高考物理 冲刺复习（考纲快讯+热点考题+三年真题+解题技能）专题13 电学实验课件.ppt

专题十三电学实验 1 实验七 测定金属的电阻率 同时练习使用螺旋测微器 2 实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线3 实验九 测定电源的电动势和内阻4 实验十 练习使用多用电表5 实验十一 传感器的简单使用 1 会正确使用以下基本仪器 游标卡尺 螺旋测微器 电流表 电压表 多用电表 滑动变阻器 电阻箱等 2 理解实验原理 并能根据实验原理进行正确的实验操作 3 能对实验数据进行正确的处理分析 4 能分析电学实验中误差的主要来源 5 设计和完成实验的能力是近两年新课标高考物理实验题的命题趋向 该类实验往往以分组和演示实验为背景 考查对实验方法的领悟情况 要求考生既要能深刻理解物理概念 规律 并能灵活运用 还要具有较强的创新能力 实验数据的处理 典例1 2011 浙江高考 在探究导体电阻与其影响因素的定量关系实验中 为了探究3根材料未知 横截面积均为s 0 20mm2的金属丝a b c的电阻率 采用如图所示的实验电路 m为金属丝c的左端点 o为金属丝a的右端点 p是金属丝上可移动的接触点 在实验过程中 电流表读数始终为i 1 25a 电压表读数u随op间距离x的变化如表 1 绘出电压表读数u随op间距离x的变化图线 2 求出金属丝的电阻率 并进行比较 审题视角 解答该题应把握以下三点 关键点 1 结合图表建立适当的坐标系 2 准确描点 连线 分析图象特点 3 推导电阻率表达式 求出电阻率 精讲精析 1 建立u x坐标系 进行描点 连线得到图线如图所示 2 根据欧姆定律r 又根据电阻定律r 所以 由 1 中图线可知 从600mm到1000mm为金属丝a ua 6 5 3 95 v 2 55v从1000mm到2000mm为金属丝b ub 7 15 6 5 v 0 65v从2000mm到2400mm为金属丝c uc 9 75 7 15 v 2 6v通过计算可知 金属丝a和c电阻率十分接近 远大于金属丝b的电阻率 答案 1 见精讲精析 2 a 1 02 10 6 m 0 96 10 6 1 10 10 6 m b 1 04 10 7 m 0 96 10 7 1 10 10 7 m c 1 04 10 6 m 0 96 10 6 1 10 10 6 m 金属丝a与c电阻率十分接近 远大于金属丝b的电阻率 命题人揭秘 1 本题以 探究导体电阻与其影响因素的定量关系 实验为基础 体现了重视实验操作和实验技能培养的目的 本题主要考查对实验数据的处理和分析能力 2 在复习中应重视并学会数据处理的方法 根据数据描点 连线作出图线 不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧 再用作出的图线分析得出实验结论 实验原理的理解及仪器的合理选择 典例2 2010 天津高考 要测量电压表v1的内阻rv 其量程为2v 内阻约2k 实验室提供的器材有 电流表a 量程0 6a 内阻约0 1 电压表v2 量程5v 内阻约5k 定值电阻r1 阻值30 定值电阻r2 阻值为3k 滑动变阻器r3 最大阻值100 额定电流1 5a 电源e 电动势6v 内阻约0 5 开关s一个 导线若干 1 有人拟将待测电压表v1和电流表a串联接入电压合适的测量电路中 测出v1的电压和电流 再计算出rv 该方案实际上不可行 其最主要的原因是 2 请从上述器材中选择必要的器材 设计一个测量电压表v1内阻rv的实验电路 要求测量尽量准确 实验必须在同一电路中 且在不增减元件的条件下完成 试画出符合要求的实验电路图 图中电源与开关已连接好 并标出所选元件的相应字母代号 3 由上问写出v1内阻rv的表达式 说明式中各测量量的物理意义 审题视角 解答本题时应注意以下两点 关键点 1 明确电阻测量的原理 设计电路的关键是应用电路的串并联特点求得待测电压表中的电流 2 电流表示数太小时读数误差太大 故不能使用 精讲精析 1 当待测电压表v1两端的电压达到2v时 其中的电流约为电流太小 电流表a几乎没有示数 所以不能这样连接的原因为 电流表a不能准确测量出流过电压表v1的电流 2 因为电流表量程太大 所以不能直接用 可以用定值电阻中的电流去替代 故可以将定值电阻与电压表v1串联 间接得到电流 所选电阻要与电压表的内阻差不多 故选定值电阻r2 用电压表v2测v1和r2的串联电压 由两个电压表的示数之差得到定值电阻两端的电压 为了测得多组数据 由于滑动变阻器阻值太小 故要用分压接法 故电路设计如图所示 3 r2两端的电压为 ur u2 u1 r2中的电流也就是电压表v1中的电流为 所以电压表v1的内阻为 其中u1表示v1的示数 u2表示v2的示数 即v1和r2串联的总电压 答案 1 电流表a不能准确测量出流过电压表v1的电流 2 见精讲精析 3 u1表示电压表v1的示数 u2表示v1和r2串联的总电压 命题人揭秘 1 电阻的测量一直是高考的热点 本题考查的测电阻的方法 体现了高考的灵活性 2 测量电路考查 伏安法 两种接法的选择 供电电路考查滑动变阻器的两种接线方式 3 电学实验中实验器材的选择原则 安全第一 保证电表不超量程 流过其他仪器的电流不超其额定值 准确读数 在安全前提下 使电表指针偏转角度大一些 一般要大于满偏刻度的 方便调节 实验应满足操作方便的要求 分压式电路滑动变阻器应选最大阻值小的接入电路 实验操作及实物图的连接 典例3 2011 广东高考 在 