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- 2021-05-13 发布
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高考电学实验总结归类
电学实验是高考试题中必考实验,电学实验出题灵活,内容丰富,在高考试卷中所占比重大,是高考试题中的重要得分点。以下是电学实验各种常见实验原理和做题技巧的总结,基本涵盖了电学实验中的所有题型,对学习电学实验有很大的帮助。
一、电表的双重作用
1(电表的替代).有以下可供选用的器材及导线若干条,要求尽可能精确地测量出待测电流表的满偏电流.
A.待测电流表A0:满偏电流约为700~800μA、内阻约100Ω,已知表盘刻度均匀、总格数为N.
B.电流表A:量程0.6A、内阻0.1Ω.
C.电压表V:量程3V、内阻3kΩ.
D.滑动变阻器R:最大阻值200Ω.
E.电源E:电动势约3V、内阻约1.5Ω.
F.开关S一个.
(1)根据你的测量需要,在B(电流表A)和C(电压表V)中应选择 .(只需填写序号即可)
(2)在虚线框内画出你设计的实验电路图.
(3)测量过程中,测出多组数据,其中一组数据中待测电流表A0的指针偏转了n格,可算出满偏电流IAmax = ,式中除N、n外,其他字母符号代表的物理量是 .
答案 ① C ② 电路如图所示
③(或)U为电压表读数,Rv为电压表内阻
解析 (1)由于电流表的满偏电流太小,所以要想进行多次测量,不能使用。而对于电压表,,大于待测电流表的满偏电流,因此,可把电压表当电流表用。故选C.
(2)题中要求测多组数据,故测量电路应选用分压电路,电路图如右所示。
(3)电路中的电流,又电流表刻度均匀,故有:
联立可解得: 或
2.某同学要测量一电压表V1的内阻。提供的器材有:
A.电压表V1:量程3V,内阻约为2kΩ
B.电压表V2:量程10V,内阻为5kΩ
C.电源E:电动势约为10V,内阻不计
D.滑动变阻器R:最大阻值为20Ω
E.定值电阻R1:阻值5kΩ
F.定值电阻R2:阻值30kΩ
G.电键S及导线若干
该同学设计了如图甲所示的实验电路图,通过改变滑动变阻器R的阻值,测量多组电压表V1的读数U1和电压表V2的读 数U2,最终求出了电压表Vl的内阻。
(1)实验中定值电阻应选用__________(填字母代号);
(2)该同学在实验中测得数据如下表:请在图乙的坐标中,描点作出U1-U2的图象。
(3)由图象可以较准确地求出电压表Vl的内阻为_________kΩ。
答案 (1)R1 (2)0.2kΩ
解析 (1)定值电阻与电压表V1串联,有:,可得:,故选 。
(2)由可得:,即图像的斜率为,
从所作图像中先求出斜率,随之可算出
点评 本题中,电压表的双重作用为:一是测量工具电压表,二也是一个电阻.
二、伏安法测电阻(或电阻率)
1、 (2012·北京卷,21)在“测定金属的电阻率”实验中,所用测量仪器均已校准.待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如下图所示,其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均值).
(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为:电池组(电动势3 V,内阻约1 Ω),电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0~20 Ω,额定电流2 A)、开关、导线若干.某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下:
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.10
0.30
0.70
1.00
1.50
1.70
2.30
I/A
0.020
0.060
0.160
0.220
0.340
0.460
0.520
由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用下图中的________图(选填“甲”或“乙”).
(3)下图是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端.请根据(2)所选的电路图,补充完成图中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏.
(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点.请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出UI图线.,由图线得到金属丝的阻值Rx=________Ω(保留两位有效数字).
(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________(填选项前的符号)
A.1×10-2 Ω·m B.1×10-3 Ω·m
C.1×10-6 Ω·m D.1×10-8 Ω·m
(6)任何实验测量都存在误差.本实验所用测量仪器均已校准,下列关于误差的说法中正确的选项是________(有多个正确选项).
