物理高考热点预测复习：6.13电学实验

第13讲电学实验,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.多用电表的使用“三注意”(1)电流的流向使用欧姆挡时，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，从电表外部看，电流从红表笔流入，从黑表笔流出。(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，调整的是欧姆调零旋钮。,(3)选倍率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。指针偏转角度在满偏到满偏之间读数较准确。如当待测电阻约为2k时,应采用“100”挡。,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；选择的电表的量程应使电表的指针偏转的幅度较大，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,2.控制电路的选择优先选用限流式。以下情况考虑分压式：(1)要求待测电路的U、I从0变化；(2)R滑Rx;(3)选用限流式时，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)。,【热点考向1】多用电表的正确使用【典例1】(2012济南一模)如图甲为多用电表的示意图，现用它测量一个阻值约为20的电阻，测量步骤如下：,(1)调节，使电表指针对准的“0”刻线(选填“电阻”或“电流”)。(2)将选择开关旋转到“”挡的位置(选填“1”“10”“100”或“1k”)。(3)将红、黑表笔分别插入“+”、“-”插孔，并将两表笔短接，调节，使电表指针对准(选填“电阻”或“电流”)的“0”刻线。,(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触，若电表读数如图乙所示，该电阻的阻值为。(5)测量完毕，将选择开关旋转到“OFF”位置。【解题指导】解答此题应注意以下两个方面：(1)多用电表的机械调零和欧姆调零不同，机械调零和其他电表的调零相同，而欧姆调零是多用电表欧姆挡特有的步骤。(2)使用多用电表测电阻要选择合适的倍率，测量时使指针指在中值电阻的附近，误差较小。,【规范解答】(1)将选择开关拨到欧姆挡前。先进行机械调零。方法是调节机械调零螺丝，使电表指针指在电流等于零的刻线位置。(2)用多用电表测20的电阻时，要把选择开关旋转到“”挡“1”的位置。(3)将红、黑表笔短接，进行欧姆调零。调节欧姆调零旋钮，使指针指在“”挡的零刻线上。(4)由乙图读出该电阻的阻值为19。答案：(1)调零螺丝电流(2)1(3)调零旋钮电阻(4)19,【规律总结】多用电表使用“五步”法(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。,【热点考向2】实验器材的选取和电路连接问题【典例2】(2012广州二模)“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，提供的实验器材有A.小灯泡(额定电压为3.8V，额定电流约为0.3A)B.电流表(00.6A，内阻约为0.5)C.电压表(06V,内阻约为5k)D.滑动变阻器R1(010,2A)E.滑动变阻器R2(0100,0.2A)F.电源(6V,内阻不计)G.开关及导线若干,(1)实验中滑动变阻器选_(选填“R1”或“R2”)。(2)该同学设计了实验测量电路，通过改变滑动变阻器滑片的位置，使电流表的读数从零开始变化，记录多组电压表的读数U和电流表的读数I。请在图中用笔画线代替导线将实验电路连接完整。,(3)该同学根据实验数据作出了如图乙的U-I图象，根据图象可知小灯泡的电阻随着电流的增大而(选填“增大”“减小”或“不变”)。,【解题指导】解答此题应注意以下三点：(1)滑动变阻器一般要选择阻值比较小的，这样可以方便操作。(2)连接电路时，滑动变阻器要采用“分压式”接法，这样电压表的读数范围可以从零开始。(3)灯泡的伏安特性曲线要分清是U-I图象还是I-U图象，其中U-I图象的斜率表示电阻的大小，I-U图象斜率的倒数表示电阻的大小。,【规范解答】(1)考虑操作的方便，滑动变阻器应选择R1。(2)滑动变阻器应采用分压式接法连接，如图：(3)由U-I图象的斜率变大，可知小灯泡的电阻随电流的增大而增大。答案：(1)R1(2)见规范解答(3)增大,【规律总结】选择实验仪器的三大原则(1)安全性原则:要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器，使实验切实可行，能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程，电阻类器件的电流不能超过允许通过的最大电流等。,(2)精确性原则:根据实验的需要，选用精度合适的测量工具，但对某个实验来讲，精确程度达到要求即可，并不是精度越高越好。(3)方便性原则:实验时需考虑调节方便，便于操作，如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑实验操作是否方便的问题。,【热点考向3】电路的设计和实验数据的处理问题【典例3】(2012南京二模)某课题研究小组，选用下列器材测定某型号手机所用锂电池的电动势E和内阻r。(电动势约为4V，内阻在几欧到几十欧之间)A.电压表(量程6V，内阻约为6.0k)B.电流表(量程2mA,内阻约为50)C.电阻箱R(0999.9)D.开关S一只、导线若干,(1)某同学从上述器材中选取了电流表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，你认为可行吗？请说明理由：。(2)今用上述器材中的电压表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，请画出实验电路图。,(3)根据(2)中实验电路测得的8组U、R数据，已在坐标系中描出了各点，请作出图象。根据图象求得E=V,r=。,【解题指导】解答此题可按以下思路：(1)本实验中由电阻箱代替了滑动变阻器，电阻箱的特点是可以知道连入电路的电阻。