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- 2021-05-26 发布
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第
17
讲
电学实验
-
2
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
-
3
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
1
.
(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
。
-
4
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
(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
R
x
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
A
1
(
量程
0
~
250 mA,
内阻
R
1
=
5
Ω
)
电流表
A
2
(
量程
0
~
300 mA,
内阻约为
5
Ω
)
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
A
1
的读数为
I
1
,
电流表
A
2
的读数为
I
2
,
则这段金属丝电阻的计算式
R
x
=
。从设计原理看
,
其测量值与真实值相比
(
填
“
偏大
”“
偏小
”
或
“
相等
”)
。
-
5
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
答案
:
(1)0
.
200(0
.
196
~
0
.
204
均可
)
(2)
如图
-
6
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
解析
:
(1)
螺旋测微器的固定刻度尺上没有漏出第一条半毫米刻度线
,
可定刻度的示数为
20
.
0×0
.
01
mm=0.200
mm,
即为最后读数。
(2)
本实验是测金属丝电阻
,
给出的实验器材中没有电压表而有两个电流表
,
但没有定值电阻或电阻箱
,
不能用电流表改装成电压表使用
,
故首先要考虑利用电流表
A
1
(
因为内阻已知
)
作为电压表使用
,
故设计电路时电流表
A
1
与待测电阻要并联
,
而电流表
A
2
放在测量电路的干路上。在控制电路的设计时
,
滑动变阻器选用分压式接法能有效防止电流表被烧坏
,
并能最大限度的扩大调节范围。综上所述
,
电路图设计如图所示。
-
7
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
(3)
由电路图可知待测电阻两端的电压即电流表
A
1
的电压
,
为
电路的设计原理来看
,
测量待测电阻的电压和电流都是准确的
,
故测量值和真实值相等。
命题考点
测定金属的电阻率。
能力要求
解答本题
要注意
分析实验
器材
,
本实验中只有电流表且知道内阻
,
因此可以将该表当成电压表用。
-
8
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
2
.
(2018·
天津卷
)
某同学用伏安法测定待测电阻
R
x
的阻值
(
约为
10 k
Ω
),
除了
R
x
、开关
S
、导线外
,
还有下列器材供选用
:
A.
电压表
(
量程
0
~
1 V,
内阻约
10 k
Ω
)
B.
电压表
(
量程
0
~
10 V,
内阻约
100 k
Ω
)
C.
电流表
(
量程
0
~
1 mA,
内阻约
30
Ω
)
D.
电流表
(
量程
0
~
0
.
6 A,
内阻约
0
.
05
Ω
)
E.
电源
(
电动势
1
.
5 V,
额定电流
0
.
5 A,
内阻不计
)
F.
电源
(
电动势
12 V,
额定电流
2 A,
内阻不计
)
G.
滑动变阻器
R
0
(
阻值范围
0
~
10
Ω
,
额定电流
2 A
)
-
9
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
(
1)
为使测量尽量准确
,
电压表选用
,
电流表选用
,
电源选用
。
(
均填器材的字母代号
)
(2)
画出测量
R
x
阻值的实验电路图。
(3)
该同学选择器材、连接电路和操作均正确
,
从实验原理上看
,
待测电阻测量值会
其真实值
(
填
“
大于
”“
小于
”
或
“
等于
”),
原因是
。
-
10
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
答案
:
(1)B
C
F
(2)
如图所
示
(3)
大于
电压表的读数大于待测电阻两端实际电压
(
其他正确表述也可
)
-
11
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
解析
:
(1)
由于待测电阻约为
10
k
Ω
,
电源电动势为
12
V
时
,
电路中电流才大约
1
.
2
mA,
故电流表选
C,
电源选
F
。由于待测电阻约为
10
k
Ω
,
电路中电流约为
1
.
2
mA,
则待测电阻两端电压约为
12
V,
所以电压表选
B
。
(2)
由于待测电阻阻值远大于所选电流表内阻
,
而略小于电压表内阻
,
故实验测量电路设计时用电流表内接法
;
而滑动变阻器最大阻值远小于待测电阻的阻值
,
故控制电路中滑动变阻器使用限流式接法根本起不到调节作用
,
滑动变阻器只能采用分压式接法。电路图见答案。
(3)
由于电流表内接
,
有分压作用
,
测得的电压大于待测电阻两端的电压
,
所以电阻的测量值大于真实值。
-
12
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
命题考点
伏安法测电阻。
能力要求
解答本题
的关键点在于正确认识伏安法测电阻方法及误差来源。
-
13
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
3
.
