2020高考物理二轮复习课堂学案课件-电学实验与创新

,课时2电学实验与创新,第一部分专题八实验技能与创新,高考领航,01,考向一测电阻丝的电阻率1.(2019江苏卷11)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率.实验操作如下：(1)螺旋测微器如图1所示.在测量电阻丝直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动_(选填“A”“B”或“C”)，直到听见“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏.,1,2,3,图1,解析A起固定作用，便于读数；B为粗调，调节B使电阻丝与测微螺杆、测砧刚好接触；然后调节C，C起微调作用.,C,(2)选择电阻丝的_(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径.,1,2,3,不同,解析电阻丝电阻R，测量一段电阻丝的电阻，S为这段电阻丝的横截面积，而不是某位置处的横截面积，故应在不同位置进行多次测量，取平均值作为电阻丝的直径以减小误差.,(3)图2甲中Rx为待测电阻丝.请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入图乙实物电路中的正确位置.,1,2,3,答案如图所示,图2,(4)为测量Rx，利用图甲所示的电路，调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值，作出的U1I1关系图象如图3所示.接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表：,1,2,3,图3,请根据表中的数据，在图3方格纸上作出U2I2图象.,答案如图所示,解析把U2和I2的数据在方格纸中描点，用过原点的直线把它们连在一起，让尽可能多的点在直线上.,1,2,3,(5)由此，可求得电阻丝的Rx_.根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率.,1,2,3,23.5(23.024.0均可),解析结合题图中图线的斜率可知R0RxRA49.0，R0RA25.5，解得Rx23.5.,考向二测电源电动势和内阻2.(2018江苏卷10)一同学测量某干电池的电动势和内阻.(1)如图4所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路.请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处_；_.,图4,开关未断开电阻箱阻,1,2,3,解析在电学实验中，连接电路时应将开关断开，电阻箱的阻值调为最大，确保实验仪器、仪表的安全.,值为零,(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的数据见下表：,1,2,3,根据表中数据，在图5的方格纸上作出R关系图象.,图5,由图象可计算出该干电池的电动势为_V；内阻为_.,答案见解析图1.34(1.301.44都算对)1.2(1.01.4都算对),解析根据闭合电路欧姆定律，得EI(Rr),描点连线后图象如图所示.,根据图象可知r1.2.图象的斜率为电动势E，,1,2,3,(3)为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100mV的电压表并联在电流表的两端.调节电阻箱，当电流表的示数为0.33A时，电压表的指针位置如图6所示，则该干电池的电动势应为_V；内阻应为_.,1.0结果比(2)问第二个空格小0.2,1,2,3,图6,1.34结果与(2)问第一个空格一致,解析根据欧姆定律，得电流表的内阻,1,2,3,该干电池的内阻应为rrrA1.0,考向三应用传感器的创新实验3.(2017江苏卷11)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图7所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控.继电器的电阻约20，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示.,图7,1,2,3,(1)提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0200)、滑动变阻器R2(0500)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0999.9)、开关S、导线若干.