高三物理 电学实验专题复习学案3学生版.docx
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高三物理电学实验专题复习学案3学生版
2019电学实验专题复习
考纲呈现:
主题
内容
要求
说明
电学实验
实验七:
测定金属的电阻率
实验八:
描绘小电珠的伏安特性曲线
实验九:
测定电源的电动势和内阻
实验十:
练习使用多用表
实验十一:
电表的改装
实验十二:
传感器的简单使用
3.要求知道有效数字的概念,会用有效数字表达直接测量结果,间接测量的有效数字运算不作要求。
命题趋势
近年来,以测电阻为核心的电学实验一直是高考的热点,涉及测量电阻的实验包括:
描绘小灯泡的伏发特性曲线、测金属的电阻率、测量电阻的阻值、设计实验测量电流表或电压表的内阻等。
此类实验考题灵活多变,既可以考查仪器的选择与使用,又可以考查电路的连接,还可以考查数据处理与图像分析。
预计今年高考中游标卡尺、螺旋测微器、多用电表等仪器的读数,实验仪器的选择和电路的设计等基本技能依然是考查的重点,有关电阻的设计型实验和描绘小电珠的伏安特性曲线实验是大家应该注意的方向。
应对策略
以伏安法为基础,以电路设计为核心攻克电学实验。
《考试大纲》要求的三个电学实验(描绘小电珠的伏安特性曲线、测金属的电阻率、测电源的电动势和内阻)的实验原理都涉及伏安法测电阻。
此实验完整体现了电路设计的思想和方法,包括电表的选择、内外接法的选择、滑动变阻器的选择与连接。
1.电路结构:
完整的实验电路包括三个部分:
⑴测量电路⑵⑶电源
2.设计方法:
1电表的选择
①全性:
;;
②准确性:
;
③若电表量程不合适,往往还要串联或并联定值电阻对电表改装。
⑵测量电路的设计(电流表的接法):
⑶控制电路的设计(滑动变阻器的接法):
并联电路中小电阻“控制”着大电阻,串联电路中大电阻“控制”着小电阻。
所以阻值较大和阻值较小的滑动变阻器分别采用限流式接法和分压式接法,方能方便调节测量电路中的电压和电流。
若二者都可以时应采用限流式,以节省能源。
滑动变阻器必须采用分压式的三种情形:
①求待测电路两端电压从零开始变化。
②待测电路的电阻远大于滑动变阻器的总电阻,且实验要求的电压变化范围较大或要求测量多组实验数据。
③电源电压过大或电表量程过小。
注意:
被测电阻位置不同,方法可能不同。
测定值电阻的方法有:
伏安法、替代法、比较法、半偏法和多用电表法。
测量电源电动势和内阻的方法有:
伏安法、安阻法、伏阻法。
热点一电阻的测量
方法点拨:
高中物理中测量电阻的方法多,但核心只是是部分电路的欧姆定律的应用,创新之处在于用好电阻箱、定值电阻和电表可能的定值电阻作用,注意要尽可能减小测量误差。
【练1】(2018·和平区三模)一同学设计了如图(a)所示的实物电路测电流表G1的内阻r1.可供选择的器材如下:
待测电流表G1:
量程为0~5mA,内阻约为300Ω
电流表G2:
量程为0~10mA,内阻约为40Ω
滑动变阻器R1:
阳值范围为0~1000Ω
滑动变阻器R2:
阻值范围为0~20Ω
定值电阻R3:
阻值为40Ω
定值电阻R4:
阻值为200Ω
定值电阻R5:
阻值为2000Ω
干电池E:
电动势约为1.5V,内阻很小可忽略
开关S及导线若干
①滑动变阻器R应选________,定值电阻R0应选________(填写器材后面的代号)
②实验步骤如下:
a.按电路图连接电路,应将滑动变阻器滑片P调到________(选填“左端”“中间”“右端”)
b.闭合开关S,移动滑片P至某一位置,记录G1和G2的读数,分别记为I1和I2
c.改变滑片P位置,记录各次G1和G2的读数I1和I2,得到多组I1和I2
d.以I2为纵坐标,I1为横坐标,建立坐标系,描点作图得到了如图(b)所示的图线
e.利用求得的I2-I1图线的斜率k和已知的定值电阻R0,计算待测电流表G1内阻的表达式为r1=________(k、R0表示).