(2)若选取电流表和电阻箱进行实验。可以估测出电流会超过电流表的量程。因此需要选择电阻箱和电压表。(3)根据公式推导出和的函数表达式，由表达式确定图象中截距和斜率的物理意义，可得出电动势E和内阻r。,【规范解答】(1)将电流表、电阻箱串联在锂电池上，估测通过电路的最小电流大于2mA。故该同学的设计不可行。(2)实验电路如图,(3)根据坐标中描出的各点，画出的图象，如图。根据I=U=E-Ir。推出由此可知图象的截距为电动势的倒数，斜率为内阻和电动势的比值，由此可得出E=3.7V，r=10。答案：见规范解答,【规律总结】电源电动势与内阻的测量方法(1)基本方法：用电流表和电压表分别测电流和路端电压，如图所示。注意:为使测量结果精确度较高，电压表应直接并联接在电源两端，而不应并联在滑动变阻器两端(本实验目的不是测变阻器阻值)。,(2)替代电表方法:若实验器材只给电流表或电压表其中的一个，但又给两个已知阻值的定值电阻，同样可测两次电压值和电流值。(通常是给一电阻箱)用电流表和电阻箱，如图甲所示。用电压表和电阻箱，如图乙所示。,1.(2012江苏高考)如图甲所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件，小明使用多用电表对其进行探测。,(1)在使用多用电表前，发现指针不在左边“0”刻度线处，应先调整图乙中多用电表的(选填“A”“B”或“C”)。(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源时，一表笔接a，另一表笔应(选填“短暂”或“持续”)接b，同时观察指针偏转情况。,(3)在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至“1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值.测量中发现，每对接点间正反向阻值均相等，测量记录如表.两表笔分别接a、b时，多用电表的示数如图乙所示。请将记录表补充完整，并在黑箱图中画出一种可能的电路。,【解题指导】本题考查多用电表的使用和黑盒子问题，属于一般性的基本常识考查，难度中等.【解析】(1)机械调零，要用调零定位螺丝.(2)为防止损坏电表，要用试触法.,(3)每对接点间正反向阻值均相等，说明内部电路中没有二极管，只有三个相同阻值的电阻，结合串、并联电路的特点，可以判断a、b接点的电阻为5，可能的电路图如图：答案：(1)A(2)短暂(3)5电路图见解析,2.(2012海南高考)图示电路可用来测量电阻的阻值。其中E为电源，R为已知电阻，Rx为待测电阻，可视为理想电压表，S0为单刀单掷开关，S1、S2为单刀双掷开关。,(1)当S0闭合时，若S1、S2均向左闭合，电压表读数为U1；若S1、S2均向右闭合，电压表读数为U2。由此可求出Rx=。(2)若电源电动势E=1.5V，内阻可忽略；电压表量程为1V，R=100。此电路可测量的Rx的最大值为。【解析】(1)由于是理想电压表，该表接入电路后不会影响电路的电流。S1、S2向左闭合，电压表读数是Rx两端电压，由欧姆定律得U1=IRx，S1、S2向右闭合，电压表读数是R两端电压，U2=IR，由以上两式得Rx=R。,(2)当S1、S2向左闭合，且电压表的读数为其量程1V，即Rx两端电压U1=1V，此时的Rx阻值为最大，R两端电压为U2=E-U1=0.5V，电路中电流I=A=510-3A，=200答案：(1)R(2)200,3.(2012唐山二模)现要测定一个额定电压4.2V，额定功率1.5W的小灯泡的伏安特性曲线。现有器材：直流电源E(电动势4.5V，内阻不计)；电压表(量程4.5V，内阻约为4104);电流表(量程250mA,内阻约为2)；电流表(量程400mA,内阻约为1);滑动变阻器(最大阻值约10),电键S,导线若干。,(1)如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是；(2)在方框内设计出实验电路图，要求电路图既要满足测量要求，又要误差较小；(3)结合实验中所描述的图象，P点小灯泡的电功率为。,【解析】(1)额定电压4.2V，额定功率1.5W的小灯泡的额定电流为I=0.357A=357mA，所以电流表需要选择量程为400mA的电流表。(2)描绘小灯泡的伏安特性曲线应该设计为分压电路，由于小灯泡电阻不大，采用电流表外接，电路图如图所示。(3)P点小灯泡的电功率为P=UI=3.00.3W=0.9W。答案：(1)A2(2)见解析图(3)0.9W,4.(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。(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,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。根据电路图,用笔画线代替导线,将实物图连接成完整电路。,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,并作出图线。,从图线中可求得E=V。,【解析】(1)选择中间标尺，10V量程最小刻度为0.2V,因此示数为V=9.4V。(2)依电路图连接实物图如图所示,根据表格数据描点所作图象如图所示根据闭合电路欧姆定律E=U+(R0+r)得=因此根据图象纵坐标读数的倒数得E=10.0V(9.5V11.1V)。,5.现有一根长约2cm的金属丝，其横截面直径约1mm，金属丝的电阻率为510-3m。一位同学用伏安法测量该金属丝的电阻，测量时使用电动势为4.5V的电源。另有如下器材供选择：A.量程00.6A，内阻约为2的电流表B.量程为03A,内阻约为0.1的电流表C.量程为06V,内阻约为4k的电压表D.量程为015V,内阻约为50k的电压表E.阻值为010,额定电流为1A的滑动变阻器F.阻值为01k,额定电流为0.1A的滑动变阻器,(1)以上器材应选用。(填写器材前的字母)(2)用笔画线代替导线，将如图所示实验电路连接完整。,(3)闭合开关后，发现电流表示数不为零，而电压表示数为零。为检测电压表的好坏，该同学拆下电压表。用多用电表欧姆挡进行检测。为使电压表指针向右偏转，多用电表的黑表笔应接电压表的接线柱(选填“正”或“负”);如果电压表完好，将电压表