为使该装置实现对3080之间任一温度的控制，电源E应选用_(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用_(选填“R1”或“R2”).,1,2,3,R2,E2,解析若实现对30温度的控制，继电器和Rt两端的电压U0.015(20199.5)V3.29V，因此符合要求的电源为E2.若实现对80温度的控制，对全电路有EI(R继RtR)，即6V0.015A(2049.1R)解得R330.9，因此滑动变阻器应选R2.,1,2,3,(2)实验发现电路不工作.某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图8所示的选择开关旋至_(选填“A”“B”“C”或“D”).,C,1,2,3,解析因电路中有电源，排查电路故障应选用多用电表的直流电压挡，故选C.,图8,(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查.在电路图中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针_(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针_(选填“偏转”或“不偏转”).,不偏转,1,2,3,解析只有b、c间断路，表笔接入a、b间时，电表与电源之间形不成闭合电路，则电表指针不偏转，表笔接入a、c时，能形成闭合电路，电表指针发生偏转.,偏转,(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是_.(填写各步骤前的序号)将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合断开开关，将电阻箱从电路中移除合上开关，调节滑动变阻器的阻值断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1,1,2,3,解析欲使衔铁在50被吸合，由表中数据可知，此时热敏电阻的阻值为108.1，操作步骤应是先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1，闭合开关，调节滑动变阻器的阻值，观察继电器的衔铁被吸合，然后断开开关，将电阻箱从电路中移除，再将热敏电阻接入电路原位置，故步骤顺序应为.,知识整合,02,1.实物连线的基本方法先图后物、由正到负；先串后并，先主后次；接线到位、不可交叉.(1)分析各元件的连接方式和控制电路的方式.(2)画出实验电路图.(3)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，到开关再到滑动变阻器等，按顺序以单线连接的方式将干路中要串联的元件依次串联起来，然后再将要并联的元件并联到电路中.(4)电压表应并联在电路中，电流表应串联在电路中，且电流应由接线柱流入、接线柱流出.(5)滑动变阻器的触头位置应保证电路中用电器的安全，即保证电路中流过的电流或加在用电器两端的电压.,正,负,最小,最小,2.测量电路的选择当RxRA时用电流表的，如图9甲，当RxRV时用电流表的，如图乙.,外接法,内接法,图9,3.控制电路的选择(1)当被测电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R时，须用电路.(2)当要求被测电阻上的电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调时，须用电路.(3)当被测电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不多，并且电压表、电流表示数变化不要求从零调节时，可采用接法.(4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用接法，因为接法消耗功率较小.4.滑动变阻器的选择(1)当采用分压式接法时，一般应选用最大阻值较小，而额定电流较大的滑动变阻器.(2)当采用限流式接法时，一般应选用最大阻值比待测电阻稍大或差不多的滑动变阻器.,分压式,分压式,限流式,限流式,限流式,能力提升,03,高考题型1电学基本仪器的使用与读数,高考题型2以测电阻为核心的实验,高考题型3以测电动势为核心的实验,高考题型4电学创新拓展实验,高考题型1电学基本仪器的使用与读数,实验题5年4考,1.电流表和电压表,2.多用电表(1)电流的流向电流从电表的“”插孔(红表笔)流入，从“”插孔(黑表笔)流出，即“红进、黑出”.