第11讲　电学实验中常考的4个问题

第11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,2.使用多用电表“四忌”(1)忌不调零就使用多用电表(2)忌搞错连接方式，测电压需并联测电流需串联(3)忌用手接触测试笔的金属杆(4)忌用多用电表测不是50Hz的交流电普通多用电表的交流挡位是按照50Hz设计的，不能准确测量其他频率的交流电,3电学仪器的选择(1)电源的选择一般可以根据待测电路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；选择的电表的量程应使电表的指针摆动的幅度较大，一般应使指针能达到半偏以上，以减小读数的偶然误差，提高精确度,二、电流表内外接法的比较与选择,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,常考问题一电表的读数及多用电表的使用命题特点近几年新课标全国卷中没有电表读数题目，但各自主命题省份的高考卷中多次出现电表读数问题和多用电表的使用问题，如2012年福建卷第19(2)题考查了多用电表的读数，2012年江苏卷第10题考查了多用电表的使用与读数预计今后新课标全国卷中考查电表读数与多用电表使用的可能性较大，应该重视,2多用电表的使用问题，在弄清其基本原理的基础上，会选择测量项目及量程、挡位，能区分机械调零和欧姆调零的区别，掌握测量电阻的步骤，此外，会看多用电表表盘，最上排不均匀刻度为测电阻时读数刻度，读出表盘刻度后应乘以挡位倍率；中间刻度是均匀的，为测量电压和电流的读数刻度，下面三排数字均为方便读数所标注；最下排刻度专为测量2.5V以下交流电压所用，一般较少使用,【典例1】(2013新课标全国卷，23)某学生实验小组利用图5111所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“1k”挡内部电路的总电阻使用的器材有：,图5111,多用电表；电压表：量程5V，内阻十几千欧；滑动变阻器：最大阻值5k；导线若干回答下列问题：(1)将多用电表挡位调到电阻“1k”挡，再将红表笔和黑表笔_，调零点(2)将图5111中多用电表的红表笔和_(填“1”或“2”)端相连，黑表笔连接另一端,(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图5112甲所示，这时电压表的示数如图5112乙所示多用电表和电压表的读数分别为_k和_V.图5112,(4)调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零此时多用电表和电压表的读数分别为12.0k和4.00V从测量数据可知，电压表的内阻为_k.图5113,(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5113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“1k”挡内部电路的总电阻为_k.,答案(1)短接(2)1(3)15.03.60(4)12.0(5)9.0015.0,【预测1】为了测量某一个电阻Rx的阻值：某同学先用多用电表粗测其电阻用已经调零且选择开关指向欧姆挡“100”挡位的多用电表测量，发现指针的偏转角度太大，这时他应将选择开关换成欧姆挡“_”挡位(填“1000”或“10”)，然后_，再次测量电阻Rx的阻值，其表盘及指针所指位置如图所示，则此段电阻Rx的电阻值为_.测量完毕，断开红、黑表笔，将选择开关指向_,图5114,答案10把红、黑表笔对接进行欧姆调零110“OFF”挡或交流电压最高挡,【预测2】(1)图5115甲用0.6A量程时，图5115,对应刻度盘上每一小格代表_A，表针的示数是_A；当使用3A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_A，图中表针示数为_A.图5115乙使用较小量程时，每小格表示_V，图中指针的示数为_V若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示_V，图中表针指示的是_V.,图5116(2)旋钮式电阻箱如图5116所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为_.今欲将接入电路的电阻改为2087，最简单的操作方法是_若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为_,解析(1)使用0.6A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02A，指针的示数为0.44A；当换用3A量程时，每一小格为0.1A，指针示数为2.20A.电压表使用3V量程时，每小格表示0.1V，指针示数为1.70V；使用15V量程时，每小格为0.5V，指针示数为8.5V.(2)电阻为1987.