A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的误差属于系统误差
B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差
C.若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差
D.用UI图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差
解析 (1)螺旋测微器的读数为0 mm+39.8×0.01 mm=0.398 mm.
(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5 Ω.由题知Rx≪RV,故电流表外接.若滑动变阻器接为限流的形式,则Rx两端的电压最小值Umin= V≈0.6 V,而从实验数据可知Rx两端电压可为0.10 V,因此滑动变阻器应采用分压的形式.
(3)如图甲所示.
图甲 图乙
(4)选尽可能多的点连成一条直线,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,如图乙所示.
图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的电阻值Rx=4.4 Ω.
(5)根据R=ρ得金属丝的电阻率ρ=== Ω·m≈1.09×10-6 Ω·m,故选项C正确,选项A、B、D错误.
(6)由于读数引起的误差属于偶然误差,选项A错误;由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差,若将电流表和电压表的内阻计算在内,则可以消除系统误差,选项B错误、选项C正确;利用UI图象处理数据,相当于多次测量取平均值,可以减小偶然误差,选项D正确.
答案 (1)0.398(0.395~0.399均正确) (2)甲 (3)如解析图甲所示 (4)如解析图乙所示
4.4(4.3~4.7均正确) (5)C (6)CD
2、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,现除了有一个标有“5 V,2.5 W”的小灯泡、导线和开关外,还有:
A.直流电源(电动势约为5 V,内阻可不计)
B.直流电流表(量程0~3 A,内阻约为0.1 Ω)
C.直流电流表(量程0~600 mA,内阻约为5 Ω)
D.直流电压表(量程0~15 V,内阻约为15 kΩ)
E.直流电压表(量程0~5 V,内阻约为10 kΩ)
F.滑动变阻器(最大阻值10 Ω,允许通过的最大电流为2 A)
G.滑动变阻器(最大阻值1 kΩ,允许通过的最大电流为0.5 A)
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据.
(1)实验中电流表应选用________,电压表应选用________,滑动变阻器应选用________(均用序号字母表示).
(2)请按要求将图7-4-3中所示的器材连成实验电路.
(3)某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如下图甲所示.现把实验中使用的小灯泡接到如图乙所示的电路中,其中电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,定值电阻R=9 Ω,此时灯泡的实际功率为________W.(结果保留两位有效数字)
甲 乙
解析 (1)由灯泡标识(5 V,2.5 W)知,I==0.5 A,因此电流表选C,电压表选E.由于电路接成分压式,滑动变阻器选F.
(2)如图所示
(3)把定值电阻作为电源的内阻,则该电源短路时的电流为Imax==0.6 A,在题图中的U-I图中,作出此电源的U-I图线如图中虚线所示。两图线交点即表示该灯泡的实际工作点.由图知U=2.2 V,I=0.38 A,所以P=UI=2.2×0.38 W=0.84 W.
答案 (1)C E F (2)见解析图 (3)0.84(0.81~0.87)皆可
三 “替代法”测电阻
1、 (2011·课标全国卷,22)为了测量一微安表头A的内阻,某同学设计了如上图所示的电路.图中A0是标准电流表,R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱,S和S1分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关,E是电池.完成下列实验步骤中的填空:
(1)将S拨向接点1,接通S1,调节________,使待测表头指针偏转到适当位置,记下此时________的读数I;
(2)然后将S拨向接点2,调节________,使________,记下此时RN的读数;
(3)多次重复上述过程,计算RN读数的________,此即为待测微安表头内阻的测量值.
解析 本题为用替代法测未知电流表的内阻,其实验步骤为:(1)将S拨向接点1,接通S1,调节R0,使待测表头指针偏转到适当位置,记下此时标准电流表(或A0)的读数I;(2)然后将S拨向接点2,调节RN,使标准电流表(或A0)的读数仍为I,记下此时RN的读数;(3)多次重复上述过程,计算RN读数的平均值,此即为待测微安表头内阻的测量值.
