高考物理二轮复习备课资料专题八物理实验第2讲电学实验与创新课件

第2讲电学实验与创新 突破 实战 热点考向一基本器材的原理及使用 核心提炼 1 游标卡尺的读数 突破热点考向聚焦 2 螺旋测微器的读数测量值 固定刻度读数 可动刻度读数 含估读值 0 01mm 3 电压表 电流表 多用电表的读数 2 欧姆表的刻度是不均匀的 读数时应乘以倍率 4 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 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金属头 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 典例1 2017 安徽合肥模拟 为了精密测量一金属丝的电阻率 1 如图 甲 所示 先用多用表 1 挡粗测其电阻为 然后用螺旋测微器测其直径为mm 游标卡尺测其长度为cm 解析 1 由图示多用电表可知 待测电阻阻值是8 0 1 8 0 由图示螺旋测微器可知 其读数为2mm 9 5 0 01mm 2 095mm 由图示游标卡尺可知 其示数为63mm 6 0 05mm 63 30mm 6 330cm 答案 1 8 02 0956 330 2 为了减小实验误差 需进一步测其电阻 除待测金属丝R外 实验室还备有的实验器材如下 A 电压表V 量程3V 内阻约为15k 量程15V 内阻约为75k B 电流表A 量程0 6A 内阻约为1 量程3A 内阻约为0 2 C 滑动变阻器R1 0 5 0 6A D 滑动变阻器R2 0 2000 0 1A E 1 5V的干电池两节 内阻不计F 电阻箱G 开关S 导线若干为了测多组实验数据 则上述器材中的滑动变阻器应选用 填 R1 或 R2 请在图 乙 的虚线框内设计最合理的电路图并完成实物图 丙 的连线 答案 2 R1见解析图 解析 2 为保证电路安全 方便实验操作 滑动变阻器应选R1 为测多组实验数据 滑动变阻器应采用分压接法 由于被测电阻阻值较小 则电流表应采用外接法 实验电路图如图1所示 根据实验电路图连接实物电路图 如图2所示 预测练习1 2017 安徽芜湖模拟 某学生实验小组利用图 甲 所示电路 测量多用电表内电池的电动势和 100 挡内部电路的总电阻 使用的器材有 A 多用电表 B 毫安表 量程6mA C 滑动变阻器 最大阻值2k D 导线若干 实验步骤如下 1 将多用电表挡位调到电阻 100 挡 再将红表笔和黑表笔短接 调零点 2 将图 甲 中多用电表的黑表笔和 选填 1 或 2 端相连 红表笔连接另一端 3 将滑动变阻器的滑片调到适当位置 使这时毫安表的示数为3mA 多用电表的示数如图 乙 所示 多用电表的示数为 4 调节滑动变阻器的滑片 使其接入电路的阻值为零 此时毫安表的示数为3 75mA 从测量数据可知 毫安表的内阻为 5 多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池 一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路 如图 丙 所示 根据前面的实验数据计算可得 此多用电表内电池的电动势为V 电阻 100 挡内部电路的总电阻为 答案 2 1 3 1500 4 900 5 91500 热点考向二以伏安法测电阻为核心的实验 核心提炼 1 明确三个 选择 电学实验难离它 1 实验器材的选择 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 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左右 2 电流表内接法与外接法的选择 3 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 2 测电源电动势和内阻的三种方法 典例2 2017 湖南湘潭模拟 某学习小组探究电学元件的伏安特性曲线 1 甲同学要描绘一个标有 3 6V 1 2W 的小灯泡的伏安特性曲线 除了导线和开关外 还有下列器材可供选择 电压表V 量程5V 内阻约为5k 直流电源E 电动势4 5V 内阻不计 电流表A1 量程350mA 内阻约为1 电流表A2 量程150mA 内阻约为2 滑动变阻器R1 阻值0 200 滑动变阻器R2 阻值0 10 实验中电流表应选 滑动变阻器应选 均填写器材代号 以下的四个电路中应选用进行实验 答案 1 A1R2A 2 根据所选电路图 请在图1中用笔画线代替导线 把实验仪器连接成完整的实验电路 解析 2 根据所选原理图可得出对应的实物图 如图 甲 所示 答案 2 见解析 3 利用实验得到了8组数据 在如图2所示的I U坐标系中 通过描点连线得到了小灯泡的伏安特性曲线 将同种规格的两个这样的小灯泡并联后再与R 10 的定值电阻串联 接在电动势为8V 内阻不计的电源上 如图3所示 闭合开关S后 电流表的示数为A 两个小灯泡的总功率为W 解析 3 由题图3所示电路图可知 两灯泡并联 可以把电源与定值电阻等效为电源 设每个灯泡加上的实际电压和实际电流分别为U和I 在这个闭合电路中 E U 2IR 代入数据并整理得 U 8 20I 在图2所示坐标系中作出U 8 20I的图像如图 乙 所示 由图像可知 两图像交点坐标值为U 2V I 0 3A 此时通过电流表的电流值IA 2I 0 6A 每个灯泡的实际功率P UI 2 0 3W 0 6W 两个小灯泡的总功率为1 2W 答案 3 0 61 2 预测练习2 2017 四川成都模拟 用如图1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 在图2中 以U为纵坐标 I为横坐标 作U I图线 U I都用国际单位 求出U I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a 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 0 3V 内阻约15k B 电压表 0 3V 内阻约3k C 电流表 0 200mA 内阻约2 D 电流表 0 30mA 内阻约2 答案 1 AC 答案 2 C 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金属杆两端接线柱B 