(2017·
天津卷
)
某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表
A
1
的内阻
r
1
=
1
.
0 k
Ω
,
电阻
R
1
=
9
.
0 k
Ω
,
为了方便读数和作图
,
给电池串联一个
R
0
=
3
.
0
Ω
的电阻。
-
14
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
(1)
按图示电路进行连接后
,
发现
aa'
、
bb'
和
cc'
三条导线中
,
混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的
,
将开关
S
闭合
,
用多用电表的电压挡先测量
a
、
b'
间电压
,
读数不为零
,
再测量
a
、
a'
间电压
,
若读数不为零
,
则一定是
导线断开
;
若读数为零
,
则一定是
导线断开。
(2)
排除故障后
,
该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器滑片位置
,
得到电流表
A
1
和
A
2
的多组
I
1
、
I
2
数据
,
作出图像如图。由
I
1
-
I
2
图像得到电池的电动势
E=
V,
内阻
r=
Ω
。
-
15
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
答案
:
(1)
aa'
bb'
(2)1
.
4(1
.
36
~
1
.
44
均可
) 0
.
5(0
.
4
~
0
.
6
均可
)
解析
:
(1)
用多用电表的电压挡先测量
a
、
b'
间电压
,
读数不为零
,
可知
a
、
b'
间存在断路
;
若测量
a
、
a'
间电压
,
读数不为零
,
则
aa'
段存在断路
,
反之
bb'
段存在断路。
(2)
根据题中电路图可
得
E=I
1
(
r
1
+R
1
)
+
(
I
1
+I
2
)(
r+R
0
)
整理后可得
联立上式
,
代入数值解得
E
≈1
.
4
V,
r
≈0
.
5
Ω
。
-
16
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
命题考点
测定电源的电动势和内阻。
能力要求
解决本题的关键是确定故障的方法
,
对于图线问题
,
一般的解题思路是得出两物理量之间的关系式
,
结合图线斜率和截距进行求解。
-
17
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
4
.
(2019·
全国卷
1)
某同学要将一量程为
250
μ
A
的微安表改装为量程为
20 mA
的电流表。该同学测得微安表内阻为
1 200
Ω
,
经计算后将一阻值为
R
的电阻与该微安表连接
,
进行改装。然后利用一标准毫安表
,
根据图甲所示电路对改装后的电表进行检测
(
虚线框内是改装后的电表
)
。
-
18
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
(1)
根据图甲和题给条件
,
将图乙中的实物连线。
(2)
当标准毫安表的示数为
16
.
0 mA
时
,
微安表的指针位置如图丙所示。由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值
,
而是
。
(
填正确答案标号
)
A.18 mA B.21 mA
C.25 mA
D.28
mA
-
19
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
(3)
产生上述问题的原因可能是
。
(
填正确答案标号
)
A.
微安表内阻测量错误
,
实际内阻大于
1 200
Ω
B.
微安表内阻测量错误
,
实际内阻小于
1 200
Ω
C.
R
值计算错误
,
接入的电阻偏小
D.
R
值计算错误
,
接入的电阻偏大
(4)
要达到预期目的
,
无论测得的内阻值是否正确
,
都不必重新测量
,
只需要将阻值为
R
的电阻换为一个阻值为
kR
的电阻即可
,
其中
k=
。
-
20
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
答案
:
(1)
连线如图所
示
-
21
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
解析
:
(1)
量程为
250
μ
A
的微安表改装成量程为
20
mA
电流表时应将电阻与微安表并联。根据电路图
,
从电源正极出发
,
电表正极对应电源正极
,
依次连接
,
注意连线不要交叉。
(2)
通过电流表的电流与偏角成正比
,
表盘
160
μ
A
对应
16
mA,
则表盘
250
μ
A
对应
25
mA
。
是原微安表内阻测量值偏小
,
其实际内阻
R
g
大于
1
200
Ω
;
或者因为定值电阻的阻值
R
计算有误
,
计算值偏大
,
实际接入定值电阻阻值偏小。故选
AC
。
(4)
并联电路电压相等
,
=
(
I-I
g
)
R
,
即
160
μ
A
·R
g
=
(16
mA
-
160
μ
A)
R
;
-
22
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
命题考点
电表的改装。
能力要求
本题考查了电流表的改装问题
,
把微安表改装成大量程的电流表需要并联分流电阻
,
应用并联电路特点与欧姆定律可以求出并联电阻阻值。
-
23
-
突破点一
突破点二
突破点三
突破点四
实验仪器的读数
考查方向
常以实验题形式考查。
突破方略
1
.
