【物理】2018届二轮复习专题九第2讲电学实验与创新学案（全国通用） 39页

第 2 讲　电学实验与创新 课标卷高考命题分析 年份 题号·题型·分值 模型·情景 题眼分析 难度 Ⅰ卷 23 题·实验题·9 分 毫安表的改装和校准， 电阻的选择与故障检 测 难 2015 年 Ⅱ卷 23 题·实验题·9 分 半偏法测电压表内阻， 实验电路的设计和误 差分析 难 Ⅰ卷 23 题·实验题·10 分 电路设计组装，由热敏 电阻控制的报警系统， 滑动变阻器的使用 难 Ⅱ卷 23 题·实验题·9 分 测量电压表的内阻 难2016 年 Ⅲ卷 22 题·实验题·5 分 与安培力有关的实验 易 Ⅰ卷 23 题·实验题·10 分 小灯泡的伏安特性曲 线、闭合电路中功率的 计算 难 2017 年 Ⅱ卷 23 题·实验题·9 分 用电桥平衡测量微安 表的内阻 难 Ⅲ卷 23 题·实验题·9 分 多用电表的使用，电表 的改装 难 高考题型 1　电表改装与读数、多用电表原理与使用 例 1　(2017·全国卷Ⅲ·23)图 1(a)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；R1、R2、R3、R4 和 R5 是固定电阻，R6 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． 图 1 (1)图(a)中的 A 端与________(填“红”或“黑”)色表笔相连接． (2)关于 R6 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 R6 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 R6 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 R6 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 R1＋R2＝________Ω，R4＝________Ω. (4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)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) 答案　(1)黑　(2)B　(3)160　880　(4)1.47 mA 1．10 kΩ　2.94 V 解析　(1)当 B 端与“3”连接时，内部电源与外部电路形成闭合回路，电流从 A 端流出， 故 A 端与黑色表笔相连接． (2)在使用多用电表之前，调整表头螺丝使电表指针指在表盘左端电流“0”位置，选项 A 错 误；使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整 R6 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，电阻 R6 不在闭合电路中，调节无效，选项 C 错误． (3)根据题给条件可知，当 B 端与“2”连接时，表头与 R1、R2 组成的串联电路并联，此时 为量程 1 mA 的电流挡，由并联电路两支路电流与电阻成反比知， Rg R1＋R2＝1－0.25 0.25 ＝3 1，解 得 R1＋R2＝160 Ω. 当 B 端与“4”连接时，表头与 R1、R2 组成的串联电路并联后再与 R4 串联，此时为量程 1 V 的电压挡，表头与 R1、R2 组成的串联电路并联总电阻为 120 Ω，两端电压为 0.12 V，由串联 电路中电压与电阻成正比知：R4 两端电压为 0.88 V，则 R4 电阻为 880 Ω. (4)若此时 B 端是与“1”连接的，多用电表作为直流电流表使用，量程为 2.5 mA，读数为 1.47 mA. 若此时 B 端是与“3”连接的，多用电表作为欧姆表使用，读数为 11×100 Ω＝1.10 kΩ. 若此时 B 端是与“5”连接的，多用电表作为直流电压表使用，量程为 5 V，读数为 2.94 V. 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 电压表 使指针指在比满偏 刻度1 3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 欧姆表 有正、负极的 电表，电流由 电表的正极流 入，负极流出 使指针尽量指在表 盘的中间位置左右 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 R0(即欧姆调 零)，使灵敏电流计满偏，Ig＝ E Rg＋R0＋r，此时中值电阻 R 中＝Rg＋R0＋r，当两表笔接入电 阻 Rx 时 I＝ E Rg＋R0＋r＋Rx，电阻 Rx 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阻值；(6)用完后，选择开关要置于“OFF” 挡或交流电压最高挡． 1．