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  • 2021-05-22 发布

2020版高考物理大二轮复习专题七物理实验第二讲电学实验教学案

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高考物理 第二讲 电学实验 ‎[答案] (1)以下三种情况必须采用分压接法:‎ ‎①要使待测元件的电压(或电流)从零(或很小值)开始连续调节,必须采用分压接法;‎ ‎②如果实验所提供的电压表、电流表或电阻元件允许的最大电流(或电压)较小,采用限流接法时,实际电流(或电压)都会超过允许的最大电流(或电压),为了保护电表或电阻元件免受损坏,必须采用分压接法;‎ ‎③若所用的滑动变阻器阻值远小于待测电阻阻值,采用限流式接法时电表示数变化不大,必须采用分压接法.‎ ‎(2)伏安法、安安法、伏伏法、半偏法、等效替代法.‎ ‎(3)测电源电动势和内阻方法拓展 实验方案 伏阻法 安阻法 实验原理 E=U+r E=IR+Ir 实验电路 33‎ 高考物理 数据处理 计算法 由 解得E、r 由 解得E、r 数据处理 图像法 原理:=·‎ + 原理:=·R+ 原理:R=E·-r 误差来源 电压表的分流 E测r真 ‎(4)多用电表欧姆挡使用步骤及方法 33‎ 高考物理 热点考向一 基本仪器的使用和读数 ‎【典例】 (2019·江西临川模拟)(1)用如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________(选填“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 ‎(2)如图所示为多用电表的表盘,测电阻时,若用的是“×100”挡,则图示的电阻值为________Ω;测直流电流时,用的是0~100 mA的量程,此时图示的电流值为________mA;测直流电压时,用的是0~50 V量程,此时图示的电压值为________V.‎ 33‎ 高考物理 ‎[思路引领] 欧姆表测量前先机械调零,再欧姆调零.电流表、电压表读数要注意最小分度值.‎ ‎[解析] (1)①机械调零应旋动S,使指针对准电流的“0”刻线.③欧姆调零应旋动T,使表笔短接时指针对准电阻的“0”刻线.④指针偏转角度小,说明待测电阻大,所选倍率偏小,应改选更大的倍率,选好新的倍率后,需对多用电表重新进行欧姆调零,然后再测电阻,所以应按ADC顺序操作.‎ ‎(2)欧姆表读数=刻度盘读数×倍率=17.0×100 Ω=1700 Ω;选用量程为0~100 mA的电流挡时,读数可选取中间第二排刻度,由图可知,此时的电流值为47 mA;选用量程为0~50 V的电压挡,读数选取中间第二排刻度,由图可知,此时的电压值为23.5 V.‎ ‎[答案] (1)①S ③T 0刻线 ④ADC (2)1700 47 23.5‎ ‎1.电流表、电压表、欧姆表的对比 33‎ 高考物理 ‎2.多用电表的使用方法 ‎(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 Ω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.‎ 迁移一 电流表及电压表的读数 ‎1.电流表量程一般有两种:0~0.6 A,0~3 A;电压表量程一般有两种:0~3 V,0~15 V,如图甲所示.‎ 33‎ 高考物理 ‎(1)接0~3 V量程时读数为________V.‎ ‎(2)接0~15 V量程时读数为________V.‎ ‎(3)接0~3 A量程时读数为________A.‎ ‎(4)接0~0.6 A量程时读数为________A.‎ ‎[答案] (1)1.90 (2)9.5 (3)0.80 (4)0.16‎ 迁移二 多用电表的读数问题 ‎2.如图所示为多用电表的刻度盘.若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻时,表针如图所示,则:‎ ‎(1)所测电阻的阻值为________Ω;如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104 Ω的电阻,为了使测量结果比较精确,应选用的欧姆挡是________(选填“×10”、“×100”或“×1 k”).‎ ‎(2)用此多用电表进行测量,当选用量程为50 mA的电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为________________________________________________________________________mA;当选用量程为250 mA的电流挡测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为________mA.‎ ‎(3)当选用量程为10 V的电压挡测量电压时,表针也指于图示位置,则所测电压为________V.‎ ‎[解析] (1)欧姆表读数:对应最上一行刻度值为15,倍率为“×100”,读数为1.5×103 Ω;测2.0×104 Ω电阻时应选“×1 k”的欧姆挡.