2019届二轮复习电学实验与创新课件（共55张）（江苏专用） 55页

第 2 讲　电学实验与创新 专题七 　 实验技能与创新 内容索引 高考题型 1 　电表改装与读数、多用电表原理与使用 高考题型 2 　电阻测量类实验 高考题型 3 　测定电源的电动势和内阻 高考题型 4 　电学创新实验 电表改装与读数、多用电表原理与使用 高考题型 1 1. 电流表、电压表、欧姆表的对比 仪器 极性 量程选择 读数 电流表 有正、负极的电表，电流由电流 ( 压 ) 表的正极流入，负极流出；电流应从欧姆表红表笔流入电表 使指针指在比满偏 刻度 多 的位置 若最小分度为 1 、 0.1 、 0.01 等，需要估读到最小分度的下一位；如果最小分度不是 1 、 0.1 、 0.01 等，只需要读到最小分度位即可 电压表 欧姆表 使指针尽量指在表盘的中间位置附近 一般取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率 2. 欧姆表的原理 (1) 欧姆表内有电源，红表笔与内部电源负极相连，黑表笔与内部电源的正极相连，故其电流方向为 “ 红表笔流进，黑表笔流出 ”. (2) 测电阻的原理是闭合电路欧姆定律 . 当红、黑表笔短接时，调节滑动变阻器 R 0 ( 即欧姆调零 ) ，使灵敏电流计满偏， I g ＝ 此时 中值 电 阻 R 中 ＝ R g ＋ R 0 ＋ r ，当两表笔接入电阻 R x 时 I ＝ 电阻 R x 与电路中的电流相对应，但不是线性关系，故欧姆表刻度不均匀 . 3. 欧姆表使用六注意 (1) 选挡接着调零； (2) 换挡重新调零； (3) 待测电阻与电路、电源要断开； (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到阻值； (6) 用完后，选择开关要置于 “ OFF ” 挡或交流电压的最高挡 . 例 1 　 某多用电表内部的部分电路如图 1 所示，已知微安表表头内阻 R g ＝ 100 Ω ，满偏电流 I g ＝ 200 μA ，定值电阻 R 1 ＝ 2.5 Ω ， R 2 ＝ 22.5 Ω ，电源电动势 E ＝ 1.5 V ，则该 多用电表 图 1 (1) A 接线柱应该 与 ___( 填 “ 红 ” 或 “ 黑 ” ) 表笔连接； 黑 答案 解析 解析　 当用欧姆表测电阻时，内部电源和表头构成回路，根据电源正负极连接方式可知，黑表笔与内部电源正极相连，故 A 接线柱应该与 “ 黑 ” 表笔连接； (2) 当选择开关接 ___( 填 “ a ” 或 “ b ” ) 挡时其对应的电阻挡的倍率更高； b (3) 若选 a 挡测量电阻，则原表盘 100 μA ，对应的电阻刻度值应当为 ______ Ω ；原表盘 50 μA 的刻度，对应的电阻刻度值应当为 ____ Ω. 答案 解析 150 450 拓展训练 1 　 某学生用多用电表测电阻 . 使用的实验器材有：多用电表、电压表、滑动变阻器及若干导线 . 图 2 (1) 如图 2 甲，先将多用电表挡位调到电阻 “× 100 ” 挡，再将红表笔和黑表笔 ________ ，调整 ______________ ，使指针指向 “ 0 Ω ”. 答案 直接接触 欧姆调零旋钮 (2) 再将调节好的多用电表红表笔 和 ___( 选填 “ 1 ” 或 “ 2 ” ) 端相连，黑表笔连接另一端 . 将滑动变阻器的滑片滑到适当位置，欧姆表的读数如图乙所示，则被测电阻为 _____ kΩ. (3) 图甲中的电压表有两个量程： 0 ～ 3 V ，内阻为 R 1 ； 0 ～ 15 V ，内阻是 R 2 ，则 R 1 ___ R 2 ( 选填 “ > ”“ ＝ ” 或 “ < ” ). 答案 1 2.5 < 电阻测量类实验 高考 题型 2 1. 电路结构： 实验电路至少包括三个部分： (1) 测量电路； (2) 控制电路 ( 滑动变阻器、开关 ) ； (3) 电源 . 2. 