解密15+电学实验-备战2019年高考物理之高频考点解密 41页

核心考点 考纲要求 实验八：测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)‎ 实验九：描绘小电珠的伏安特性曲线 实验十：测定电源的电动势和内阻 实验十一：练习使用多用电表 实验十二：传感器的简单使用 ‎1．要求会正确使用的仪器主要有：游标卡尺、螺旋测微器、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等 ‎2．要求认识误差问题在实验中的重要 考点1 测定金属的电阻率 ‎（同时练习使用螺旋测微器）‎ ‎1．基本实验要求 ‎（1）实验原理 根据电阻定律公式知道只要测量出金属丝的长度和它的直径d，计算出横截面积S，并用伏安法测出电阻Rx，即可计算出金属丝的电阻率。‎ ‎（2）实验器材 被测金属丝，直流电源（4 V），电流表（0~0.6 A），电压表（0~3 V），滑动变阻器（50 Ω），开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。‎ ‎（3）实验步骤 ‎①用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d。‎ ‎②接好用伏安法测电阻的实验电路。‎ ‎③用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量三次，求出其平均值l。‎ ‎④把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置。‎ ‎⑤改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，填入记录表格内。‎ ‎⑥将测得的Rx、l、d值，代入公式中，计算出金属丝的电阻率。‎ ‎（4）电流表、电压表测电阻两种方法的比较 电流表内接法 电流表外接法 电路图 误差原因 电流表分压U测=Ux＋UA 电压表分流I测=Ix＋IV 电阻测量值 ‎=Rx＋RA>Rx 测量值大于真实值 ‎时，用电流表内接法。‎ ‎③实验试探法：按图接好电路，让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大变化，而电流表示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表示数有较大的变化，而电压表示数变化不大，则可采用电流表内接法。‎ ‎（2）注意事项 ‎①先测直径，再连电路：为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。‎ ‎②电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法。‎ ‎③电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大。‎ ‎（3）误差分析 ‎①若为内接法，电流表分压。‎ ‎②若为外接法，电压表分流。‎ ‎③长度和直径的测量。‎ ‎3．仪器选择的基本思路 ‎（1）优先考虑安全因素 各电表的实际读数不能超过其量程，电阻类元件中的实际电流（或电压）不能超过其允许的最大电流（或电压）。实际处理过程中，需要估算回路中的最大电流（一般假设滑动变阻器采用限流式接法时进行估算）。如：用伏安法作出标有“6 V，0.6 W”字样的小灯泡的U–I图象，而实际加在小灯泡两端的电压的最大值不能超过6 V。‎ ‎（2）考虑读数误差因素 一般要求各电表的实际读数不小于其量程的，以减小读数误差。‎ ‎（3）仪器选择的一般步骤 A．首先选择唯一性的器材；‎ B．粗画电路图（暂不接电流表和电压表）；‎ C．估算回路中电流和电压的最大值，在电表的指针有较大幅度偏转但不超过其量程的情况下，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材。‎ ‎4．电阻测量方法荟萃 ‎（1）伏安法：‎ 电路图 特点：大内小外（内接法测量值偏大，测大电阻应用内接法测量）‎ ‎（2）安安法 若电流表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表以及定值电阻来使用。‎ ‎①如图甲所示，当两电表所能测得的最大电压接近时，如果已知的内阻R1，则可测得的内阻R2=。