描绘小电珠的伏安特性曲线 实验中 所用器材有 小电珠 2 5v 0 6w 滑动变阻器 多用电表 电流表 学生电源 开关 导线若干 1 粗测小电珠的电阻 应选择多用电表 倍率的电阻挡 请填写 1 10 或 100 调零后 将表笔分别与小电珠的两极连接 示数如图 结果为 2 实验中使用多用电表测量电压 请根据实验原理图完成实物图中的连线 3 开关闭合前 应将滑动变阻器的滑片p置于 端 为使小电珠亮度增加 p应由中点向 端滑动 4 下表为电压等间隔变化测得的数据 为了获得更准确的实验图象 必须在相邻数据点 间多测几组数据 请填写 ab bc cd de 或 ef 审题视角 解答本题时可按以下思路进行 关键点 1 依据额定电压和额定功率估算电阻和最大电流 2 依据多用电表的读数方法读数 3 根据电阻确定电流表的量程 精讲精析 1 小电珠正常工作时电阻为r 10 42 因为小电珠的电阻比较小 故应该选 1 倍率 由题图读得电阻为7 5 2 因为小电珠的电阻比较小 故伏安法测量时应该用电流表外接法 测量的电压应该从零开始 故滑动变阻器要用分压式接法 实物连接如图所示 3 开关闭合前滑片p应置于a端 为了使小电珠亮度增加 应使滑片从中点向b端滑动 4 ab之间电流增加了0 122a 其他段电流依次增加了0 03a左右 所以需要在ab之间将电流分为0 030a 0 060a 0 090a 分别测出相应的电压值 答案 1 17 5 2 见精讲精析图 3 ab 4 ab 命题人揭秘 实验的操作 电路的连接 数据的处理是高考电学实验的考查热点 1 根据已知数据 结合误差分析 选择合理的电路原理图 2 实物电路图的连接要按照一定的顺序操作 连接电表应注意量程选用得当 正 负接线柱不要接反 利用多用电表检测电路故障 典例4 2010 山东高考 在测定金属电阻率的实验中 某同学连接电路如图所示 闭合电键后 发现电路有故障 已知电源 电表和导线均完好 电源电动势为e 1 若电流表示数为零 电压表示数为e 则发生故障的是 填 待测金属丝 滑动变阻器 或 电键 2 若电流表 电压表示数均为零 该同学利用多用电表检查故障 先将选择开关旋至 挡 填 欧姆 100 直流电压10v 或 直流电流2 5ma 再将 填 红 或 黑 表笔固定在a接线柱 把另一支表笔依次接b c d接线柱 3 若只有滑动变阻器断路 则多用电表的示数依次是 审题视角 理解多用电表的实验原理 并按以下思路分析 故障表现 电表示数 多用电表原理 故障分析 精讲精析 1 若电流表示数为零 说明外电路一定是断路 电压表有示数为e 说明电源与电压表之间的连接无断路 所以发生故障的一定是待测金属丝 2 电流表示数为零 说明外电路一定存在着断路 因为电源两端有电压 所以不能用电流表来检测 只能用电压表 量程高于电源电动势 来检测 没有电压表的情况下 则利用多用电表的10v直流电压挡来检查故障 多用电表的红表笔应和电源的正极相连 3 若只有滑动变阻器断路 当另一支表笔依次接b c d接线柱时 多用电表的示数依次是0 e e 答案 1 待测金属丝 2 直流电压10v红 3 0ee 命题人揭秘 1 本题以测定金属电阻率的实验为背景 考查的却是多用电表检测电路故障问题 主要考查多用电表的使用 电路故障分析 直流电压表的原理等知识点 2 分析电路故障要按照一定程序 多用电表属基本仪器 本题虽考查的知识点多 但均是基本知识 属保分题 伏安特性曲线的描绘 典例5 2012 安徽高考 如图为 测绘小灯泡伏安特性曲线 实验的实物电路图 已知小灯泡额定电压为2 5v 1 完成下列实验步骤 闭合开关前 调节滑动变阻器的滑片 闭合开关后 逐渐移动变阻器的滑片 断开开关 根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线 2 在虚线框中画出与实物电路相应的电路图 审题视角 解答本题的关键是理解实验原理及数据处理的方法 明确滑动变阻器的连接方式 选择电流表的内接或外接法 精讲精析 1 开关闭合前应使小灯泡两端的电压为零 所以应使滑动变阻器的滑片滑至最左端 实验中要测出多组小灯泡两端的电压和电流值 因此闭合开关后 逐渐移动变阻器的滑片 增加小灯泡两端的电压 记录电压表和电流表的多组读数 电压表的读数不应超过2 5v 2 根据实物图画出电路图如图 答案 1 使滑动变阻器的滑片滑至最左端 增加小灯泡两端的电压 记录电压表和电流表的多组读数 直至电压表示数达到小灯泡的额定电压 2 见精讲精析 命题人揭秘 描绘小电珠伏安特性曲线的方法技巧 1 本实验作出的i u曲线 电流 电压从零开始取值 故控制电路须用分压式接法 2 本实验小电珠电阻较小 故测量电路须用电流表外接法 3 连线时 曲线要平滑 不在曲线上的点应均匀分布在曲线两侧 不能画成折线 温度传感器在电学实验中的应用 典例6 2010 新课标全国卷 用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻rt 在给定温度范围内 其阻值随温度的变化是非线性的 某同学将rt和两个适当的固定电阻r1 r2连成图中虚线框内所示的电路 以使该电路的等效电阻rl的阻值随rt所处环境温度的变化近似为线性的 且具有合适的阻值范围 为了验证这个设计 他采用伏安法测量在不同温度下rl的阻值 测量电路如图所示 图中的电压表内阻很大 rl的测量结果如表所示 回答下列问题 1 根据如图所示的电路 在图中的实物图上连线 2 为了检验rl与t之间近似为线性关系 在坐标纸上作rl t关系图线 3 在某一温度下 