2019届二轮复习专题六物理实验考点2电学实验课件（72张） 72页

第2讲　电学实验 考点一　电学基本仪器的使用 【 必记要点 】 1 ． 电流表、电压表、欧姆表的比较 突破高频考点 2. 使用多用电表应注意的问题 (1) 电流的流向 由于使用多用电表时不管测量项目是什么，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。 [ 例 1] 　某同学想通过一个多用电表的欧姆挡直接测量某电压表 ( 量程为 10 V) 的内阻 ( 大约为几十千欧 ) ，该多用电表刻度盘上电阻刻度的中间值为 30 。 图 6 － 2 － 1 (1) 欧姆挡的选择开关拨至 ________( 选填 “ × 1 k ” 或 “ × 100 ” ) 挡，先将红、黑表笔短接调零后，选用图 6 － 2 － 1 甲中 ________( 选填 “ A ” 或 “ B ” ) 方式连接。 (2) 如图乙所示，某同学读出欧姆表的读数为 ________Ω ；如图丙所示，电压表的读数为 ________V ，欧姆表电池的电动势为 ________V 。 [ 答案 ] 　 (1) × 1 k 　 A 　 (2)4 × 10 4 　 5.0 　 8.75 规律总结 欧姆表刻度盘特点及多用电表读数技巧 1 ． 欧姆表刻度盘不同于电压、电流刻度盘 (1) 左 ∞ 右 0 ：电阻无限大与电流、电压零刻度重合，电阻刻度零与电流、电压最大刻度重合。 (2) 刻度不均匀：左密右疏。 (3) 欧姆挡是倍率挡，即读出的示数应再乘以该挡的倍率，电流、电压挡是量程范围挡。 在不知道待测电阻的估计值时，应先从小倍率开始，熟记 “ 小倍率小角度偏，大倍率大角度偏 ” ( 因为欧姆挡的刻度盘上越靠左读数越大，且测量前指针指在左侧 “ ∞ ” 处 ) 。 【 题组训练 】 1 ． ( 用多用电表测电阻和电流 ) 某同学想测量电压表 0 ～ 3 V 挡的内阻，他从实验室拿来一个多用电表、 3 节干电池、 50 Ω 的滑动变阻器 1 个、开关和若干导线。 图 6 － 2 － 2 (1) 先用多用表粗测其内阻，把选择开关旋到欧姆挡的 “ × 100 ” 倍率，将 ________( 填 “ 红 ” 或 “ 黑 ” ) 表笔接电压表的 “ － ” 接线柱，另一只表笔接 “ 3 V ” 的接线柱，多用表的指针位置如图 6 － 2 － 2 甲所示，则电压表的内阻为 ________Ω 。 (2) 再用伏安法测量其内阻，把多用表的选择开关旋到直流电流的 ________( 填 “ 100 ”“ 10 ” 或 “ 1 ” )mA 挡，请在图乙完成其余的连线。 (3) 实验中多用表的示数为 I ，电压表的示数为 U ，则电压表的内阻为 R V ＝ ________ 。 答案 　 (1) 红　 3.0 × 10 3 ( 或 3 000) 　 (2)1 　如图所示 2 ． ( 用多用电表判断电路故障 ) 某照明电路出现故障，其电路如图 6 － 2 － 3 所示，该电路用标称值 12 V 的蓄电池为电源，导线及其接触完好。维修人员使用已调好的多用表直流 50 V 挡检测故障。他将黑表笔接在 c 点，用红表笔分别探测电路的 a 、 b 点。 图 6 － 2 － 3 图 6 － 2 － 4 (1) 断开开关，红表笔接 a 点时多用表指示如图 6 － 2 － 3 所示，读数为 ________V ，说明 ________ 正常 ( 选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯 ) 。 (2) 红表笔接 b 点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用表指示仍然和图 6 － 2 － 4 相同，可判定发生故障的器件是 ________( 选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯 ) 。 解析 　 (1) 由题图可知，直流 50 V 挡的最小分度为 1 V ，故按 “ 十分之一 ” 估读法可知读数应为 11.5 V 左右。由于测得的电压基本等于蓄电池电动势的标称值，说明 a 、 c 两点与电源之间是通路，只能是此电路之外的保险丝、开关、小灯中出现了断路故障，但故障的具体位置不能确定。 (2) 同理可知，两表笔接 c 、 b 时测得结果仍等于电源电动势，说明多用表、开关、保险丝、蓄电池形成了一闭合回路，故只能是与多用表并联的小灯发生了断路故障。 答案 　 (1)11.5(11.2 ～ 11.8 之间的值均可 ) 　蓄电池 (2) 小灯 【 必记要点 】 一、滑动变阻器的使用 1 ． 滑动变阻器两种连接方式的比较 考点二　实验器材与实验电路的选择 方式 内容　　 限流接法 分压接法 对比说明 电路图 串、并联关系不同 2. 滑动变阻器两种连接方式的选择 ① 当题中要求负载上电压或电流从零开始调节时，应采用分压式接法； ② 当题中要求测量精确度高且调节范围大时，一般用分压式接法； ③ 当滑动变阻器的总电阻比待测电阻阻值的一半还小时，一般用分压式接法； ④ 负载电阻的阻值小于滑动变阻器的总电阻或相差不多，且电压、电流不要求从零可调时，一般用限流式接法； ⑤ 两种接法均可使用时，优先用限流式接法 ( 节能 ) 。 二、电流表内、外接法的比较与选择 1 ． 两种接法的比较 比较 项目 电流表内接法 电流表外接法 电路 2. 选择电流表内、外接的方法 [ 例 2] 　 (2018 · 郑州质检 ) 在探究小灯泡的伏安特性时，所用小灯泡上标有 “ 2.5 V 0.6 W ” 字样，实验室提供的器材有： A ．电流表 A 1 ( 内阻约为 5 Ω 、量程为 0 ～ 25 mA ) B ．电流表 A 2 ( 内阻约为 1 Ω 、量程为 0 ～ 300 mA ) C ．电压表 V 1 ( 内阻约为 5 kΩ 、量程为 0 ～ 3 V) D ．电压表 V 2 ( 内阻约为 15 kΩ 、量程为 0 ～ 15 V) E ．滑动变阻器 R 1 ( 最大阻值为 10 Ω 、额定电流为 0.6 A) F ．滑动变阻器 R 2 ( 最大阻值为 1 000 Ω 、额定电流为 0.2 A) G ．稳压电源 E ( 电动势为 9.0 V 、内阻可忽略 ) H ．开关一个、定值电阻若干、导线若干 由以上信息回答下列问题： (1) 实验前设计的电路图如图 6 － 2 － 5 甲所示。为了减小实验误差，该实验所用的电流表、电压表、滑动变阻器应分别为 ________( 选填器材前的字母 ) 。为保护滑动变阻器和灯泡，应在电路中串联的定值电阻 R 0 合适的电阻值应为 ________( 选填 “ 1 Ω ” 、 “ 10 Ω ” 、 “ 30 Ω ” 、 “ 100 Ω ” ) 。 图 6 － 2 － 5 (2) 请确定测量电路中电压表右侧导线的正确位置后，在图乙中用笔画线代替导线，将实物完整连接起来。 (3) 连接好电路后，通过改变滑动变阻器的滑片位置，并通过计算机描绘了该小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示。若将两个这样的小灯光并联后直接接在电动势 E ＝ 3 V 、内阻 r ＝ 5 Ω 的电源上，每个小灯泡所消耗的实际功率为 ________W 。 ( 结果保留两位有效数字 ) 。 [ 答案 ] 　 (1)B 、 C 、 E 　 10 Ω 　 (2) 如答图甲　 (3)0.22 规律总结 电路选择的原则 1 ． 安全性原则 选用仪器组成电路，首先要保证实验正常进行。例如通过电流表的电流和加在电压表上的电压均不得超过其量程，滑动变阻器、被测电阻不得超过其额定电流。 2 ． 精确性、方便性原则 “ 精确 ” 是指选用仪器组成实验电路时要尽可能减小测量误差，提高精确度。 “ 方便 ” 是指实验中便于调节控制，便于读数。 3 ． 运用仪器少，耗电少原则。 【 题组训练 】 1 ． ( 实验仪器的选择 ) LED 绿色照明技术已经走进我们的生活。某实验小组要精确测定额定电压为 3 V 的 LED 灯正常工作时的电阻，已知该灯正常工作时电阻大约 500 Ω ，电学符号与小灯泡电学符号相同。 实验室提供的器材有： A ．电流表 A 1 ( 量程为 0 至 50 mA ，内阻 R A1 约为 3 Ω) B ．电流表 A 2 ( 量程为 0 至 3 mA ，内阻 R A2 ＝ 15 Ω) C ．定值电阻 R 1 ＝ 697 Ω D ．定值电阻 R 2 ＝ 1 985 Ω E ．