‎ ‎②如图乙所示，当两电表的满偏电压UA2≫UA1时，串联一定值电阻R0后，同样可测得的电阻R2=。‎ ‎（3）伏伏法 若电压表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表和定值电阻来使用。‎ ‎①如图甲所示，两电表的满偏电流接近时，若已知的内阻R1，则可测出的内阻R2=R1。‎ ‎②如图乙所示，两电表的满偏电流IV1≪IV2时，并联一定值电阻R0后，同样可得的内阻R2=。‎ ‎（4）比较法测电阻 如图所示，测得电阻箱R1的阻值及表、表的示数I1、I2，可得Rx=。‎ 如果考虑电表内阻的影响，则I1(Rx＋RA1)=I2(R1＋RA2)。‎ ‎（5）半偏法测电流表内阻 电路图如图所示 步骤：‎ ‎①断开S2，闭合S1，调节R0，使表满偏为I0；‎ ‎②保持R0不变，闭合S2，调节R，使表读数为；‎ ‎③由上可得RA=R。‎ 特别提醒：当R0≫RA时，测量误差小，此方法比较适合测小阻值的电流表的内阻，且阻值的测量值偏小；电源电动势应选大些的，这样表满偏时R0才足够大，闭合S2时总电流变化才足够小，误差才小。‎ ‎（2018·辽宁省庄河市高级中学）某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率。步骤如下：‎ ‎（1）游标卡尺测量其长度如图甲所示，可知其长度为__________；‎ ‎（2）用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，可知其直径为__________；‎ ‎（3）选用多用电表“”挡，按正确的操作步骤此圆柱体的电阻，表盘的示数如图所示。‎ ‎（4）为更精确地测量其电阻，可供选择的器材如下：‎ 电流表（量程，内阻约为）；‎ 电流表（量程，内阻约为）；‎ 电压表（量程，内阻）；‎ 电压表（量程，内阻约为）；‎ 定值电阻；‎ 滑动变阻器（最大阻值）；‎ 滑动变阻器（最大阻值）；‎ 电源（电动势约为，内阻约为）；‎ 开关，导线若干。‎ 为了使测量尽量准确，测量时电表读数不得小于其量程的，电压表应选__________，电流表应选__________。（均填器材代号）‎ ‎（5）根据你选择的器材，请在线框内画出实验电路图。（需标注器材代号）‎ ‎【参考答案】（1）50.15 （2）4.700（） （4） （5）如图所示 ‎【试题解析】（1）游标卡尺的固定刻度读数为50 mm，游标尺上第3个刻度游标读数为0.05×3 m=0.15 mm，所以最终读数为：50 mm+0.15 mm=50.15 mm；‎ ‎（2）螺旋测微器的固定刻度读数为4.5 mm，可动刻度读数为0.01×20.0 mm=0.200 mm，所以最终读数为：4.5 mm+0.200 mm=4.700 mm。‎ ‎（3）该电阻的阻值约为22×1 Ω=22 Ω；‎ ‎（4）电源电动势为4 V，测量时电表读数不得小于其量程的，故电压表应选V1，且串联定值电阻R0扩大量程；电流表的最大电流约为2 V/32 Ω=62 mA，故电流表应选A2；‎ ‎（5）由于电压表与定值电阻串联后阻值为2 000欧姆，电流表内阻为10欧姆，待测电阻约为22欧姆，故采用电流表外接法；滑动变阻器采用R2，调节不方便；采用R1，因阻值较小，应采用分压电路，故电路图如图：‎ ‎1．测金属电阻率的实验：‎ ‎（1）测长度时，金属丝的起点、终点位置如图a所示，则长度为____________cm；‎ ‎（2）用螺旋测微器测金属丝的直径，示数如图b所示，则直径为____________mm；‎ ‎（3）用多用电表“Ω×1”挡估测其电阻，示数如图c所示，则阻值为____________Ω；‎ ‎（4）在图d中完成实物连线（滑动变阻器要求接限流式）；‎ ‎（5）闭合开关前应将滑动变阻器的滑片P移至最____________（选填“左”或“右”）端。‎ ‎【答案】（1）60.50（60.48~60.51） （2）1.980（1.979~1.981） （3）5 （4）连图如图所示 （5）左 ‎（4）连图如图所示。‎ ‎（5）闭合开关前应将滑动变阻器的滑片P移至阻值最大处，由连接图可知应该移到最左端。‎ 考点2 描绘小电珠的伏安特性曲线 ‎1．基本实验要求 ‎（1）实验原理 ‎①测多组小灯泡的U、I，并绘出I–U图象；‎ ‎②由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系。