2018届二轮复习电学实验课件（共73张）（全国通用） 73页

核心专题突破 第一部分 专题五　物理实验 第 2 讲　电学实验 栏目导航 2 年考情回顾 热点题型突破 对点规范演练 热点题源预测 逐题对点特训 2 年考情回顾 设问 方式 ① 电阻的测量 [ 例 ](2017 · 全国卷 Ⅱ ， 23 题 ) 　 (2016 · 全国卷 Ⅱ ， 23 题 ) 　 (2016 · 浙江卷， 22 题 ) ② 电源电动势和电阻的测量 [ 例 ](2017 · 天津卷， 9(3) 题 ) 　 (2016 · 四川卷， 8( Ⅱ ) 题 ) ③ 伏安特性曲线实验 [ 例 ](2016 · 天津卷， 9(3) 题 ) 　 (2017 · 全国卷 Ⅰ ， 23 题 ) ④ 电学创新实验 [ 例 ](2017 · 江苏卷， 11 题 ) 　 (2016 · 全国卷 Ⅲ ， 22 题 ) 热点题型突破 题型一 　 电表改装与读数，多用电表原理与使用 命题规律 电流表、电压表、多用电表，电阻箱等电学仪器．高考常考其读数和正确使用，是对学生的基本技能考查，历来是高考的热点． 方法点拨 1 ． 电流表、电压表、欧姆表的使用与读数 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阻值； (6) 用完后，选择开关要置于 “ OFF” 挡或交流电压的最高挡 . 1 ． (2017 · 河南郑州模拟 ) 某学生实验小组利用图甲所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻 “ × 1k ” 挡内部电路的总电阻． 使用的器材有： 多用电表； 电压表：量程 5 V ，内阻十几千欧； 滑动变阻器：最大阻值 5 kΩ ； 导线若干． 回答下列问题： (1) 将多用电表挡位调到电阻“ ×1k” 挡，再将红表笔和黑表笔 ________ ，调零点． (2) 将图甲中多用电表的红表笔和 _____( 选填“ 1” 或“ 2”) 端相连，黑表笔连接另一端． 短接 1 (3) 将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图乙所示，这时电压表的示数如图丙所示．多用电表和电压表的读数分别为 _____kΩ 和 _____V. 15.0 3.60 (4) 调节滑动变阻器的滑片使其接入电路的阻值为零．此时多用电表和电压表的读数分别为 12.0 kΩ 和 4.00 V ．从测量数据可知，电压表的内阻为 _______kΩ . (5) 多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图丁所示．根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为 _______V ，电阻 “ × 1k ” 挡内部电路的总电阻为 _______kΩ . 12.0 9.00 15.0 突破点拨 (1) 多用电表欧姆调零时，应将红、黑表笔短接． (2) 电流从黑表笔流出电表，应与电压表的正极相连接． (3) 当滑动变阻器阻值为零时，多用电表测量的阻值为电压表的电阻值． 解析 (1) 欧姆表调零，将红表笔和黑表笔短接，使指针指电阻 0 刻度． (2) 多用电表欧姆挡测电压表的内阻应使电流从电压表的 “ ＋ ” 接线柱流入， “ － ” 接线柱流出，而黑表笔连接多用电表的 “ ＋ ” 端相连，红表笔和 “ － ” 端相连，黑表笔连接 “ ＋ ” 端． 2 ． (2017 · 全国卷 Ⅲ ) 图甲为某同学组装完成的简易多用电表的电路图．图中 E 是电池； R 1 、 R 2 、 R 3 、 R 4 和 R 5 是固定电阻， R 6 是可变电阻；表头的满偏电流为 250 μA ，内阻为 480 Ω. 虚线方框内为换挡开关， A 端和 B 端分别与两表笔相连．该多用电表有 5 个挡位， 5 个挡位为：直流电压 1 V 挡和 5 V 挡，直流电流 1 mA 挡和 2.5 mA 挡，欧姆 × 100 Ω 挡． (1) 图甲中的 A 端与 _____( 选填“红”或“黑” ) 色表笔相连接． (2) 关于 R 6 的使用，下列说法正确的是 _____.( 填正确答案标号 ) 　 A ．在使用多用电表之前，调整 R 6 使电表指针指在表盘左端电流“ 0” 位置 B ．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整 R 6 使电表指针指在表盘右端电阻“ 0” 位置 C ．