2021新高考物理二轮总复习课件：专题八 第二讲　电学实验 84页

第二讲　电学实验 专题八 内容索引 01 02 体系构建 真题感悟 高频 考点 能力 突破 体系构建 真题感悟 【 网络构建 】 【 高考真题 】 1 . (2019 全国 Ⅱ 卷 ) 某小组利用图 (a) 所示的电路 , 研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压 U 与温度 t 的关系 , 图中 V 1 和 V 2 为理想电压表 ; R 为滑动变阻器 , R 0 为定值电阻 ( 阻值 100 Ω );S 为开关 , E 为电源。实验中二极管 置于 控 温炉内 , 控温炉内的温度 t 由温度计 ( 图中未画出 ) 测出 。图 (b) 是该小组在恒定电流为 50 . 0 μ A 时 得 到 的某硅二极管 U - t 关系曲线。回答下列问题 : 图 (a ) 图 (b ) (1) 实验中 , 为保证流过二极管的电流为 50 . 0 μ A, 应调节滑动变阻器 R , 使电压表 V 1 的示数为 U 1 = 　　　　　 mV; 根据图 (b) 可知 , 当控温炉内的温度 t 升高时 , 硅二极管正向电阻 　　　　　 ( 选填 “ 变大 ” 或 “ 变小 ”), 电压表 V 1 示数 　　　　　 ( 选填 “ 增大 ” 或 “ 减小 ”), 此时应将 R 的滑片向 　　　　　 ( 选填 “A” 或 “B”) 端移动 , 以使 V 1 示数仍为 U 1 。   (2) 由图 (b) 可以看出 U 与 t 成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器 , 该硅二极管的测温灵敏度 为 = 　　　　 × 10 - 3 V/ ℃ ( 保留两位有效数字 ) 。   答案 (1)5 . 00 　 变小 　 增大 　 B 　 (2)2 . 8 解析 (1) U 1 =IR 0 = 50 . 0 × 10 - 3 × 100 mV=5.00 mV 。 从 U - t 关系曲线可以得出 , 温度升高时 , 二极管两端电压变小 , 二极管正向电阻变小 , 回路电流变大 , 电压表 V 1 示数增大 , 为了保证电流不变 , 滑动变阻器 R 的滑片应向 B 端移动。 情境剖析 本题属于创新性题目 , 以硅二极管问题为素材创设学习探索类问题情境。 素养能力 本题考查的学科素养是科学探究 , 考查的关键能力是理解能力、实验探究能力 , 要求学生从图像中获取信息 , 灵活运用所学的实验理论和分析方法解决实验中的问题。 2 . (2019 全国 Ⅰ 卷 ) 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 (a) 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 ) 。 图 (a ) 图 (b ) (1) 根据图 (a) 和题给条件 , 将图 (b) 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 (c) 所示。由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值 , 而是 　　　　　　　　　 。 ( 填正确选项标号 )   A.18 mA B.21 mA C.25 mA D.28 mA (3) 产生上述问题的原因可能是 　 。 ( 填正确选项标号 )   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= 　　　　　 。   答案 (1) 连线如图所 示 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 。 (3) 根据 I g R g = ( I-I g ) R 得 , 改装后的量程偏大的原因可能是 , 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 ; 200 μ A ·R g = (16 mA - 200 μ A) kR , 得 k = 。 情境剖析 本题属于应用性题目 , 以电表改装为素材创设学习探索类问题情境。 素养能力 本题考查的学科素养是科学探究。考查的关键能力是理解能力、实验探究能力 , 要求学生能正确连接器材 , 会观察、分析和解释实验中产生的现象和数据 , 并得出合理的结论。 