③如果实验室只有电动势约为6V电源,要求利用本题提供的实验器材,仍然在图(a)所示电路图基础上完成本实验,改进办法是:
________________________________________________________________________.
【练2】(2018·河南模拟)要测量一只量程已知的电压表的内阻,所备器材如下:
A.待测电压表V(量程3V,内阻约几千欧)B.电流表A(量程3A,内阻0.01Ω)
C.定值电阻R(阻值2kΩ,额定电流50mA)D.蓄电池E(电动势略小于3V,内阻不计)
E.多用电表F.开关K1、K2,导线若干
有一同学利用上面所给器材,进行如下实验操作:
(1)首先,用多用电表进行粗测,选用×100倍率,操作方法正确.若这时刻度盘上的指针位置如图甲所示,则测量的结果是________Ω.
(2)为了更精确地测出此电压表内阻,该同学设计了如图所示的乙、丙实验电路,你认为其中较合理的电路图是________.其理由是_________________________________________.
(3)在图丁中,根据你选择的电路把实物连接好.
(4)用你选择的电路进行实验时,请简述实验步骤:
_____________________________________________________________________________________;
(5)用上述所测量的符号表示电压表的内阻RV=________.
【练3】(2018·湖南名校联考)某学习小组进行精确测量电阻Rx的阻值的实验,有下列器材供选用
A.待测电阻R(约300Ω)
B.电压表V(3V,內阻约3kΩ)
C.电流表A1(10mA,内阻约10Ω)
D.电流表A2(20mA,内阻约5Ω)
E.滑动变阻器R1(0~20Ω,额定电流2A)
F.滑动变阻器R2(0~2000Ω,额炷电流0.5A)
G.直流电源E(3V,内阻约1Ω)
H.开关、导线若干
(1)甲同学根据以上器材设计成用伏安法测量电阻的电路,并能满足Rx两端电压能从0开始变化进行多次测量。
则电流表应选择____________(填“A1”或“A2”);滑动变阻器应选择____________(填“R1”或“R2”);并请在虚线框中帮甲同学完成实验原理电路图。
(2)乙同学绎过反复思考,利用所给器材设计出了如图所示的测量电路,具体操作如下:
①按图连接好实验电峂,闭合开关S1前调节滑动变阻器R1、R2的滑片至适当位置;
②闭合开关S1,断开开关S2,调节滑动变阻器R1、R2的滑片,使电流表A1的示数恰好为电流表A2的示数的一半
③闭合开关S2并保持滑动变阻器R2的滑片位置不变,读出电压表V和电流表A1的示数,分别记为U、I;
④待测电阻的阻值Rx=____________
比较甲、乙两同学测量电阻Rx的方法,你认为哪种方法更有利于减小系统误差?