(2)选50 mA直流电流挡,则每一大格表示10 mA,每一小格表示1 mA,测量的精确度为1 mA,应估读到0.1‎ 33‎ 高考物理 ‎ mA(此时为1/10估读),指针对应的读数为30.7 mA;选择量程为250 mA的电流挡,则每一大格表示50 mA,每一小格表示5 mA,测量的精确度为5 mA,应估读到1 mA(此时为1/5估读),指针对应的读数为153 mA.(3)选择10 V电压挡,则每一大格表示2 V,每一小格表示0.2 V,测量的精确度为0.2 V,应估读到0.1 V(此时应为1/2估读),指针对应的读数为6.1 V.‎ ‎[答案] (1)1.5×103 ×1 k (2)30.7(30.5~30.9都正确) 153(152~154都正确) (3)6.1‎ 多用电表欧姆挡的表盘的刻度不均匀,指针在“0 Ω”附近和“∞”附近误差很大,指针在表盘中央附近误差最小,所以测量时一定要选择合适的倍率,尽可能使指针指到表盘中央附近. ‎ 热点考向二 以测电阻为核心的实验 ‎【典例】 (2019·江苏卷)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)螺旋测微器如下图甲所示.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.‎ ‎(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.‎ ‎(3)乙图中Rx为待测电阻丝.请用笔画线代替导线,将滑动变阻器接入丙图实物电路中的正确位置.‎ 33‎ 高考物理 ‎(4)为测量Rx,利用乙图所示的电路,调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值,作出的U1-I1关系图像如下图丁所示.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:‎ U2/V ‎0.50‎ ‎1.02‎ ‎1.54‎ ‎2.05‎ ‎2.55‎ I2/mA ‎20.0‎ ‎40.0‎ ‎60.0‎ ‎80.0‎ ‎100.0‎ 请根据表中的数据,在方格纸上作出U2-I2图像.‎ ‎(5)由此,可求得电阻丝的Rx=________Ω.根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率.‎ ‎[思路引领] 可根据U-I图像的斜率分别求出R0+Rx+RA和R0+RA.‎ ‎[解析] (1)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.(2)电阻丝电阻R=ρ,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.(4)把U2和I2的数据在方格纸中描点连线,如答图2所示.(5)结合题图丁中图线的斜率可知R0+Rx+RA=49.0 Ω,R0+RA=25.5 Ω,解得Rx=23.5 Ω.‎ ‎[答案] (1)C 33‎ 高考物理 ‎ (2)不同 (3)如图1所示 (4)如图2所示 (5)23.5(23.0~24.0都算对)‎ 常见测电阻的三种方法 ‎1.伏安法测电阻 用电压表和电流表测出待测电阻Rx的电压U和电流I.‎ ‎(1)多测几组U、I值,利用Rx=求出Rx的平均值.‎ ‎(2)描绘出U-I图像,利用图线的斜率求出Rx.‎ ‎2.等效替代法测电阻 实验电路如图所示.‎ 电阻R2保持不变,把待测电阻R和电阻箱R1分别接入电路,如果两次电路中的电流相同,则可以认为待测电阻的阻值R等于此时电阻箱的电阻R1,即R=R1.‎ ‎3.半偏法测电阻 ‎(1)用半偏法测电流表内阻,如图所示,电阻箱应和电流表并联,然后与滑动变阻器串联,R测R真.‎ 迁移一 半偏法测电流表内阻 ‎1.某同学要把一个量程为200 μA的直流电流计G改装为量程为4 V的直流电压表.‎ ‎(1)他按如图所示的电路,用半偏法测定电流计G的内电阻rg,其中电阻R0约为1 kΩ.为使rg的测量值尽量准确,在以下器材中,电源E应选用________,电阻R1应选用________,电阻R2应选用________(选填器材前的字母).‎ A.电源(电动势1.5 V)‎ B.电源(电动势6 V)‎ C.电阻箱(0~999.9 Ω)‎ D.滑动变阻器(0~500 Ω)‎ E.电位器(一种可变电阻,与滑动变阻器相当)(0~5.1 kΩ)‎ 33‎ 高考物理 F.电位器(0~51 kΩ)‎ ‎(2)该同学在开关断开的情况下,检查电路连接无误后,将R2的阻值调至最大.后续的实验操作步骤依次是________,________,________,________,最后记录R1的阻值并整理好器材.(请按合理的实验顺序,选填下列步骤前的字母)‎ a.闭合S1‎ b.闭合S2‎ c.调节R2的阻值,使电流计指针偏转到满刻度 d.调节R2的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半 e.