答案 (1)R0 标准电流表(或A0) (2)RN 标准电流表(或A0)的读数仍为I (3)平均值
2、(电压表替代) 某同学要测电压表的内阻RV,测量的电路如下图a所示,供选择的器材如下:
①待测电压表(0~3 V,内阻约3 kΩ);
②电压表(0~6 V,内阻约6 kΩ);
③定值电阻R1=3 kΩ;
④定值电阻R2=30 Ω;
⑤滑动变阻器R3(0~1 kΩ,1 A);
⑥滑动变阻器R4(0~10 Ω,2 A);
⑦电源3.0 V,内阻不计;
⑧开关一个,导线若干.
根据上述条件,请你完成下面的实验.
(1)定值电阻应选________;滑动变阻器应选________.
(2)根据电路图a,在上图b中用实线把实物连成电路;
(3) 实验过程中的测量步骤为:移动滑动变阻器触头到某一位置,记录、的读数U1、U2;不断改变滑动变阻器触头的位置,得到一组U1、U2的值,分别以U1、U2为坐标轴建立坐标系,作出相应图线(如下图所示),测得该图线的斜率为k.根据图线的斜率k和选定的定值电阻,写出待测电压表内阻的表达式为RV=________.
解析 (1)定值电阻应选R1,滑动变阻器应选R4
,若选用大电阻的滑动变阻器,就会出现在移动滑动触头的时候,刚开始电压表上的电压几乎不变,到了某个位置后又突然增大的现象,不易操作.(2)根据电路图a,在图b中用实线把实物连成电路,如答案图所示.(3)待测电压表内阻的表达式为RV=.
答案 (1)R1 R4 (2)如图所示 (3)
预测高考命题视角
通过对近几年的高考实验试题的研究发现,高考电学实验试题有三个显著的特点:第一,基于教材中的电学实验,着重考查实验原理的改进、实验步骤、误差分析;第二,重视电学的实验方法,问题设置结合科技、生产、生活的实际;第三,基本仪器的使用是考查的热点,实验的器材选择、实际操作是考查的重点,设计型实验是考查的难点,实验的基本原理和思想方法是考查的核心.
四、测电源电动势内阻
1、(伏安法)某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中,串联了一只2.5 Ω的保护电阻R0,实验电路如图下所示.
(1)连好电路后,当该同学闭合电键时,发现电流表示数为0,电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错,接触良好且未发生短路;他用多用电表的电压挡检查电路,把两表笔分别接a、b,b、c,d、e时,示数均为0,把两表笔接c、d时,示数与电压表示数相同,由此可推断故障是________.
(2)在下图中按电路原理图及用多用电表的电压挡检查电路时,把两表笔分别接c、d时的实物电路图(如图所示)以笔画线代替导线连接起来.
(3)排除故障后,该同学顺利完成实验,测定得到下列数据,根据表中数据在图中的坐标上画出UI图线,由图线知:电池的电动势为________,内阻为________.
解析 (1)用电压表检测c、d时,电压表有示数,说明有电流通过电压表,但没有电流通过多用电表所并联的电路,说明多用电表所并联的电路发生断路故障.由已知条件可知,是滑动变阻器R发生故障.(3)电源的伏安特性曲线为直线,使直线通过尽量多的数据点,其他点均匀分布在线的两侧.由U=E-I(r+R0)可知,纵轴截距表示电动势,则E=1.50 V,斜率绝对值表示r+R0,则:r+R0= Ω=3.0 Ω,则r=0.5 Ω.
答案 (1)R断路 (2)如图甲所示
(3)如图乙所示 1.50 V(1.41~1.51 V均可)
2、(伏阻法) (2012·福建卷,19(2))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所示,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.
(ⅰ)根据图乙所示电路图,用笔画线代替导线,将图甲中的实物图连接成完整电路.
(ⅱ)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.请用表中数据在图中的坐标纸上描点,并作出图线.
R(Ω)
166.7
7-1-.4
50.0
33.3
25.0
20.0
U(V)
8.3
5.9
4.8
4.2
3.2
2.9
(×10-2 Ω-1)
0.60
1.40
2.00
3.00
4.00
5.00
(V-1)
0.12
0.17
0.21
0.24
0.31
0.34
(ⅲ)从图线中可求得E=________V.