答____________同学(填“甲”或“乙”)。
【练4】(2019·吉安市五校联考)某品牌电饭锅采用纯电阻电热丝加热,有“煮饭”和“保温”两种工作模式,在220V电压下额定功率分别为600W和80W。
物理兴趣小组的同学们想通过实验测定该电饭锅电热丝的电阻。
现有实验器材:
干电池两节,滑动变阻器R1(最大阻值20Ω),电阻箱R(精度0.1Ω),电压表V(量程3V,内阻很大),电流表A(量程6mA,内阻r=35.0Ω),开关及导线若干。
(1)同学们利用多用表进行初步测量和估算发现,电饭锅处于不同工作模式时,实验电流差异较大。
为了能顺利完成实验,他们打算将电流表的测量范围扩大到48mA,则应该将电阻箱调节至R=___Ω并与电流表联。
(2)同学们设计并连接了如图1所示的电路,接通电源前应将滑动变阻器的滑片置于_(填“a”或“b”)端。
(3)将电饭锅调至“煮饭”模式,___(填“闭合”或“断开”)开关S2(图上电阻箱旁边),再闭合开关S1(电源旁边),调节滑动变阻器阻值,发现两表均有示数,但都不能调到零。
如果该故障是由图中标号“1”到“6”中的一根导线断路引起,则断路的导线是___(填标号数字)。
排除故障后,调节滑动变阻器阻值,记下各电表六组读数后断开开关S1。
然后将电饭锅调至“保温”模式,改变S2状态,再闭合开关S1,调节滑动变阻器阻值,记下各电表六组读数后断开开关S1。
(4)直接将两组实验读到的数据绘制成如图2所示的图象由图可知,该实验中电饭锅处于“煮饭”模式时测得的阻值为___Ω。
(保留两位有效数字)
(5)同学们计算发现,实验操作、数据记录与处理均正确无误,但实验得到的结果比电饭锅正常工作时的阻值小很多,请指出造成该差异的主要原因是
.
热点二描绘小电珠的伏安特性曲线
方法点拨:
(1)本实验要求电压必须从0开始,所以滑动变阻器要用分压式接法.
(2)仪器选择要首先保证安全,其次是保证精确,再次操作简便,选不到理想的仪器,其中几个相比较,就选较好的.
【练5】(2018·广东模拟)为探究小灯泡L的伏安特性曲线,提供了以下器材:
小灯泡L,规格“4.0V 2.8W”;电流表A1,量程3A,内阻约为0.1Ω;
电流表A2,量程0.6A,内阻r2=0.2Ω;电压表V,量程3V,内阻rV=9kΩ;
标准电阻R1,阻值1Ω;标准电阻R2,阻值3kΩ;
滑动变阻器R,阻值范围0~10Ω;学生电源E,电动势6V,内阻不计;
开关S及导线若干.
(1)某同学设计了如图甲所示的电路来进行测量,闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于________,当通过L的电流为0.46A时,电压表的示数如图乙所示,电压表的读数为________V,此时L的电阻为________Ω.
(2)要想更准确完整地描绘出L的伏安特性曲线,需要重新设计电路.请你利用所供器材,在图丙中的虚线框内补画出实验电路图,并在图上标明所选器材代号.
(3)根据实验测得的数据,描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图丁,若将该灯泡接到E=1.5V、r=3.0Ω的电源两端,则灯泡实际消耗的功率P=________W.(结果保留两位有效数字)
热点三测电源的电动势和内阻
方法点拨:
(1)图象法处理数据是本实验重点.根据闭合电路欧姆定律找出图象的函数关系式,从而确定图象斜率、截距等的意义.
(2)明确实验中需要测量的量与实际测量的量的关系,进行误差分析.
【练6】(2018·安徽师大附中最后一卷)小王和小李两同学分别用电阻箱、电压表测量不同电源的电动势和内阻.
(1)小王所测电源的内电阻r1较小,因此他在电路中接入了一个阻值为2.0Ω的定值电阻R0,所用电路如图甲所示.
①请用笔画线代替导线将图乙所示器材连接成完整的实验电路
②闭合开关S,调整电阻箱的阻值R,读出电压表相应的示数U,得到了一组U、R数据.为了比较准确地得出实验结论,小王同学准备用直线图像来处理实验数据,图像的纵坐标表示电压表读数U,则图像的横坐标表示的物理量应该是________.
(2)小李同学所测电源的电动势E2约为9V,内阻r2为35~55Ω,允许通过的最大电流为50mA.小李同学所用电路如图丙所示,图中电阻箱R的阻值范围为0~9999Ω.
①电路中R0为保护电阻.实验室中备有以下几种规格的定值电阻,本实验中应选用________.