调节R1的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半 f.调节R1的阻值,使电流计指针偏转到满刻度 ‎(3)如果所得的R1的阻值为300.0 Ω,则图中被测电流计G的内阻rg的测量值为________Ω,该测量值________实际值(填“略大于”“略小于”或“等于”).‎ ‎(4)给电流计G________联(填“串”或“并”)一个阻值为________kΩ的电阻,就可以将该电流计G改装为量程为4 V的电压表.‎ ‎[解析] (1)利用半偏法测量电流计的内阻时,所选滑动变阻器的阻值必须大于电路所需的最小电阻值,根据电源的路端电压近似等于电源电动势,电路中的最大电流为电流计的满偏电流,则最小电阻值为 Ω=30 kΩ或 Ω=7.5 kΩ,考虑到保护电路电阻R0=1 kΩ,则可知调节滑动变阻器使电流计满偏时滑动变阻器的阻值分别接近29 kΩ或6.5 kΩ,所以电路图中的滑动变阻器R2不能选择D和E,只能选择F.电流计满偏时,滑动变阻器的阻值越大,实验的误差越小,所以电源应选择电动势为6 V的B,而且电位器F的阻值也满足调节所需.R1是用来测量电流计内阻的电阻箱,只能选C.‎ ‎(2)实验步骤为:第一步,闭合S2(b);第二步,调节R2的阻值,使电流计满偏(c);第三步,闭合S1(a);第四步,调节R1的阻值,使电流计半偏(e);第五步,读出R1的示数.‎ ‎(3)R1的示数即待测电流计的内阻,为300.0 Ω.闭合S1后,电路中的总电阻减小,当电流计半偏时,干路电流大于电流计的满偏电流,流过电阻箱的电流大于流过电流计的电流,所以电阻箱的阻值略小于被测电流计的内阻.‎ ‎(4)给电流计串联一个电阻可以改装成电压表,可得改装后电压表的内阻为RV==‎ 33‎ 高考物理 eq f(4,0.2×10-3) Ω=20 kΩ,则串联电阻的大小为20 kΩ-0.3 kΩ=19.7 kΩ.‎ ‎[答案] (1)B C F (2)b c a e (3)300.0 略小于 (4)串 19.7‎ 迁移二 等效法测电阻 ‎2.某同学想用如图甲所示的实验电路,测量未知电阻Rx的阻值、电流表A的内阻和电源(内阻忽略不计)的电动势,实验过程中电流表的读数始终符合实验要求.‎ ‎(1)为了测量未知电阻Rx的阻值,他在闭合开关之前应该将两个电阻箱的阻值调至________(填“最大”或“最小”),然后闭合开关K1,将开关K2拨至1位置,调节R2使电流表A有明显读数I0;接着将开关K2拨至2位置.保持R2不变,调节R1,当调节R1=34.2 Ω时,电流表A读数仍为I0,则该未知电阻的阻值Rx=________Ω.‎ ‎(2)为了测量电流表A的内阻RA和电源(内阻忽略不计)的电动势E,他将R1的阻值调到1.5 Ω,R2调到最大,将开关K2调至2位置,闭合开关K1;然后多次调节R2,并在表格中记录下了各次R2的阻值和对应电流表A的读数I;最后根据记录的数据,他画出了如图乙所示的图像;利用图像中的数据可求得,电流表A的内阻RA=________________________________________________________________________Ω,电源(内阻忽略不计)的电动势E=________V.‎ ‎[解析] (1)为了保证电路中用电器的安全,在闭合开关之前应该将两个电阻箱的阻值调至最大,使电路中的电流较小,不会烧坏电流表;由于两次操作电路中电流相等,说明两次操作电路中的总电阻也相等,故Rx=34.2 Ω.‎ ‎(2)根据闭合电路欧姆定律可知E=I(R2+RA+R1),解得=+,结合-R2图像的斜率和截距可得E=4 V,RA=0.5 Ω.‎ ‎[答案] (1)最大 34.2 (2)0.5 4‎ 迁移三 电桥法测电阻 33‎ 高考物理 ‎3.(2019·黑龙江三市调研)(1)如图甲所示为某同学在实验室设计的一电路图,其中R1、R2、R3为定值电阻,R4为一电阻箱,G是一灵敏电流表(零刻度在表盘的中央).闭合开关,当R4调节到某一值时,发现灵敏电流表的示数为零.则此时关于四个电阻阻值的关系正确的是________.‎ A.R1+R3=R2+R4‎ B.R1+R4=R2+R3‎ C.R1R4=R2R3‎ D.R1R3=R2R4‎ ‎(2)受上述实验的启发,这位同学又设计了一测量未知电阻阻值的实验.实验所需器材是:待测电阻R待测、一直流电源(电动势E=3 V)、电阻箱R(阻值范围是0~999.9 Ω)、一小白炽灯泡(耐压值较高,可用来作指示灯)、一均匀但长度未知的直电阻丝AB(电阻丝上有一个带有绝缘柄的小金属线夹,线夹和电阻丝接触良好,且线夹可在电阻丝上自由滑动)、比电阻丝稍长的毫米刻度尺一把、开关一个、导线若干.‎ a.根据题意,请用线段代替导线把图乙中电路连接完整.‎ b.把线夹夹在电阻丝离A端较近的位置上,闭合开关S,调整电阻箱,使得小灯泡不亮,记录电阻箱此时的阻值R1,用刻度尺测量此时A到线夹的距离x1.‎ c.把线夹向右移动,重复上述步骤,分别测量并记录多组R、x数据(不少于六组).‎ d.把测得的数据在平面直角坐标系中描绘出来,为了较直观地体现出变量之间的关系,要作出一线性图像,如果图像的纵坐标是电阻箱接入电路的电阻R 33‎ 高考物理 ‎,则横坐标应该是________.