(2)“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”在表盘刻度右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋扭.(3)欧姆表使用注意事项选挡接着调零；换挡重新调零；待测电阻与电路、电源断开；尽量使指针指在表盘中间位置附近；读数之后要乘倍率得阻值；用完后，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡.,例1(2019陕西榆林市二模)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器.(1)图10甲为某同学设计的多用电表的原理示意图.虚线框中S为一个单刀多掷开关，通过操作开关，接线柱B可以分别与触点1、2、3接通，从而实现使用多用电表测量不同物理量的不同功能.关于此多用电表，下列说法正确的是_.A.当S接触点1时，多用电表处于测量电流的挡位B.当S接触点2时，多用电表处于测量电压的挡位C.当S接触点2时，多用电表处于测量电阻的挡位D.当S接触点3时，多用电表处于测量电压的挡位,ACD,图10,解析由题图所示电路图可知，当S接触点1时，表头与分流电阻并联，此时多用电表处于测量电流的挡位，故A正确；由题图所示电路图可知，当S接触点2时，表头与电源相连，此时多用电表处于测量电阻的挡位，故B错误，C正确；由题图所示电路图可知，当S接触点3时，表头与分压电阻串联，此时多用电表处于测量电压的挡位，故D正确.,(2)用实验室的多用电表进行某次测量时，指针在表盘的位置如图乙所示.若所选挡位为直流10mA挡，则示数为_mA.若所选挡位为直流50V挡，则示数为_V.,4.8,24.0,解析若所选挡位为直流10mA挡，由题图乙所示可知，示数为4.8mA；若所选挡位为直流50V挡，则示数为24.0V；,(3)用表盘为图乙所示的多用电表正确测量了一个约15的电阻后，需要继续测量一个阻值约2k的电阻.在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前，请选择以下必需的步骤，并按操作顺序写出步骤的序号_.A.调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点B把选择开关旋转到“100”位置C.把选择开关旋转到“1k”位置D.将红表笔和黑表笔接触,BDA,解析用多用电表正确测量了一个约15的电阻后，要继续测量一个阻值约2k的电阻，首先要把选择开关置于“100”挡位位置，然后进行欧姆调零，把红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针指到欧姆零刻度线位置，最后再测电阻，故合理的步骤是：BDA；,(4)某小组同学们发现多用电表欧姆挡的表盘刻度线不均匀，分析在同一个挡位下通过待测电阻的电流I和它的阻值Rx关系，他们分别画出了如图所示的几种图象，其中可能正确的是_.,A,解析设欧姆表内电池电动势为E，内阻为r，电流表所在并联部分的电阻与调零电阻的和为Rg，则有：,高考题型2以测电阻为核心的实验,实验题5年2考,1.最常用的测量电阻方法(1)伏安法：有电压表、电流表且电表量程恰当时选择“伏安法”.(2)安安法：电压表不能用或没有电压表的情形下，若知道电流表内阻，可以将电流表当作电压表使用，即选择“安安法”.(3)伏伏法：电流表不能用或没有电流表的情况下，若知道电压表内阻，可以将电压表当作电流表使用，即选择“伏伏法”.(4)伏安加R法：在运用伏安法测电阻时，由于电压表或电流表的量程太小或太大，为了满足安全、精确的要求，需加保护电阻，“伏安加R法”又叫做“加保护电阻法”.注意：电表的“三用”：如果知道电表的内阻，电流表、电压表就既可以测电流，也可以测电压，还可以作为定值电阻来用，即“一表三用”.,2.最为精确的测量电阻方法等效替代法(1)电流等效替代(如图11),图11(2)电压等效替代(如图12),图12,3.测量电表内阻最常用的方法半偏法(1)用半偏法测电流表内阻，如图13所示，电阻箱应和电流表并联，然后与滑动变阻器串联，R测R真.,图14,4.最独特的测量方法电桥法测电阻在电阻的测量方法中，有一种很独特的测量方法，那就是电桥法.其测量电路如图15所示，实验中调节电阻箱R3，当A、B两点的电势相等时，R1和R3两端的电压相等，设为U1，同时R2和Rx两端的电压也相等，设为U2.,图15,例2(2019南通泰扬徐淮宿连七市二模)描绘某电学元件伏安特性曲线，提供实验器材如下：A.待测元件(额定电压为5V，额定功率为2.5W)；B.