2016高考物理二轮复习专题五第12讲电学实验课件

第12讲电学实验1.(2014·新课标全国卷Ⅱ·23)在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx

约为200

Ω，电压表的内阻约为2

kΩ，电流表的内阻约为10

Ω，测量电路中电流表的连接方式如图1(a)或图(b)所示，xI结果由公式

R

＝U

，式中

U

与

I

分别为电压表和电流表计算得出的示数。若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为

Rx1

和Rx2，则

(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值

Rx1

(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值测量值

Rx2

(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值。图1解析

RV

2

000

Rx

200

Rx

RV由于Rx

＝

200

＝10，而RA＝

10

＝20，可见RA>Rx

，应采用图(a)电路测量更准确，即Rx1

更接近待测电阻的真实值；由于Rx1＝U

URI

，其中R

真＝

IR

，而U>UR，I＝IR，则Rx1>R

真，即测量值Rx1真大于真实值；又由于

Rx2＝

I

，R

＝U

URIR，其中U＝UR，I>IR，则Rx2<R

真，即测量值Rx2

小于真实值。答案

①Rx1

②大于

③小于2.(2014·新课标全国卷Ⅰ，23)利用如图2所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：待测电源，电阻箱R(最大阻值为999.9

Ω)，电阻R0(阻值为3.0

Ω)，电阻R1(阻值为3.0

Ω)，电流表

(量程为200

mA，内阻为RA＝6.0

Ω)，开关S。图2实验步骤如下：①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I

和电阻箱相应的阻值R；1

1③以I为纵坐标，R

为横坐标，作I－R

图线(用直线拟合);④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b。回答下列问题：I1(1)分别用

E

和

r

表示电源的电动势和内阻，则

与

R

的关系式为

。(2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3.0

Ω时电流表的示数如图3(a)所示，读出数据，完成下表。答：①

，②

。R/Ω1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.125①0.1000.0910.0840.0771

－1I/A6.998.00②10.011.011.913.0图3(3)在图(b)的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k＝

A－1·Ω－1，截距b＝

A－1。(4)根据图线求得电源电动势E＝

V，内阻r＝

Ω。解析

(1)因为

RA＝6.0Ω，R1＝3.0Ω，所以

IR1＝2IA，由闭合电路欧姆定律得E＝IRA＋3I(R＋R0＋r)，所以1

3.0I＝

E

R＋3（R0＋r）＋RAE＝3.0R＋3.0(5.0＋r)E

E(2)根据图(b)可知电流的读数为110

mA＝0.110

A1－1所以I＝9.09

A

。12－6则斜率

k＝

＝1.0(A－1Ω－1)6截距b＝6.0

A－13.0E3（R0＋r）＋RA(4)由(1)、(3)结合得

E

＝1.0，

＝6.0，代入数据得：E＝3.0

V，r＝1.0

Ω。(3)根据描点，画出如图所示的图象，答案

1

3

(1)I＝ER＋15＋3r

Ek＝1.0(或在0.96～1.04

之间)，b＝6.0(或在5.9～0.110，9.09见解析图6.1

之间)(4)3.0

V(或在2.7～3.3

之间)1.0

Ω(或在0.6～1.4

之间)3.(2015·新课标全国卷Ⅱ，23)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法)，实验室提供的器材如下：待测电压表(量程3V，内阻约为3000Ω)，电阻箱R0(最大阻值为99999.9Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值100Ω，额定电流2A)，电源E(电动势6

V，内阻不计)，开关2个，导线若干。(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整。(2)根据设计的电路，写出实验步骤：。(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV′，与电压表内阻的真实值RV相比，RV′