电路中的电流表 电压表的示数如图所示 电流表的读数为 电压表的读数为 此时等效电阻rl的阻值为 热敏电阻所处环境的温度约为 审题视角 解答本题可按以下思路分析 根据电路原理图 进行实物连线 根据表中实验数据 在坐标纸上描点作直线 先确定两表的精确度 得两表读数值 精讲精析 1 根据电路图连接实物如图所示 2 根据数据描出点 作出图线 3 i 115 0mau 5 00vr 对照图线找出相应的温度为64 0 答案 1 2 见精讲精析 3 115 0ma5 00v43 5 64 0 62 66 均可 命题人揭秘 1 本题以研究半导体材料的伏安特性立意命题 考查考生对电学实验的基本要求 即实物连线 数据处理 电流表和电压表的读数等 立意新 信息量大 考查的知识点多 要求考生对实验原理及方法有很强的理解和迁移能力 2 传感器的应用往往与电学其他知识结合 貌似难题 只要考生审清题意 灵活运用电学的基本规律 熟练掌握实验的基本原理及操作 就一定能在这类题上不失分或少失分 伏安法测电阻的综合应用 典例7 2011 天津高考 某同学测量阻值约为25k 的电阻rx 现备有下列器材 a 电流表 量程100 a 内阻约2k b 电流表 量程500 a 内阻约300 c 电压表 量程15v 内阻约100k d 电压表 量程50v 内阻约500k e 直流电源 20v 允许最大电流1a f 滑动变阻器 最大阻值1k 额定功率1w g 电键和导线若干 电流表应选 电压表应选 填字母代号 该同学正确选择仪器后连接了以下电路 为保证实验顺利进行 并使测量误差尽量减小 实验前请你检查该电路 指出电路在接线上存在的问题 审题视角 解答本题应把握以下三点 关键点 1 电压表和电流表指针偏转在量程读数较精确 2 电流表内 外接特点 3 选取滑动变阻器两种接法的依据 精讲精析 直流电源的电压为20v 为了提高读数准确度应该选择电压表c 因此待测电阻两端电压不得超过15v 则通过的电流不超过电流表应该选b 因为为了减小误差电流表应采用内接法 滑动变阻器的阻值远小于待测电阻的阻值 若串联 限流效果不明显 应该采用分压接法接入电路 答案 bc 电流表应采用内接的方法 滑动变阻器应采用分压式接法 阅卷人点拨 测金属的电阻或电流表和电压表内阻高考指数 1 2012 山东高考 在测量金属丝电阻率的实验中 可供选用的器材如下 待测电阻丝 rx 阻值约4 额定电流约0 5a 电压表 v 量程3v 内阻约3k 电流表 a1 量程0 6a 内阻约0 2 a2 量程3a 内阻约0 05 电源 e1 电动势3v 内阻不计 e2 电动势12v 内阻不计 滑动变阻器 r 最大阻值约20 螺旋测微器 毫米刻度尺 开关s 导线 1 用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图所示 读数为 mm 2 若滑动变阻器采用限流接法 为使测量尽量精确 电流表应选 电源应选 均填器材代号 在虚线框内完成电路原理图 解题指南 解答本题应把握以下三点 1 螺旋测微器的读数由两部分组成 注意估读 2 选仪器应在安全性的基础上减小误差 3 正确选择电流表的内外接法 解析 1 螺旋测微器的主尺上显示为1 5mm 小数部分由可动刻度读得为0 273mm 二者相加就是测量值 1 5mm 0 273mm 1 773mm 2 待测电阻丝的额定电流为0 5a 为了减小实验误差 应选量程为0 6a的电流表a1 待测电阻丝的电阻为4 额定电流为0 5a 故由欧姆定律得额定电压为2v 所以电源应选e1 由于待测电阻丝的电阻较小 故电流表应选外接法 电路原理图如图所示 答案 1 1 773 1 771 1 775均正确 2 a1e1电路图如图 2 2012 北京高考 在 测定金属的电阻率 实验中 所用测量仪器均已校准 待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm 1 用螺旋测微器测量金属丝的直径 其中某一次测量结果如图所示 其读数应为 mm 该值接近多次测量的平均值 2 用伏安法测金属丝的电阻rx 实验所用器材为 电池组 电动势3v 内阻约1 电流表 内阻约0 1 电压表 内阻约3k 滑动变阻器r 0 20 额定电流2a 开关 导线若干 某小组同学利用以上器材正确连接好电路 进行实验测量 记录数据如下 由以上实验数据可知 他们测量rx采用的是 选填 甲 或 乙 图 3 图丙是测量rx的实验器材实物图 图中已连接了部分导线 滑动变阻器的滑片p置于变阻器的一端 请根据 2 所选的电路图 补充完成图丙中实物间的连线 并使闭合开关的瞬间 电压表或电流表不至于被烧坏 4 这个小组的同学在坐标纸上建立u i坐标系 如图丁所示 图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点 请在图丁中标出第2 4 6次测量数据的坐标点 并描绘出u i图线 由图线得到金属丝的阻值rx 保留两位有效数字 5 根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为 填选项前的符号 a 1 10 2 mb 1 10 3 mc 1 10 6 md 1 10 8 m 6 任何实验测量都存在误差 本实验所用测量仪器均已校准 下列关于误差的说法中正确的选项是 有多个正确选项 a 用螺旋测微器测量金属丝直径时 由于读数引起的误差属于系统误差b 由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差c 