最简单的操作方法是将“1k”旋钮调到2，再将“100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是9999，用这样两个电阻箱串联可得到的最大电阻2999919998.故两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为019998.,答案(1)0.020.440.12.200.11.700.58.5(2)1987将“1k”旋钮调到2，再将“100”旋钮调到0019998,常考问题二测量电阻率和描绘伏安特性曲线命题特点“测量金属的电阻率”和“描绘小灯泡的伏安特性曲线”两实验，实际上均与“伏安法测电阻”无多大区别，考查的重点是仪器的选择、电路设计、实物连线和数据处理四个方面，近几年课标全国卷只在2011年考查了用替代法测电流表的内阻，其他考查项目没有出现，估计今后课标卷对这两个实验考查应是重点之一,应考必备1选择仪器时，关键是会根据题中所给电源、待测元件估计出待测电压、电流的最大值2设计电路时，主要是选择电流表内、外接法和滑动变阻器的分压或限流接法3实物连线时，特别注意滑动变阻器的连接和电表正负极的连接4作小灯泡伏安特性曲线时，应用平滑曲线连接各点，既不要连成折线也不要作成直线,【典例2】(2013广东卷，34(2)图5117(a)是测量电阻Rx的原理图，学生电源输出电压可调，电流表量程选0.6A(内阻不计)，标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30.0cm.,图5117,根据原理图连接图(b)的实物图断开S2，合上S1；调节电源输出电压为3.0V时，单位长度电阻丝的电压u_V/cm，记录此时电流表A1的示数保持S1闭合，合上S2；滑动c点改变ac的长度L，同时调节电源输出电压，使电流表A1的示数与步骤记录的值相同，记录长度L和A2的示数I，测量6组L和I值，测量数据已在图(c)中标出，写出Rx与L、I、u的关系式Rx_；根据图(c)用作图法算出Rx_.,解析实物图如图所示,1实物图连接注意(1)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；(2)最后并接电压表；(3)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2实验数据的处理(1)常见的处理方法有：列表法；图象法；平均值法,(2)用图象分析处理实验数据，有以下的要求：需要的数据至少为6组可以根据物理规律、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,3几种常用的测量电阻的方法(1)欧姆表测电阻最直接测量电阻的仪表但是一般用欧姆表测量时只能进行粗测，为下一步的测量提供一个参考依据(2)伏安法测电阻伏安法测电阻是最典型的测量方法两种电路：内接法和外接法,(3)等效替代法测电阻等效替代法就是在测量的过程中，让通过待测电阻的电流(或电压)和通过电阻箱的电流(或电压)相等则电阻箱的读数就是待测电阻的数值使用电流表和电压表等效替代法测电阻的两种电路如图甲、乙所示,(4)半偏法测电阻测量电流表内阻(如图丙所示)和测量电压表内阻(如图丁所示)常用半偏法,【预测3】某同学在实验室测量一未知电阻Rx的阻值，他按照如下步骤进行(1)他将多用电表进行机械调零后，先把选择开关置于如图5118乙所示的挡位进行测量，按照正确的步骤操作后，表针的指示情况如图5118甲所示，则电阻的阻值是_，但他觉得这种情况测量误差较大，为了使多用电表测量的结果更准确，应将选择开关旋至欧姆档的_档位(选10或1k)，换档结束后，实验操作上首先要进行的步骤是：_.,图5118,(2)该同学用伏安法继续测该电阻的阻值，除被测电阻外，还备有如下实验器材：直流电源(电动势为4V，内阻不计)电压表V1(量程为3V，内阻为4k)电压表V2(量程为15V，内阻为20k)电流表A1(量程为20mA，内阻为5)电流表A2(量程为100mA，内阻为1)滑动变阻器R(阻值020)开关S，导线若干请正确的选择器材，在方框内画出实验所用的电路图(在电路图中注明所选择的器材),答案(1)200“10”将红黑表笔短接，重新进行欧姆调零(2)电路图如图所示,【预测4】(1)有一个小灯泡上标有“4V,2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的UI图线，有下列器材供选用：A电压表(05V，内阻10k)B电压表(010V，内阻20k)C电流表(00.3A，内阻1)D电流表(00.6A，内阻0.4)E滑动变阻器(5，1A)F滑动变阻器(500，0.2A),实验中电压表应选用_，电流表应选用_为使实验误差尽量减小，要求电压表从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用_(用序号字母表示)请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把图5119中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图根据UI图象，当灯泡两端所加电压为3.2V时，电功率为_W.