‎ e.根据上一步骤,作出的图像在纵轴上的截距的绝对值为R0,图像的斜率为k,则可求得R待测=________;电阻丝的总长度L=________.‎ f.下列措施能进一步提高上述实验准确性的是________.‎ A.电阻箱应改换成阻值较大的滑动变阻器 B.小白炽灯泡应改换成指针式毫伏表 C.直接用欧姆表来测量待测电阻会更准确、快捷 D.用刻度尺测长度时,要多次测量求平均值 ‎[解析] (1)由题知灵敏电流表示数为零,则φM=φN,故UR1=UR3,流过R1、R3的电流分别用I1、I3表示,由欧姆定律有I1=、I3=,又I1(R1+R2)=I3(R3+R4),联立得R1R4=R2R3,选项C正确.‎ ‎(2)a.连接电路如图所示.‎ d、e.设电阻丝单位长度阻值为r,则左边电阻丝阻值为xr,右边电阻丝的阻值为(L-x)r,由电桥平衡特点得xr·R=(L-x)rR待测,整理得R=R待测L-R待测,为保证图像是线性的,若纵坐标是R,则横坐标应该是,因为作出的图像在纵轴上的截距的绝对值为R0,可知R待测=R0,L==.‎ f.滑动变阻器接入电路的阻值读不出来,故A项错误;电桥是否平衡,通过小灯泡是否发光来判断,如果不发光就说明电路已经达到平衡,小灯泡的发光效果与通过的电流有关系,电流越小,发光越弱,但有微弱电流时,可能人眼看不到小灯泡发光,改换成指针式毫伏表,能更直观判断电桥是否平衡,故B项正确;用欧姆表来测量电阻,因刻度不均匀使读数误差太大,所以精确测量电阻时,不能用欧姆表,故C项错误;用刻度尺测长度时,多次测量求平均值,可以减少偶然误差,故D项正确.‎ 33‎ 高考物理 ‎[答案] (1)C (2)a.见解析图 d. e.R0  f.BD 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.‎ 根据欧姆定律有:=,=,由以上两式解得:R1Rx=R2R3,这就是电桥平衡的条件,由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值. ‎ 热点考向三 以测电源电动势和内阻为核心的实验 ‎【典例】 (2018·江苏卷)一同学测量某干电池的电动势和内阻.‎ ‎(1)如图1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.‎ 33‎ 高考物理 ‎(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:‎ R/Ω ‎8.0‎ ‎7.0‎ ‎6.0‎ ‎5.0‎ ‎4.0‎ I/A ‎0.15‎ ‎0.17‎ ‎0.19‎ ‎0.22‎ ‎0.26‎ /A-1‎ ‎6.7‎ ‎6.0‎ ‎5.3‎ ‎4.5‎ ‎3.8‎ 根据表中数据,在方格纸上作出R-关系图像.由图像可计算出该干电池的电动势为________V;内阻为________Ω.‎ ‎(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100 mV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0.33 A时,电压表的指针位置如图2所示,则该干电池的电动势应为________________________________________________________________________V;内阻应为________Ω.‎ ‎[思路引领] (1)利用闭合电路欧姆定律E=I(R+r)变化成R=E-r,结合R-图像分析是解题关键.(2)考虑到电流表内阻,利用闭合电路欧姆定律得E=I(R+r+RA),则R=E-(r+RA).‎ ‎[解析] (1)在连接电路前,首先要断开开关,电路中串联的电阻箱阻值要调节到最大,所以操作中存在的不足之处是:①开关未断开;②‎ 33‎ 高考物理 电阻箱阻值为零.(2)根据测量得到的数据,利用描点法先在坐标图中画出数据点,然后用直尺过尽可能多的点画出倾斜的直线,如图所示.对题图1,利用闭合电路欧姆定律,可得E=I(R+r),变化成R=E·-r,对照作出的R-图像,可知R-图像的斜率等于电池的电动势,可得E=1.4 V;R-图像在纵轴的截距的绝对值等于电池的内阻,可得r=1.2 Ω.(3)根据电压表的读数规则,题图2中电压表读数U=66 mV,由题述知I=0.33 A,根据欧姆定律可得电流表内阻RA==0.2 Ω.对题图1,考虑到电流表内阻,利用闭合电路欧姆定律,可得E=I(R+r+RA),变化成R=E·-(r+RA),对照作出的R-图像,可知R-图像的斜率等于电池的电动势,可得E=1.4 V;R-图像在纵轴的截距的绝对值等于电池的内阻与电流表内阻之和,可得电池的内阻为1.0 Ω.‎ ‎[答案] (1)①开关未断开;②电阻箱阻值为零.