若将电流表和电压表的内阻计算在内 可以消除由测量仪表引起的系统误差d 用u i图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 解题指南 本题需要把握以下四点 1 估计被测电阻的阻值 2 分析表格数据推断滑动变阻器的连接方式 3 u i图像斜率的物理意义 4 偶然误差和系统误差各自的特点 解析 1 螺旋测微器螺旋上的50个刻度对应前进或后退0 5mm 还要注意估读一位 保证最后结果在毫米作单位的情况下有三位小数 2 从表格数据可以估计出被测电阻大约是5 因为滑动变阻器最大电阻为20 电源电动势为3v 若采用限流式接法 被测电阻获得的最小电压 5v 0 6v 可是表格第一组数据电压只有0 10v 可见 在实验中 滑动变阻器不是限流式接法 所以选甲 3 分压式接法中滑动变阻器的三个接线端都要接入电路 其中两个固定端与电源相连 4 求出u i图像斜率即表示电阻值 5 根据公式r 电阻率 代入数据即可求出电阻率 6 偶然误差是随机产生的 不可预计的 系统误差是由一些固有的因素 如测量方法的缺陷 产生的 理论上说系统误差总是可以通过一定的手段来消除 因此 读数造成的误差属于偶然误差 a错误 电表的内阻造成的误差属于系统误差 是可以消除的 所以b错误 c正确 用u i图像处理数据 所作的图线对测量数据起到取平均值的作用 从而减小偶然误差的影响 d正确 答案 1 0 395 0 399均可 2 甲 3 如图 4 如图4 3 4 7均可 5 c 6 c d 3 2012 广东高考 某同学测量一个圆柱体的电阻率 需要测量圆柱体的尺寸和电阻 1 分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径 某次测量的示数如图甲和图乙所示 长度为 cm 直径为 mm 2 按图丙连接电路后 实验操作如下 将滑动变阻器r1的阻值置于最 选填 大 或 小 处 将s2拨向接点1 闭合s1 调节r1 使电流表示数为i0 将电阻箱r2的阻值调至最 选填 大 或 小 s2拨向接点2 保持r1不变 调节r2 使电流表示数仍为i0 此时r2阻值为1280 3 由此可知 圆柱体的电阻为 解题指南 本题利用替代法来测电阻 要利用闭合电路欧姆定律进行分析和求解 同时要注意电学实验的设计所遵循的三个原则 解析 2 电学实验的设计要遵循科学性原则 安全性原则和准确性原则 此电路中滑动变阻器是以限流方式接入电路中的 故在 a 步骤中合上开关前应使其接入电路中的阻值为最大 以保证电路安全 同理 b 步骤中亦将电阻箱r2的阻值调至最大 a 步骤中 由闭合电路欧姆定律得其中r表示圆柱体的电阻 b 步骤中 仍由闭合电路欧姆定律得由等量代换可得r r2 1280 答案 1 5 015 315 2 大 大 3 1280 4 2011 新课标全国卷 为了测量一微安表头a的内阻 某同学设计了如图所示的电路 图中 a0是标准电流表 r0和rn分别是滑动变阻器和电阻箱 s和s1分别是单刀双掷开关和单刀开关 e是电池 完成下列实验步骤中的填空 1 将s拨向接点1 接通s1 调节 使待测表头指针偏转到适当位置 记下此时 的读数i 2 然后将s拨向接点2 调节 使 记下此时rn的读数 3 多次重复上述过程 计算rn读数的 此即为待测微安表头内阻的测量值 解题指南 解答该题应把握以下两点 1 该实验的原理 等效替代 2 减小误差的方法 解析 1 将s拨向接点1 接通s1 通过调节滑动变阻器r0 使待测表头指针偏转到适当位置 记下此时a0 或标准电流表 的读数i 2 然后将s拨向接点2 保持r0不变 调节变阻箱rn 使a0 或标准电流表 的读数仍为i 记下此时rn的读数 在实验期间 用rn代替了a表 而标准电流表a0的读数不变 故此rn的读数就是待测表a的内阻 3 为提高精确度 实验时要多次重复上述过程 计算rn读数的平均值 此即为待测微安表头内阻的测量值 答案 1 r0a0 或标准电流表 2 rna0 或标准电流表 的读数仍为i 3 平均值 5 2011 江苏高考 某同学利用如图所示的实验电路来测量电阻的阻值 1 将电阻箱接入a b之间 闭合开关 适当调节滑动变阻器r 后保持其阻值不变 改变电阻箱的阻值r 得到一组电压表的示数u与r的数据如表 请根据实验数据作出u r关系图象 2 用待测电阻rx替换电阻箱 读得电压表示数为2 00v 利用 1 中测绘的u r图象可得rx 3 使用较长时间后 电池的电动势可认为不变 但内阻增大 若仍用本实验装置和 1 中测绘的u r图象测定某一电阻 则测定结果将 选填 偏大 或 偏小 现将一已知阻值为10 的电阻换接在a b之间 你应如何调节滑动变阻器 便仍可利用本实验装置和 1 中测绘的u r图象实现对待测电阻的准确测定 解析 1 以实验的每一组 r u 数据描点 然后用平滑的曲线拟合以上描点 得到u r图线如图 2 对照u r图线 找到图线上u 2 00v点 读出其对应的rx 20 19 21 也可以 3 电源电动势可以看做不变 ab间电压与 r r 分得电压之比等于电阻比 当r增大后 r r增大 ab间电压不变时 ab间电阻变大 由u r图象读出的阻值小于其真实值 将10 的电阻接入ab间 应该减小滑动变阻器的阻值使电压表的示数为1 50v才能应用实验的u r图线准确求得待测电阻的阻值 答案 1 见解析图 2 20 3 偏小减小滑动变阻器的阻值 使电压表的示数为1 50v 6 2011 上海高考 实际电流表有内阻 