(2017·山东菏泽市 5 月模拟)一块表头被烧坏的双量程电压表，其内部电路如图 2 甲所示， 但测得 R1＝2.8 kΩ、R2＝14.8 kΩ 是完好的，现用满偏电流和表盘刻度相同的一块新表头 替代 ，已知新表头 的满偏电流为 1 mA，内阻为 150 Ω，且有三个精密定值电阻 r1＝50 Ω、r2＝100 Ω、r3＝150 Ω.若在保留 R1、R2 的情况下，对电压表进行修复，请完成下列问题： 图 2 (1)原表头的内阻 rg＝________ Ω； (2)在图乙虚线框中画出修复后双量程电压表的电路(标出所选用的相应器材符号)． (3)修复后校准完，连接 0～15 V 量程测量时，某次表盘指针偏转如图丙所示，其电压示数 应为________ V. 答案　(1)200 (2)如图所示 (3)9.3 2．(2017·山东枣庄市二模)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器，请回答下列问题： 图 3 (1)在使用多用电表测量时，若选择开关拨至“1 mA”挡，指针的位置如图 3(a)所示，则测 量结果为________________． (2)多用电表测量未知电阻阻值的电路如图(b)所示，电源的电动势为 E，R0 为调零电阻．某 次将待测电阻用电阻箱代替时，电路中电流 I 与电阻箱的阻值 Rx 关系图象如图(c)所示，则 此时多用电表的内阻为________Ω，该电源的电动势 E＝________V. (3)下列判断正确的是________． A．在图(b)中，电表的左、右插孔处分别标注着“＋”、“－” B．因为图线(c)是非线性的，所以对应欧姆表的刻度盘上的数字左小右大 C．欧姆表调零的实质是通过调节 R0，使 Rx＝0 时电路中的电流达到满偏电流 D．电阻 Rx 的变化量相同时，Rx 越小，则对应的电流变化量就越大 答案　(1)0.46 mA　(2)1.5×104　9　(3)CD 解析　(1)量程为“1 mA”挡时，最小分度是 0.02 mA，读数为 0.46 mA. (2)多用电表的内阻，即为中值电阻，即 I＝Ig 2＝0.3 mA 时 Rx＝R 内＝15 kΩ.此时 E＝IgR 内＝ 0.6 mA×15 kΩ＝9 V. (3)由多用电表“红进黑出”知，左、右处应分别标注“－”、“＋”，欧姆表的刻度盘是非 均匀的，左边是大电阻，右边是小电阻． 高考题型 2　电阻测量类实验 例 2　(2017·福建南平市 3 月质检)为测定待测电阻 Rx 的阻值(约为 200 Ω)，实验室提供如下 器材： 电池组 E：电动势 3 V，内阻不计； 电流表 A1：量程 0～15 mA，内阻约为 100 Ω； 电流表 A2：量程 0～300 μA，内阻为 1 000 Ω； 滑动变阻器 R1：阻值范围 0～20 Ω，额定电流 2 A； 定值电阻 R2：阻值为 9 000 Ω，额定电流 10 mA； 定值电阻 R3：阻值为 200 Ω，额定电流 0.1 A； 开关 S、导线若干． 实验中要求准确地测量 Rx 的阻值，请回答下列问题： (1)正确选取器材，在图 4 甲方框内画出测量 Rx 阻值的电路图，并在图中标明所选器材的符 号． 甲 图 4 (2) 调节滑动变阻器 R1，两表的示数如图乙所示，可读出电流表 A1 的示数是________mA， 电流表 A2 的示数是________μA，则待测电阻 Rx 的阻值是________Ω(计算结果保留一位小 数)． (3)仅从实验原理产生系统误差的角度分析，Rx 的测量值________真实值(选填“＞”“＝” 或“＜”)． 答案　(1)见解析图 (2)8.0　150　191.1　(3)< 解析　(1)为了测量待测电阻两端的电压，可以将电流表 A2 与定值电阻串联组成电压表； 改装后电压表量程是 3 V，则定值电阻阻值 R＝U－I2满偏rA2 I2满偏 ＝9 000 Ω，故选定值电阻 R2； 滑动变阻器最大阻值远小于待测电阻阻值，滑动变阻器应采用分压式接法，待测电阻阻值约 为 200 Ω，电流表 A1 内阻约为 100 Ω，电压表内阻为 RV＝1 000 Ω＋9 000 Ω＝10 000 Ω，电 压表内阻远大于待测电阻阻值，电流表应采用外接法，电路图如图所示． (2)由图示可知，电流表 A1 的示数为 8.0 mA，电流表 A2 的示数是 150 μA；待测电阻两端电 压 U ＝ I2RV ＝ 150×10 － 6×10 000 Ω ＝ 1.5 V ， 测 得 待 测 电 阻 Rx ＝ U I1－I2＝ 1.5 8 × 10－3－150 × 10－6 Ω≈191.1 Ω. (3)电流表采用外接法，电流测量值偏大，由欧姆定律可知，Rx 的测量值比真实值小． 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；根据流过电流表的 最大电流选择电流表；电表的指针摆动的幅度不宜较大，一般应使指针达到半偏左右． 2．电路的选择 (1)测量电路的选择 比较项目 电流表内接法 电流表外接法 电路 误差来源 电流表的分压 电压表的分流 测量结果 R 测＝U I >Rx，偏大 R 测＝U I