电路设计： (1) 电表选择注意三方面： ① 安全性，要求量程不能太小，电表不反接； ② 准确性，要求量程不能太大，读数一般要超过量程 的 ； ③ 若电表量程不合适，要利用有准确内阻的电表进行改装 . (3) 控制电路：以小控大用分压，相差无几用限流，即当滑动变阻器的阻值较小时，常采用分压式接法；当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时，常采用限流式接法 . 另外，滑动变阻器必须采用分压式接法的情况有三种： ① 电压要求从零开始变化； ② 滑动变阻器最大阻值太小，不能起到限流的作用； ③ 限流式不能获取有区分度的多组数据 . 若两种接法均可，则采用限流式接法，因为限流式接法损耗功率小 . 例 2 　 (2018· 镇江市模拟 ) 小华利用图 3 甲电路测量某种导电液体的电阻率，玻璃管的横截面积 S ＝ 2 × 10 － 3 m 2 ，通过 K 可以控制管内导电液体的长度，管两端接有导电活塞 ( 电阻不计 ) ，右活塞固定，左活塞可在管内自由移动，两活塞均与玻璃管密封良好 . 实验器材如下：电源 ( 电动势为 12 V ，内阻不计 ) ，两只相同的电压表 V 1 、 V 2 ( 量程为 3 V ，内阻足够大 ) ，电阻 R 1 ＝ 400 Ω ，电阻 R 2 ＝ 1 500 Ω ，电阻箱 R (0 ～ 9 999.9 Ω) ，单刀双掷开关 S ，刻度尺 . 图 3 (1) 小华的主要实验步骤如下： ① 向玻璃管内注入导电液体，用刻度尺测量液柱 长度 如图乙所示，其长度 L ＝ __________________________ cm ； ② 连接好电路，把 S 拨到位置 “ 1 ” ，电压表 V 1 的示数如图丙所示，示数为 U 1 ＝ _____ V ； ③ 将 S 拨到位置 “ 2 ” ，调节电阻箱使电压表 V 2 的示数仍为 U 1 ，此时电阻箱的阻值 R ＝ 300 Ω ； ④ 求得管内液柱的电阻 R x ＝ ______ Ω ，导电液体的电阻率 ρ ＝ ____ Ω·m ( 保留两位有效数字 ). 答案 19.97(19.95 ～ 19.99 之间均可 ) 2.00 2 000 20 (2) 请指出小华实验的不足之处 ____________________. (3) 在实验步骤 ③ 中，若在小华调节电阻箱的过程中，无意中由于 K 未关紧而漏掉了少量的液体，则小华测得的电阻率 ρ 的值将 ________( 选填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 不变 ” ). 答案 未多次测量取平均值 不变 (4) 小清同学仍利用该装置进行实验，他通过 K 调节管内液柱长度，记录多组数据如表所示，绘制出 R － 关系 图象后也可求出液体的电阻率 ρ . 请你在图 4 中绘制出此图象 . 答案 　　物理量 次数　　　　 R / × 10 2 Ω /m － 1 1 0.6 1.0 2 1.2 2.0 3 1.8 3.0 4 2.4 4.0 5 3.0 5.0 图 4 答案　 如图所示 拓展训练 2 　 (2018· 常州一中等联考 ) 为了描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室可供选择的器材如下： A. 待测小灯泡 (6 V 　 500 mA) B. 电流表 A(0 ～ 0.06 A 　内阻约 0.5 Ω) C. 电压表 V(0 ～ 3 V 　内阻 2 kΩ) D. 滑动变阻器 R 1 (0 ～ 1 kΩ 　 100 mA) E. 滑动变阻器 R 2 (0 ～ 5 Ω 　 1.5 A) F. 电阻箱 R 3 (0 ～ 9 999.9 Ω) G. 直流电源 E ( 约 6 V ，内阻不计 ) H. 开关 S ，导线若干 图 5 (1) 将电压表量程扩大为 9 V ，与它串联的电阻箱的阻值应调为 ______ Ω. 答案 4 000 解析　 电压表 V(0 ～ 3 V 内阻 2 kΩ) ，将电压表量程扩大为 9 V ，根据 欧姆 定律 应有： ( R ＋ 2 000 ) × ＝ 9 V ，代入数据可得： R ＝ 4 000 Ω ，即 电阻箱的 阻值应调为 4 000 Ω. 