A.20Ω,125mA B.50Ω,20mA
C.150Ω,60mAD.1500Ω,5mA
②实验中通过调节电阻箱的阻值,记录电阻箱的阻值R及相应的电压表的示数U,根据测得的多组数据,作出-图线,图线的纵轴截距为a,图线的斜率为b,则电源的电动势E2=________,内阻r2=________.
【练7】(2019·南京市六校联合体)常用无线话筒所用的电池电动势E约为9V,内阻r约为40Ω,最大允许电流为100mA.为测定这个电池的电动势和内阻,某同学利用图甲的电路进行实验.图中电压表为理想电表,R为电阻箱(阻值范围为0~999.9Ω),R0为定值电阻.
(1)图甲中接入R0的目的是为了防止电阻箱的阻值调得过小时,通过电源的电流大于其承受范围,起保护电路的作用;实验室备有的定值电阻R0的规格有以下几种,则本实验应选用____________.
A.10Ω,0.1WB.50Ω,l.0WC.1500Ω,15WD.2500Ω,25W
(2)该同学接入符合要求的R0后,闭合开关S,调整电阻箱的阻值读出电压表的示数U,再改变电阻箱阻值,取得多组数据,作出了如图乙的图线.由图线知:
当电压表的示数为2V时,电阻箱接入电路的阻值为______Ω(结果保留三位有效数字).
(3)根据图乙所作出的图象求得该电池的电动势E=______V,内阻r=_____Ω.(结果保留三位有效数字)
热点四电表的改装
方法点拨:
欧姆定律是分析串并联电路的基础,是电表改装的基础.把表头当作一个会读出自己两端电压和流过自己的电流的电阻,分析电路的串并联结构.
【练8】(2018·全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表。
可用的器材有:
微安表头(量程100
内阻900
);电阻箱R1(阻值范围0
999.9
);电阻箱R2(阻值范围0
99999.9
);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R1和R2,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。
(2)电阻箱的阻值
;电阻箱的阻值
(保留到个位)
【练9】(2018·湖北八校联考)某同学准备自己动手制作一个欧姆表,可以选择的器材如下:
①电池E(电动势和内阻均未知)
②表头G(刻度清晰,但刻度值不清晰,量程Ig未知,内阻未知)
③电压表V(量程为1.5V,内阻Rv=1000Ω)
④滑动变阻器R1(0~10Ω)
⑤电阻箱R2(0~1000Ω)
⑥开关一个,理想导线若干
(1)为测量表头G的量程,该同学设计了如图甲所示电路。
图中电源即电池E.闭合开关,调节滑动变阻器R1滑片至中间位置附近某处,并将电阻箱阻值调到40Ω时,表头恰好满偏,此时电压表V的示数为1.5V;将电阻箱阻值调到115Ω,微调滑动变阻器R1滑片位置,使电压表V示数仍为1.5V,发现此时表头G的指针指在如图乙所示位置,由以上数据可得表头G的内阻Rg=______Ω,表头G的量程Ig=_____mA.
(2)该同学接着用上述器材测量该电池E的电动势和内阻,测量电路如图丙所示,电阻箱R2的阻值始终调节为1000Ω:
图丁为测出多组数据后得到的图线(U为电压表V的示数,I为表头G的示数),则根据电路图及图线可以得到被测电池的电动势E=______V,内阻r=______
.(结果均保留两位有效数字)
(3)该同学用所提供器材中的电池E、表头G及滑动变阻器制作成了一个欧姆表,利用以上
(1)、
(2)问所测定的数据,可知表头正中央刻度为
.
热点五练习使用多用电表
方法点拨:
(1)欧姆表工作原理是解题关键.
(2)多用电表电流挡、电压挡与欧姆挡共用一个表头,使用电流电压挡时要保证流过表头的电流方向与欧姆挡一样.即“红进黑出”.
【练10】(2018·大连二模)有位同学在某次实验中,通过导线把完好的电流表、滑动变阻器、电阻Rx及三节干电池连成如图1所示的电路.他共用了5根导线;ab、cd、ef、gh和ij,由于混进了一根内部断开的导线,当合上开关S后,无论怎样移动变阻器的滑片,电流表读数均为零.
