 64 考点一 考点二 考点三 考点四 图 a 典例4 2017全国 卷 某同学利用如图 a 所示的电路测量一微安表 量程为100 a 内阻大约为2500 的内阻 可使用的器材有 两个滑动变阻器r1 r2 其中一个阻值为20 另一个阻值为2000 电阻箱rz 最大阻值为99999 9 电源e 电动势约为1 5v 单刀开关s1和s2 c d分别为两个滑动变阻器的滑片 65 考点一 考点二 考点三 考点四 1 按原理图 a 将图 b 中的实物连线 2 完成下列填空 r1的阻值为 选填 20 或 2000 图 b 66 考点一 考点二 考点三 考点四 为了保护微安表 开始时将r1的滑片c滑到接近图 a 中滑动变阻器的 选填 左 或 右 端对应的位置 将r2的滑片d置于中间位置附近 将电阻箱rz的阻值置于2500 0 接通s1 将r1的滑片置于适当位置 再反复调节r2的滑片d的位置 最终使得接通s2前后 微安表的示数保持不变 这说明s2接通前b与d所在位置的电势 选填 相等 或 不相等 将电阻箱rz和微安表位置对调 其他条件保持不变 发现将rz的阻值置于2601 0 时 在接通s2前后 微安表的示数也保持不变 待测微安表的内阻为 结果保留到个位 3 写出一条提高测量微安表内阻精度的建议 67 考点一 考点二 考点三 考点四 思维点拨 1 根据电路原理图在实物图上连线 2 根据实验方法确定r1选择阻值较小或较大的滑动变阻器 为了保护微安表 分析滑片c开始应处的位置 接通s2前后 微安表的示数保持不变 由此分析电势高低 根据比例方法确定rx的值 3 从减少误差的方法来提出建议 68 考点一 考点二 考点三 考点四 答案 1 连线如图 2 20 左 相等 2550 3 调节r1上的分压 尽可能使微安表接近满量程 69 考点一 考点二 考点三 考点四 解析 1 略 2 r1在电路中具有分压作用 应选阻值为20 的小电阻 为了保护微安表 开始时让微安表两端的电压为零 所以开始时将r1的滑片滑到左端 由题可知 s2接通前后微安表的示数保持不变 故电路中bd导线在s2接通前后通过的电流均为零 所以b d点在s2接通前后的电势相等 由于bd间导线也没有电流通过 在 有 联立解得 r a 2550 3 本实验需要观察微安表的示数是否变化 微安表的示数越大 观察误差就越小 所以实验时调节r1让微安表接近满量程 能提高测量微安表内阻精度 70 考点一 考点二 考点三 考点四 方法技巧对于实验题 要弄清楚实验目的 实验原理以及数据处理 误差分析等问题 一般的实验设计 实验方法都是根据教材上给出的实验方法进行拓展 延伸 所以一定要熟练掌握教材中的重要实验 对于实验仪器的选取一般要求满足安全性原则 准确性原则和操作方便原则 71 考点一 考点二 考点三 考点四 6 2018河北石家庄二中期中 电压表v1的量程为2v 内阻约为2k 现要较准确测量其内阻rv 实验室提供的器材如下 电流表a 量程0 6a 内阻约0 1 电压表v2 量程5v 内阻约为5k 定值电阻r1 阻值30 定值电阻r2 阻值3k 滑动变阻器r3 最大阻值100 最大电流1 5a电源e 电动势6v 内阻约0 5 开关s 导线若干