解析 (2) 图 5 甲中画出了实验的部分电路，请你在图甲上补全电路图；滑动变阻器应选用 _____( 选填 “ R 1 ” 或 “ R 2 ” ). 答案 解析　 为使测量尽量准确，要求进行多次测量，滑动变阻器采用分压接法，选择小电阻，即选 R 2 ，由于灯泡电阻远小于电压表内阻，所以采用电流表外接法，电路图如图甲所示 . 解析 R 2 答案　 电路图见解析图 (3) 实验中，变阻器滑动触头 P 在 ab 间移动时，发现小灯泡两端的电压只能在 3.5 V ～ 6.0 V 间变化，则电路中出现的故障可能是 _________________________________ _______. 答案 解析　 实验中，变阻器滑动触头 P 在 ab 间移动时，发现小灯泡两端的电压只能在 3.5 V ～ 6.0 V 间变化，即滑动变阻器没有采用分压式接法 . 则电路中出现的故障可能是 ac 间断路，即滑动变阻器变成了限流式接法 . 解析 ac 间断路，即滑动变阻器变成了限 流 式接法 (4) 排除故障后，测量出多组数据以灯泡两端的电压 U 为横轴，电流表的示数 I 为纵轴，描点作出小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示 . 则常温下灯丝的电阻为 ___ Ω ，将该小灯泡与一电动势为 6 V ，内阻为 5 Ω 的电池组连接，此时灯泡的电阻为 ___ Ω( 保留一位有效数字 ). 若电压表 V 的实际阻值大于 2 kΩ ，则小灯泡实际的伏安特性曲线应在所画图线的 _____( 选填 “ 上方 ” 或 “ 下方 ” ). 答案 解析 4 上方 9 若电压表 V 的实际阻值大于 2 kΩ ，所以导致测量的灯泡的电压值偏大，即相同电流情况下，灯泡实际电压比测量值偏小，则小灯泡实际的伏安特性曲线应在所画图线的上方 . 高考 题型 3 测定电源的电动势和内阻 1. 基本原理： 闭合电路欧姆定律 . 2. 常用的方法有三种： (1) 伏安法 —— 利用电压表和电流表 . 由闭合电路欧姆定律 E ＝ U ＋ Ir ，利用两组数据，联立方程求解 E 和 r ；也可作出 U － I 图象，图线的纵截距表示电源的电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻 . 例 3 　 (2018· 江苏单科 ·10) 一同学测量某干电池的电动势和内阻 . (1) 如图 6 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 __________ ； _______________. 图 6 开关未断开 电阻箱阻值为零 答案 解析 解析　 在电学实验中，连接电路时应将开关断开，电阻箱的阻值调为最大，确保实验仪器、仪表的安全 . (2) 实验测得的电阻箱值 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 5.9 5.3 4.5 3.8 根据表中数据，在图 7 的方格纸上作出 R － 关系 图象 . 图 7 由图象可计算出该干电池的电动势为 ________V ；内阻为 ________Ω. 答案 解析 答案 　 见解析图　 1.34(1.30 ～ 1.44 都算对 ) 　 1.2(1.0 ～ 1.4 都算对 ) 解析　 根据闭合电路欧姆定律，得 E ＝ I ( R ＋ r ) 描点连线后图象如图所示 . 根据图象可知 r ＝ 1.2 Ω. 图象的斜率为电动势 E ， (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 8 所示，则该干电池的电动势应为 _______________________________ V ；内阻应为 ____________________ __________Ω . 答案 解析 1.34[ 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] 图 8 解析　 根据欧姆定律，得电流表的内阻 该干电池的内阻应为 r ′ ＝ r － r A ＝ 1.0 Ω 拓展训练 3 　 (2018· 苏锡常镇一调 ) 在 “ 测电源电动势和内阻 ” 的实验中，某实验小组同学根据图 9 甲电路进行测量实验 . 