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- 2021-06-02 发布
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专题整合突破
专题五 实验技能与创新
第
14
讲 电学实验与创新
1
微网构建
2
高考真题
3
热点聚焦
4
复习练案
微 网 构 建
电
学
实
验
高 考 真 题
1
.
(2018
·
全国
Ⅰ
,
23)
某实验小组利用如图
(a)
所示的电路探究在
25℃
~
80℃
范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有:置于温控室
(
图中虚线区域
)
中的热敏电阻
R
T
,其标称值
(25℃
时的阻值
)
为
900.0Ω
;电源
E
(6V
,内阻可忽略
)
;电压表
(
量程
150mV)
;定值电阻
R
0
(
阻值
20.0Ω)
,滑动变阻器
R
1
(
最大阻值为
1000Ω)
;电阻箱
R
2
(
阻值范围
0
~
999.9Ω)
;单刀开关
S
1
,单刀双掷开关
S
2
。
图
(a)
实验时,先按图
(a)
连接好电路,再将温控室的温度
t
升至
80.0℃
。将
S
2
与
1
端接通,闭合
S
1
,调节
R
1
的滑片位置,使电压表读数为某一值
U
0
;保持
R
1
的滑片位置不变,将
R
2
置于最大值,将
S
2
与
2
端接通,调节
R
2
,使电压表读数仍为
U
0
;断开
S
1
,记下此时
R
2
的读数。逐步降低温控室的温度
t
,得到相应温度下
R
2
的阻值,直至温度降到
25.0℃
。实验得到的
R
2
-
t
数据见下表。
t
/
℃
25.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R
2
/Ω
900.0
680.0
500.0
390.0
320.0
270.0
240.0
回答下列问题:
(1)
在闭合
S
1
前,图
(a)
中
R
1
的滑片应移动到
________(
填“
a”
或“
b”)
端。
(2)
在图
(b)
的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出
R
2
-
t
曲线。
b
图
(b)
答案:
(3)
由图
(b)
可得到
R
T
在
25℃
~
80℃
范围内的温度特性。当
t
=
44.0℃
时,可得
R
T
=
__________Ω
。
(4)
将
R
T
握于手心,手心温度下
R
2
的相应读数如图
(c)
所示,该读数为
____________Ω
,则手心温度为
___________℃
。
450
620.0
33.0
图
(c)
[
解析
]
(1)
闭合开关
S
1
前,应让滑片移动到
b
端,使滑动变阻器连入电路的阻值最大。
(3)
由图象可知
t
=
44.0℃
时,电阻的阻值为
450Ω
。
(4)
由图
(c)
可得电阻箱阻值为
620.0Ω
,由图象可得温度约为
33.0℃
。
2
.
(2018
·
全国
Ⅱ
,
22)
某同学组装一个多用电表。可选用的器材有:微安表头
(
量程
100μA
,内阻
900Ω)
;电阻箱
R
1
(
阻值范围
0
~
999.9Ω)
;电阻箱
R
2
(
阻值范围
0
~
99999.9Ω)
;导线若干。
要求利用所给器材先组装一个量程为
1mA
的直流电流表,在此基础上再将它改装成量程为
3V
的直流电压表。组装好的多用电表有电流
1mA
和电压
3V
两挡。
回答下列问题:
(1)
在虚线框内画出电路图并标出
R
1
和
R
2
,其中*为公共接线柱,
a
和
b
分别是电流挡和电压挡的接线柱。
答案:
如图所示
(2)
电阻箱的阻值应取
R
1
=
_________Ω
,
R
2
=
__________Ω
。
(
保留到个位
)
[
解析
]
(1)
如图所示。
(2)
接
a
时改装成量程为
1mA
的电流表,有
I
g
R
g
=
(
I
-
I
g
)
R
1
解得
R
1
=
100Ω
接
b
时改装成量程为
3V
的电压表,有
U
=
I
g
R
g
+
IR
2
解得
R
2
=
2910Ω
。
100
2910
3
.
(2018
·
全国
Ⅲ
,
23)
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
=
20.0Ω)
;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)
答案:
实物连线如图
48.2
4
.
