高考物理二轮复习课件专题18　电学实验 60页

专题十八电学实验专题十八　电学实验 主干知识整合专题十八│主干知识整合一、电学实验中的测量方法物理量测量方法备注电流利用电流表测量读数＝指示的格数×精度电压利用电压表测量读数＝指示的格数×精度 专题十八│主干知识整合物理量测量方法备注电阻用多用电表测量①读数＝指针指示数×倍率(指针指示在中间表盘中间位置较准)②“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，调整的是欧姆挡的调零旋钮．每变换一次挡位，都要重新进行欧姆调零③内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔 专题十八│主干知识整合物理量测量方法备注电阻用电阻箱替代测量电阻的读数＝各挡位电阻值的累加用伏安法测量Rx＝(U表示电阻两端电压，I表示通过电阻的电流)半偏法测电流表内阻详见教材关于电表改装分组实验半偏法测电压表内阻略 专题十八│主干知识整合物理量测量方法备注电动势和内阻利用闭合电路欧姆定律求解①方程组法：测出几组I、U的数据，建立E＝U＋Ir的方程组，可求出几组E、r值，最后取平均值②图象法：建立U－I图象，从图中得出E、r值 专题十八│主干知识整合二、控制电路的确定方法根据不同的实验要求，为实现实验的安全性、精确性、节能性、方便性等原则，需要设计合理的控制电路．根据滑动变阻器的不同接入方式，可以将控制电路分为分压式和限流式两种方式．1．下列四种情况必须选用分压式接法(1)要求被控制电路的电流(或电压)实现从零开始可连续调节时(如：测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路)，即大范围内测量时，必须采用分压式接法；(2)当被控制电路的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0，必须采用分压式接法； 专题十八│主干知识整合(3)实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时，通常采用分压式接法；(4)若采用限流接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过电表或电器的额定值时，只能采用分压式接法．2．下列情况可选用限流式接法(1)测量电路的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且被控制电路的电阻RL与滑动变阻器的最大值R0接近或RL略小于R0，采用限流式接法；(2)电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法要求时，采用限流式接法；(3)没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法． 专题十八│主干知识整合三、电学仪器的选择电学实验器材和电路选择的总的原则是安全、精确和方便．器材的选择与实验所用的电路密切相关，因此在选择器材前首先要根据实验目的和实验原理设计测量精确、安全可靠、操作方便的实验电路，再根据实验电路的需要选择器材．选择器材和电路时，为了使测量结果精确和保护仪器，应遵循以下原则： 专题十八│主干知识整合1．电表的选择通过估算确定电路中通过电流表的最大电流和电压表两端的最大电压，所选择的电表的量程应大于最大电流和最大电压，以确保电表的安全；通过估算确定电路中通过电流表的最小电流和电压表两端的最小电压，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左右，以减小读数的偶然误差，提高精确度；在满足上述两个条件以后，在不计电表内阻时应选用内阻较小的电流表和内阻较大的电压表，以减小系统误差． 专题十八│主干知识整合2．变阻器的选择所选用的变阻器的额定电流应大于电路中通过变阻器的最大电流，以确保变阻器的安全；为满足实验中电流变化的需要和调节的方便，在分压式接法中，应选用电阻较小而额定电流较大的变阻器，在限流式接法中，应选用电阻与待测电阻比较接近的变阻器．3．