RV(填“＞”、“＝”或“＜”)，主要理由是

。解析

(1)实验电路图如图所示。移动滑动变阻器的滑片，以保证通电后电压表所在支路分压最小；闭合开关S1、S2，调节R1，使电压表的指针满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，断开S2，调节电阻箱R0使电压表的指针半偏，读取电阻箱的电阻值，此即为测得的电压表内阻。断开S2，调节电阻箱R0使电压表成半偏状态，电压表所在支路总电阻增大，分得的电压也增大，此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压，RV′＞RV答案(1)见解析图(2)见解析(3)＞理由见解析4.(2015·新课标全国卷Ⅰ，23)图4(a)为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路。图4(1)已知毫安表表头的内阻为100Ω，满偏电流为1mA；R1和R2为阻值固定的电阻。若使用a和b两个接线柱，电表量程为3mA；若使用a和c两个接线柱，电表量程为10

mA。由题给条件和数据，可以求出R1＝

Ω，R2＝

Ω。(2)现用一量程为3

mA、内阻为150

Ω的标准电流表

对改装电表的3

mA挡进行校准，校准时需选取的刻度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0

mA。电池的电动势为1.5

V，内阻忽略不计；定值电阻R0有两种规格，阻值分别为300

Ω和1

000 Ω；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为750

Ω和3

000

Ω。则R0

应选用阻值为

Ω的电阻，R应选用最大阻值为

Ω的滑动变阻器。(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图(b)的电路可以判断出损坏的电阻。图(b)中的R′为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图(a)虚线框内的电路。则图中的d点应和接线柱

(填“b”或“c”)相连。判断依据是：

。解析

(1)定值电阻和毫安表表头是并联关系，电压相等，电流和电阻成反比。若使用

a

和

b

两个接线柱，量程为

3

mA，则通过R1、R2

的电流为2

mA，则通过毫安表表头和R1、R2

的电流比为1

22g1∶2，所以电阻比为

2∶1，可得

R

＋R

＝1R

＝50

Ω；若使用

a和c

两个接线柱，电表量程为10

mA，通过R1

的电流为9

mA，电流比为1∶9，可得电阻比R

＋Rg

2R1

119

1＝，即R

＝9(Rg2＋R

)，整理可得R1＝15

Ω，R2＝35

Ω。0.000

5(2)根据电流表校准的刻度，可知电路中总阻值最大为

1.5

Ω0.0030＝3

000

Ω，最小阻值为

1.5

Ω＝500

Ω。若定值电阻

R

选择为1

000

Ω，则无法校准3.0

mA，所以选用的定值电阻R0

的阻值应为300

Ω，由于最大阻值要达到3

000

Ω，所以选用的滑动变阻器R

的最大阻值为3

000

Ω。(3)为准确地判断出哪个电阻损坏，d点应和接线柱“c”相连；若电流表无示数，则说明R2

断路，若电流表有示数，则说明R1

断路。答案(1)15Ω

35

Ω

(2)300

3

000

(3)c

见解析主要题型：填空题知识热点分析近几年的高考，考查的方向基本不变，主要体现在①基本仪器的使用及读数。②电表的改装、仪器的选择。③以测量电阻、电源电动势为核心的电学实验。④实验原理的理解、实验数据的分析以及实验的设计方面。基本仪器的使用仍是今后高考中考查的热点，同时注重对实验操作过程的考查和创新设计实验的考查。考向一

基本仪器的读数及多用电表的使用1.(2015·山东省济南市重点中学二模)某同学要测量一均匀新材料

制成的圆柱体的电阻率ρ，首先用游标为20分度的游标卡尺测量其长度如图5甲，由图甲可知其长度为

mm；用螺旋测微器测量其直径如图乙，由图乙可知其直径为

mm；

用多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图丙，则该电阻的阻值约为

Ω。丙图5解析游标卡尺的读数为(50＋0.05×5)mm＝50.25mm，螺旋测微器的读数为(4.5＋0.01×20.0)mm＝4.700mm，多用电表的读数为19×10

Ω＝190

Ω。答案

50.25

4.700

1902.(2015·海南单科，11)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图6(a)和(b)所示。该工件的直径为

cm，高度为

mm。图6解析

游标卡尺读数为

d＝12

mm＋4×

1201.220

cm螺旋测微器的读数为h＝6.5

mm＋36.0×0.01

mm＝6.860

mm答案

1.220

6.860mm＝12.20

mm＝3.某实验小组现在要测量一根金属丝的电阻率，该金属丝的横截面是“外方内圆”，实验电路如图7乙所示，请完成以下问题。(1)游标卡尺的结构如图丙所示，要测该金属丝的内径D(如图甲所示)，必须用其中