使用电流挡时，调整 R 6 使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置 (3) 根据题给条件可得 R 1 ＋ R 2 ＝ _____Ω ， R 4 ＝ _____Ω. (4) 某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示．若此时 B 端是与“ 1” 相连的，则多用电表读数为 ______________ ；若此时 B 端是与“ 3” 相连的，则读数为 _______________ ；若此时 B 端是与“ 5” 相连的，则读数为 ____________.( 结果均保留 3 位有效数字 ) 黑 B 160 880 1.47 mA 1.10×10 3 Ω 2.95 V 解析 (1) A 端与电池正极相连，电流从 A 端流出， A 端与黑表笔相连． (2) 使用多用电表前，应机械调零，即应调整 “ 指针定位螺丝 ” ，使指针指在表盘左端电流 “ 0 ” 位置，与 R 6 无关，选项 A 错误；使用欧姆挡时，需要红、黑表笔短接，使电表指针指在表盘右端电阻 “ 0 ” 位置，选项 B 正确；使用电流挡时， B 端与 “ 1 ” 或 “ 2 ” 相连，与 R 6 无关，选项 C 错误． 电表的改装及应用 (1) 电压表、电流表的改装方法 (2) 使用多用电表测电阻的 “ 五步 ” 法 ① 机械调零． 题型二 　 以测电阻为核心的电学实验 命题规律 与测电阻有关的实验如描绘小灯泡的伏安特性曲线，测定金属的电阻率，测小灯泡的电功率等等这类实验在高考命题中常考仪表选择，电路原理图的分析，实物连图，数据处理及误差分析，是历年高考命题的热点． 方法点拨 1 ． 仪器的选择 (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不宜较大，一般应使指针能达到半偏左右． 2 ． 电路的选择 (1) 测量电路的选择 (2) 控制电路的选择： ① 从节能的角度考虑，优先选用限流式． ② 以下三种情况必须用分压式． a ．要求待测电路的 U 、 I 从 0 变化； b ． R 滑 ≪ R x ； c ．选用限流式时， U x 、 I x 过大． ( 超过电流表量程，烧坏电表、电源或用电器等 ) 3 ． 伏安法测电阻的常规设计实验 需要一个电流表和一个电压表，利用欧姆定律求其电阻．但有时题目中缺少电压表或缺少电流表，或电压表、电流表的量程不符，这时可以把已知内阻的电流表当作电压表来使用，把已知内阻的电压表当作电流表来使用，甚至可以把已知内阻的电流表 ( 或电压表 ) 和电阻箱改装成符合要求的电压表． ( 或电流表 ) 4 ． 定值电阻作为保护电阻，是定值电阻最常见的应用 近几年考题当中，经常出现用阻值已知的定值电阻 ( 或电阻箱 ) 充当电压表，或用阻值已知的定值电阻 ( 或电阻箱 ) 充当电流表． 1. (2017 · 四川德阳三诊 ) 在 “ 测定金属的电阻率 ” 实验中 (1) 为了测量金属丝的电阻 R x 的阻值，实验室提供如下实验器材： A ．待测金属丝电阻 R x ( 约 100 Ω) B ．电动势 E ＝ 6 V ，内阻很小的直流电源 C ．量程 50 mA ，内阻约为 50 Ω 的电流表 D ．量程 0.6 A ，内阻约为 0.2 Ω 的电流表 E ．量程 6 V ，内阻约为 15 kΩ 的电压表 F ．最大阻值 15 Ω ，最大允许电流 1 A 的滑动变阻器 G ．最大阻值 15 kΩ ，最大允许电流 0.5 A 的滑动变阻器 H ．开关一个，导线若干 ① 为了操作方便，且能比较精确的测量金属丝的电阻值，电流表选用 _____ ，滑动变阻器选用 _____.( 填写选用器材前的符号 ) ② 根据所选用的实验器材，设计出测量电阻的下列甲、乙两种电路，为尽可能减少实验误差，应采用 _____ 图． ( 选填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ” ) C F 甲 ③ 实验中测得该金属丝直径为 d ，长度为 L ，接入电路后，电压表示数为 U ，电流表示数为 I ，则该金属丝的电阻率的表达式为 ρ ＝ ____________ . (2) 若另有一只待测电阻，无论用电流表内接还是外接，测量误差较为接近，有一位同学为了消除因电表内阻所带来的系统误差，他用两只相同的电压表，设计了如图丙所示的测量电路．实验操作步骤如下： 丙 ① 按电路图连接好实验器材． ② 闭合 S 1 ，断开 S 2 ，读出此时电压表 V 1 的示数 U ，电流表示数 I . ③ 再闭合 S 2 ，调节变阻器 R ，使电流表的电流仍为步骤 2 的电流 I ，此时读出电压表 V 1 的示数 U 1 ，电压表 V 2 的示数 U 2 . 