(2018
·
天津,
9(3))
某同学用伏安法测定待测电阻
R
x
的阻值
(
约为
10kΩ)
,除了
R
x
、开关
S
、导线外,还有下列器材供选用:
A
.电压表
(
量程
0
~
1V
,内阻约
10kΩ)
B
.电压表
(
量程
0
~
10V
,内阻约
100kΩ)
C
.电流表
(
量程
0
~
1mA
,内阻约
30Ω)
D
.电流表
(
量程
0
~
0.6A
,内阻约
0.05Ω)
E
.电源
(
电动势
1.5V
,额定电流
0.5A
,内阻不计
)
F
.电源
(
电动势
12V
,额定电流
2A
,内阻不计
)
G
.滑动变阻器
R
0
(
阻值范围
0
~
10Ω
,额定电流
2A)
①
为使测量尽量准确,电压表选用
________
,电流表选用
________
,电源选用
________
。
(
均填器材的字母代号
)
②
画出测量
R
x
阻值的实验电路图。
答案:
如图所示
B
C
F
③
该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看,待测电阻测量值会
_________
其真实值
(
填
“
大于
”
、
“
小于
”
或
“
等于
”
)
,原因是
__________________________________________________________
。
[
解析
]
①
若电源选用
E
,则通过
R
x
的最大电流为
0.15mA
,电流表选用
C
还达不到半偏,故电源应选用
F
。电压表内阻应尽可能与被测电阻阻值相差大一些且接近电源电压,故电压表选用
B
。由此可知电路中的电流约为
1mA
,故电流表选用
C
。
大于
电压表的读数大于待测电阻两端的实际电压
(
其他表述正确也可
)
____________________________________________________________
5
.
(2018
·
江苏,
10)
一同学测量某干电池的电动势和内阻。
(1)
题
1
图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。
①
开关未断开;②电阻箱阻值为零。
(
题
1
图
)
答案:
如图所示
由图象可计算出该干电池的电动势为
__________________________V
;
内阻为
____________________________Ω
。
(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
100mV
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
0.33A
时,电压表的指针位置如题
2
图所示,则该干电池的电动势应为
________________________________V
;
内阻应为
_____________________________Ω
。
1.4(1.30
~
1.44
都算对
)
1.2(1.0
~
1.4
都算对
)
1.4[
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]
(
题
2
图
)
热 点 聚 焦
1
.
电流表、电压表、欧姆表的对比
热点一 电表改装与读数、多用电表使用与读数
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。
(2018
·
江苏省淮阴中学
4
月模拟
)
在
“
多用电表的使用
”
实验中,
(1)
甲同学利用多用电表测量电阻。他用电阻挡
“
×100
”
测量时发现指针偏转角度过小,为了得到比较准确的测量结果,请从下列选项中挑出合理的步骤,操作顺序为
________(
填写选项前的字母
)
。
A
.将选择开关旋转到电阻挡
“
×1k
”
的位置,再将两表笔分别接被测电阻的两根引线进行测量
B
.将选择开关旋转到电阻挡
“
×1k
”
的位置,将两表笔短接,进行欧姆调零后,再将两表笔分别接被测电阻的两根引线完成测量
典例
1
B
C
.将选择开关旋转到电阻挡
“
×10
”
的位置,再将两表笔分别接被测电阻的两根引线进行测量
D
.将选择开关旋转到电阻挡
“
×10
”
的位置,将两表笔短接,进行欧姆调零后,再将两表笔分别接被测电阻的两根引线完成测量
(2)
如图
1
所示,为一正在测量中的多用电表表盘。如果用电阻挡
“
×100
”
测量,则读数为
___________Ω
。
2800
(3)
乙同学利用多用电表测量图示电路中小灯泡正常工作时的有关物理量。以下操作正确的是
_________
。
A
.将选择开关旋转到合适的电压挡,闭合开关,利用图
2
的电路测量小灯泡两端的电压
B
.将选择开关旋转到合适的电阻挡,闭合开关,利用图