(2)如图所示 1.4(1.30~1.44都算对) 1.2(1.0~1.4都算对) (3)1.4(结果与(2)问第一个空格一致) 1.0(结果比(2)问第二个空格小0.2)‎ 测量电源电动势和内阻的三个常用方案 方案 伏安法 伏阻法 安阻法 原理 E=U+Ir E=U+r E=IR+Ir 电路图 33‎ 高考物理 关系式 U=E-Ir =+ =+ 图像 纵轴截距:E 斜率大小:r 纵轴截距: 斜率: 纵轴截距: 斜率: 误差 分析 E测r真 E测r真 迁移一 利用伏安法测定电源电动势和内阻 ‎1.(2019·哈尔滨三中模拟)某实验小组正在测定一节新型电池的电动势(约为3 V)和内阻,现要选取一个定值电阻R0当作保护电阻.‎ ‎(1)首先为了准确测量定值电阻R0的阻值,在操作台上准备了如下实验器材:‎ A.电压表V(量程为0~3 V,电阻约为4 kΩ)‎ B.电流表A1(量程为0~1 A,内阻约为0.5 Ω)‎ C.电流表A2(量程为0~3 A,内阻约为0.5 Ω)‎ D.定值电阻R0(阻值约为3 Ω)‎ E.滑动变阻器R(0~10 Ω)‎ F.开关S一个,导线若干 上述器材中,在测量R0阻值时应选择________(填器材前面的序号)为电流表,其实验电路图应选图甲中的________________________________________________________________________(填图号),经测量定值电阻R0的阻值为2.8 Ω.‎ 33‎ 高考物理 ‎(2)之后为了测量该新型电池的电动势和内阻,设计了如下实验,完成图乙中实验器材的连接.‎ ‎(3)根据实验记录的数据作出U-I图线如图丙所示,根据图丙可以求出待测新型电池的内阻为________Ω,电池电动势为________V.(保留两位有效数字)‎ ‎[解析] (1)新型电池的电动势约为3 V,定值电阻R0的阻值约为3 Ω,则通过定值电阻R0的最大电流约为1 A,故在测量R0的阻值时应选择电流表A1;由于电压表内阻远大于R0的阻值,故电流表采用外接的方法,即图(a)所示.‎ ‎(2)如图所示.‎ ‎(3)由电路图可得U=E-I(R0+r),则在U-I图线中,图线斜率的绝对值表示定值电阻和电源内阻之和,即R0+r==3.75 Ω,所以电源的内阻r=0.95 Ω,由图像可知,I=0.1 A时,有U=2.5 V,代入U=E-I(R0+r)得到E=2.9 V.‎ ‎[答案] (1)B (a) (2)见解析图 (3)0.95 2.9‎ 迁移二 利用电压表和电阻箱测定电源电动势和内阻 ‎2.某学习小组要测量一电池的电动势和内阻(小于30 Ω),实验室提供的器材有:一个满偏电压为3 V、内阻为3 kΩ的电压表V1,两个电阻箱(0~9999.9 Ω),一个开关和若干导线.‎ 33‎ 高考物理 ‎(1)由于电压表V1量程偏小,首先需将电压表改装成量程为9 V的电压表V2,则电压表V1应与电阻箱________(填“并联”或“串联”),并将该电阻箱阻值调为__________________.‎ ‎(2)接着用改装的电压表V2对电池的电动势及内阻进行测量,实验电路如图1所示,改变电阻箱R的阻值并记录相应的电压表V2示数U,进行相关计算后将数据一并记录在下表中.‎ 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ R(Ω)‎ ‎20.0‎ ‎40.0‎ ‎60.0‎ ‎80.0‎ ‎100.0‎ ‎120.0‎ U(V)‎ ‎4.18‎ ‎5.71‎ ‎6.44‎ ‎6.90‎ ‎7.04‎ ‎8.00‎ (V-1)‎ ‎0.239‎ ‎0.175‎ ‎0.155‎ ‎0.145‎ ‎0.142‎ ‎0.125‎ (Ω-1)‎ ‎0.050‎ ‎0.025‎ ‎0.017‎ ‎0.013‎ ‎0.010‎ ‎0.008‎ ‎①根据表中数据,图2中已描绘出四个点,请将第3、4两组数据也描绘在图2中,并作出-图线;‎ ‎②根据图线可得电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω.(结果保留三位有效数字)‎ ‎[解析] 电压表扩大量程需串联一个电阻R串,则Imax===1×10-3 A,R串=-RV1=-3×103 Ω=6000 Ω.由题图1得U+r=E,整理得=·+,结合作出的图线有=0.11 V-1,= A-1,解得电池的电动势E=9.09 V,内阻r=23.6 Ω.‎ ‎[答案] (1)串联 6000 Ω 33‎ 高考物理 ‎(2)①如图所示 ②9.09 23.6‎ 测量电源电动势和内阻的原理是闭合电路欧姆定律,处理实验数据一般采用图像法.求解电源电动势和内阻的一般方法是根据设计的电路,利用闭合电路欧姆定律列出相关方程,并将方程变化成与图像相符的形式,再根据图像的斜率和截距的物理意义得出电源电动势和内阻. ‎ 高考热点题型突破——电学实验的创新设计与器材选择 器材选取三原则 ‎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,能达到预期目的.另外还要注意测量仪器的量程,尤其电器元件的电流不能超过其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,精确程度合适即可,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,还要考虑阻值大小对实验操作是否调节方便的问题.