3 . (2018 全国 Ⅲ 卷 ) 一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻 R x 的阻值 , 图中 R 0 为标准定值电阻 ( R 0 = 20 . 0 Ω );V 可视为理想电压表 ;S 1 为单刀开关 ,S 2 为单刀双掷开关 ; E 为电源 ; R 为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验 : (1) 按照实验原理线路图 (a), 将图 (b) 中实物连线 ; 图 (a ) 图 (b ) (2) 将滑动变阻器滑动端置于适当的位置 , 闭合 S 1 ; (3) 将开关 S 2 掷于 1 端 , 改变滑动变阻器滑动端的位置 , 记下此时电压表 V 的示数 U 1 ; 然后将 S 2 掷于 2 端 , 记下此时电压表 V 的示数 U 2 ; (4) 待测电阻阻值的表达式 R x = 　　　　 ( 用 R 0 、 U 1 、 U 2 表示 );   (5) 重复步骤 (3), 得到如下数据 : (6) 利用上述 5 次测量 所得 的 平均值 , 求得 R x = 　　　　 Ω 。 ( 保留 1 位小数 )     1 2 3 4 5 U 1 / V 0 . 25 0 . 30 0 . 36 0 . 40 0 . 44 U 2 / V 0 . 86 1 . 03 1 . 22 1 . 36 1 . 49 3 . 44 3 . 43 3 . 39 3 . 40 3 . 39 答案 (1) 实物连线如 图 情境剖析 本题属于应用性题目 , 以测电阻为素材创设学习探索类问题情境。 素养能力 本题考查的学科素养是科学探究。考查的关键能力是理解能力、实验探究能力 , 要求学生能正确连接器材 , 会观察、分析和解释实验中产生的现象和数据 , 并得出合理的结论。 4 . (2020 北京卷 ) 用图 1 所示的甲、乙两种方法测量某电源的电动势和内电阻 ( 约为 1 Ω ) 。其中 R 为电阻箱 , 电流表的内电阻约为 0 . 1 Ω , 电压表的内电阻约为 3 k Ω 。 图 1 (1) 利用图 1 中甲图实验电路测电源的电动势 E 和内电阻 r , 所测量的实际是图 2 中虚线框所示 “ 等效电源 ” 的电动势 E' 和内电阻 r' 。若电流表内电阻用 R A 表示 , 请你用 E 、 r 和 R A 表示出 E' 、 r' , 并简要说明理由。 　　　 。   图 2 (2) 某同学利用图像分析甲、乙两种方法中由电表内电阻引起的实验误差。在图 3 中 , 实线是根据实验数据 ( 图甲 : U=IR , 图乙 : I = ) 描点作图得到的 U - I 图像 ; 虚线是该电源的路端电压 U 随电流 I 变化的 U - I 图像 ( 没有电表内电阻影响的理想情况 ) 。 在图 3 中 , 对应图甲电路分析的 U - I 图像是 　　　　 ; 对应图乙电路分析的 U - I 图像是 　　　　 。   (3) 综合上述分析 , 为了减小由电表内电阻引起的实验误差 , 本实验应选择图 1 中的 　　　　 ( 填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ”) 。   图 3 答案 (1) E'=E , r+R A , 理由见解析 (2)C 　 A 　 (3) 乙 解析 (1) 将电源和电流表视为等效电源 , 电源电动势是电源本身具有的属性 , 电流表不具有产生电动势的本领 , 所以等效电源的电动势仍然为 E'=E 而电流表的内阻和电动势的内阻作为等效电源的内阻 , 即 r'=r+R A (2) 对甲图 , 考虑电表内阻时 , 根据闭合电路欧姆定律得 E=U 路 +Ir 内 =U+I ( r+R A ) 变形得 U=- ( r+R A ) I+E 直接通过实验获得数据 , 可 得 U =-rI+E 图像与纵轴截距均为电源电动势 E , 虚线对应的斜率大小为 r , 实线对应的斜率大小为 ( r+R A ), 所以对应图甲电路分析的 U - I 图像是 C; (3) 图甲虽然测量的电源电动势准确 , 但电流表分压较为明显 , 所以内阻测量的误差很大 ; 图乙虽然电动势和内阻测量均偏小 , 但是电压表内阻很大 , 分流不明显 , 所以电动势和内阻的测量误差较小 , 所以选择图乙可以减小由电表内电阻引起的实验误差。 