2
的电路测量小灯泡的电阻
C
.将选择开关旋转到合适的电流挡,闭合开关,利用图
3
的电路测量通过小灯泡的电流
D
.将选择开关旋转到合适的电流挡,把图
3
中红、黑表笔接入电路的位置互换,闭合开关,测量通过小灯泡的电流
AC
(4)
丙同学利用多用电表探测图
4
所示黑箱时发现:用直流电压挡测量,
E
、
G
两点间和
F
、
G
两点间均有电压,
E
、
F
两点间无电压;用电阻挡测量,黑表笔接
E
点,红表笔接
F
点,阻值很小,但反接阻值很大。那么该黑箱内元件的接法可能是下图中的
________
。
B
[
解析
]
(1)
选用电阻档
“
×
100
”
的位置,发现指针偏转角度过小,说明所选挡位太小,为了得到比较准确的测量结果,应换用
×
1k
挡,然后进行欧姆调零,再测电阻阻值,故选
B
。
(2)
用电阻挡
“
×
100
”
测量,由图示表盘示数可知,其读数为:
28
×
100Ω
=
2800Ω
;
(3)
多用电表一定是红表笔电流流入黑表笔电流流出,图
2
是测电压,图
3
是测电流,表笔位置正确,故选
AC
。
(4)
用直流电压挡测量,
E
、
G
两点间和
F
、
G
两点间均有电压,说明
E
、
G
与
F
、
G
间可能有电源存在;用欧姆档测量,因电流从黑表笔出来通过导体再从红表笔进入欧姆表,故若黑表笔接
E
点红表笔接
F
点时电阻小,说明电流容易从
E
通过导体,若黑表笔接
F
点红表笔接
E
点时电阻很大,说明电流不能从
F
通过,这就说明
E
、
F
间有二级管且
E
是正极,故该黑箱内元件的接法可能是
B
。
〔
类题演练
1〕
(2018
·
湖北省襄阳五中一模
)
某同学改装和校准电压表的电路图如图所示,图中虚线框内是电压表的改装电路。
(1)
已知表头
G
满偏电流为
100μA
,表头上标记的内阻值为
900Ω
。
R
1
、
R
2
和
R
3
是定值电阻。利用
R
1
和表头构成
1mA
的电流表,然后再将其改装为两个量程的电压表。若使用
a
、
b
两个接线柱,电压表的量程为
1V
;若使用
a
、
c
两个接线柱,电压表的量程为
3V
。则根据题给条件,定值电阻的阻值应选
R
1
=
__________Ω
,
R
2
=
__________Ω
,
R
3
=
___________Ω
。
100
910
2000
50
M
大于
(3)
在闭合开关
S
前,滑动变阻器的滑动端
P
应靠近
M
端,使并联部分分压为零,起到保护作用。
(4)
造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小,说明通过表头
G
的电流偏小,则实际电阻偏大,故表头
G
内阻的真实值大于
900Ω
。
电阻测量的八种方法
电阻测量包括:描绘小电珠的伏安特性曲线;测定金属的电阻率;测大电阻、小电阻、电压表电阻、电流表电阻。测量方法主要有八种。
1
.
伏安法测电阻
(1)
电流表外接法,如图
1
所示。产生误差的原因:电压表
V
分流。适用于测小阻值电阻,即
R
x
远小于
R
V
时。
(2)
电流表内接法,如图
2
所示。产生误差的原因:电流表
A
分压。适用于测大阻值电阻,即
R
x
远大于
R
A
时。
热点二 以测电阻为核心的实验
2
.
安安法测电阻
若电流表内阻已知,则可当作电流表、电压表及定值电阻来使用。
(1)
如图
3
所示,当两电压所能测得的最大电压接近时,如果已知
A
1
的内阻
R
1
,则可测得
A
2
的内阻
R
2
=
I
1
R
1
/
I
2
。
(2)
如图
4
所示,当两电表的满偏电压
U
A2
≫
U
A1
时,
A
1
串联一电阻
R
0
,同样可测得
A
2
的内阻
R
2
=
I
1
(
R
1
+
R
0
)/
I
2
。
5
.
比较法测电阻
如图
9
所示,测得电阻箱
R
1
的阻值及
A
1
表、
A
2
表的示数
I
1
、
I
2
,可得
R
x
=
I
2
R
1
/
I
1
。
若考虑电表内阻的影响,则
I
1
(
R
x
+
R
A1
)
=
I
2
(
R
1
+
R
A2
)
6
.
替代法测电阻
如图
10
所示,①
S
接
1
,调节
R
,读出电流表示数为
I
;
②
S
接
2
,保持
R
不变,调节电阻箱
R
1
,使电流表示数也为
I
。
由上可得
R
x
=
R
1
该方法的优点是消除了电表内阻对测量结果的影响,缺点是电阻箱内阻不可以连续调节。
(2)
半偏法测电压表内阻
如图
12
所示,测电压表
V
的内阻:
①将滑动变阻器的滑片滑到最右端,电阻箱
R
的阻值调到最大;
②闭合
S
1
、
S
2
,调节
R
0
,使电压表示数指到满刻度;
③打开
S
2
,保持
R
0
不变,调节
R
,使电压表示数指到满刻度的一半;
④由上可得
R
V
=
R
8
.