电源的选择一般可以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． 要点热点探究专题十八│要点热点探究►　探究点一　测量性实验电学测量性实验的核心工作是电阻的测量，其基本原理是部分电路欧姆定律和闭合电路欧姆定律．具体问题中涉及纯电阻阻值的测量、电表内阻的测量、电源内阻的测量，其方法有伏安法、半偏法、替换法、电桥法等，注意对平常所遇到的每一种方法要认真体会和理解，及时总结、逐步提高． 专题十八│要点热点探究例1在做“用电流表和电压表测电池的电动势E(约3V)和内阻r”的实验时，部分器材参数如下：电压表(量程3V)、电流表(量程0.6A)、保护电阻R0(阻值为3Ω)、滑动变阻器(阻值约30Ω)． 专题十八│要点热点探究(1)某同学设计的电路图如图5－18－1甲所示．当他闭合开关时发现电压表有示数，电流表没有示数．反复检查后发现电路连接完好，估计是某一元件断路，因此他拿来多用电表检查故障．他的操作如下：①断开电源开关S.②将多用表选择开关置于×1Ω挡，调零后，红黑表笔分别接R两端，读数为30Ω.③将多用表选择开关置于×100Ω挡，调零后，将红黑表笔分别接电压表两端，发现指针读数如图乙所示，则所测阻值为________Ω，然后又将两表笔接电流表两端，发现指针位置几乎不变．由以上操作可知，发生断路故障的元件是________． 专题十八│要点热点探究(2)在更换规格相同的完好元件后，他改变滑动变阻器的阻值，测出了6组对应的数据后，想通过描点作图的方法求电动势E与内阻r，如图5－18－2所示，请继续完成图象，根据图象可求得该电源的电动势E＝__________，并可求出电源内阻r＝________.(保留两位有效数字)．【点拨】本题为教材基本实验的考查，侧重于基本实验理论的理解和应用． 专题十八│要点热点探究 专题十八│要点热点探究例1(1)2000电流表(2)2.8～2.9V2.6～2.9Ω【解析】(1)20×100Ω＝2000Ω；“将多用表选择开关置于×1Ω挡，调零后，红黑表笔分别接R两端，读数为30Ω”说明电阻R未发生断路；接在电压表两端，欧姆表的测量值可能为：①电压表与电流表、R并联后的阻值(电路未发生断路)；②电压表的阻值(电流表发生断路)；③电流表、R串联后的阻值(电压表断路)．同理，表笔接在电流表两端时，欧姆表的测量值可能为：①电流表与电压表、R并联后的阻值(电路未发生断路)；②电压表、R串联后的阻值(电流表断路)；③电流表的阻值(电压表断路)．由于电压表的内阻远大于电流表的阻值，只有电流表断路时，表笔接电压表两端，测量值为电压表的阻值； 专题十八│要点热点探究表笔接在电流表两端，测量值为电压表、R串联后的阻值，电压表内约为2kΩ，符合题意．因此断路的元件为电流表．(2)舍去严重偏离其他值的点，连线，根据图象解析式U＝E－Ir易得电源电动势为E＝2.8V，内阻为r＝2.7Ω.【点评】本题为综合性实验题，通过一个题有机组合了多用表的使用、电路故障分析、电源电动势和内阻的测量等多个考点．图象法是处理实验数据的基本方法，注意通过其解析式准确理解图象的含义． 专题十八│要点热点探究[2010·海南卷]图5－18－3为测量电压表V内阻r的电路原理图．图中两个固定电阻的阻值均为R，S1、S2是开关，E是电源(内阻可忽略)．变式题 专题十八│要点热点探究(1)按电路原理图将图乙中的实物图连线； 专题十八│要点热点探究(2)开关S1保持断开，合上开关S2，此时电压表的读数为U1；再合上开关S1，电压表的读数变为U2.电压表内阻r＝________(用U1、U2和R表示)．例1变式题(1)如图所示 专题十八│要点热点探究【高考命题者说】本题考查考生的基本实验能力．第(1)问要求考生连接电路是电学实验的基本要求；第(2)问要求考生熟练运用闭合电路欧姆定律，由S1的断开与闭合找到各物理量之间的关系，然后解方程组将电压表内阻r用U1、U2和R来表示．根据实验原理图，当S1断开和闭合时的电路图分别如下： 专题十八│要点热点探究本题抽样统计难度为0.496，区分度为0.441.有26%的考生得0分，67%的考生得4分，3%的考生得满分．