可等效为理想电流表与电阻的串联 测量实际电流表g1内阻r1的电路如图所示 供选择的仪器如下 待测电流表g1 0 5ma 内阻约300 电流表g2 0 10ma 内阻约100 定值电阻r1 300 定值电阻r2 10 滑动变阻器r3 0 1000 滑动变阻器r4 0 20 干电池 1 5v 电键s及导线若干 1 定值电阻应选 滑动变阻器应选 在空格内填写序号 2 用连线连接实物图 3 补全实验步骤 按电路图连接电路 闭合电键s 移动滑动触头至某一位置 记录g1 g2的读数i1 i2 以i2为纵坐标 i1为横坐标 作出相应图线 如图所示 4 根据i2 i1图线的斜率k及定值电阻 写出待测电流表内阻的表达式 解析 1 电流表g1量程为0 5ma 内阻约300 电流表g2量程为0 10ma 选用300 的定值电阻时 两个电流表的偏转角度几乎总是相等的 可以减小误差 滑动变阻器r3总阻值与电表支路总电阻相比过大 所以选用r4 2 由于r4阻值比g1内阻小很多 做本实验应采用滑动变阻器的分压接法 电路如图所示 3 为了保证不损坏电流表 加在电流表所在支路上的电压应该由小到大调节 开始时 要将滑动触头移至最左端 为了减小偶然误差 应该多次移动滑动触头 为了测出电流表内电阻 要记录相应的g1 g2读数i1 i2 4 电流表g1内电阻 答案 1 2 见解析 3 将滑动触头移至最左端 写最小给分 最大不给分 多次移动滑动触头 记录相应的g1 g2读数i1 i2 4 r1 k 1 r1 7 2010 海南高考 如图所示为测量电压表v内阻r的电路原理图 图中两个固定电阻的阻值均为r s1 s2是开关 e是电源 内阻可忽略 1 按电路原理图将图中的实物图连线 2 开关s1保持断开 合上开关s2 此时电压表的读数为u1 再合上开关s1 电压表的读数变为u2 电压表内阻r 用u1 u2和r表示 解析 1 实物图连线如图所示 2 开关s1保持断开时 合上开关s1 则e u2 解得 答案 1 见解析 2 8 2010 福建高考 如图所示是一些准备用来测量待测电阻rx阻值的实验器材 器材及其规格列表如下 为了能正常进行测量并尽可能减少测量误差 实验要求测量时电表的读数大于其量程的一半 而且调节滑动变阻器能使电表读数有较明显的变化 请用实线代表导线 在所给的实验器材图中选择若干合适的器材 连成满足要求的测量rx阻值的电路 解析 由于待测电阻约1000 滑动变阻器阻值100 要使电表读数有较明显的变化 因此滑动变阻器采用分压接法 由于通过待测电阻的最大电流约为9ma 显然3a的电流表不能用 因此将v1当做电流表使用 由于要求测量时电表的读数大于其量程的一半 故采用v1表内接法 故测量rx阻值的电路如图所示 答案 见解析 9 2010 全国卷 如图 一热敏电阻rt放在控温容器m内 为毫安表 量程6ma 内阻为数十欧姆 e为直流电源 电动势约为3v 内阻很小 r为电阻箱 最大阻值为999 9 s为开关 已知rt在95 时的阻值为150 在20 时的阻值约为550 现要求在降温过程中测量在95 20 之间的多个温度下rt的阻值 1 在图中画出连线 完成实验原理电路图 2 完成下列实验步骤中的填空 依照实验原理电路图连线 调节控温容器m内的温度 使得rt温度为95 将电阻箱调到适当的阻值 以保证仪器安全 闭合开关 调节电阻箱 记录电流表的示数i0 并记录 将rt的温度降为t1 20 t1 95 调节电阻箱 使得电流表的读数 记录 温度为t1时热敏电阻的电阻值rt1 逐步降低t1的数值 直至20 为止 在每一温度下重复步骤 解析 1 根据所给器材 要测量在不同温度下rt的阻值 只能将电阻箱 热敏电阻 毫安表与电源串联形成测量电路 如图所示 2 依照实验原理电路图连线 调节控温容器m内的温度 使得rt温度为95 此时rt阻值为150 将电阻箱调到适当的阻值 以保证仪器安全 闭合开关 调节电阻箱 记录毫安表的示数i0 并记录电阻箱的读数r0 根据欧姆定律有 将rt的温度降为t1 20 t1 95 调节电阻箱 使得毫安表的读数仍为i0 记录电阻箱的读数为r1 根据欧姆定律 则 解得 rt1 r0 r1 150 答案 1 见解析 2 电阻箱的读数r0 仍为i0电阻箱的读数为r1 r0 r1 150 方法技巧 设计型实验的解题策略 1 设计型试题通常是实验设计题 根据实验目的 运用已经掌握的物理规律 实验方法 选择适当的实验器材 独立设计新的实验方案 2 解决设计型试题的策略如下 首先确定实验原理 它是进行实验设计的根本依据和起点 它决定应当测量哪些物理量 如何安排实验步骤 如何处理数据等 其次根据问题的要求和给出的条件 回顾分组实验和演示实验 设法创设相关的物理情景 并根据已掌握的基本仪器确认是否能够测出必须测定的物理量 因此 掌握基本仪器的使用方法 基本的实验方法和基本物理原理是解答设计型实验题的基础 描绘小电珠的伏安特性曲线高考指数 10 2011 福建高考 某同学在探究规格为 6v 3w 的小电珠伏安特性曲线实验中 1 在小电珠接入电路前 使用多用电表直接测量小电珠的电阻 则应将选择开关旋至 挡进行测量 填选项前的字母 a 直流电压10vb 直流电流5mac 欧姆 100d 欧姆 1 2 该同学采用图甲所示的电路进行测量 图中r为滑动变阻器 阻值范围0 20 额定电流1 0a l为待测小电珠 为电压表 量程6v 内阻20k 为电流表 量程0 6a 内阻1 e为电源 电动势8v 内阻不计 s为开关 在实验过程中 开关s闭合前 滑动变阻器的滑片p应置于最 端 填 左 或 右 在实验过程中 