情境剖析 本题属于基础性、探究性题目 , 以教材常见的测量某电源的电动势和内电阻的 “ 安阻法 ” 和 “ 伏阻法 ” 为素材创设学习探索类问题情境。 素养能力 本题考查了考生的 “ 设计实验与制订方案、获取和处理信息 ” 等科学探究能力。考查学生的物理学科核心素养中关于 “ 科学探究 ” 及 “ 物理观念 ” 等方面的水平 , 尤其注重考查 “ 科学探究 ” 中关于证据和解释要素的水平以及对电路中相关概念的理解。 高频 考点 能力 突破 考点一 实验仪器的读数与使用 (M) 归纳总结 　 1 . 多用电表的读数 电流表、电压表的刻度是均匀的 , 读数时应注意量程 ; 欧姆表的刻度是不均匀的 , 读数时应乘以倍率。 2 . 多用电表使用的几个注意事项 (1) 电流的流向 : 由于使用多用电表时不管测量什么 , 电流都要从电表的 “ + ” 插孔 ( 红表笔 ) 流入 , 从 “ - ” 插孔 ( 黑表笔 ) 流出 , 所以使用欧姆挡时 , 多用电表内部电池的正极接的是黑表笔 , 负极接的是红表笔。 (2) 要区分 “ 机械零点 ” 与 “ 欧姆零点 ”:“ 机械零点 ” 在表盘刻度左侧 “0” 位置 , 用表盘下边中间的指针定位螺丝调整 ;“ 欧姆零点 ” 在表盘刻度的右侧电阻刻度 “0” 位置 , 用欧姆调零旋钮调整。 (3) 测电阻时每变换一次挡位 , 都要重新进行欧姆调零。 (4) 选倍率 : 测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡的刻度不均匀 , 使用欧姆挡测电阻时 , 指针偏转过大或过小都有较大误差 , 通常只使用表盘中间的一段刻度范围。 (5) 测电阻时要将电阻与其他元件断开。测电阻时不要用手接触多用电表的表笔。 (6) 多用电表使用完毕应将选择开关旋至 “OFF” 挡或交流电压最高挡。 3 . 欧姆表刻度不均匀的 原因 【典例 1 】 (2020 山东泰安高三三模 ) 利用图甲所示电路测量多用电表电阻挡 “ × 1k” 倍率时内部电池的电动势和内阻 ( 多用电表内部接入电路的总电阻 ), 同时测量电压表 V 的内阻。提供的器材有 : 多用电表、电压表 V( 量程为 6 V, 内阻为十几千欧 ) 、滑动变阻器 ( 最大阻值为 10 k Ω ) 、导线若干。 (1) 将多用电表的选择开关打到电阻挡 “ × 1k” 倍率 , 接着进行 　　　　　　　　　　 。   (2) 将图甲中黑表笔与 　　　　 ( 选填 “1” 或 “2”) 端相连 , 红表笔与另一端相连。   (3) 将滑动变阻器的滑片移至右端 , 此时电压表的示数为 3 . 90 V, 多用电表的指针指在图乙中的实线位置 , 其示数为 　　　　 k Ω ; 再将滑片向左移至某一位置时 , 电压表的示数为 3 . 30 V, 此时多用电表的指针指在图乙中的虚线位置 , 其示数为 　　　　 k Ω 。   (4) 电压表的内阻为 　　　　 k Ω ; 多用电表电阻挡 “ × 1 k” 倍率时内部电池的电动势为 　　　　 V( 结果保留 3 位有效数字 ) 、内阻为 　　　　 k Ω 。   答案 (1) 欧姆调零 　 (2)2 　 (3)12 　 17 　 (4)12 　 8 . 94 　 15 . 5 解析 (1) 将多用电表的选择开关打到电阻挡 “ × 1k” 倍率 , 接着两表笔短接进行欧姆调零。 (2) 黑表笔内部接电源的正极 , 则将图甲中黑表笔与 2 端相连 , 红表笔与另一端相连。 (3) 多用电表的指针指在图乙中的实线位置时 , 其示数为 12 × 1 kΩ = 12 kΩ; 多用电表的指针指在图乙中的虚线位置时 , 其示数为 17 × 1 kΩ = 17 kΩ 。 【 类题演练 】 1 . (2020 北京高三二模 ) 用如图所示的多用电表测量定值电阻 。 (1) 待测电阻的阻值约为 20 Ω , 测量步骤如下 : ① 调节指针定位螺丝 , 使多用电表指针对准 　　　　 ( 选填 “ 直流电流、电压 ” 或 “ 电阻 ”)“0” 刻线。   ② 将选择开关转到电阻挡的 　　　　 ( 选填 “ × 1”“ × 10” 或 “ × 100”) 的位置。   ③ 将红、黑表笔插入 “ + ”“ - ” 插孔 , 并将两表笔短接 , 调节欧姆调零旋钮 , 使电表指针对准电阻的 　　　　 ( 选填 “0 刻线 ” 或 “ ∞ 刻线 ”) 。   ④ 将两表笔分别与待测电阻相接 , 读取数据。 (2) 测量后需要继续测量一个阻值大约是 2 k Ω 左右的电阻。在红黑表笔接触这个电阻两端之前 , 请从下列选项中挑出必要的步骤 , 并按 　　　　 的顺序进行操作 , 再完成读数测量。   A. 调节定位指针螺丝 , 使多用电表指针对准 “0” 刻线 B. 将红黑表笔接触 C. 把选择开关旋转到 “ × 1k” 位置 D. 把选择开关旋转到 “ × 100” 位置 E . 调节欧姆调零旋钮 , 使电表指针对准电阻的 “0” 刻线 答案 (1) ① 直流电流、电压 ② × 1 　 ③ 0 刻线 　 (2)DBE 解析 (1) ① 调节指针定位螺丝 , 进行机械调零 , 使多用电表指针对准直流电流、电压 “0” 刻线。 ② 因待测电阻约为 20 Ω, 则将选择开关转到电阻挡的 “ × 1” 的位置。 ③ 将红、黑表笔插入 “ + ” 、 “ - ” 插孔 , 并将两表笔短接 , 调节欧姆调零旋钮 , 使电表指针对准电阻的 “0 刻线 ” 。 (2) 测量后要继续测量一个阻值大约是 2 kΩ 左右的电阻 , 则需先将选择开关旋转到 “ × 100” 位置 , 然后两表笔短接调零 , 使电表指针对准电阻的 “0” 刻线。故为 DBE 。 2 . (2020 安徽高三三模 )(1) 在使用多用电表的过程中 , 下列说法正确的是 　　　　　　　　 。   A. 测量电压时 , 要将红表笔接在低电势点 B. 测量电阻时 , 更换倍率挡后 , 无须重新欧姆调零 C. 测量电阻时 , 要使待测电阻与其他元件和外部电源 断开 (2) 如图为某一多用电表的结构示意图 , 表头 G 的满偏电流为 I g = 0 . 5 mA, 内阻为 R g = 200 Ω 。当选择开关分别接 1 和 2 挡时 , 对应的量程为 10 mA 和 1 mA, 其中 R 1 为 20 Ω , 则 R 2 为 　　　　　　　　 Ω 。   (3) 该欧姆表表盘中间位置的数值为 25, 则其 “ × 100” 欧姆挡所使用的电源电动势大小为 　　　　 V 。   答案 (1)C 　 (2)180 　 (3)2 . 5 解析 (1) 在测量电压时 , 电流从红接线柱流入多用电表 , 故 A 错误 ; 测量阻值不同的电阻时 , 更换倍率挡后 , 需要重新欧姆调零 , 故 B 错误 ; 由于测电阻时内部有电源 , 所以如果电路不和电源断开 , 可能出现电流过大 , 烧坏表头的情况。故 C 正确。故选 C 。 (3) 使用欧姆挡时 , 电流表的满偏电流 I A = 1 mA, 中值电阻的阻值等于欧姆表内阻 , 所以欧姆表内阻为 R= 25 × 100 Ω = 2 500 Ω 电源电动势大小为 E=I A R= 1 × 10 - 3 × 2 500 V = 2 . 5 V 考点二 以测电阻为核心的实验 ( 含电表的改装 )(H) 归纳总结 　 电阻的测量实验是高考实验的热点 , 涉及的实验包括伏安法测电阻、多用电表测电阻、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测量金属的电阻率、测量电流表或电压表的内阻等。主要考查电阻的测量电路设计、控制电路设计、器材的选取与实物连接、实验数据的处理与误差分析等。 明确三个 “ 选择 ”, 电学实验难离它 1 . 实验器材的选择 (1) 电源的选择 : 一般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。 (2) 电表的选择 : 一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表 ; 根据待测电流的最大电流选择电流表 ; 电表的指针摆动的幅度较大 , 一般应使指针能达到半偏。 比较项目 电流表内接法 电流表外接法 电 　 路     误差原因 由于电流表内阻的分压作用 , 电压表测量值偏大 由于电压表内阻的分流作用 , 电流表测量值偏大 测量结果 R 测 = = R A +R x >R x , 电阻的测量值大于真实值 R 测 = < R x , 电阻的测量值小于真实值 适用条件 R x ≫ R A , 大电阻 R x ≪ R V , 小电阻 2 . 电流表内接法与外接法的 选择 3 . 两种接法的判断 (1) 比值判断法 (2) 临界值判断法 当被测电阻 R x 的大小无法直接判定时 , 先求临界 电阻 。 若 R x >R 0 , 则 R x 为大电阻 , 内接法误差小 ; 若 R x