两导线接在滑动变阻器电阻丝两端接线柱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 解析 2 分析电路可知 滑片右移电压表示数变大 则说明滑动变阻器接入电路部分电阻增大 A项中两导线均接在金属杆的两端上 接入电阻为零 B项中两导线接在电阻丝两端 接入电阻最大并保持不变 C项中一导线接在金属杆左端 另一导线接在电阻丝左端 可以保证滑片右移时 接入电阻增大 D项中导线分别接右边上下接线柱 滑片右移时 接入电阻减小 故选C 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 答案 3 kak R2 热点考向三电学创新实验 核心提炼 1 实验的创新与设计是电学实验中常考的一类问题 分析这类实验的特点 1 基于教材中的电学实验 看重考查实验原理的改进 实验步骤 误差分析 2 重视电学实验的实验方法 问题设置结合科技 生产 生活的实际 因此 理解实验原理 掌握实验方法 是解决电学实验的关键 2 电学创新实验的注意事项 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 自损电流或自损电压 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 3 解决电学设计型实验常用的三种方法 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 典例3 2016 全国 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 完成待调节的报警系统原理电路图的连线 解析 1 报警系统电路连线如图所示 答案 1 见解析 2 电路中应选用滑动变阻器 填 R1 或 R2 答案 2 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 解析 3 电路接通前 电阻箱电阻应与热敏电阻的临界阻值一致 即为650 0 滑动变阻器滑片应置于b端附近 若滑片置于a端 电路接通后电流会超过20mA 报警器可能损坏 将开关向c端闭合 缓慢移动滑动变阻器的滑片 使报警器开始报警 答案 3 650 0b接通电源后 流过报警器的电流会超过20mA 报警器可能损坏 c报警器开始报警 预测练习3 某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻 考虑到水果电池组的内阻较大 为了提高实验的精确度 需要测量电压表的内阻 实验器材中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表 该同学便充分利用这块电压表 设计了如图 甲 所示的实验电路 既能实现对该电压表的内阻的测量 又能利用该表完成水果电池组电动势和内阻的测量 他用到的实验器材有 待测水果电池组 电动势约4V 内阻约50 双向电压表 量程为2V 内阻约为2k 电阻箱 0 9999 滑动变阻器 0 200 一个单刀双掷开关及若干导线 答案 1 R1半偏 或最大值的一半 R2 1 该同学按电路图连线后 首先测出了电压表的内阻 请完善测量电压表内阻的实验步骤 将R1的滑动触头滑至最左端 将S拨向1位置 将电阻箱阻值调为0 调节R1的滑动触头 使电压表示数达到满偏 保持不变 调节R2 使电压表的示数达到 读出电阻箱的阻值 记为R2 则电压表的内阻RV 解析 1 由题图可知 当S拔向1位置 滑动变阻器R1在电路中为分压式接法 利用电压表的半偏法得 调节R1使电压表满偏 保持R1不变 R2与电压表串联 调节R2使电压表的示数达到半偏 或最大值的一半 则电压表的内阻与电阻箱示数R2相同 2 若测得电压表内阻为2k 可分析此测量值应 选填 大于 等于 或 小于 真实值 解析 2 由闭合电路欧姆定律可知 调节R2变大使电压表达到半偏的过程中 总电阻值变大 干路总电流变小 由E I r U外得U外变大 由电路知U外 U并 U右 滑动变阻器的滑动触头右侧分得的电压U右 I R右变小 则U并变大 电压表半偏时 R2上分得的电压就会大于电压表上分得的电压 那么R2的阻值就会大于电压表的阻值 答案 2 大于 3 接下来测量水果电池组的电动势和内阻 实验步骤如下 将开关S拨至 选填 1 或 2 位置 将R1的滑动触片移到最端 不再移动 调节电阻箱的阻值 使电压表的示数达到一个合适值 记录下电压表的示数和电阻箱的阻值 重复步骤 记录多组电压表的示数及对应的电阻箱的阻值 解析 3 测水果电池组的电动势和内阻 利用伏阻法 S拔到2 同时将R1的滑动触头移到最左端 答案 3 2左 实战高考真题演练 答案 1 见解析 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 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 填 增大 不变 或 减小 灯丝的电阻率 填 增大 不变 或 减小 答案 2 增大增大 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 所示的电路图 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 解析 3 当R 9 0 时 小灯泡的实际功率最小 由闭合电路欧姆定律有E0 I R r U 即4 10I U 在图中作出该直线如图 甲 所示 交点坐标约为I 223mA U 1 77V时最小功率Pmin UaI 0 39W 当R 0时 小灯泡的实际功率最大 有E Ir U 即4 I U 在图中作出该直线如图 乙 所示 交点坐标约为I 318mA U 3 69V 小灯泡的最大功率Pmax UI 1 17W 答案 3 0 391 17 2 测电表内阻 2017 全国 卷 23 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 1 按原理图 a 将图 b 中的实物连线 解析 1 实物连线如图所示 答案 1 见解析图 2 完成下列填空 R1的阻值为 填 20 或 2000 为了保护微安表 开始时将R1的滑片C滑到接近图 a 中滑动变阻器的端 填 左 或 右 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 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