答案 解析 图 9 (1) 根据图甲电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接 . 答案　 见解析图 解析　 测量电动势和内阻的实验原理是电流表的内接法和滑动变阻器的限流式接法，实物连线如图： (2) 实验小组同学操作正确，记录下几组电压表和电流表的示数，并在坐标系内作出电压表示数 U 和对应的电流表示数 I 的图象，如图 10(a) 所示 . 由图象可测得 E 测 和 r 测 ，则 E 测 ____ E 真 ； r 测 ____ r 真 ( 选填 “ > ”“ ＝ ” 或 “ < ” ). 答案 解析 图 10 < < (3) 为了克服系统误差，同学们又根据图 (b) 电路进行测量 . 同样作出 U － I 图象，如图 (c) 所示 . 经过讨论发现，利用图 (a) 和图 (c) 可以消除 系统误差 得出 电源的电动势和内阻的真实值，则 E 真 ＝ ____ ， r 真 ＝ _____. 答案 解析 U B 解析　 当 采用电流表外接法时，误差原因为电流表分压导致电压表测量外电压偏小，可把电流表与电源看做一个等效电源， E 测 ＝ E 真 ， r 测 ＝ r 真 ＋ R A ＞ r 真 ，综合两种接法的误差可知电流表的外接法电动势是准确的， E 真 ＝ U B ，而电流表内接法时若电压表示数为零，代表外电路短路，由 题 图 (a) 可知真实的短路电流为 I A ＝ 高考 题型 4 电学创新实验 例 4 　 (2017· 江苏单科 ·11) 某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图 11 所示，继电器与热敏电阻 R t 、滑动变阻器 R 串联接在电源 E 两端，当继电器的电流超过 15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控 . 继电器的电阻约 20 Ω ，热敏电阻的阻值 R t 与温度 t 的关系如下表所示 . t / ℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R t /Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1 (1) 提供的实验器材有：电源 E 1 (3 V ，内阻不计 ) 、电源 E 2 (6 V ，内阻不计 ) 、滑动变阻器 R 1 (0 ～ 200 Ω) 、滑动变阻器 R 2 (0 ～ 500 Ω) 、热敏电阻 R t 、继电器、电阻箱 (0 ～ 999.9 Ω) 、开关 S 、导线若干 . 为使该装置实现对 30 ～ 80 ℃ 之间任一温度的控制，电源 E 应选用 ____( 选填 “ E 1 ” 或 “ E 2 ” ) ，滑动变阻器 R 应选用 ____( 选填 “ R 1 ” 或 “ R 2 ” ). 图 11 E 2 R 2 答案 解析 解析　 若实现对 30 ℃ 温度的控制，继电器和 R t 两端的电压 U ＝ 0.015 × (20 ＋ 199.5) V ≈ 3.29 V ，因此符合要求的电源为 E 2 . 若实现对 80 ℃ 温度的控制，对全电路有 E ＝ I ( R 继 ＋ R t ＋ R ) ，即 6 V ＝ 0.015 A × (20 Ω ＋ 49.1 Ω ＋ R ) 解得 R ＝ 330.9 Ω ，因此滑动变阻器应选 R 2 . (2) 实验发现电路不工作 . 某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图 12 所示的选择开关旋至 ____( 选填 “ A ”“ B ”“ C ” 或 “ D ” ). 图 12 C 答案 解析 解析　 因 电路中有电源，排查电路故障应选用多用电表的直流电压挡，故选 C . (3) 合上开关 S ，用调节好的多用电表进行排查 . 