‎ ‎【典例】 (2019·河北名校联盟)一待测电阻Rx的阻值约为20 Ω,现要测量其阻值,实验室提供的器材如下:‎ 33‎ 高考物理 A.电流表A1(量程150 mA,内阻约为60 Ω)‎ B.电流表A2(量程20 mA,内阻r2=30 Ω)‎ C.电压表V(量程15 V,内阻约为3000 Ω)‎ D.定值电阻R01=10 Ω E.定值电阻R02=120 Ω F.滑动变阻器R1(0~3 Ω,2.0 A)‎ G.滑动变阻器R2(0~500 Ω,0.5 A)‎ H.电源,电动势E=4 V(内阻不计)‎ I.开关S及导线若干 ‎(1)为了使电表调节范围较大,测量准确,测量时电表读数不得小于其量程的,请从所给的器材中选择合适的实验器材______________(用器材前对应的字母序号填写).‎ ‎(2)根据你选择的实验器材,请你在虚线框内画出测量Rx的最佳实验电路图并标明元件符号.‎ ‎(3)待测电阻阻值的表达式为Rx=________,式中未知量符号的物理意义为__________________________________.‎ ‎[审题指导] ‎ 第一步 读题干—提信息 题干 信息 33‎ 高考物理 A2内阻r2=30 Ω 可改装成电压表 电压表量程15 V 量程过大不可用 为了使电表调节范围较大,测量准确 滑动变阻器用分压式接法 第二步 审程序—顺思路 ‎[解析] 因测量时要使电表调节范围较大,所以滑动变阻器要用分压式接法,选用小阻值的R1;电源电动势为4 V,电压表的量程为15 V,量程太大不可用,因电流表A2的内阻已知且题中给出了定值电阻,所以可用电流表A2与定值电阻R02串联充当电压表(量程为3 V)使用,此时通过待测电阻的最大电流不超过I=150 mA,电流表A1可直接测电流.电路如图所示,此时通过被测电阻的电流为I=I1-I2,被测电阻两端的电压为U=I2(R02+r2),根据欧姆定律,被测电阻的阻值为Rx=.‎ ‎[答案] (1)ABEFHI (2)见解析 (3) I1、I2分别为电流表A1、A2的示数 定值电阻的五大功能 ‎(1)保护电学元件,使通过元件的电流不会过大,避免损坏元件.‎ ‎(2)与其他元件组合成混联电路,利用串、并联电路的特点列式求待测电阻阻值.‎ 33‎ 高考物理 ‎(3)改装功能:大阻值定值电阻与小量程电流表串联改装成大量程电压表;小阻值定值电阻与小量程电流表并联改装成大量程电流表;大阻值定值电阻与小量程电压表串联改装成大量程电压表.‎ ‎(4)小阻值定值电阻与电源串联,等效扩大电源内阻,减小测量电源内阻的误差.‎ ‎(5)与其他元件搭配组合,通过开关控制以便于构成两个不同的电路,测两次电流、电压值,列出关系式求得未知量. ‎ ‎1.现有一块灵敏电流计A1,量程为200 μA,内阻约为1 kΩ,要精确测出其内阻Rg,提供的器材有:‎ 电流表A2(量程为1 mA,内阻r=50 Ω);‎ 滑动变阻器R(阻值范围为0~30 Ω);‎ 定值电阻R1(阻值R1=100 Ω);‎ 定值电阻R2(阻值R2=3 kΩ);‎ 电源E(电动势约为4.5 V,内阻很小);‎ 单刀单掷开关S一个,导线若干.‎ ‎(1)请利用上述所有器材,设计出合理的、便于多次测量的实验电路图,并保证各电表的示数超过其量程的,将电路图画在题中的虚线框中.‎ ‎(2)在所测量的数据中选一组,用测量量和已知量来计算A1表的内阻,表达式为Rg=________,表达式中各符号表示的意义是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.‎ 33‎ 高考物理 ‎[解析] 本题考查电学实验,电流表内阻的测量.首先对于控制电路,被测电阻大约为1000 Ω,而滑动变阻器最大值只有30 Ω,则应采用分压式接法.测A1两端的电压,因没有提供电压表,可以把A2改装成电压表,但其量程又太小,可用一个电阻串联,放大其测电压的量程,因A1的最大电压值只有0.2 V,则只要把R1与A2串联即可满足要求.又由于A1两端电压太低,可以再串一个电阻R2来增大电压,从而使滑动变阻器的范围大些.其设计图如图所示.(2)闭合电路欧姆定律可知Rg=,I1、I2分别表示A1、A2的示数,r表示电流表A2的内阻.‎ ‎[答案] (1)如图所示 ‎(2) I2表示A2表的示数,I1表示A1表的示数 ‎2.(2019·江西省红色七校)某学习小组进行精确测量电阻Rx的阻值的实验,有下列器材供选用.‎ A.待测电阻Rx(约300 Ω)‎ B.电压表V(3 V,内阻约3 kΩ)‎ C.电流表A1(10 mA,内阻约10 Ω)‎ D.电流表A2(20 mA,内阻约5 Ω)‎ E.滑动变阻器R1(0~20 Ω,额定电流2 A)‎ F.滑动变阻器R2(0~2000 Ω,额定电流0.5 A)‎ G.直流电源E(3 V,内阻约1 Ω)‎ H.开关、导线若干 33‎ 高考物理 ‎(1)甲同学根据以上器材设计了用伏安法测量电阻的电路,并能满足Rx两端电压从零开始变化并进行多次测量.则电流表应选择________(填“A1”或“A2”);滑动变阻器应选择________(填“R1”或“R2”);请在虚线框中帮甲同学画出实验电路原理图.