消除电表内阻对测量结果的影响
伏安法测电阻电路由于电表内阻的影响,不论电表内接还是外接都存在系统误差,为消除系统误差而设计的补偿电路如图
13
所示,测电阻
R
x
阻值。
(2018
·
四川省广安市高三二模
)
一个学习小组先用多用电表粗测某电阻
R
x
的阻值约为
700Ω
,再用伏安法准确测量其阻值,给定器材及规格为:
典例
2
A
.电流表
(
量程
0
~
10mA
,内阻
r
A
约为
300Ω)
;
B
.电压表
(
量程为
0
~
3V
,内阻为
r
V
=
1.5kΩ)
;
C
.最大阻值约为
100Ω
的滑动变阻器
R
1
;
D
.最大阻值为
999.9Ω
的电阻箱
R
2
;
E
.最大阻值为
9999Ω
的电阻箱
R
3
;
F
.电源
E
(
电动势约
9V)
;
G
.开关
S
、导线若干。
①将电压表量程扩大为
6V
,应在电压表上
_________(
填“串联”或“并联”
)_________(
填“
R
2
”
或“
R
3
”)
②
如图-甲所示的仪器已部分连接,为了能正常进行测量并尽可能减少误差,请将其他部分用实线连接起来。
串联
R
3
答案:
如图所示
③该小组改装电压表后,未改表盘刻度值。电路连接好后进行测量,得到多组数据。根据这些数据作出电压表读数与电流表读数关系图如图-乙所示,则待测电阻的阻值
R
x
=
__________Ω
。
750
〔
类题演练
2〕
(2018
·
山东省青岛市高三下学期模拟
)
某实验小组在测量金属圆柱体的电阻率的实验中,先用螺旋测微器测量圆柱体直径。再用伏安法测量圆柱体的电阻,已知圆柱体的电阻大约为
300Ω
。
(1)
用螺旋测微器测量其直径时的刻度位置如图所示,由图可知其直径为
______________mm
。
4.698
~
4.700
在用伏安法测定圆柱体的电阻时,除被测金属圆柱体外,还有如下供选择的实验器材:
A
.电流表
A
1
(
量程为
20mA
,内阻约为
10Ω)
B
.电流表
A
2
(
量程为
5mA
,内阻
r
=
20Ω)
C
.电压表
V(
量程为
3V
,内阻
R
V
约为
4kΩ)
D
.定值电阻
R
1
=
10Ω
E
.定值电阻
R
2
=
20Ω
F
.滑动变阻器
R
3
(0
~
20Ω)
G
.滑动变阻器
R
4
(0
~
300Ω)
H
.直流电源
E
(
电动势为
6V
,内阻很小
)
I
.开关
S
一个,导线若干
(2)
为使测量结果尽量准确,减少误差,实验中要求电表偏转至少半偏以上,要完成实验,除了待测圆柱体、电压表
(
C
)
、直流电源
(
H
)
、开关导线
(
I
)
以外,还需要的器材是
__________(
填写器材前的字母编号
)
;
(3)
请在答题卡的规定位置画出实验电路图;
答案:
如图所示
BEF
(4)
若电压表、电流表示数分别为
U
、
I
,用题中所给符号写出待测圆柱体的电阻表达式
R
x
=
__
_
_
_
____
。
[
解析
]
(1)
由图示螺旋测微器可知,固定刻度是
4.5mm
,可动刻度是
19.8
×
0.01mm
=
0.198mm
,螺旋测微器的示数,即金属丝直接
d
=
4.5mm
+
0.198mm
=
4.698mm
;
1
.电源电动势和内电阻的测量方法
热点三 以测电源电动势和内阻为核心的实验
2
.