进行测量(填“A”、“B”或“C”)，图中的读数为

mm。甲乙丙图7用螺旋测微器测金属丝横截面的边长，示数如图8，则边长a＝

mm。图7乙中闭合开关前应将滑动变阻器的滑片移至最

(填“左”或“右”)端。实验中电压表和电流表的示数如图9所示，则金属丝两端的电压U＝

V，流过金属丝的电流I＝

A。图8图9解析

(1)A

是测量物体外径的，B

是测量物体内径的，C

是测量物体深度的。该金属丝的内径D＝4

mm＋1

×10

mm＝4.20

mm。50螺旋测微器主尺的读数为14.500

mm，可动刻度与主尺对齐格数为48.2格，读数为0.482mm，则用螺旋测微器测得的金属丝横截面的边长a＝14.500mm＋0.482mm＝14.982mm。由电路结构可知滑动变阻器的连接方式为分压式，故闭合开关前应将滑动变阻器的滑片移至最左端。由图9

可知，电流表的读数I＝0.42

A，电压表的读数U＝2.28

V。答案

(1)B；4.20

(2)14.982

(3)左

(4)2.28；0.421.游标卡尺、螺旋测微器的读数技巧记住两点：一是所有读数一定以毫米为单位并注意主尺刻度对应的毫米数，根据结果再变换单位；二是以毫米为单位，小数点后数字分别是，螺旋测微器是3

位、20

分度和50

分度游标卡尺是2

位、10

分度游标卡尺和毫米刻度尺是1

位。2.电压表、电流表、多用电表的读数技巧(1)对电表读数问题，要先弄清楚电表的精确度，即每小格的数值，再1

1

1

确定估读的方法，是2、5还是10估读，明确读数的小数位数。(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2.5

V以下交流电压所用，一般较少使用。考向二

以测量电阻为核心的电学实验1.(2015·南通市等五市高三模拟)为了描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室可供选择的器材如A下.待：测小灯泡(6

VB.电流表A(0～0.6

AC.电压表V(0～3

V图10500

mA)内阻约0.5Ω)内阻5kΩ)100

mA)1.5

A)D.滑动变阻器R1(0～1

kΩE.滑动变阻器R2(0～5

ΩF.电阻箱R3(0～9

999.9

Ω)G.直流电源E(约6

V，内阻不计)H.开关S，导线若干将电压表量程扩大为6

V，与它串联的电阻箱的阻值应调为

kΩ。图10中画出了实验的部分电路，请你补全电路图；滑动变阻器应选用

(填“R1”或“R2”)。实验中，变阻器滑动触头P在ab间移动时，发现小灯泡两端的电压只能在3.5

V～6.0

V间变化，则电路中出现的故障可能是

。(4)排除故障后，测量出多组数据，以灯泡两端的电压U为横轴，电流表的示数I为纵轴，描点作出小灯泡的伏安特性曲线如图11所示。若电压表V的实际阻值大于5kΩ，则小灯泡实际的伏安特性曲线应在所画图线的

(填“上方”或“下方”)。图11Ug解析

(1)串联电阻的阻值

R＝(

U

－1)Rg可得R＝(2－1)×5

kΩ＝5

kΩ；滑动变阻器R1

允许通过的最大电流过小，因此滑动变阻器应选R2。小灯泡电压不能从零开始调节，由实验电路图知滑动变阻器串联在电路中，故障可能为ac

间断路。电压表实际电阻大于5

kΩ，流经灯泡的实际电流增大，在伏安特性曲线中同一电压值所对应的电流值在图11

所示曲线上方，因此实际伏安特性曲线在图11

所示图线上方。答案

(1)5

(2)电路如图

R2(3)ac间断路(4)上方2.(2015·长沙一模)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12甲所示。图12供选择的仪器如下：①待测电流表G1(0～5

mA，内阻约为300

Ω)；②电流表G2(0～10

mA，内阻约为100

Ω)；③定值电阻R1(300

Ω)；④定值电阻R2(10

Ω)；⑤滑动变阻器R3(0～1

000

Ω)；⑥滑动变阻器R4(0～20

Ω)；⑦干电池(1.5

V)；⑧开关S及导线若干。定值电阻应选

，滑动变阻器应选

。(在空格内填写序号)用连线连接如图乙所示的实物图。测量多组电流表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13所示。根据I2－I1图线的斜率k及定值电阻(选定)，写出待测电流表内阻的表达式