滑动变阻器 R (0 至 20 Ω) 一只 F ．电压表 V( 量程为 0 至 12 V ，内阻 R V ＝ 1 kΩ ) G ．蓄电池 E ( 电动势为 12 V ，内阻很小 ) H ．开关 S 一只 (1) 如图 6 － 2 － 6 所示，请选择合适的器材，电表 1 为 ________ ，电表 2 为 ________ ，定值电阻为 ________ 。 ( 填写器材前的字母编号 ) (2) 将采用的电路图补充完整。 图 6 － 2 － 6 (3) 写出测量 LED 灯正常工作时的电阻表达式 R x ＝ ________( 填字母 ) ，当表达式中的 ________( 填字母 ) 达到 ________ ，记下另一电表的读数代入表达式，其结果为 LED 灯正常工作时电阻。 2 ． ( 实验电路的设计 ) 电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻 ( 半偏法 ) ，实验室提供的器材如下： 待测电压表 V( 量程 3 V ，内阻约为 3 000 Ω) ，电阻箱 R 0 ( 最大阻值为 99 999.9 Ω) ，滑动变阻器 R 1 ( 最大阻值 100 Ω ，额定电流 2 A) ，电源 E ( 电动势 6 V ，内阻不计 ) ，开关 2 个，导线若干。 (1) 虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整。 图 6 － 2 － 7 (2) 根据设计的电路，写出实验步骤： ______________________________________________________________________ 。 (3) 将这种方法测出的电压表内阻记为 R V ′ ，与电压表内阻的真实值 R V 相比， R V ′ ________ R V ( 填 “ > ” 、 “ ＝ ” 或 “ < ” ) ，主要理由是 ____________________________________________________________________ 。 答案 　见解析 考点三　实验数据的处理 图 6 － 2 － 8 (1) 由图乙可得电源的电动势 E ＝ __________ V ；内阻 r ＝ ________Ω 。 ( 结果均保留两位有效数字 ) (2) 根据测得的直径可以算得电阻丝的横截面积 S ＝ 0.12 × 10 － 6 m 2 ，利用图丙可求得电阻丝的电阻率 ρ 为 ________ Ω · m ，图丙中图象截距的物理意义是 ______________ 。 ( 结果均保留两位有效数字 ) (3) 此实验用了图象法处理数据，优点是直观，但是不能减少或者消除 ________________( 填“偶然误差”或“系统误差” ) 。 [ 答案 ] 　 (1)3.0 　 1.0 　 (2)1.2 × 10 － 6 　电流表内阻为 2.0 Ω 　 (3) 系统误差 【 题组训练 】 如图 6 － 2 － 9 甲所示是测量阻值约几十欧的未知电阻 R x 的原理图， 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 12 V ，内阻忽略不计 ) 。 图 6 － 2 － 9 在保证安全和满足要求的情况下，使测量范围尽可能大，具体实验步骤如下： ① 闭合 S ，调节滑动变阻器 R 和电阻箱 R 1 ，使 A 2 示数 I 2 ＝ 0.20 A ，记下此时电阻箱的阻值 R 1 和 A 1 的示数 I 1 ； ② 重复步骤 ① 且使 A 2 示数仍为 I 2 ＝ 0.20 A ，测量多组 R 1 和 I 1 值； ③ 将实验测得的数据在坐标纸上描点，如图乙所示。 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 2.0 Ω) B ．电流表 (0 ～ 3 mA ，内阻未知 ) C ．电流表 (0 ～ 0.3 A ，内阻为 10 Ω) D ．电流表 (0 ～ 0.3 A ，内阻未知 ) 请根据实验过程判断 A 1 应选用 ________ ， A 2 应选用 ________( 填写选项字母 ) 。 