(引自教育部考试中心2011课程标准实验《高考理科试题分析》第207～208页) 专题十八│要点热点探究►　探究点二　验证性实验电学实验中涉及的验证性实验一般是以电压、电流等电学参量的直接测量为基础来达到相应的验证目的． 专题十八│要点热点探究例2发光二极管是目前很多用电器的指示灯的电子元件，在电路中的符号是　　　　　只有电流从标有“＋”号的一端流入，从标有“－”号的一端流出时，它才能发光，这时可将它视为一个纯电阻．现有某厂家提供的某种型号的发光二极管的伏安特性曲线如图5－18－5所示． 专题十八│要点热点探究(1)已知该型号发光二极管的正常工作电压为2.0V．若用电动势为12V、内阻可以忽略不计的直流电源供电，为使该二极管正常工作，需要在电源和二极管之间串联一只阻值为________Ω的定值电阻．(2)已知该型号的发光二极管允许通过的最大电流为56mA，请用实验证明这种元件的伏安特性曲线与厂家提供的数据是否一致．可选用的器材有：待测发光二极管；直流电源E(电动势4.5V，内阻可以忽略不计)；滑动变阻器R(最大阻值为20Ω)；电压表V1(量程10V，内阻约50kΩ)；电压表V2(量程5V，内阻约20kΩ)；电流表A1(量程100mA，内阻约50Ω)；电流表A2(量程60mA，内阻约100Ω)；开关S、导线若干． 专题十八│要点热点探究为准确、方便地进行检测，电压表应选用__________，电流表应选用__________．(填字母符号)(3)画出利用(2)中器材设计的实验电路图．【点拨】(1)根据题中所给图象可以得到什么信息？(2)电流表、电压表的选取原则是什么？ 专题十八│要点热点探究例2(1)500(2)V2A2(3)如图所示 专题十八│要点热点探究【解析】电源电动势为12V，二极管的正常工作电压为2V，由二极管的伏安特性曲线可知其正常工作电流为20mA，可以求出串联的电阻分压为10V，电阻为500Ω.根据电表量程和工作电压电流可以选择V2、A2.描绘伏安特性曲线要求电压从零开始调节，故采用滑动变阻器分压式接法，根据电表内阻和二极管电阻的关系可知，应采用电流表外接法，如图所示．【点评】本题实质属于电阻测量问题，在本题中关于电流表的内外接法问题、滑动变阻器的分压限流问题与测电阻遵从的方法相同． 专题十八│要点热点探究►　探究点三　探究性实验探究性实验也是以电压、电流等电学参量的直接测量为基础来完成探究工作的． 专题十八│要点热点探究例3[2011·浙江卷]在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”实验中，为了探究3根材料未知、横截面积均为S＝0.20mm2的金属丝a、b、c的电阻率，采用如图5－18－6所示的实验电路．M为金属丝c的左端点，O为金属丝a的右端点，P是金属丝上可移动的接触点．在实验过程中，电流表读数始终为I＝1.25A，电压表读数U随OP间距离x的变化如下表： 专题十八│要点热点探究(1)绘出电压表读数U随OP间距离x变化的图线；(2)求出金属丝的电阻率ρ，并进行比较．【点拨】(1)根据测量数据描点，根据点迹分布确定图线的性质．(2)电流表的示数保持不变的的作用如何？(3)看清图象的性质． 专题十八│要点热点探究例3(1)如图所示 专题十八│要点热点探究(2)ρa＝1.04×10－6Ω·m，ρb＝9.6×10－8Ω·m，ρc＝1.04×10－6Ω·m，电阻率的允许范围：ρa：0.96×10－6Ω·m～1.10×10－6Ω·mρb：8.5×10－8Ω·m～1.10×10－7Ω·mρc：0.96×10－6Ω·m～1.10×10－6Ω·m金属丝a与c电阻率相同，远大于金属丝b的电阻率．【解析】先描点，观察点的分布情况，然后由题意知，有三根不同的金属丝，所以图象应该画三段折线，如图所示．根据电阻定义R＝　和电阻定律R＝　　可得：U＝　　，结合图象可得，金属丝a的电阻率ρa＝ 专题十八│要点热点探究Ω·m≈1.04×10－6Ω·m；金属丝b的电阻率ρb＝Ω·m≈9.6×10－8Ω·m；金属丝c的电阻率ρc＝Ω·m≈1.04×10－6Ω·m，通过计算可知，金属丝a与c电阻率相同，远大于金属丝b的电阻率． 