在电路图中，若只有 b 、 c 间断路，则应发现表笔接入 a 、 b 时指针 ________( 选填 “ 偏转 ” 或 “ 不偏转 ” ) ，接入 a 、 c 时指针 ________( 选填 “ 偏转 ” 或 “ 不偏转 ” ). 不偏转 答案 解析 解析　 只有 b 、 c 间断路，表笔接入 a 、 b 间时，电表与电源之间形不成闭合电路，则电表指针不偏转，表笔接入 a 、 c 时，能形成闭合电路，电表指针发生偏转 . 偏转 (4) 排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为 50 ℃ 时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是 ____________.( 填写各步骤前的序号 ) ① 将热敏电阻接入电路 ② 观察到继电器的衔铁被吸合 ③ 断开开关，将电阻箱从电路中移除 ④ 合上开关，调节滑动变阻器的阻值 ⑤ 断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至 108.1 Ω ⑤④②③① 答案 解析 解析　 欲使衔铁在 50 ℃ 被吸合，由表中数据可知，此时热敏电阻的阻值为 108.1 Ω ，操作步骤应是先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至 108.1 Ω ，闭合开关，调节滑动变阻器的阻值，观察继电器的衔铁被吸合，然后断开开关，将电阻箱从电路中移除，再将热敏电阻接入电路原位置，故步骤顺序应为 ⑤④②③① . 拓展训练 4 　 (2018· 阜宁中学模拟 ) 用如图 13 甲所示的装置探究直流电机转动时线圈的电热功率与输入电 流的关系，图中电路图未画出，现备有如下实验器材 ： A. 直流电机 M(3.0 V,1 W) B.3 V 直流电源 C. 电流表 (0 ～ 0.6 A,0.5 Ω) D . 电流表 (0 ～ 3 A,0.1 Ω) E. 电压表 (0 ～ 3 V ，内阻约 3 kΩ) F . 滑动变阻器 (0 ～ 5 Ω) G. 开关、导线 若干 H . 秒表 I. 电火花 计时器 J. 重锤 P ( 约 0.1 kg) K. 纸带 L . 刻度尺 M. 弹簧 测力计 N . 游标卡尺 图 13 (1) 为测量电机线圈的电热功率，上述提供的器材中多余的是 _______( 写出器材序号 ) ； DHN 答案 解析 解析　 直流电机 M(3.0 V,1 W) 正常工作时的最大电流为 A ，所以选择电流表 (0 ～ 0.6 A,0.5 Ω) ，而电流表 (0 ～ 3 A,0.1 Ω) 量程过大，不需要，故 D 多余 ； 此 题不需要测时间，也不需要游标卡尺测长度，故 H 、 N 都是多余的 . (2) 根据实验要求，在图甲虚线框内画全实验电路图； 答案 解析 解析　 为了多测几组数据，可以通过滑动变阻器分压的方式进行供电，电流表与电机串联，电压表并联；实验电路图如图所示： 答案 　 见解析 图 (3) 实验中，若测出电压表的读数为 U ，电流表的读数为 I ，重锤的重力为 G ，电机匀速提升重物的速度为 v ，则电机线圈的电热功率可表示为 ________ ； 答案 解析 解析　 根据能量守恒定律：输入电机的电功率等于电机上的电热功率加上电机的输出功率，所以 P 热 ＝ UI － G v UI － G v (4) 改变电路中的电流，得出电机线圈在不同电流 I 下的电热功率 P 热 ，作出 P 热 － I 2 图线如图乙中实线所示，发现实验图线与理论图线存在较大偏差，你认为偏差的原因可能是 ___________________________________ ( 回答一点即可 ). 答案 解析 存在摩擦阻力 ( 电机温度升高，电阻增大 ) 解析　 因为存在摩擦阻力，故图象会出现较大偏差；同时因为 P 热 ＝ I 2 R M ，所以 P 热 － I 2 图线的理论图线的斜率表示线圈的电阻 R M ，实际图线的斜率会增大的原因是线圈电阻随温度升高而增大 .