游标卡尺读数
主尺读数
(
化为毫米单位
)
+
游标尺格子数
×
精确度
精确度
:10
分度为
0
.
1 mm,20
分度为
0.05 mm,50
分度为
0.02 mm
。
2
.
螺旋测微器读数
固定刻度毫米数
(
注意有无半刻度
)
+
可动刻度格子数
(
一定要估读
)×0
.
01 mm
。
注意
:
最后一位的
“0”
不要随意增减。
-
24
-
突破点一
突破点二
突破点三
突破点四
3
.
电流表和
电压表
-
25
-
突破点一
突破点二
突破点三
突破点四
4
.
多用电表
(1)
电流的流向
电流从电表的
“
+
”
插孔
(
红表笔
)
流入
,
从
“
-
”
插孔
(
黑表笔
)
流出
,
即
“
红进、黑出
”
。
(2)“
机械零点
”
与
“
欧姆零点
”
“
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。
(3)
欧姆表使用注意事项
①
选挡接着调零
;
②
换挡重新调零
;
③
待测电阻与电路电源断开
;
④
尽量使指针指在表盘中间位置附近
;
⑤
读数之后要乘以倍率得阻值
;
⑥
用完后
,
选择开关要置于
“OFF”
挡或交变电压最高挡。
-
26
-
突破点一
突破点二
突破点三
突破点四
模型构建
【例
1
】
(1)
用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示。测量方法正确的是
(
选填
“
图甲
”
或
“
图乙
”)
。
(2)
用螺旋测微器测量金属丝的直径
,
如图丙所示
,
则此示数
为
mm
。
-
27
-
突破点一
突破点二
突破点三
突破点四
分析推理
(1)
用游标卡尺测量小球的直径
,
应将小球卡在哪里测量
?
(2)
螺旋测微器读螺旋上的可动刻度读数时
,
需要估读吗
?
(1)
提示
:
外测量爪。
(2)
提示
:
必须估读到下一位。
答案
:
(1)
图甲
(2)6
.
700
解析
:
(1)
用游标卡尺测量小球的直径
,
应将小球卡在外测量爪中
,
故应选题图甲。
(2)
螺旋测微器的示数为固定读数加上可动读数
,
即
6
.
5
mm+20.0×0.01
mm=6.700
mm
。
-
28
-
突破点一
突破点二
突破点三
突破点四
以题说法
游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题
(1)10
分度的游标卡尺
,
以
mm
为单位
,
小数点后只有
1
位。
20
分度的游标卡尺以
mm
为单位
,
小数点后有
2
位。
(2)
游标卡尺在读数时先确定主尺的分度
(
单位一般是
cm,
分度值为
1
mm),
把数据读成以毫米为单位的。先读主尺数据
,
再读游标尺数据
,
最后两数相加。游标卡尺读数不估读。
(3)
不要把游标尺的边缘当成零刻度
,
而把主尺的刻度读错。
(4)
螺旋测微器读数时
,
要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出
;
要准确到
0
.
01
mm,
估读到
0.001
mm,
即结果若以
mm
为单位
,
则小数点后必须保留三位数字。
-
29
-
突破点一
突破点二
突破点三
突破点四
迁移训练
1
.
(2019·
广东深圳调研
)
图甲所示是多用电表欧姆挡内部的部分原理图
,
已知电源电动势
E=
1
.