‎ ‎(2)乙同学经过反复思考,利用所给器材设计出了如图所示的测量电路,具体操作如下:‎ ‎①按图连接好实验电路,闭合开关S1前调节滑动变阻器R1、R2的滑片至适当位置;‎ ‎②闭合开关S1,断开开关S2,调节滑动变阻器R1、R2的滑片,使电流表A1的示数恰好为电流表A2的示数的一半;‎ ‎③闭合开关S2并保持滑动变阻器R2的滑片位置不变,读出电压表V和电流表A1的示数,分别记为U、I;‎ ‎④待测电阻的阻值Rx=________,比较甲、乙两同学测量电阻Rx的方法,你认为哪个同学的方法更有利于减小系统误差?________(填“甲”或“乙”)同学的.‎ ‎[解析] (1)通过待测电阻的最大电流约为Imax= A=10 mA,电流表应选择A1‎ 33‎ 高考物理 ‎;实验要求电压从零开始变化,则滑动变阻器应采用分压接法,为方便实验操作,应选择最大阻值较小的滑动变阻器R1;由R>RA1RV,可知电流表应采用内接法.(2)④由实验步骤②可知,通过R2与Rx的电流相等,则两支路电阻相等,由实验步骤③可知,电压表测待测电阻两端电压,由于两并联支路电阻相等,则通过它们的电流相等,由实验原理可知,通过待测电阻的电流等于电流表A1的示数I,则待测电阻的阻值Rx=;由两种实验方案的实验原理可知,甲同学的实验中电流表的内阻对实验结果有影响,而乙同学的方法消除了电流表内阻的影响,测量值与真实值相等.‎ ‎[答案] (1)A1 R1 如图所示 (2)④ 乙 专题强化训练(十六)‎ ‎1.(2019·湖南湘东六校联考)某同学想用半偏法测定一块精度很高的电压表V(量程为0~3 V,内阻约为20 kΩ)的内阻,并将其改装成欧姆表,现有器材如下:‎ A.直流电源E(电动势为4 V,内阻不计);‎ B.电阻箱R(最大阻值为99999.9 Ω);‎ C.滑动变阻器R1(最大阻值为10 kΩ);‎ D.滑动变阻器R2(最大阻值为5 Ω);‎ E.开关、导线若干.‎ ‎(1)图甲虚线框内为该同学设计的部分测量电路,请你补画完整,滑动变阻器应选择________.‎ 33‎ 高考物理 ‎(2)根据设计的电路图,连接好实验电路,进行实验操作,请你补充完善下面的操作步骤.首先闭合开关S1、S2,调节滑动变阻器的滑片,使电压表指针达到满偏;保持________不变,断开开关________(选填“S1”或“S2”),调节________的阻值,使电压表指针达到半偏,读取并记录此时电阻箱的阻值R0,则电压表的内阻RV=________.‎ ‎(3)实验测得电压表的内阻为24 kΩ,该同学选用上述电源E及另一个滑动变阻器将电压表改装为欧姆表,若将如图乙所示的电压表表盘上的电压刻度换成电阻刻度,则电压表表盘上2 V处对应的电阻值为________kΩ.‎ ‎[解析] (1)由图甲可知,滑动变阻器采用分压式接法,因此选择阻值较小的R2.‎ ‎(2)根据实验原理可知,当电阻箱短接时,调节滑动变阻器滑片的位置,使得电压表指针满偏,然后把电阻箱接入电路中,保持滑动变阻器的滑片位置不变,则并联部分分得电压几乎不变,调节电阻箱的阻值,使得电压表指针半偏,则电阻箱的阻值即为电压表的内阻,即RV=R0.‎ ‎(3)由题意可知·RV=3 V,·RV=2 V,联立解得Rx=16 kΩ.‎ ‎[答案] (1)见解析图 R2 (2)滑动变阻器滑片位置 S2 R R0 (3)16‎ ‎2.(2019·吉林长春质检)某同学设计了图甲的电路来测量一电源的电动势和内阻,待测电源电动势约为2 V,内阻约为几欧姆,R为阻值0~10 Ω的滑动变阻器,R0为阻值990 Ω的定值电阻,X、Y为两个电流表,实验室有以下几个电流表:‎ A1:量程0~0.6 A,内阻约为0.5 Ω A2:量程0~3 A,内阻约为0.1 Ω A3:量程0~20 mA,内阻为1 Ω A4:量程0~2 mA,内阻为10 Ω 33‎ 高考物理 ‎(1)为了较准确地测量电源的电动势和内阻,则X应该选择________,Y应该选择________.‎ ‎(2)实验中,调节滑动变阻器,得到多组X、Y的数据,根据数据画出X-Y的图像如图乙所示,则根据图像计算可知,电源电动势为________V,内阻为________Ω(计算结果均保留两位小数).‎ ‎[解析] (1)据题意,X、Y是两只电流表,故实验原理是将X改装成电压表后,配合电流表Y采用伏安法测电源的电动势和内阻.根据电源电动势约2 V和R0的阻值为990 Ω,可知R0应与A4串联,即X应选A4.再根据图乙可知电路中最大电流约为0.35 A,故Y应选A1.(2)因改装后的电压表U=IX(RA4+R0),由闭合电路欧姆定律有U=E-IYr,联立结合题图乙,当Y的电流为0时,可得E=1.85 V,当Y的电流为0.30 A时,X的电流为1.55 mA,U=1.55 V,可得r=1.00 Ω.‎ ‎[答案] (1)A4 A1 (2)1.85 1.00‎ ‎3.(2019·天津卷)现测定长金属丝的电阻率.‎ ‎(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是________________________________________________________________________mm.