已知各元器件均无故障 但闭合开关s后 无论如何调节滑片p 电压表和电流表的示数总是调不到零 其原因是 点至 点的导线没有连接好 图甲中的黑色小圆点表示接线点 并用数字标记 空格中请填写图甲中的数字 如 2点至3点 的导线 该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示 则小电珠的电阻值随工作电压的增大而 填 不变 增大 或 减小 解析 1 由小电珠的规格可知其电阻约为12 故选d 2 由于电压应从零开始 结合分压接法的特点 开关闭合前 滑动变阻器滑片应置于最左端 由于电压表和电流表总是调不到零 因此滑动变阻器不是分压接法 各元件无故障则是1点到5点导线没有连接好 由i u图象的斜率越来越小可知小电珠的电阻值随工作电压的增大而增大 答案 1 d 2 左 15 或51 增大 11 2010 安徽高考 1 在测定金属的电阻率实验中 用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图1所示 读数为 mm 在用单摆测定重力加速度实验中 用游标为20分度的卡尺测量摆球的直径 示数如图2所示 读数为 cm 2 太阳能是一种清洁 绿色 能源 在我国上海举办的2010年世博会上 大量利用了太阳能电池 太阳能电池在有光照时 可以将光能转化为电能 在没有光照时 可以视为一个电学器件 某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法 探究一个太阳能电池在没有光照时 没有储存电能 的i u特性 所用的器材包括 太阳能电池 电源e 电流表a 电压表v 滑动变阻器r 开关s及导线若干 为了达到上述目的 请将图1连成一个完整的实验电路图 该实验小组根据实验得到的数据 描点绘出了如图2的i u图象 由图可知 当电压小于2 00v时 太阳能电池的电阻 填 很大 或 很小 当电压为2 80v时 太阳能电池的电阻约为 解题指南 类比测小灯泡伏安特性曲线实验 特别是滑动变阻器接法及数据处理 能够从i u图象读取电流 电压数值 根据欧姆定律计算相应阻值 解析 1 可以从图1中看出 从螺旋测微器的固定刻度尺上读出的读数为0 5mm 由可动刻度读出小数部分为11 7 0 01mm 0 117mm 因此金属丝直径为0 5mm 0 117mm 0 617mm 从图2可以看出 主尺读数为0 6cm 游标尺的第15条刻度线和主尺上的一条刻度线重合 则此时读数为6mm 15mm 0 675cm 2 注意到图2的i u图象中的数据特点 电压 电流从零开始变化 所以电路设计用滑动变阻器的分压式 如图所示 由图2可知 当电压小于2 00v时 通过太阳能电池的电流很小 由欧姆定律可知 此时太阳能电池的电阻很大 当电压为2 80v时 通过太阳能电池的电流约为2 8ma 由欧姆定律可知 此时太阳能电池的电阻约为 答案 1 0 617 0 675 2 见解析 很大1 0 103 12 2010 重庆高考 在探究小灯泡的伏安特性实验中 所用器材有灯泡l 量程恰当的电流表a和电压表v 直流电源e 滑动变阻器r 开关s等 要求灯泡两端电压从0v开始变化 1 实验中滑动变阻器应采用 接法 填 分压 或 限流 2 某同学已连接如图1所示的电路 在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前 请指出其中仅有的2个不当之处 并说明如何改正 3 电路连接正确后 分别测得两只灯泡l1 l2的伏安特性曲线如图2中 和 所示 然后将灯泡l1 l2与电池组 电动势和内阻均恒定 连成如图3所示电路 多次测量后得到通过l1和l2的电流平均值分别为0 30a和0 60a 在图2中画出电池组路端电压u和电流i的关系曲线 由该曲线可知电池组的电动势为 v 内阻为 取两位有效数字 解析 1 探究小灯泡的伏安特性曲线时要求电压从0到额定电压变化 所以滑动变阻器必须采用分压接法 2 在连接线路时必须将每个开关断开 而题图中是闭合的 这是第一个错误 连好线路后在闭合开关前需要将限流滑动变阻器调到阻值最大 将分压滑动变阻器调到输出为0端 在图中应是b端 以保护电源和电表 3 描绘电源的伏安特性曲线要求外电阻变化 测定对应的多组路端电压和电流 本实验中用两个小灯泡来改变外电阻获得两组电流值 然后在小灯泡的伏安特性曲线上查出对应的电压 用两个坐标点描绘图象 为描绘准确可以先进行理论计算 首先查出两坐标为 0 30a 3 8v 和 0 60a 3 0v 则内阻为电动势为e 由得e 4 6v 然后作出准确图象如图所示 答案 1 分压 2 开关不应闭合 应处于断开状态 滑动变阻器的滑动触头p位置不当 应将其置于b端 3 见解析 4 62 7 测电源的电动势和内阻高考指数 13 2012 福建高考 某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势e 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 其示数为 v 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 1 根据电路图 用笔画线代替导线 将实物图连接成完整电路 2 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 并计算出相应的的值 请用表中数据在坐标纸上描点 并作出图线 3 从图线中可求得e v 解析 