电流表A(0.6A，内阻约0.5)；C.电压表V(3V，内阻约3k)；D.电阻箱R(09999)；E.滑动变阻器(020)；F.滑动变阻器(01k)；G.电池(6V)；H.开关，导线若干.,(1)为扩大电压表量程，首先采用如图16甲所示电路测定电压表内阻，实验操作过程如下：,图16,.根据图甲电路，正确操作，完成了实验电路连接.闭合开关S，调节变阻器R1的滑片P至某一位置，然后调节电阻箱，读出此时电阻箱阻值R及对应电压表示数U.保持滑片P位置不变，改变电阻箱阻值，读出多组(U，R)数据.以为纵轴，R为横轴，作R图线如图乙所示.,实验中滑动变阻器R1应选择_(填写器材前序号).,E,解析本实验中要保持R1接入电路的阻值不变，无论怎样调节电阻箱R的阻值，并联部分的电压变化较小，则要求滑动变阻器的阻值应该较小，故实验中滑动变阻器R1应选择E；,实验过程中，电阻箱取值为R3200时，电压表的表头指针如图丙所示，则读数U_.接着，为使电压表示数增大到接近满偏，电阻箱取值范围应在2k到3k之间，调节电阻箱正确的操作是：保持“1000”挡旋钮不动，将“100”挡旋钮拨到_(选填“0”或“9”)位置，再将“1000”挡旋钮拨到_位置，然后调节电阻箱阻值为适当值.,2.50V,解析实验过程中，电阻箱取值为R3200时，电压表的表头指针如题图丙所示，则根据指针的位置可得电压表的读数U2.50V；为使电压表示数增大到接近满偏，电阻箱取值范围应在2k到3k之间，调节电阻箱正确的操作是：保持“1000”挡旋钮不动，将“100”挡旋钮拨到9位置，再将“1000”挡旋钮拨到2位置，然后调节电阻箱阻值为适当值即可.,9,2,图乙中，直线的纵截距为a，斜率为k，则电压表内阻RV_.,(2)请用笔画线代替导线，在图丁中将描绘该电学元件伏安特性曲线的实物电路图连接完整.,答案见解析图,解析要描绘该电学元件伏安特性曲线，滑动变阻器采用分压式接法，电流表外接，实物电路图如图所示.,例3(2019如皋市期末)有一根细长的空心金属管线样品，长为60m，电阻约4，横截面如图17甲所示.(1)用螺旋测微器测量金属管线的外径，示数如图乙所示，则所测外径为_mm.,1.125,图17,解析金属管线的外径d1mm12.50.01mm1.125mm,(2)现有如下器材：A.电流表A1(量程03A，内阻为3)B.电流表A2(量程00.6A，内阻为1)C.电压表V1(量程015V，内阻约为15k)D.电压表V2(量程03V，内阻约为3k)E.滑动变阻器R1(1750，0.3A)F.滑动变阻器R2(25，0.6A)G.电源E(3V，内阻很小可忽略)H.开关一个，带夹子的导线若干要用伏安法较精确测量空心金属管线样品的阻值，电流表应选_，滑动变阻器应选_.(均填序号字母),B,F,解析电源E(3V，内阻很小可忽略)、样品电阻约4、电流表A1(量程03A，内阻为3)、电流表A2(量程00.6A，内阻为1)，可得流过样品的最大电流I0.6A，则电流表选择电流表A2(量程00.6A，内阻为1)，即电流表应选B.滑动变阻器R1(1750，0.3A)、滑动变阻器R2(25，0.6A)，两滑动变阻器的最大电阻均大于样品的电阻，滑动变阻器R2(25，0.6A)允许通过的最大电流为0.6A；为便于调节且保证电路安全，应选择滑动变阻器R2(25，0.6A)，即滑动变阻器应选F.,(3)实验中记录电压表的示数和对应电流表的示数，作出的UI图象如图丙所示，请用笔画线代替导线将图丁所示的实物电路图连接完整.,答案见解析图,解析电源E(3V，内阻很小可忽略)，则电压表选电压表V2(量程03V，内阻约为3k).,滑动变阻器R2(25，0.6A)的最大电阻大于样品的电阻，则滑动变阻器采用限流式接法.实验电路连接如图：,(4)实验测得该金属管线的电阻为_，若金属管线的电阻率为1.0108m，则管线中空部分横截面积为_m2.(结果保留两位有效数字),解析由题中所给的点作图,4.5,8.6107,例4(2019苏北三市期末)某同学用图18甲所示电路来测绘小灯泡的伏安特性曲线，器材如下：,A.小灯泡(额定电压2.5V，额定电流0.25A)；B.电流表(00.6A)；C.电压表(03V)；D.滑动变阻器R1(010)；E.滑动变阻器R2(01000)；F.干电池(电动势为1.5V)两节；G.开关，导线若干.,图18,(1)滑动变阻器应选_(选填器材前的序号).,D,(2)实验中得到的数据如下表所示，根据表中数据在图乙中作出小灯泡的UI图象，由图象可知小灯泡的电阻随温度的升高而_(选填“增大”“减小”或“不变”).,答案见解析图,解析通过描点、画线，则小灯泡的UI图象如图所示：则由图可知：随着电流的增大即随着温度的升高小灯泡的电阻增大；,增大,(3)某同学用一节干电池与阻值为5的电阻R、小灯泡及电压表连接成图丙所示电路，测得电压表读数为0.8V，结合图乙中图象求得小灯泡实际消耗的功率为_W，干电池内阻为_.