(1)若用多用电表的直流电压挡进行检查,合上开关S,那么选择开关最好置于________挡.
A.1VB.5V
C.25VD.250V
(2)接下来在测量gh间直流电压时,红表笔应接________端.若测试结果如图2所示,则gh间直流电压是________V,其他四根导线两端的电压测量值为零,可以断定________导线内部断开.
(3)改电路故障如果用多用电表的欧姆挡进行检查,请写出操作步骤:
__________________________________________________________________________________________.
【练11】(2018·太原三模)如图,黑箱中有A、B、C三个接线柱,已知每两个接线柱间最多只有一个电器元件(可能有电源、定值电阻、和二极管).用多用电表对黑箱进行如下检测:
①将选择开关置于OFF挡
②将选择开关调到欧姆挡合适倍率,进行欧姆调零
③将选择开关调到直流电压挡位,两表笔分别检测任意两个接线柱,均无示数
④用两表笔进行检测,红黑表笔的位置和测量结果如下表
红表笔接
A
B
A
C
B
C
黑表笔接
B
A
C
A
C
B
测得阻值(Ω)
200
200
11.2k
270
11k
70
(1)正确的实验操作顺序为________;(填步骤前序号)
(2)黑箱内的电器元件应该有________;
(3)在图中画出电器元件的连接图.
【练12】(2018·江西模拟)如图所示为多用电表的原理示意图,已知表头G的满偏电流为2mA、内阻为150Ω,刻度盘上电阻刻度线正中央标有“30”.选择开关S旋到“2”时量程为0~10mA,旋到“3”“4”“5”“6”时的量程未知,但测得R6=570Ω,R7=900Ω,E为两节新的干电池内阻忽略.请回答下列问题:
(1)选择开关S旋到“6”时的量程为________.
A.0~15AB.0~3V
C.0~12VD.0~15V
(2)正确使用欧姆挡测量电阻时,滑动变阻器R3连入的阻值为________Ω.
(3)电池用久后,电动势变小了,内阻变大了,但仍能欧姆调零,用此表去测电阻,则其测量值比真实值________.(填“偏小”“偏大”或“不变”)
参考答案
1.答案 ①R2 R4 ②左端 (k-1)R0 ③与电源串联电阻R3
解析 ①因为电流表G2的量程是待测电流表G1的2倍;所以定值电阻要和待测电流表内阻接近;而滑动变阻器采用分压接法,故总电阻不要太大.故定值电阻选R4,滑动变阻器选R2.
②a:
分压式电路,滑动变阻器作用为调节分压,为了保证电路安全,应该调节到分压为零的位置,故应将滑动变阻器滑片P调到左端;
e:
根据并联分流公式I2=I1,又=k,解得r1=(k-1)R0.
③因为电动势约为6V,所以为了保证电路安全可在定值电阻R3或R5中选择一个与电源串联起到分压作用,由于测量部分的电阻小于滑动变阻器的最大阻值,即:
R测<20Ω,而R5阻值过大,分压过多,使电表偏角过小,导致误差较大,故选择R3与电源串联.
2.答案
(1)3000
(2)丙;乙图中电流表的示数太小,误差太大.丙图中R的阻值与电压表阻值接近,误差小.
(3)实物图连接如图所示:
(4)实验步骤:
①闭合K1,再闭合K2,读得电压表示数U1;再断开K2,读得电压表示数U2.
②R
解析
(1)选用×100倍率,读数为30×100Ω=3000Ω.
(2)较为合理的是丙图,因为电阻较大,乙图中电流表的示数太小,误差太大,丙图中R的阻值与电压表阻值接近,误差小;
(3)实物图如答案图.
(4)需要直接测量的物理量是K2闭合、断开时电压表读数U1和U2;K2闭合时,示数U1相当于电动势,断开时,二者串联,电流相等,即=,所以RV=R.