选择中间标尺 10v量程最小刻度为0 2v 因此示数为 1 依电路图连接实物图如图所示 2 据表格数据描点所作图象如图所示 3 据闭合电路欧姆定律得因此据图象纵坐标读数的倒数得e 10 0v 9 5v 11 1v 14 2012 重庆高考 某中学生课外科技活动小组利用铜片 锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池 他们测量这种电池的电动势e和内阻r 并探究电极间距对e和r的影响 实验器材如图所示 1 测量e和r的实验方案为 调节滑动变阻器 改变电源两端的电压u和流过电源的电流i 依据公式 利用测量数据作出u i图象 得出e和r 2 将电压表视为理想表 要求避免电流表分压作用对测量结果的影响 请在题图中用笔画线代替导线连接电路 3 实验中依次减小铜片与锌片的间距 分别得到相应果汁电池的u i图象如图中 a b c d 所示 由此可知 在该实验中 随电极间距的减小 电源电动势 选填 增大 减小 或 不变 电源内阻 选填 增大 减小 或 不变 曲线 c 对应的电源电动势e v 内阻r 当外电路总电阻为2500 时 该电源的输出功率p mw 均保留三位有效数字 解析 1 根据闭合电路的欧姆定律可知 电源路端电压u 电源电动势e 电流以及内电阻r这几个物理量之间的关系是u e ir 2 为了避免电流的分压作用 电流表应该外接 也就是说 电压表要并联在电源两端 3 u i图象纵轴截距表示电源电动势 从图象上看 纵轴截距没有变化 因此电源的电动势不变 a b c d 的斜率依次增大 所以电源内电阻增大 对于图线 c 因为u e ir 纵轴截距0 975v 在 c 上取两点 斜率 k 478 所以电源电动势为0 975v 内电阻为478 外电阻r 2500 时 电路电流 0 327ma 电源输出功率p i2r 0 3272 2500 10 6w 0 268mw 答案 1 u e ir 2 如图 3 不变增大0 9754780 268 15 2011 四川高考 为测量一电源的电动势及内阻 1 在下列三个电压表中选一个改装成量程为9v的电压表a 量程为1v 内阻大约为1k 的电压表b 量程为2v 内阻大约为2k 的电压表c 量程为3v 内阻为3k 的电压表选择电压表 串联 k 的电阻可以改装成量程为9v的电压表 2 利用一个电阻箱 一只开关 若干导线和改装好的电压表 此表用符号与一个电阻串联来表示 且可视为理想电压表 在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图 3 根据以上实验原理电路图进行实验 读出电压表示数为1 50v时 电阻箱值为15 0 电压表示数为2 00v时 电阻箱的阻值为40 0 则电源的电动势e v 内阻r 解析 1 改装电压表时 其内阻值要准确告知 所以排除a b而选c 再由欧姆定律可知 rv r串 代入数据得r串 6k 2 电路图如图所示 3 根据欧姆定律 可得通式为代入数据两次 即得答案 答案 1 c6 2 见解析图 3 7 510 16 2010 江苏高考 在测量电源的电动势和内阻的实验中 由于所用的电压表 视为理想电压表 的量程较小 某同学设计了如图所示的实物电路 1 实验时 应先将电阻箱的电阻调到 选填 最大值 最小值 或 任意值 2 改变电阻箱的阻值r 分别测出阻值r0 10 的定值电阻两端的电压u 下列两组r的取值方案中 比较合理的方案是 选填 1 或 2 3 根据实验数据描点 绘出的 r图象是一条直线 若直线的斜率为k 在坐标轴上的截距为b 则该电源的电动势e 内阻r 用k b和r0表示 解析 1 为了保护电路及电表 防止电路中电流过大 所以实验前应将电阻箱置于最大值接入电路中 2 通过试值法来说明理由 若r 200 电压约为 10v 0 43v 若r 40 电压约为 10v 1 8v 后者电压读数大 且不超出电压表量程 误差小 应选2 3 电流e i r r0 r 得 r图象的斜率截距所以电动势内阻r r0 答案 1 最大值 2 2 3 r0 17 2010 上海高考 某同学利用dis 定值电阻r0 电阻箱r1等实验器材测量电池a的电动势和内阻 实验装置如图所示 实验时多次改变电阻箱的阻值 记录外电路的总电阻阻值r 用电压传感器测得路端电压u 并在计算机上显示出如图所示的1 u 1 r关系图线a 重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻 得到图中的图线b 1 由图线a可知电池a的电动势ea v 内阻ra 2 若用同一个电阻r先后与电池a及电池b连接 则两电池的输出功率pa pb 两电池的效率 a b 以上两空均填 大于 等于 或 小于 解析 1 根据e u r 得图象a的纵截距为0 5 斜率为0 25 所以电动势ea 2v 内阻ra 0 5 2 当同一电阻r分别与a b电池连接时 由图象知ua ub 由电池的输出功率p 可得 pa pb 当 0时 即 0 解得由图象延长线与横轴交点可知ra rb 电池的效率得 a大于 b 答案 1 20 5 2 小于大于 多用电表的使用高考指数 18 2011 北京高考 用如图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 请根据下列步骤完成电阻测量 旋动部件 使指针对准电流的 0 刻线 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 使指针对准电阻的 