5 V,
内阻
r=
1
Ω
,
灵敏电流计满偏电流
I
g
=
10 mA,
内阻为
r
g
=90
Ω
,
表盘如图乙所示
,
欧姆表表盘中值刻度为
“15”
。
-
30
-
突破点一
突破点二
突破点三
突破点四
(1)
多用电表的选择开关旋至
“
Ω
”
区域的某挡位时
,
将多用电表的红、黑表笔短接
,
进行欧姆调零
,
调零后多用电表的总内阻
为
Ω
,
某电阻接入红、黑表笔间
,
表盘指针如图乙所示
,
则该电阻的阻值为
Ω
。
(2)
若将选择开关旋至
“×1”
挡
,
则需要将灵敏电流计
(
选填
“
串联
”
或
“
并联
”)
一阻值为
Ω
的电阻
,
再欧姆调零。
(3)
多用电表长时间使用后
,
电源内阻变大
,
电动势变小
,
此因素会造成被测电阻的测量值比真实值
(
选填
“
偏大
”“
不变
”
或
“
偏小
”)
。
-
31
-
突破点一
突破点二
突破点三
突破点四
答案
:
(1)150
60
(2)
并联
10
(3)
偏
大
Ω
;
该挡位为
“×10”
欧姆挡
,
则由表盘指针位置可知
,
该电阻的阻值为
6×10
Ω
=60
Ω
。
(2)
因中值电阻等于欧姆表的内阻
,
若将选择开关旋至
“×1”,
则欧姆表的内阻为
15
Ω
,
-
32
-
突破点一
突破点二
突破点三
突破点四
(3)
多用电表长时间使用后
,
电源内阻变大
,
电动势变小
,
则测量同一个电阻时
,
电路中电流偏小
,
指针向右偏转的角度变小
,
电阻的读数偏大。
-
33
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
以测电阻为核心的实验
考查方向
常以实验题形式考查。
-
34
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
突破方略
1
.
电阻测量的基本方法
(1)
伏安法
:
有电压表、电流表且电表量程恰当时选择
“
伏安法
”
。
(2)
安安法
:
电压表不能用或没有电压表的情形下
,
若知道电流表内阻
,
可以将电流表当作电压表使用
,
即选择
“
安安法
”
。
(3)
伏伏法
:
电流表不能用或没有电流表的情况下
,
若知道电压表内阻
,
可以将电压表当作电流表使用
,
即选择
“
伏伏法
”
。
(4)
伏安加
R
法
:
在运用伏安法测电阻时
,
由于电压表或电流表的量程太小或太大
,
为了满足安全、精确的要求
,
需加保护电阻
,“
伏安加
R
法
”
又叫作
“
加保护电阻法
”
。
注意
:
电表的
“
三用
”,
如果知道电表的内阻
,
电流表、电压表就既可以测电流
,
也可以测电压
,
还可以作为定值电阻来用
,
即
“
一表三用
”
。
-
35
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
2
.
电表内阻测量最常用的方法
——
半偏法
(1)
用半偏法测电流表内阻
,
如图
1
所示
,
电阻箱应和电流表并联
,
然后与大电阻滑动变阻器串联
,
R
测
R
真
。
-
37
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
3
.
等效替代法
(1)
电流等效替代
(
如图丙所示
)
(2)
电压等效替代
(
如图丁所示
)
4
.
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。其测量电路如图戊所示
,
实验中调节电阻箱
R
3
,
当
A
、
B
两点的电势相等时
,
R
1
和
R
3
两端的电压相等
,
设为
U
1
,
同时
R
2
和
R
x
两端的电压也相等
,
设为
U
2
。
这就是电桥平衡的条件
,
由该平衡条件可求出被测电阻
R
x
的阻值
。
-
38
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
模型构建
【例
2
】
(2019·
天津北辰区模拟
)
某课外学习小组要测量一个纯电阻元件的电阻
,
用多用电表测得其阻值约为
5
Ω
。为了更精确测量该电阻值
,
准备了以下实验器材
:
A.
电压表
V,
量程
0~3 V,
内阻为几千欧
;
B.
电流表
A,
量程
0~100 mA,
内阻为
3.0
Ω
;
C.
标准电阻
R
01
:
阻值
0
.
6
Ω
;
D.
标准电阻
R
02
:
阻值
270
.
0
Ω
;
E
.
滑动变阻器
R
1
:0
~
10
Ω
,
额定电流
1 A;
F
.
滑动变阻器
R
2
:0
~
2 k
Ω
,
额定电流
0.5 A;
G
.
电源
(
E=
6
.
0 V,
内阻约为
0.6
Ω
)
H
.
开关、导线若干。
-
39
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
(1)
实验中
,
标准电阻应选
(
选填
“
R
01
”
或
“
R
02
”),
滑动变阻器应选
(
选填
“
R
1
”
或
“
R
2
”);
(2)
该小组设计了甲、乙两个测量电路
,
其中能更精确测量该电阻的电路图是
(
选填
“
甲图
”
或
“
乙图
”);
-
40
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
(3)
设该小组利用上面所选的更好电路
,
根据实验中两个电表读数
,
作出
U
-
I
图线是一条直线
,
如图所示
,
由该图线可知
,
该实验测得元件的电阻值为
Ω
(
结果保留
3
位有效数字
)
。
-
41
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
答案
:
(1)
R
01
R
1
(2)
甲图
(3)4
.