图5119,图51110,答案(1)ADE电路图连线如图所示1.44,常考问题三测量电源的电动势和内阻命题特点本实验是闭合电路欧姆定律的应用，全面考查电流表、电压表和滑动变阻器的使用，是高中物理中最典型的实验之一近几年新课标全国卷中虽然没有考查，但预计将是今后命题的重点内容考查的重点放在实验原理的研究、电路的设计、电表选择、实物连线和数据处理等方面,应考必备1实验原理和电路设计：测量电源的电动势和内阻的方法有多种，有三种实验电路，用电阻箱和电压表测量、用电阻箱和电流表测量，也可以用电压表和电流表测量2数据处理可以用计算平均值法，也可以用图象法，此实验中重点研究图象法的应用，电压坐标可以不从零开始，延长图线用外推法得到电动势，利用一个点的坐标可以求得内阻,【典例3】(2013浙江卷，22)采用如图51111所示的电路“测定电池的电动势和内阻”图51111,(1)除了选用图51112照片中的部分器材外，_(填选项)；图51112A还需要电压表B还需要电流表C还需要学生电源D不再需要其他器材,(2)测量所得数据如下：用作图法求得电池的内阻r_；(3)根据第5次所测得的实验数据，求得电流表内阻RA_.答案(1)A(2)(0.750.10)(3)0.22,【预测5】用如图51113的电路图测电源的电动势和内电阻，提供的器材如图51114所示，根据某次实验数据作出的UI图线如图51115所示图51113图51114,图51115,(1)实验时应将多用电表的选择开关旋至_挡(填“”、“V”或“mA”)，根据图象电流表的量程应选择_(填“00.6A”或“03A”)(2)用实线代表导线把图51115所示的实物连接成完整的测量电路(3)由此图线求得的电源内电阻r_.(结果保留两位有效数字),解析实验中还需要测电压，所以要选“V”挡(电压挡)；由图51115知道电流要测到1.2A，所以电流表量程要选择“03A”；根据电路图连线，注意电流表的量程(03A)，多用电表的红表笔为正极，图51115的斜率为电源的内阻，可以解得r0.71.,答案(1)V“03A”(2)如图(注意电流表的量程，多用表的红表笔为正极，不能有一处接错)(3)0.71(0.680.74均可),【预测6】某实验小组想通过实验测定一节干电池的电动势和内阻，实验室提供的实验器材如下：A待测干电池(电动势约为1.5V，内阻约为4)B直流电流表A1(量程00.6A，内阻约0.5)C直流电流表A2(量程03A，内阻约0.1)D电压表V1(量程02V，内阻约为2000)E电压表V2(量程06V，内阻约为6000)F滑动变阻器R1(最大电阻20，额定电流2A)G滑动变阻器R2(最大电阻200，额定电流1A)H电阻箱R3(最大电阻99.9，额定电流1A)I开关、导线若干,(1)若用伏安法测电源的电动势和内阻，要求测量有尽可能高的精确度且便于调节，应选择的电流表是_，电压表是_，滑动变阻器是_(填代号)(2)请将图51116中实物连接成实验电路图51116图51117,(3)若用伏安法测电源电动势和内阻时，电流表出了故障，实验小组如想方便且能较准确地进行测量，需将实验进行改进，只需去掉电流表，将上述器材中的_换成_即可(填写器材前面的字母)(4)请画出改进后的实验电路图(5)实验小组在改进后的实验中得到了多组路端电压和外电阻的数据，对所得数据进行处理后，在坐标纸上作出了如图51117所示图线由图线得出：干电池的电动势E_V，内阻r_.(结果保留两位有效数字),答案(1)BDF(2)如图所示,(3)FH(4)如图所示(5)1.43.3,常考问题四创新拓展实验命题特点从近几年新课标全国卷中的电学实验来看，没有考查考试说明中要求的具体实验，全部是创新型试题.2010年为一道关于热敏电阻特性的试题，2011年考查了用替代法测微安表内阻，2012年是磁感应强度测量问题试题的考查重点仍是电阻的测量，多次出现电阻测量或描绘伏安特性曲线；另外还考查电路设计，根据要求，设计合理的电路；实物连线和数据处理也是重点考查的对象,应考必备掌握基本的恒定电流的物理规律，最常用仪器使用规则，考试说明中的每个电学实验的基本要求和典型的电路是做好电学创新试题的基础基本规律是欧姆定律，常用仪器是电压表、电流表和滑动变阻器，典型电路是测量电阻的内接与外接法，滑动变阻器的分压与限流法，测量电源电动势的三种电路等在掌握基本知识的基础上，能将自己学过的实验原理、实验方案、实验方法和数据处理的方法技巧迁移应用到创新型试题的解决过程中,【典例4】2013重庆卷，6(2)某同学对有故障的电热毯进行探究图51118是电热毯的电路示意图，其中电热线和导线通过金属接线片连接图51119为测试电路实物图，A、B为测试表笔，电压表内阻很大，可视为理想电表图51118,图51119,请在虚线框内画出与图51119对应的电路图,断开K1，用上述测试电路在1和1之间检测得知电热线无故障，然后测得电热线的UI曲线如图51120所示，已知电热线材料的电阻率为2.8107m，电热线的直径为0.200mm.可求得此电热线的电阻为_k，总