‎ ‎（2）实验器材 小灯泡“3.8 V，0.3 A”、电压表“0~3 V~15 V”、电流表“0~0.6 A~3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔。‎ ‎（3）实验步骤 ‎①画出电路图（如图所示）。‎ ‎②将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图所示电路。‎ ‎③测量与记录 移动滑动变阻器滑片的位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中。‎ ‎④数据处理 A．在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系。‎ B．在坐标纸上描出各组数据所对应的点。‎ C．将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线。‎ ‎（4）实验器材选取 ‎①原则：安全；精确；操作方便。‎ ‎②具体要求 A．电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流。干电池中的电流一般不允许超过0.6 A。‎ B．用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流。‎ C．电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值。‎ D．电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的以上。‎ E．从便于操作来考虑，限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要选用小阻值滑动变阻器。‎ ‎2．规律方法总结 ‎（1）滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较 两种接法的电路图 负载R上电压的调节范围 ‎≤U≤E ‎0≤U≤E 负载R上电流的调节范围 ‎≤I≤‎ ‎0≤I≤‎ ‎（2）两种接法的适用条件 ‎①限流式接法适合测量阻值较小的电阻（跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小）。‎ ‎②分压式接法适合测量阻值较大的电阻（一般比滑动变阻器的总电阻要大）。‎ ‎（3）注意事项 ‎①电流表外接法：本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法。‎ ‎②滑动变阻器应采用分压式接法：本实验要作出U–I图象，要求测出多组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压式接法。‎ ‎③保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前滑动变阻器的滑片应位于最大电阻处，加在小灯泡两端的电压不要超过其额定电压。‎ ‎（4）误差分析 ‎①由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值。‎ ‎②测量时读数带来误差。‎ ‎③在坐标纸上描点、作图带来误差。‎ ‎（5）实物连线的原则 ‎①先串后并，接线到柱，注意量程和正负。‎ ‎②对限流电路，用笔画线代替导线，从电源正极开始，把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”四部分依次串联起来即可（注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处）。‎ ‎③对分压电路，应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动触头两点的电势高低，根据“伏安法”部分电表正负接线柱的情况，将“伏安法”部分接入该两点间。‎ ‎（2018·山东省济南市长清区）有一个小灯泡上标有“”字样，现要测量该灯泡的伏安特性曲线，有下列器材可供选用：‎ A．电压表（，内阻）‎ B．电压表（，内阻）‎ C．电流表（，内阻）‎ D．电流表（，内阻）‎ E．滑动变阻器（）‎ F．滑动变阻器（）‎ G．直流电源（，内阻不计），另有开关一个、导线若干。‎ ‎（1）实验中电压表应选__________，电流表应选__________，滑动变阻器应选__________。