‎ ‎(2)利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻.这段金属丝的电阻Rx约为100 Ω,画出实验电路图,并标明器材代号.‎ 电源E(电动势10 V,内阻约为10 Ω)‎ 电流表A1(量程0~250 mA,内阻R1=5 Ω)‎ 电流表A2(量程0~300 mA,内阻约为5 Ω)‎ 33‎ 高考物理 滑动变阻器R(最大阻值10 Ω,额定电流2 A)‎ 开关S及导线若干 ‎(3)某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算式Rx=________.从设计原理看,其测量值与真实值相比________(填“偏大”、“偏小”或“相等”).‎ ‎[解析] (1)由螺旋测微器的读数规则可知,该金属丝的直径应为0 mm+20.0×0.01 mm=0.200 mm;(2)对提供的实验器材分析可知,由于滑动变阻器的总电阻比待测电阻的阻值小得多,因此滑动变阻器应采用分压接法,由于没有提供电压表,因此可以用内阻已知的电流表充当电压表,即将A1作为电压表,由于A1的内阻已知,因此A2应采用外接法;(3)由电路图可知,Rx=,由于A1的内阻已知,因此该实验不存在系统误差,因此测量值与真实值相等.‎ ‎[答案] (1)0.200(0.196~0.204均可) (2)如图 ‎(3) 相等 ‎4.(2019·广东六校联考)为了测量电阻值约为4 Ω的未知电阻的准确阻值,实验室提供了如下的实验器材:‎ 两个内阻均为r=100 Ω、满偏电流均为Ig=1 mA的电流计Ⓖ;‎ 定值电阻R1=29900 Ω、R2=2900 Ω、R3= Ω、R4= Ω;‎ 最大阻值为5 Ω的滑动变阻器R5;‎ 最大阻值为20 Ω的滑动变阻器R6;‎ 内阻可忽略的电源,电动势E=3 V;‎ 33‎ 高考物理 开关一只,导线若干.‎ 其中设计的部分测量电路如虚线框中的电路所示,请回答下列问题:‎ ‎(1)为了减小实验误差,定值电阻A应选用________,定值电阻B应选用________;‎ ‎(2)为了测量多组实验数据,要求测量电路两端电压从零开始调节,则滑动变阻器应选用________,并在虚线框中将电路补充完整;‎ ‎(3)在反复调节滑动变阻器的过程中,发现两电流计的示数总是相同,由此可知该待测电阻的阻值应为______________________.‎ ‎[解析] (1)定值电阻A与电流计Ⓖ串联相当于电压表,又由于电源的电动势为3 V,则由电压表的改装原理可知RA=-r= Ω=2900 Ω,故定值电阻A应选用R2,由题意可知流过待测电阻的最大电流值约为I= A=0.75 A,定值电阻B与电流计Ⓖ并联相当于电流表,则由电流表的改装原理可知RB== Ω= Ω,故定值电阻B应选用R3.‎ ‎(2)由于要求电压从零开始调节,故滑动变阻器应采用分压式接法,滑动变阻器应选用最大阻值较小的R5,补全的电路如图所示.‎ ‎(3)当两电流计的示数相同时,设电流计的示数为I′,则由串、并联电路的特点可知,通过待测电阻的电流与通过电阻B的电流相同,根据欧姆定律得=,整理可得待测电阻的阻值为Rx===4 Ω.‎ 33‎ 高考物理 ‎[答案] (1)R2 R3 (2)R5 见解析图 (3)4 Ω ‎5.(2019·郑州市高中毕业班第一次质量预测)某同学利用以下器材测量一节干电池的电动势和内阻,实验原理如图甲所示.‎ 电压表V:(量程3 V,内阻约为RV=10 kΩ)‎ 电流表G:(量程3 mA,内阻Rg=100 Ω)‎ 滑动变阻器R:(阻值范围0~10 Ω,额定电流2 A)‎ 定值电阻R0=0.5 Ω 开关S和导线若干 ‎(1)该同学将电流表G与定值电阻R0并联,实际上是进行了电表的改装,则他改装后的电流表对应的量程是________A(结果保留一位有效数字).‎ ‎(2)该同学利用上述实验原理图进行实验测得多组数据,以电流表G的读数I为横轴,以电压表V的读数U为纵轴,绘出了如图乙所示的图线,根据图线可求出干电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω.(结果均保留两位小数)‎ ‎(3)这样测得的电动势________,内阻________.(填“偏大”“偏小”或“不变”)‎ ‎[解析] (1)当电流表G的指针达到满偏时,定值电阻R0中的电流IR0==0.6 A,改装后的电流表对应的量程为Im=Ig+IR0=3 mA+0.6 A=0.603 A≈0.6 A.(2)电流表改装后其量程扩大了200倍,即电路中的总电流是电流表读数的200倍,由闭合电路欧姆定律有E=U+200Ir,对照图乙,变换为U=E-200r·I,图线在纵轴的截距等于干电池的电动势,E=1.48 V,图线的斜率的绝对值为200r= Ω,解得内阻r=0.84 Ω.(3)由于电压表不是理想电表,则实际通过电池的电流大于改装后电流表的读数,可知测得的电动势偏小,内阻偏小.‎ ‎[答案]‎ 33‎ 高考物理 ‎ (1)0.6 (2)1.48(1.47~1.49均可) 0.84(0.76~0.90均可) (3)偏小 偏小 33‎