解析 ①读出示数为:9.4 V. ②(ⅰ)连接电路如图所示.
(ⅱ)作图线如图所示
(ⅲ)由闭合电路欧姆定律得E=U+(r+R0)
变形得=+,从上式看出在图象中,纵轴的截距即为,由图象得出截距为0.1,所以E=10.0 V(9.5 V~11.1 V内均正确).
答案 见解析
3、(安阻法)某个实验小组认为用一只已知内阻的电流表和电阻箱,采用如图甲所示的电路测电源电动势与内阻,比常规的伏安法更准确.若电流表内阻阻值为RA,则测量的方法与步骤是:
(1)将电阻箱阻值R调到最大,闭合S后观察电流表示数,然后再调节电阻箱,使电流表的示数指到某两个恰当的值,记下此时电阻箱的阻值R1、R2及对应的电流I1、I2;
(2)根据以上的数据及闭合电路欧姆定律,建立方程组,即可求出电源的电动势E与内阻r.该方程组的表达式是:________、________.该实验小组现在手头只有一个电流表,只知其内阻很小,却不知具体阻值.为了测出该电流表的内阻,她们找来了如图乙所示两节干电池等实验器材.请你用笔画线将图中的实物连接成能测出电流表内阻的电路.注意滑动变阻器串联接入电路起限流作用,开关闭合前其阻值应_________________________.
解析 根据题图示电路,利用闭合电路欧姆定律可得:E=I1(R1+RA+r)、E=I2(R2+RA+r);两节干电池的电动势大约为3 V,电流表应选0.6 A量程,在连接电路时,本着先串后并的原则进行.
答案 E=I1(R1+RA+r) E=I2(R2+RA+r)
连线如图 调至最大
五、 考查多用电表的使用及读数
1、 (2011·北京卷,21(1)) 用如上图所示的多用电表测量电阻,要用到选择开关K和两个部件S、T.请根据下列步骤完成电阻测量.
(1)旋动部件________,使指针对准电流的“0”刻线.
(2)将K旋转到电阻挡“×100”的位置.
(3)将插入“+”、“-”插孔的表笔短接,旋动部件______,使指针对准电阻的________(填“0刻线”或“∞刻线”).
(4)将两表笔分别与待测电阻相接,发现指针偏转角度过小.为了得到比较准确的测量结果,请从下列选项中挑出合理的步骤,并按________的顺序进行操作,再完成读数测量.
A.将K旋转到电阻挡“×1 k”的位置
B.将K旋转到电阻挡“×10”的位置
C.将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接
D.将两表笔短接,旋动合适部件,对电表进行校准
解析 机械调零需调节S,电阻调零(欧姆挡调零)需调节调零旋钮T
.指针偏转角度过小说明该电阻是一个大电阻,需换用阻值较大的挡来测量才准确,换挡之后需要重新电阻调零.故正确顺序应为ADC. 答案 (1)S (3)T 0刻线 (4)ADC
2、(多用表测黑箱) (2012·江苏卷,10)如下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.
甲 乙
(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,测量记录如下表.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.
两表笔接的接点
多用电表的示数
a、b
________Ω
a、c
10.0 Ω
b、c
15.0 Ω
解析 (1)多用电表使用前应进行机械调零,机械调零装置为A.(2)使用多用电表进行测量时,为保证电表不被损坏往往要进行试触,即让两表笔进行短暂接触,观察指针偏转情况,若持续接触则有可能损坏电表.(3)黑箱中无电源且每对接点间正反阻值相等,由多用电表读数可知所缺数据为5.0 Ω,由a、b间电阻为5 Ω,a、c间为10 Ω,b、c间为15 Ω知,电路为a、b间5 Ω的电阻与a、c间10 Ω电阻串联而成,电路图如答案图所示.
答案 (1)A (2)短暂 (3)5.0 电路图见下图