（只填器材的字母代号）‎ ‎（2）在答题卡的虚线框中画出实验电路图，要求电流、电压能从零开始变化。‎ ‎【参考答案】（1）A C E （2）如图所示 ‎【试题解析】（1）根据小灯泡的规格“3 V，0.2 A”可知，电压表应选A，电流表应选C，由于测定小灯泡伏安特性曲线实验要求电流从零调，变阻器应采用分压式接法，应选择阻值小的变阻器E以方便调节；‎ ‎（2）小灯泡的电阻较小，满足，所以电流表应用外接法，又变阻器采用分压式接法，电路图如图所示。‎ ‎1．在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小电珠L（2.5 V，0.6 W）、滑动变阻器R、多用电表、电流表A、干电池组E、开关S、导线若干。‎ ‎（1）粗测小电珠的电阻，应选择多用电表 倍率（选填“×1”、“×10”或“×100”）的电阻挡；调零后，将两根表笔分别与小电珠灯座的两接线柱相连接，若观察到多用电表示数如右图1所示，则粗测结果应为 Ω。‎ ‎（2）实验中使用多用电表测量小电珠的电压，请根据图2所示的实验电路完成图3中的实物连线。‎ ‎（3）开关S闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于 端；开关S闭合后，若滑片P位于R的中点处，为了使小电珠的亮度增加，应将滑片P缓慢地向 端移动。（以上两空均选填“a”或“b”）‎ ‎（4）下表为实验过程中小电珠两端的电压U等间隔变化测得的数据，为了能获得更精确的伏安特性曲线，必须在相邻数据点 和 之间适当地多测几组数据。 ‎ 数据点 ‎①‎ ‎②‎ ‎③‎ ‎④‎ ‎⑤‎ ‎⑥‎ U/V ‎0.00‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ I/A ‎0.000‎ ‎0.122‎ ‎0.156‎ ‎0.185‎ ‎0.216‎ ‎0.244‎ ‎【答案】（1）“×1” 7.5 Ω （2）实物连线如图所示 （3）a b （4）①和②‎ 考点3 测定电源的电动势和内阻 ‎1．基本实验要求 ‎（1）实验原理 ‎①闭合电路的欧姆定律。‎ ‎②E和r的求解：由U=E–Ir得，解得E、r。‎ ‎③用作图法处理数据，如图所示。‎ A．图线与纵轴交点为E；‎ B．图线与横轴交点为I短=；‎ C．图线的斜率表示r=‎ ‎（2）实验器材 电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。‎ ‎（3）基本操作 ‎①连接电路。‎ ‎②电流表用0.6 A的量程，电压表用3 V的量程；‎ ‎③把滑动变阻器的滑片调到最大阻值处；‎ ‎④闭合开关，调节变阻器，使表有明显的示数，记下一组数据，同理记录多组数据。‎ ‎2．规律方法总结 ‎（1）实验数据求E、r的处理方法 ‎①列多个方程组求解，再求E、r的平均值。‎ ‎②图象法处理：以端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建系、描点、连线，纵轴截距为电动势E，直线斜率k的绝对值为内阻r。‎ ‎（2）注意事项 ‎①为了使端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池。‎ ‎②电流不要过大，应小于0.5 A，读数要快。‎ ‎③要测出不少于6组的（U，I）数据，变化范围要大些。‎ ‎④若U–I图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，应根据r=确定。‎ ‎⑤电流表要内接（因为r很小）。‎ ‎（3）误差来源 ‎①偶然误差：用图象法求E和r时作图不准确。‎ ‎②系统误差：电压表分流或电流表分压。‎ ‎3．实物图连接的技巧 实物图连接是一类考查学生实验技能和操作能力较为有效的题型，连线前一定要画出实验电路图，然后按图连线，且必须注意以下几点：‎ ‎（1）连线不能交叉；‎ ‎（2）必须把线接在接线柱上；（3）电流应从电表正接线柱流入，从负接线柱流出；‎ ‎（4）变阻器应处在有效控制状态。在实际操作中，画电路图时，各元件的相对位置 应尽量与实物图相吻合；连实物图时，应先串后并，先连控制电路后连测量电路。‎ 要特别注意变阻器的分压连接，把变阻器的全电阻、开关、电源连成干路，取变阻器的部分电阻与测量电路并联即可。‎ ‎4．