(结果均保留两位有效数字),0.10,0.38,解析当电压表读数为U0.8V时，则通过小灯泡的电流约为I0.13A，则根据功率的公式可以知道小灯泡实际消耗的功率为：PUI0.80.13W0.10W；,代入数据可以得到：r0.38.,高考题型3以测电动势为核心的实验,实验题5年2考,1.测量电源电动势和内阻的三个常用方案,任何一种实验方法都要紧扣闭合电路欧姆定律EUIr.注意U、I是如何测量或得出的，明确变量与恒量，找到函数关系，化曲为直，获得直线方程.,2.定值电阻的三种作用,例5(2019常州市期末)某同学连接了一个如图19所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r，R为电阻箱，V为电压表，开关S.,图19,(1)该同学连接的实验电路中有一处错误，请用笔在该处打上“”，并用笔画线代替导线，进行正确的连接.,解析伏阻法测量电池组的电动势和内阻，开关控制所有的用电器，则电压表要受开关的控制，改正如图所示：,答案,(2)开关闭合前，电阻箱R的阻值应调至_(选填“零”或“较大”).,较大,解析闭合开关时要保证电路的安全，若电阻箱调为零，电源被短路，电流过大，故为了安全将变阻箱调为较大的阻值.,(3)将开关S闭合，改变电阻箱的阻值，测出几组U及R的数据，作出的图线如图20所示，则内阻r_，电动势E_V(结果均保留两位有效数字).,1.0,图20,3.3,(4)如果电压表影响不可忽略，通过分析判断该实验测得的电源电动势将_(选填“偏大”“不变”或“偏小”).,偏小,解析伏阻法由于电压表的分流而导致干路电流示数偏小，但电压表是准确的，故图象比真实图象要向上偏，同时当电路短路时，电压表的分流是可以忽略的，故短路电流是准确的，故图象与横轴的交点不变，所以电动势的测量值小于真实值.,例6(2019南通市模拟)某实验小组设计了如图21甲所示的电路来测量电池的电动势和内阻，已知定值电阻R116.,解析电压表V1无读数，电压表V2有读数，说明断路故障在cd两点间；,(1)闭合开关S后，电压表V1无读数，电压表V2有读数，经检查发现电路中存在断路故障，则该故障可能在_(选填“ab”“bc”或“cd”)两点间.,图21,cd,(2)排除故障后，闭合开关S，调节滑动变阻器的阻值，记录多组电压表的示数U1、U2，如下表所示.请根据表中数据在图乙中作出U2U1图象.,解析根据表中数据利用描点法可得出对应的图象如图所示；,答案见解析图,(3)由图乙可知，电源电动势E_V，内阻r_.(结果均保留两位有效数字),6.0(5.86.2)8.0(7.88.2),高考题型4电学创新拓展实验,实验题5年2考,高考试题中出现的电学创新实验，大都是在教材常规实验的基础上，进行重组、包装、拓展、创新，它们源于教材，但高于教材，解决这类创新实验时，应注意以下两点：(1)电路分析依据闭合电路欧姆定律与欧姆定律：无论哪个电学实验，不管怎么创新都离不开电路，离不开实验仪器的选取，电流表内、外接法的判断，滑动变阻器的分压电路与限流电路的分析.(2)电表的灵活应用与改装：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，电表量程不合适时，可串联或并联定值电阻求电阻和扩大其量程.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.,另外测量电流表或电压表内阻时，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，无须另并联电压表；测电流表内阻时，无须再串联电流表.,例7(2019南通市一模)某同学设计了如图22甲所示电路，测量定值电阻的阻值、电源的电动势和内阻，使用的器材有：待测定值电阻R1(约几欧)、待测电源E、电流表A、电阻箱R2(0999.9)、开关两个及导线若干.(1)请用笔画线代替导线在图乙中完成实物电路的连接；,图22,答案见解析图,解析按原理图接线，如图所示,(2)测量R1的阻值时，闭合开关S1前，调节R2至_(选填“最大值”或“最小值”)，然后闭合开关S1和S2，调节R2使电流表示数为I，此时R2的值为7.8；再断开S2，将R2调到5.8时，电流表示数也为I，则R1的值为_.,最大值,解析为了保护用电器，所以应使电阻箱的最大阻值接入电路，即在闭合开关前调节R2至最大值；由闭合电路欧姆定律得：,2.0,解得：R12.0；,(3)测量电源电动势E和内阻r时，闭合开关S1、断