76
解析
:
(1)
若直接用电流表测通过
R
x
的电流
,
则
R
x
两端电压最大为
U
m
=
0
.
1×5
V=0.5
V,
此时电压表误差太大
,
故与电流表并联一个定值电阻改装成一个大量程的电流表
,
并联电阻越小
,
改装电流表越大
,
故选
R
01
。测量电路选用滑动变阻器的分压接法
,
此时滑动变阻器选用阻值较小的
,
故滑动变阻器选
R
1
。
(2)
甲图测量电路中电流表内阻和标准电阻阻值已知
,
故甲图可以知道通过待测电阻的电流值和两端的电压值
,
乙图中由于不知道电压表的内阻
,
故不能知道通过待测电阻的电流准确值
,
故更能精确测量电阻的是甲电路图。
-
42
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
(3)
电流表示数为
0
.
095
A,
则此时通过待测电阻的电流
为
待测电阻两端的电压为
U
x
=U-IR
A
=
3
.
00
V-3×0.095
V=2.715
V
-
43
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
以题说法
电表的替代与改装
在没有电压表或电压表不能用、没有电流表或电流表不能用时
,
要用到电表的替代与改装。
(1)
内阻已知的电压表相当于小量程的电流表
;
(2)
内阻已知的电流表相当于小量程的电压表
;
(3)
灵敏电流计串大电阻改装成电压表
;
(4)
灵敏电流计并小电阻改装成电流表
;
-
44
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
(5)
电阻箱与电流表串联相当于电压表
;
(6)
电阻箱与电压表并联相当于电流表
;
(7)
内阻较小的电源串联定值电阻相当于内阻较大的电源
。
-
45
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
迁移训练
2
.
(2019·
安徽池州期末
)
某探究小组为了用
“
半偏法
”
测电阻和改装电表
,
先用
“
半偏法
”
测量程为
100
μ
A
的电流表
G
的电阻
,
后将电流表
G
改装成电压表。
(1)
首先采用如图甲所示的实验电路测量该电流表
G
的内阻
R
g
,
图中
R
1
为滑动变阻器、
R
2
为电阻箱。按电路图连接好电路
,
将
R
1
的阻值调到最大
,
闭合开关
S
1
后
,
正确操作的步骤应该是
。
(
选出下列必要的步骤
,
并将其序号排序
)
-
46
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
A.
记下
R
2
的阻值
B.
调节
R
1
的阻值
,
使电流表的指针偏转到满刻度
C.
闭合
S
2
,
调节
R
1
和
R
2
的阻值
,
使电流表的指针偏转到满刻度的一半
D.
闭合
S
2
,
保持
R
1
不变
,
调节
R
2
的阻值
,
使电流表的指针偏转到满刻度的一半
(2)
如果按正确操作步骤测得
R
2
的阻值为
100
Ω
,
则
R
g
的阻值大小为
Ω
;
与电流表内阻的真实值
R
g
'
相比
,
R
g
R
g
'
(
填
“
>
”“
=
”
或
“
<
”)
。
(3)
将上述电流表
G
串联一个
29 900
Ω
的电阻
,
改装成电压表
,
则该电压表的量程是
V
。用它来测量电压时
,
表盘指针位置如图乙所示
,
此时电压表的读数大小为
V
。
-
47
-
突破点三
突破点四
突破点一
突破点二
答案
:
(1)BDA
(2)100
<
(3)3
2
.
4
解析
:
(1)
本题采用半偏法测电流表的内阻
,
故调节
R
1
的阻值
,
先使电流表的指针偏转到满刻度
,
然后再闭合
S
2
,
保持
R
1
不变
,
调节
R
2
的阻值
,
使电流表的指针偏转到满刻度的一半
,
记下
R
2
的阻值
,
故操作顺序为
BDA
。
(2)
此时
R
2
的阻值与
R
g
的阻值相等
,
故
R
g
的阻值大小也为
100
Ω
。随着
S
2
的闭合
,
整个电路中的电流将会变大
,
但实际上我们仍然是按照电流不变时的电流来计算的
,
通过电阻箱
R
2
的电流将比通过
G
的电流要大
,
又因为
R
2
与
G
并联
,
电压一样
,
所以实际的电阻箱读数将小于电流表
G
的内阻
,
所以
R
g