专题十八│要点热点探究【点评】本实验为探究性实验，其实质仍然是测量电阻，根据测量数据来发现需要探究的规律，对本实验的分析要注意以下两点：第一，通过电路图可以看到本实验的基本原理是伏安法测电阻；第二，电流表示数保持不变的作用主要表现在两个方面①避免多次读数引起误差；②可以通过电压的变化直接得到电阻的变化，这一点要认真领会． 专题十八│要点热点探究►　探究点四　实验的创新与设计实验的创新与设计是高考对实验考查的一项核心能力．对创新能力的培养应注意以下三点：其一，平时要加强对实验思想方法(如模拟法、转换法、放大法、比较法、替代法等)的归纳，这样，在全新的实验情景下，才能设计合理的实验方案；其二，克服思维定势影响，加强对已掌握的实验原理的理解和仪器的正确使用方法的训练，这样才能在新情境下进行迁移利用；最后，要树立创新意识，对教材中的基本实验要想方设法从其他途径去实现．通常实验设计的基本思路如下： 专题十八│要点热点探究例4某同学利用电流、电压传感器描绘小灯泡安特性曲线，采用了如图5－18－7甲所示的电路．实验中得出了如下一组数据： 专题十八│要点热点探究电流(A)0.000.100.200.300.360.390.410.43电压(V)0.000.200.501.001.502.002.503.00 专题十八│要点热点探究(1)图甲中矩形框1中应接________，矩形框2中应接________，矩形框3中应接________；(均选填“电流传感器”、“电压传感器”或“小灯泡”) 专题十八│要点热点探究(2)在图乙中画出小灯泡的U－I图线；(3)把与本题中相同的两个灯泡接到如图丙所示的电路中，若电源电动势E＝4.5V，内阻不计，定值电阻R＝10Ω，此时每个灯泡的实际功率是________W．(结果保留两位有效数字)【点拨】(1)电流传感器作用与电流表相同，电压传感器作用与电压表相同，据此易知三个矩形框中各应接什么元件；(2)注意小灯泡U－I图象是否为直线；(3)注意与常见“工作点”的处理方法的区别． 专题十八│要点热点探究例4(1)电压传感器　小灯泡　电流传感器(2)如图所示(3)0.20～0.26 专题十八│要点热点探究【解析】(1)由测量小灯泡功率曲线的电路图可知，虚线框1、2、3中的原件分别为电压传感器、小灯泡和电流传感器．(2)描点作图可得图线如图中曲线所示．(3)电路丙中两灯泡的电流相同，两灯泡接入电路时，由闭合电路欧姆定律可知，E＝U＋IR，U为两灯泡两端的电压，每个小灯泡两端的电压U1＝　　　　　　作出该图线，如图中直线所示，与小灯泡U－I图象交点的横、纵坐标的乘积即为此时小灯泡的实际功率． 专题十八│要点热点探究[实验理论提炼：如果一个电源和一个小灯泡(或其他阻值非线性的用电器)串联构成一个回路，然后根据实验数据在同一张坐标纸上同时画出该电源的U－I图象和小灯泡的伏安特性曲线，则两个图线的交点所对应的横、纵坐标值的乘积即为该电源的输出功率，也是小灯泡此时的实际功率，此交点我们通常称之为“工作点”，这是处理涉及含有阻值非线性变化用电器的实验题目常用方法] 专题十八│要点热点探究【点评】本题创新之处主要表现在第(3)问上，电路中串联两个小灯泡，让求其中一个灯泡的功率，脱离了常见“工作点”这一考点设置，对学生灵活处理问题的能力要求较高．对此问题的处理主要有两个基本思路：其一，用解析法和图象法相结合的方法，其核心工作是找到一个小灯泡实际的电压、电流；其二，本题也可以采取等效的思想来处理，即把丙电路视为两个这样的电路串联而成：该电路为电动势为2.25V、内阻为5Ω的电源和一个灯泡的构成回路，我们很容易在小灯泡U－I图象上画出该等效电源的U－I图线，跟后根据常用“工作点”的手法求解．当然，仔细推敲，两个思路的实质是一样的． 附录1常用数学工具附录1常用数学工具 附录1│常用数学工具中学物理《考试大纲》中对学生应用数学工具解决物理问题的能力做出了明确要求，要求考生有“应用数学处理物理问题的能力”，实际上任何物理问题的求解过程都是一个将物理问题转化为数学问题、经过求解后还原为物理结论的过程．下面是高中物理常用数学工具列表，供考生参考. 附录1│常用数学工具数学方法数学工具极限法1.三角函数求极值：y(θ)＝cosθ＋μsinθ，ymax＝2.