答案 　 (1)D 　 C 　 (2) 见解析　 (3)40 【 必记要点 】 1 ． 对于电学实验的创新，耍注意以下问题 (1) 在解决设计型实验时，要注意条件的充分利用，如对于给定确切阻值的电压表和电流表，电压表可当作电流表使用。电流表也可当作电压表使用，利用这一特点，可以拓展伏安法测电阻的方法，如伏伏法、安安法等。 考点四　电学创新实验设计 (2) 对一些特殊电阻的测量，如电流表或电压表内阻的测量，电路设计有其特殊性。即首先要注意到其自身电阻对电路的影响，其次要充分利用其 “ 自报电流或自报电压 ” 的功能，因此在测电压表内阻时无需另并联电压表，测电流表内阻时无需再串联电流表。 2 ． 解决电学设计型实验常用的方法 转换法 将不易测量的物理量转换成易于测量的物理量进行测量，然后再求待测物理量的值的方法叫转换测量法 ( 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，并将金属丝接入电路测出其电阻，然后再计算出它的电阻率 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 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 [ 例 4] 　国标 (GB/T) 规定自来水在 15 ℃ 时电阻率应大于 13 Ω · m 。某同学利用图 6 － 2 － 10 所示电路测量 15 ℃ 自来水的电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门 K ，以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞 ( 活塞电阻可忽略 ) ，右活塞固定，左活塞可自由移动。实验器材还有：电源 ( 电动势约为 3 V ，内阻可忽略 ) ，电压表 V 1 ( 量程为 3 V ，内阻很大 ) ，电压表 V 2 ( 量程为 3 V ，内阻很大 ) ，定值电阻 R 1 ( 阻值 4 kΩ ) ，定值电阻 R 2 ( 阻值 2 kΩ ) ，电阻箱 R ( 最大阻值 9 999 Ω) ，单刀双掷开关 S ，导线若干，游标卡尺，刻度尺。 图 6 － 2 － 10 实验步骤如下： A ．用游标卡尺测量玻璃管的内径 d ； B ．向玻璃管内注满自来水，并用刻度尺测量水柱长度 L ； C ．把 S 拨到 1 位置，记录电压表 V 1 示数； D ．把 S 拨到 2 位置，调整电阻箱阻值，使电压表 V 2 示数与电压表 V 1 示数相同，记录电阻箱的阻值 R ； E ．改变玻璃管内水柱长度，重复实验步骤 C 、 D ，记录每一次水柱长度 L 和电阻箱阻值 R ； F ．断开 S ，整理好器材。 图 6 － 2 － 11 【 题组训练 】 一标有 “ 6 V,0.5 A ” 的小型直流电动机，转子由铜导线绕制的线圈组成，阻值约为 1 Ω 。某兴趣小组设计一个实验，测量此电动机线圈的电阻。实验室提供的器材除导线和开关外还有： A ．直流电源 E ： 8 V( 内阻不计 ) B ．直流电流表 A 1 ： 0 ～ 0.6 A( 内阻约为 0.5 Ω) C ．直流电流表 A 2 ： 0 ～ 3 A( 内阻约为 0.1 Ω) D ．直流电压表 V 1 ： 0 ～ 3 V( 内阻约为 5 kΩ ) E ．直流电压表 V 2 ： 0 ～ 15 V( 内阻约为 15 kΩ ) F ．滑动变阻器 R 1 ： 0 ～ 10 Ω ， 2 A G ．标准电阻 R 2 ： 5 Ω 图 6 － 2 － 12 (1) 为能较准确地测出电动机线圈的电阻，应选择电路图 ________[ 填“甲”或“乙” ] 。 (2) 为使电表指针有较大角度的偏转，需要选用的电流表是 ________ ，电压表是 ________ 。 ( 填写实验器材前面的序号 ) (3) 闭合开关后，调节滑动变阻器控制电动机不转动时读出电流表、电压表示数。若某次实验电压表的示数为 2.5 V ，电流表的示数为 0.4 A ，则电动机线圈电阻为 ________Ω 。由此可计算出该电动机正常工作时输出的机械功率为 ________ W ( 结果保留三位有效数字 ) 。 答案 　 (1) 甲　 (2)B 　 D 　 (3)1.25 　 2.69