对实验的两点说明
(1)
任何一种实验方法,一定要紧扣闭合电路欧姆定律
E
=
U
+
Ir
,其中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
。
(2)
利用图象得出电动势和内阻是常见的方法,对于不同的电路设计,在作图象时都要画出倾斜直线,即得到有关电动势和内阻的一次函数关系,再利用图象中的斜率与截距求解。
(2018
·
安徽省芜湖市高三下学期模拟
)
多用电表中使用的电池除了一节
1.5
伏的干电池外,还有一块方形的电池
(
层叠电池
)
,如甲图所示,标称电动势为
9V
。某同学想要测量该电池实际的电动势和内阻,实验室向其提供了以下器材:
典例
3
A
.待测方形的电池
B
.电压表
(
量程为
3V
,内阻约为
4KΩ)
C
.电流表
(
量程为
0.6A
,内阻为
1.5Ω)
D
.电流表
(
量程为
3A
,内阻为
1.0Ω)
E
.电阻箱
(
阻值范围
0
~
9999.9Ω)
F
.电阻箱
(
阻值范围
0
~
99999.9Ω)
G
.滑动变阻器
(
阻值为
0
~
20Ω
,额定电流为
3A)
H
.滑动变阻器
(
阻值为
0
~
20KΩ
,额定电流为
0.6A)
I
.开关、导线若干
(1)
该同学根据现有的实验器材,设计了如乙图所示的电路图。根据此电路图,为完成该实验,电流表应选
________
,电阻箱应选
________
,滑动变阻器应选
________(
用器材前字母表示
)
。
(2)
实验需要把电压表量程扩大为
9V
。该同学按图乙连接好实验器材,检查电路无误后,将
R
1
滑片移到最左端,将电阻
R
2
调为
0
,断开
K
3
,闭合
K
1
,将
K
2
接
a
,适当移动
R
1
,电压表示数为
2.70V
;保持
R
1
位置不变,改变
R
2
阻值,当电压表示数为
___________V
时,完成扩大量程;断开
K
1
。
(3)
保持电阻箱
R
2
阻值不变,开关
K
2
接
b
,闭合
K
3
、
K
1
,从左到右调节
R
1
,测出多组
U
、
I
,并作出
U
-
I
图线如图丙所示,由图得该电池的电动势为
__________V
,内电阻为
__________Ω
。
D
E
G
0.90
9.3
2.0
〔
类题演练
3〕
(2018
·
高三下学期最新信息卷
)
某同学设计如图所示的电路测电源的电动势和内阻,图中两个电流表相同,定值电阻阻值为
R
0
。
(1)
电路中
R
0
的作用为
____________________________
。
保护电路元件
(
或保护电路
)
(2)
闭合开关
S
1
之前,先将电阻箱接入电路的阻值调到
_________(
填
“
最大
”
或
“
最小
”
)
,闭合开关
S
1
,再闭合开关
S
2
,调节电阻箱的阻值,使电流表
A
2
的指针偏转较大
(
接近满偏
)
,读出电流值
I
0
,读出这时电阻箱的阻值
R
1
;断开开关
S
2
,调节电阻箱的阻值,使电流表
A
2
的示数再次为
I
0
,读出这时电阻箱的阻值
R
2
,则电流表
A
1
的阻值为
____________
。
最大
R
1
-
R
2
(3)
闭合开关
S
3
,依次调
________(
填
“
大
”
或
“
小
”
)
电阻箱的阻值,记录每次调节后电阻箱的阻值
R
,并记录每次调节后电流表
A
1
的示数
I
,根据记录的
R
、
I
,作出
IR
-
I
图象,则图象可能是
________
。
大
D
1
.
电学创新实验的常用方法
(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,并将金属丝接人电路测出其电阻,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。
热点四 电学创新类实验
(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。
2
.
电学设计实验的基本规律
(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。
(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量程对电路的影响,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。
(2018
·
江西省重点中学高三下学期联考
)
如图所示,该电路在测量电源电动势和内阻的同时也能完成对未知电阻
R
x
的测量。实验室提供的器材如下:
A
.待测电阻
R
x
(
约
9Ω)
B
.待测电源
C
.电阻箱
(0
~
99.9Ω)
D
.电压表
V
1
(
量程
6V
,可以视为理想电表
)
E
.电压表
V
2
(
量程
3V
,内阻约
4kΩ)
典例
4
8.0
偏小
A
0.43
3.4
〔
类题演练
4〕
(2018
·
宁夏石嘴山市高三下学期模拟
)
学习小组正在进行
“
测量某金属导体电阻率
”
的实验。取该金属制成的一个
“
圆柱形
”
导体,用游标卡尺测量其长度
L
、用螺旋测微器测量其直径
d
,如图所示。
(1)
请读出长度
L
和直径
d
。
L
=
_____________mm
,
d
=
____________mm
。
(2)
设
“
圆柱形
”
导体的电阻为
R
x
,接入如图所示的电路中。请将以下实验步骤补充完整:
第一步:闭合开关
S
前先将滑动变阻器
R
的滑动头
P
滑到最
________
端
(
填
“
左
”
或
“
右
”
)
;
第二步:调节电阻箱
R
2
,使其处于某一适当值;
第三步:闭合开关
S
,移动滑动头,使电流计
G
有适当的读数;
第四步:调节
R
2
,
__________________________
;
第五步:读出
R
2
,可得:
R
x
=
__
_
________
;
(
用
R
1
、
R
2
、
R
3
表示
)
第六步:用
d
、
L
、
R
1
、
R
2
、
R
3
表示电阻率
________
_
____
。
104.00
2.150
右
使电流计
G
的电流为零