二次函数求极值：y＝ax2＋bx＋c，ym＝(a＞0时，有ymin；a＜0时，有ymax)3.均值不等式：a＋b≥2(a＞0)，b＞0，a＋b＋c≥(a＞0，b＞0，c＞0)4.均值不等式推论：对于两个大于零的变量x1、x2，若其和x1＋x2为一定值c，则当x1＝x2时，其积x1x2取最大值ymax＝　　当x1、x2的数值相差得越大时，其积x1x2越小 附录1│常用数学工具数学方法数学工具几何法1.对称点的性质、镜像对称2.两点间的直线距离最短3.正弦定理：　　　　　　　余弦定理：a2＝b2＋c2－2bccosα4.全等、相似三角形的特征5.圆轨道及圆的相关性质、圆方程 附录1│常用数学工具数学方法数学工具图象法1.直线型图象：y＝kx＋b2.正(余)弦曲线形图象3.抛物线形图象4.描述一个物理量随另一个物理量变化的曲线等，如闭合电路中各物理量间关系5.分段函数图象 附录1│常用数学工具数学方法数学工具数列法1.等差数列：其和Sn＝d(d为公差)2.等比数列：Sn＝(a1为首项，q为公比，当q＜1时，qn→0)微元法无穷小等分，往往对其中的一个微元作处理数学归纳对于一个复杂的过程由特殊到一般，归纳成某一通式，求解 附录1│常用数学工具数学方法数学工具三角变换sin2θ＋cos2θ＝1，sin2θ＝2sinθcosθ，cos2θ＝2cos2θ－1＝1－2sin2θ＝cos2θ－sin2θ方程法直线方程，一元二次方程的判别式，椭圆方程，二次函数，圆方程等差比与和比 附录2高考命题图谱附录2高考命题图谱 附录2│高考命题图谱虽然《高考大纲》对高中物理明确了众多考点，但每一年高考试题都不可能涉及所有考点，而且由于受命题重点和热点基本不变的影响，近年高考物理试题的整体特征是“稳中出新”．通过系统研究高考试题，可以对高考命题的题型、题量、重点、热点有一个整体把握，对实现二轮备考的针对性、实效性大有帮助．下面是以2011年高考全国Ⅰ卷、全国Ⅱ卷、重庆卷、四川卷为例进行横向比较研究而凸显出的命题图谱，希望对考生备考有所启示． 附录2│高考命题图谱题型命题范围命题热点2011年高考命题情况全国Ⅱ重庆四川选择题热学布朗运动、热力学定律、理想气体(压强)141514光学几何光学传播规律、干涉、衍射、光电效应161815 附录2│高考命题图谱题型命题范围命题热点2011年高考命题情况全国Ⅱ重庆四川选择题原子物理玻尔理论、能级跃迁、四种核反应、核能、质能方程181618机械波简谐运动、振动图象、机械波产生与传播规律、波的图象211716 附录2│高考命题图谱题型命题范围命题热点2011年高考命题情况全国Ⅱ重庆四川选择题电场、电流电场性质、电场强度、电场力做功、电势差、电势能、电功、电功率、电路分析1719、20电场、电流力学(直线运动)匀变速直线运动、牛顿运动定律、动量守恒、能量守恒201419、21 附录2│高考命题图谱题型命题范围命题热点2011年高考命题情况全国Ⅱ重庆四川选择题力学(曲线运动)运动的合成与分解、平抛运动、圆周运动、天体运动192117能力要求①选择题考查内容主要是基础知识、基本技能，应从题目涉及的基础知识去分析，提高准确度．②答题方法可首选排除法，也可采取极限法、图象法、假设法、特殊值法等．③物理选择题为不定项选择，但一般情况下8道物理选择题中只有2～3个是多选题，所以对于那些不能确定的选项我们应立足于不选，也不要为此过多犹豫和遗憾而耽误时间． 附录2│高考命题图谱题型命题范围命题热点2011年高考命题情况全国Ⅱ重庆四川实验题非电学实验匀变速直线运动、平抛运动、单摆运动、圆周运动、碰撞中动量守恒、双缝干涉测光的波长、油膜法估测油酸分子的大小2222(2)22(1)电学实验电阻测量、故障检测、电动势和内阻的测量、多用电表的使用2322(1)22(2) 附录2│高考命题图谱能力要求①熟悉各种实验类型及相关理论指导(详见本书第五单元)．②注重课本实验的迁移，更要注意区别．题型命题范围命题热点2011年高考命题情况全国Ⅱ重庆四川计算题力学直线运动或天体问题、功率23力学力学综合题2624电学电场、电流、电磁感应242324电学磁场或复合场问题252525 附录2│高考命题图谱能力要求①认真审题．②掌握各类典型计算题的答题策略(详见本书各对应专题).