考点 本题考查了欧姆表的使用方法,电路的选择,要根据实际情况分析不同的电路图误差的原因及误差大小,选择最佳电路图,难度稍大
3.
4.
(1)5.0(1分)并(1分)
(2)a(2分)(3)闭合(1分)3(1分)(4)50(2分)
(5)正常工作比实验时温度高,金属电阻阻值随温度升高而增大。
(2分)__。
5.答案
(1)左端 2.30 5
(2)如解析图所示 (3)0.18
解析
(1)由图甲可知,测量部分与滑动变阻器左端并联,则可知,为了让电压从零开始调节,滑动变阻器滑片应滑至左端;
由图乙可知,电压表量程为3V,则最小分度为0.1V,故读数为2.30V;由欧姆定律解得电阻值R==Ω=5Ω.
(2)由于灯泡额定电压为4.5V,故电压表应串联R2使用,而额定电流I===0.7V,大于电流表量程,因此电流表应并联小电阻R1使用,故虚线框内电路如图所示;
(3)根据闭合电路欧姆定律得:
U=E-Ir,则有U=3-10I,画出U-I图像如图所示,
交点对应的电压与电流即为小灯泡此时的实际电压与电流,所以小灯泡两端电压为0.9V,电流I=0.2A,
所以实际功率为:
P=UI=0.9×0.2W=0.18W
6.答案
(1)①图见解析 ②
(2)①C ②
解析
(1)①根据电路图,实物连接如图所示:
②根据欧姆定律可知:
E1=U+(R0+r1),可得U=E1-(R0+r1),故横坐标为;
(2)①电路最小总电阻约为Rmin=Ω=180Ω,为保护电路安全,保护电阻应选C;②在闭合电路中,电源电动势为E2=U+Ir2=U+r2,则=·+,则-图像是直线,截距a=,得E2=,斜率b=,得r2=.
7.
(1)B
(2)20.0—22.0(3)10.0(9.8-10.2均可)33.3(30-35均可)
8.【解析】
(1)先并联改电流表再串联改电压表
(2)由
,由
2910
=
9.
(1)10(2分)30(2分)
(2)3.0(2分)20(2分)
(3)100(2分)
10.答案
(1)B
(2)g 4.20 gh
(3)选择×1挡,欧姆调零,断开电键,用欧姆表的表笔分别测量各段的阻值,无示数为内部断开,有示数为完好
解析
(1)因三节干电池的电动势之和为4.5V,则电压表选5V挡,则B项正确,故选B项.
(2)电流由红表笔流入,则红表笔接g端,图2的示数为:
4.20V,电压表有示数,则与电压表串联电路是通的,则测量部分即并联导线断.
(3)用欧姆表测量:
选择×1挡,欧姆调零,断开电键,用欧姆表的表笔分别测量各段的阻值,无示数为内部断开,有示数为完好.
11.答案
(1)③②④①
(2)定值电阻和二极管 (3)如图
解析
(1)先要确定有无电源,用电压挡,再用欧姆挡测量电阻值确定元件.则正确的实验操作为:
③②④①
(2)测量电阻电流由黑表笔入电阻,由红表笔出电阻,因红黑表笔接AB与接BA电阻相同,则AB间为电阻,接BC与CB电阻差别大,则BC间为一二极管,B端为正极;接AC,与CA电阻差别大,且比接BC时多了200Ω,则AC间为一电阻与二极管串联,则其内部电路为电阻与二极管,综合可知其电路如答案图:
12.分析 电流表、电压表与欧姆表都是由小量程电流表改装成的;把小量程电流表改装成电流表应并联一个分流电阻,把电流表改装成电压表,应串联一个分压电阻,把电流表改装成欧姆表时,应串联一个滑动变阻器,电路应有一个电源;分析清楚电路结构,根据电流表、电压表与欧姆表的原理分析答题.
答案
(1)D
(2)270 (3)偏大(原来的中值电阻会变大)
解析
(1)开关S旋到“6”时为电压表,量程为:
U=IgRg+I(R6+R7)=10×
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