。图13(3)根据串、并联电路规律可知：I2＝I1＋I

r1

1R1＝1R

＋r1R11I

，所以k＝1R

＋r1R1答案解析(1)根据电路的原理图，定值电阻应适当大一些，滑动变阻器采用分压接法时，应选用阻值适当小一些的，故定值电阻选③，滑动变阻器选⑥。(2)实物连线如图所示，连线时要注意电表的正负接线柱不能接反。(1)③，所以r1＝(k－1)R1。⑥

(2)见解析图(3)r1＝(k－1)R1仪器的选择电源的选择：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不宜较大，一般应使指针能达到半偏左右。2.电路的选择(1)测量电路的选择比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差来源电流表的分压电压表的分流测量结果R

＝U

R

，偏大测

I

＞

xR

＝U

R

，偏小测

I

＜

x适用条件Rx

RA(测大电阻)RV

Rx(测小电阻)(2)控制电路的选择：①从节能的角度考虑，优先选用限流式。②以下三种情况必须用分压式：a.要求待测电路的U、I从0变化。b.R滑

Rxc.选用限流式时，Ux、Ix过大(超过电流表量程，烧坏电表、电源或用电器等)。伏安法测电阻的常规设计实验需要一个电流表和一个电压表，利用欧姆定律求其电阻。但有时题目中缺少电压表或缺少电流表，或电压表、电流表的量程不符，这时可以把已知内阻的电流表当作电压表来使用，把已知内阻的电压表当作电流表来使用，甚至可以把已知内阻的电流表(或电压表)和电阻箱改装成符合要求的电压表(或电流表)。定值电阻作为保护电阻，是定值电阻最常见的应用近几年考题当中，经常出现用阻值已知的定值电阻(或电阻箱)充当电压表，或用阻值已知的定值电阻(或电阻箱)充当电流表。考向三

以测电源电动势为核心的电学实验1.[2015·四川理综，8(2)]用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有：电流表A1(量程0～30mA)；电流表A2(量程0～100mA)；电压表V(量程0～6

V)；滑动变阻器R1(阻值0～5

Ω)；滑动变阻器R2(阻值0～300

Ω)；开关S一个，导线若干条。某同学的实验过程如下：Ⅰ.设计如图14所示的电路图，正确连接电路。图14Ⅱ.将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录。以U为纵轴，I为横轴，得到如图15所示的图线。Ⅲ.断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变。重复Ⅱ的步骤，得到另一条U－I图线，图线与横轴I的交点坐标为(I0，0)，与纵轴U的交点坐标为(0，U0)。回答下列问题：①电流表应选用

，滑动变阻器应选用

；②由图15的图线，得电源内阻r＝

Ω；③用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx＝ ，代入数值可得Rx；④若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围

，电压表示数变化范围

。(选填“相同”或“不同”)解析

①因为电源电动势约为6V，待测电阻以及电源的内阻都数十欧，估算出电流约为100毫安，因此电流表选择A2；由于滑动变阻器为限流式，因此应选择较大的滑动变阻器，或者根据题图中(20

mA，5.5

V)来判断此时内阻分压约为0.5

V，那么根据串联电路的电压关系，此时滑动变阻器和定值电阻阻值和为几百欧姆，因此选R2；ΔI②电源内阻r＝k＝ΔU＝25

Ω；③根据闭合电路欧姆定律E＝U＋I(Rx＋r)，可得函数图象的斜率x表示的物理意义为－(R

＋r)，而函数图象的斜率根据题意为－U0I0x因此有：－(R

＋r)＝－xU

U0

0I0

r0，因此

R

＝

－r；④由于电表为理想电表，因此待测电阻无论放在B、C

间或者A、B

间，对总电阻没有变化，因此电流不变，在滑动变阻器变化范围相同的情况下，电流表示数变化范围相同。由于待测部分的电阻阻值变化，因此会影响待测部分的分压，因此电压表示数变化范围会不同。答案