用上述测得的物理量表示待测电阻的阻值 R x ＝ ____________ . 突破点拨 (1) 选电流表的依据是待测电路中的最大电流大小确定其量程． (2) 判断电流表是内接还是外接． (3) 滑动变阻器选择和控制电路选择是相关的，滑动变阻器既要方便调节，又要满足实验要求，一般是以小控大用分压，相差无几用限流． (4) 伏安法测电阻的系统误差是电流表的分压或电压表的分流所致，本题要消去电流表内阻的分压引起的系统误差，如采用电流不变法消去． 2. (2017 · 安徽淮南四校五月模拟 ) 如图甲所示是测量阻值约几十欧的未知电阻 R x 的原理图，图中 R 0 是保护电阻 (10 Ω) ， R 1 是电阻箱 (0 ～ 99.9 Ω) R 是滑动变阻器， A 1 和 A 2 是电流表， E 是电源 ( 电动势 10 V ，内阻很小 ) ．在保证安全和满足需求的情况下，使测量范围尽可能大．实验具体步骤如下： 甲 ① 连接好电路，将滑动变阻器 R 调到最大； ② 闭合 S ，从最大值开始调节电阻箱 R 1 ，先调 R 1 为适当值，再调节滑动变阻器 R ，使 A 1 示数 I 1 ＝ 0.15 A ，记下此时电阻箱的阻值 R 1 和 A 2 的示数 I 2 ； ③ 重复步骤 (2) ，再测量 6 组 R 1 和 I 2 的值； ④ 将实验测得的 7 组数据在如图乙所示坐标纸上描点． 乙 根据实验回答以下问题： (1) 现有四只供选用的电流表 A ．电流表 (0 ～ 3 mA ，内阻为 2 Ω) B ．电流表 (0 ～ 3 A ，内阻为未知 ) C ．电流表 (0 ～ 0.3 A ，内阻为 5 Ω) D ．电流表 (0 ～ 0.3 A ，内阻为未知 ) A 1 应选用 _____ ， A 2 应选用 _____. (2) 测得一组 R 1 和 I 2 值后，调整电阻箱 R 1 ，使其阻值变小，要使 A 1 示数 I 1 ＝ 0.15 A ，应让滑动变阻器 R 接入电路的阻值 _______ ． ( 选填 “ 不变 ”“ 变大 ” 或 “ 变小 ” ) D C 变大 (3) 在如图 4 所示坐标纸上画出 R 1 与 I 2 的关系图． (4) 根据以上实验得出 R x ＝ ____________________Ω.( 结果保留两位有效数字 ) 解析 (1)A 1 示数 I 1 ＝ 0.15 A ，则 A 1 应选用量程为 0.3 A 的电流表，由于只要知道电流大小即可，即选用 D ；根据 R 1 与 I 2 的关系图可知， A 2 的量程为 0.3 A ，且必须要知道其电阻，因此选用 C. (2) 调整电阻箱 R 1 ，使其阻值变小，要使 A 1 示数 I 1 ＝ 0.15 A ，则与其串联的电阻和电流表的两端电压必须减小，因此只有让滑动变阻器 R 接入电路的阻值变大，才能达到这样的条件． 31(29 ～ 33 之间均可 ) (3) 根据题目中已描的点，平滑连线，注意让点分布在图线的两边，如图所示． 答案 (3) 见解析图 实验操作的一般原则 (1) 器材选择的三大原理：安全性 ( 量程不能太小 ) 准确性 ( 量程不能太大 ) ，方便性 ( 滑动变阻器要方便调节 ) (2) 电流表内外接法的口决： “ 好表要内接 ” ( 越接近理想电流表，其分压的影响越小 ) 或 “ 内大外小 ” ( 内接法测大电阻，外接法测小电阻 ) ．滑动变阻器口诀： “ 以小控大用分压，相差无几用限流 ”． ( 变阻器值小于待测电阻 ) (3) 电表反常规使用：已知内阻的电压表可当电流表使用．已知内阻的电流表可当电压表用． (4) 定值电阻的多用途：保护电阻与电流表串联改装为电压表，与电流表并联扩大量程． 题型三 　 以测电动势和内阻为核心的电学实验 命题规律 测电源电动势和内阻可以有效地考查闭合电路欧姆定律及数据分析处理能力，而且测量方法较多 ( 如伏安法，安阻法，伏阻法，伏伏法，安安法等 ) ．对此命题灵活多变，是高考命题的热点． 方法点拨 测量电源的电动势和内阻的基本原理是闭合电路欧姆定律，数据处理的主要思想方法是 “ 化曲为直 ” ，常用的方法有三种： 1 ．伏安法 —— 利用电压表和电流表．闭合电路方程为 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． 1. 用实验测一电池的内阻 r 和一待测电阻的阻值 R x ，已知电池的电动势约 6 V ，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧．可选用的实验器材有： 电流表 A 1 ( 量程 0 ～ 30 mA ) ； 电流表 A 2 ( 量程 0 ～ 100 mA ) ； 电压表 V( 量程 0 ～ 6 V) ； 滑动变阻器 R 1 ( 阻值 0 ～ 5 Ω) ； 滑动变阻器 R 2 ( 阻值 0 ～ 300 Ω) 开关 S 一个，导线若干条． 某同学的实验过程如下： ① 设计如图甲所示的电路图，正确连接电路． ② 将 R 的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小 R 的阻值，测出多组 U 和 I 的值，并记录．以 U 为纵轴， I 为横轴，得到如图乙所示的图线． ③ 断开开关，将 R x 改接在 B 、 C 之间， A 与 B 直接相连，其他部分保持不变．重复 Ⅱ 的步骤，得到另一条 U － I 图线，图线与横轴 I 的交点坐标为 ( I 0, 0) ，与纵轴 U 的交点坐标为 (0 ， U 0 ) ．　 回答下列问题： (1) 电流表应选用 ________ ，滑动变阻器应选用 ________. (2) 由图乙的图线，得电源内阻 r ＝ ________Ω. (3) 用 I 0 、 U 0 和 r 表示待测电阻的关系式 R x ＝ ____________ ，代入数值可得 R x . (4) 若电表为理想电表， R x 接在 B 、 C 之间与接在 A 、 B 之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围 _________ ，电压表示数变化范围 _________ ． ( 选填 “ 相同 ” 或 “ 不同 ” ) A 2 R 2 25 相同 不同 突破点拨 (1) 根据题给条件，电路总电阻可能的最小值约为 60 Ω. 选用滑动变阻器 R 2 可使电流的变化范围大些． (2) 电源的内阻等于 U － I 图象斜率的绝对值． (3) 改接后，等效电源内阻 r ′ ＝ r ＋ R x . 新 U － I 图象的斜率的绝对值为 60. 解析 (1) 由题给 U － I 图线可知电流表量程应为 0 ～ 100 mA ，故选 A 2 . 路端电压大于 5.5 V ，而电源电动势 E ＝ 6 V ，故 R 外 ≫ r ，则滑动变阻器选 R 2 . 2 ．某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理图如图甲所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计改装的电流表，为标准电压表， E 为待测电池组， S 为开关， R 为滑动变阻器， R 0 是标称值为 4.0 Ω 的定值电阻． ① 已知灵敏电流计 Ⓖ 的满偏电流 I g ＝ 100 μ A 、内阻 r g ＝ 2.0 kΩ ，若要改装后的电流表满偏电流为 200 mA ，应并联一只 _____Ω( 保留一位小数 ) 的定值电阻 R 1 . ② 根据图甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整的电路． ③ 某次实验的数据如下表所示： 该小组借鉴 “ 研究匀变速直线运动 ” 实验中计算加速度的方法 ( 逐差法 ) ，计算出电池组的内阻 r ＝ _______Ω( 保留两位小数 ) ；为减小偶然误差，逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是 __ __________________ ___ ．　 1.0 1.66 充分利用已测得的数据 ④ 该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大．若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是 _____.( 填选项前的字母 ) A ．电压表内阻的影响 B ．滑动变阻器的最大阻值偏小 C ． R 1 的实际阻值比计算值偏小 D ． R 0 的实际阻值比标称值偏大 CD ④ 电压表的读数等于路端电压，所以电压表内阻对测量结果没有影响，选项 A 错误；滑动变阻器用来改变路端电压，对测量结果没有影响，选项 B 错误；若 R 1 的实际阻值偏小，则电流表的实际量程偏大，电流表的读数比实际值偏小，电池组的内阻测量偏大，选项 C 正确； R 0 的实际阻值偏大时，电池组的实际内阻比测量值偏小，选项 D 正确． 