测定电源电动势和内阻的其他方法 电源的电动势和内阻测量方法一般为伏安法，另外还有以下几种方法：‎ ‎（1）安阻法：用一个电流表和电阻箱测量，电路如图甲所示，测量原理为：E=I1（R1＋r），E=I2（R2＋r），由此可求出E和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。‎ ‎（2）伏阻法：用一个电压表和电阻箱测量，电路如图乙所示，测量原理为：E=U1＋r，E=U2＋r，由此可求出r和E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小。‎ ‎（3）粗测法：用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源电动势，此时U=≈E，需满足RV≫r。‎ ‎（4）双伏法：用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示。测量方法为：断开S，测得V1、V2的示数分别为U1、U2。此时，E=U1＋U2＋r，RV为V1的内阻；再闭合S，V1的示数为U1′，此时E=U1′＋r，解方程组可求得E和r。‎ ‎（2018·北京市第十二中）某同学做“用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻”实验，可供选择的实验器材如下：‎ A．1节干电池 B．电流表，量程0~0.6 A，0~3 A C．电压表，量程0~3 V，0~15 V D．滑动变阻器0~20 Ω、2 A，滑动变阻器0~500 Ω、0.2 A E．电键一个，导线若干 ‎（1）为了尽量得到较好效果，电流表量程应选__________，电压表量程选__________，滑动变阻器选____________。‎ ‎（2）他采用如图所示的实验电路进行测量。下图给出了做实验所需要的各种仪器。请你按电路图把它们连成实验电路。‎ ‎（3）这位同学测量时记录了5组数据，并将数据填入了以下表格中。请你根据这些数据在图画出U–I图线。根据图线求出电池的电动势E =__________V，内阻__________Ω。‎ ‎【参考答案】（1）0~0.6 A 0~3 V 0~20 Ω （2）见解析 （3）见解析 1.48（1.45~1.49） ‎ ‎0.5（0.47~0.52）‎ ‎【试题解析】（1）一节干电池，故选电压表0~3 V；一节干电池当电源，电路中电流较小，故选电流表0~0.6 A；为了便于操作，应选较小的滑动变阻器（0~20 Ω）；‎ ‎（2）实物图如图所示 ‎（3）根据描点法可知U–I图象如图所示 纵截距表示电源电动势，故，图象的斜率表示电源内阻，故 ‎1．某实验小组想通过实验测定一节干电池的电动势和内阻，实验室提供的实验器材如下：‎ 待测干电池E（电动势约为1.5 V，内阻约为3 Ω）‎ 直流电流表A1（量程0~0.6 A，内阻约0.5 Ω）‎ 直流电流表A2（量程0~3 A，内阻约0.1 Ω）‎ 电压表V1（量程0~2 V，内阻约为2 000 Ω）‎ 电压表V2（量程0~6 V，内阻约为6 000 Ω）‎ 滑动变阻器R1（最大电阻20 Ω，额定电流2 A）‎ 滑动变阻器R2（最大电阻200 Ω，额定电流1 A）‎ 电阻箱R3（最大电阻99.9 Ω，额定电流1 A）‎ 开关、导线若干 ‎（1）若用伏安法测电源的电动势和内阻，要求测量有尽可能高的精确度且便于调节，应选择的电流表是________，电压表是________，滑动变阻器是________。‎ ‎（2）请将图甲中的实物连接成实验电路。‎ ‎（3）在用伏安法测电源的电动势和内阻时，电流表出现了故障，不能使用，实验小组如想方便且能较准确地进行测量，需将实验进行改进，只需去掉电流表，将上述器材中的________换成________即可。‎ ‎（4）请在下框中画出改进后的实验电路图。‎ ‎（5）实验小组在改进后的实验中得到了多组路端电压和外电阻的数据，对所得数据进行处理后，在坐标纸上作出了如图乙所示图线。由图线得出：干电池的电动势E=________V，内阻r=________Ω。（结果保留两位有效数字）‎ ‎【答案】（1）A1 V1 R1 （2）电路连接如图1所示 （3）R1 R3 （4）如图2所示 （5）1.7 2.5‎ 考点4 练习使用多用电表 ‎1．电流表与电压表的改装 ‎（1）改装方案 改装为电压表 改装为大量程的电流表 原理 串联电阻分压 并联电阻分流 改装原理图 分压电阻或分流电阻 U=Ig（Rg＋R）‎ 故R=－Rg IgRg=（I－Ig）R 故 改装后电表的内阻 RV=Rg＋R>Rg RA=