填 0刻线 或 刻线 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 1k 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 用多用电表测量电阻时 在测量之前就要观察指针是否在零刻度线上 若指针不在零刻度线上 用螺丝刀小心转动调零螺丝s 使指针对准电流的 0刻线 然后转动选择开关k 选择量程 再将两表笔短接 调整调零电阻的旋钮t 使指针对准满偏刻度 即电阻的0刻线 接下来才能将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接 测量被测电阻的阻值 若在测量过程中 发现指针偏转角度过小 表明被测的电阻阻值很大 这时要换用更高倍率的挡位 例如 本题就要从 100 挡位更换到 1k 的位置 答案 s t0刻线 adc 误区警示 用多用电表测量电阻易产生以下错误 1 在未断开电源的情况下就进行测量 2 将 插孔的表笔短接调零时 错误地认为 旋动调零旋钮 使指针对准 刻线 3 测电阻时 如指针偏转角度过大 错误地认为 应选择高倍率挡位 为此 应熟知多用电表测电阻的操作规程 避免错误 19 2011 安徽高考 1 某同学使用多用电表粗略测量一定值电阻的阻值 先把选择开关旋到 1k 挡位 测量时指针偏转如图 a 所示 请你简述接下来的测量过程 测量结束后 将选择开关旋到 off 挡 2 接下来采用 伏安法 较准确地测量该电阻的阻值 所用实验器材如图 b 所示 其中电压表内阻约为5k 电流表内阻约为5 图中部分电路已经连接好 请完成实验电路的连接 3 图 c 是一个多量程多用电表的简化电路图 测量电流 电压和电阻各有两个量程 当转换开关s旋到位置3时 可用来测量 当s旋到位置 时 可用来测量电流 其中s旋到位置 时量程较大 解析 1 由指针偏转知所选挡位过大 电阻读数大约为2k 所以需要换 100 挡 换挡后要重新进行欧姆调零 最后读数 2 该电阻2k 和电压表 电流表内阻比较知为一个大电阻 所以电流表要用内接法 电路连接如图 3 测量电阻需要内接电源 所以开关s旋到位置3时 用来测量电阻 测量电流时 表头要并联分流电阻 故当s旋到位置1 2时 用来测量电流 分流电阻越小量程越大 所以旋到位置1时量程较大 答案 1 断开待测电阻 将选择开关旋到 100 挡 将两表笔短接 调整 欧姆调零旋钮 使指针指向 0 再接入待测电阻 将指针示数 100 即为待测电阻阻值 2 见解析 3 电阻1 21 20 2011 大纲版全国卷 使用多用电表测量电阻时 多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源 一般为电池 一个电阻和一表头相串联 两个表笔分别位于此串联电路的两端 现需要测量多用电表内电池的电动势 给定的器材有 待测多用电表 量程为60ma的电流表 电阻箱 导线若干 实验时 将多用电表调至 1 挡 调好零点 电阻箱置于适当数值 完成下列填空 1 仪器连线如图甲所示 a和b是多用电表的两个表笔 若两电表均正常工作 则表笔a为 填 红 或 黑 色 2 若适当调节电阻箱后 图甲中多用电表 电流表与电阻箱的示数分别如图乙 a b c 所示 则多用电表的读数为 电流表的读数为 ma 电阻箱的读数为 3 将图甲中多用电表的两表笔短接 此时流过多用电表的电流为 ma 保留3位有效数字 4 计算得到多用电表内电池的电动势为 v 保留3位有效数字 解析 1 欧姆表的内部有电源 黑表笔与电源正极相连 红表笔与电源负极相连 所以与电流表 接线柱相连的一定是黑表笔 2 多用电表指针与 14 正对 所以读数是14 0 电流表指针与 53 正对 所以读数是53 0ma 电阻箱 100 10 都是零 所以读数是 4 1 6 0 1 4 6 3 多用电表 1挡对应的中值电阻是15 则两表笔短接时总电阻为15 所以 15 14 53ma 15 i 则i 102ma 4 多用电表 1挡对应的中值电阻是15 多用电表内部电池的电动势为e 15 14 0 053v 1 54v 答案 1 黑 2 14 053 04 6 3 102 4 1 54 传感器的简单使用高考指数 21 2009 山东高考 为了节能和环保 一些公共场所使用光控开关控制照明系统 光控开关可采用光敏电阻来控制 光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件 照度可以反映光的强弱 光越强照度越大 照度单位为lx 某光敏电阻rp在不同照度下的阻值如下表 1 根据表中数据 请描绘出阻值随照度变化的曲线 并说明阻值随照度变化的特点 2 如图所示 当1 2两端所加电压上升至2v时 控制开关自动启动照明系统 请利用下列器材设计一个简单电路 给1 2两端提供电压 要求当天色渐暗照度降低至1 0 lx 时启动照明系统 在虚线框内完成电路原理图 不考虑控制开关对所设计电路的影响 提供的器材如下 光敏电阻rp 符号阻值见上表 直流电源e 电动势3v 内阻不计 定值电阻 r1 10k r2 20k r3 40k 限选其中之一并在图中标出 开关s及导线若干 解析 1 描绘图象时应注意 各点均匀分布在图线两侧 且图线应是平滑曲线 而不能是各点的连线 图线为曲线且非线性变化 如图所示 2 根据串联电阻的分压关系 e 3v 当照度降低至1 0 lx 时 其电压升至2v 由图线可知 此时光敏电阻阻值为20k 两端电压为2v 串联电阻ur 1v