①A2R2I0②25

③U0－r④相同

不同某同学现用如图16甲所示的原理图来测量一节干电池的电动势 和内阻。图中两电压表均视为理想电压表，实验中定值电阻的 阻值R0＝10

Ω，试分析下列问题：实验前该同学利用多用电表的直流电压挡的“×2.5V”挡粗测该电源的电动势，测得的结果如图乙所示，则多用电表测得的电动势为E＝

V。图16(2)根据电路图请将图17甲中的实物图连接好。图17实验中所作U1－U2图象如图乙所示，则图象在横轴上的截距所表示的物理意义是

。依据图线求得该电源的电动势E

＝

V

，内阻r

＝

Ω。(结果保留两位有效数字)解析

(1)用多用电表测得的电源的电动势为E＝1.5

V。所连的实物图如答案图所示。由多用电表的测量结果可知电压表的量程选0～3

V。根据电路图可知图象在横轴上的截距表示电阻箱的阻值调到了零的状态时电压表V2的示数。2(4)由闭合电路欧姆定律可得：E＝U

＋U

－U2

1R0r1由上式可得U

＝U2·R0＋rrR0－E·

rR0＋r由此可知图象的斜率为k＝r为求直线的斜率可在直线上取两个距离较远的点，如(1.20，0.50)和(1.50，1.40)，图象的斜率为k＝1.40－0.501.50－1.20＝3.000R0所以3r＝r＋R

，即电源的内阻为r＝

2＝5.0

Ω1

2R0由

U

－U

图象可知图象在纵轴上的截距为－3.0

V，则－3.0

V＝－E·

r所以电源的电动势

E＝3.0r

1.5

V。R0

＝答案

(1)1.5

(2)如图所示

(3)见解析

(4)1.5；5.01.电源电动势和内阻的测量方法任何一种实验方法。一定要紧扣闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，而最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I，这也是命题专家命题时的入手点。2.数据处理利用图象得出电动势和内阻是常见的方法，对于不同的电路设计，在作图象时都要画出倾斜直线，即得到有关电动势和内阻的一次函数关系，再利用图象中的斜率与截距求解。当电流表或电压表量程不符合实验要求时，要考虑改装电表进行测量，所以有时也会用两个电流表或两个电压表来进行测量。高频考点十三 探究设计型电学实验高考中电学实验要拿到满分，需要考生应注意以下“三”个方面：第一：认真完成课本上的每一个实验。知道每一个实验的目的，掌握每一个实验的原理，熟悉实验中的每一个实验步骤，领会每一个实验步骤的作用，学会每一个实验仪器的使用，学会每一个实验的处理方法，弄清每一个实验误差的来源等。第二：对于给出实验电路图的创新性实验，要注意从原理出发，理解实验方法，找出图象中两个物理量之间的关系，理想图象中图线的斜率和截距的物理意义。第三：对于设计性实验，要注意从原理出发找方法，选器材，定方案。高考中，对设计性实验的考查，一般不直接采用课本上的设计方案，但是其设计技能均取材于课本中的必考实验，因此考生要对课本上的每一个实验做到心中有数。(10分)[2015·广东理综，34(2)]某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为3

kΩ)、电流表

(内阻约为1

Ω)、定值电阻等。(a)图18①使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆档测量，示数如图18(a)

所示，读数为

Ω

。据此应选择图18

中的

(填“b”或“c”)电路进行实验。②连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐

(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验。图19③图19(a)是根据实验数据作出的U

－I

图线，由图可判断元件

(填“X”或“Y”)是非线性元件。④该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R＝21Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图19(b