答案 ② 如图所示 电学实验的常用方法 (1) 电源电动势和内阻的测量方法 任何一种实验方法．一定要紧扣闭合电路欧姆定律 E ＝ U ＋ Ir ，而最关键的是看电路中如何测量出路端电压 U 和电路中的总电流 I ，这也是命题专家命题时的入手点． (2) 电路的实物连接“三注意” ① 总的原则：先串后并，接线到柱．注意量程和正负． ② 对限流电路，只需用笔画线当作导线，从电源正极开始，把电源开关，滑动变阻器， “ 伏安法 ” 部分依次串联起来即可．注意变阻器置于阻值最大处． 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接连起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动头的电势高低，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． ( 注意滑动变阻器应调到使 “ 伏安法 ” 部分所接两点间阻值最小处 ) ． (3) 数据处理 “ 两方法 ” ① 列表法：把被测物理量分类列表表示出来，表中对各物理量的排列习惯上是先记录原始数据，后计算结果，列表法可大体反映某些因素对结果的影响，常用作其他数据处理方法的一种辅助手段． ② 图象法：把实验测得的量按自变量和因变量的函数关系用图象直观地显示出来．根据实验数据在坐标纸上画出图象．若是反比关系一般改画成正比图象，同时注意图象斜率、图象在坐标轴上截距的物理意义．值得注意的是，创新实验的落脚点几乎都是图象，故备考时一定要将图象法处理数据作为重中之重． 热点题源预测 电学创新实验 考向 预测 高考对电学创新实验的命题特点是： (1) 源于教材中的实验，着重考查实验原理的改进，实验方法的迁移，实验现象和误差的分析； (2) 重视电学实验方法与科技、生产生活实际相结合，考查学生应用知识和解决实际问题的动手能力 解题 关键 (3) 解决电学设计型实验常用的方法： ① 转换法：将不易测量的物理量转换成可以 ( 或易于 ) 测量的物理量进行测量，然后再反求待测物理量的值，这种方法叫转换测量法 ( 简称转换法 ) ．如在测量金属丝电阻率的实验中，虽然无法直接测量电阻率，但可通过测量金属丝的长度和直径，并将金属接入电路测出其电阻，然后再计算出它的电阻率． ② 替代法：用一个标准的已知量替代被测量，通过调整标准量，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测量等于标准量． ③ 控制变量法：研究一个物理量与其他几个物理量的关系时，要使其中的一个或几个物理量不变，分别研究这个物理量与其他各物理量的关系，然后再归纳总结，如探究电阻的决定因素实验 【预测 】 为了测量某电池的电动势 E ( 约为 3 V) 和内阻 r ，选用的器材如下： A ．电流表 G 1 ( 量程为 2 mA ，内电阻为 100 Ω) B ．电流表 G 2 ( 量程为 1 mA ，内电阻为 200 Ω) C ．电阻箱 R 1 (0 ～ 99.99 Ω) D ．电阻箱 R 2 (0 ～ 9999 Ω) E ．滑动变阻器 R 3 (0 ～ 1 000 Ω ，允许最大电流 1 A) F ．待测电池 G ．开关一个、导线若干 (1) 某同学利用上述器材，采用图甲的电路测量该电池的电动势和内阻，请按照图甲将图乙所示的实物图连线． (2) 图甲中利用电阻箱 R 1 ，将电流表 G 1 改装成了量程为 0.5 A 的电流表，利用电阻箱 R 2 将电流表 G 2 改装成了量程为 3 V 的电压表，则电阻箱 R 1 的阻值调到 ________________Ω. (3) 以 G 2 示数 I 2 为纵坐标， G 1 示数 I 1 为横坐标，作出 I 2 － I 1 图象如图所示，结合图象可得出电源的电动势为 ________________V ，电源的内阻为 ________________Ω.( 结果均保留两位有效数字 ) 思维导航 答案 (1) 如图所示 (2)0.4 　 (3)2.7 　 9.0 【变式考法 】 (2017 · 吉林长春七校联考 ) 某同学利用如图甲所示的电路测定电池的电动势和内阻． (1) 根据图甲电路，在实物图乙上用笔画线代替导线画出实物连线图． 0.68(0.66 ～ 0.70 均可 ) 0.9 (3) 已知电流表内阻与定值电阻 R 0 阻值相等， R 0 ＝ 1 Ω ，根据作得的图象，可得电源的电动势为 _____V ，内阻为 _____Ω.( 结果保留两位有效数字 ) 2.9 0.82 答案 (1) 实物连线图如图甲所示　 (2) 如图乙所示