高三物理复习专题十实验技能与创新第2课时力学实验与创新讲义.docx
- 文档编号:25252519
- 上传时间:2023-06-06
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:69.34KB
高三物理复习专题十实验技能与创新第2课时力学实验与创新讲义.docx
《高三物理复习专题十实验技能与创新第2课时力学实验与创新讲义.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高三物理复习专题十实验技能与创新第2课时力学实验与创新讲义.docx(23页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高三物理复习专题十实验技能与创新第2课时力学实验与创新讲义
第2课时 电学实验与创新
一、多用电表的使用
例1 (2013·新课标Ⅰ·23)某学生实验小组利用图1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:
图1
多用电表;电压表:
量程5V,内阻十几千欧;滑动变阻器:
最大阻值5kΩ;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1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.
(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2所示,这时电压表的示数如图3所示.多用电表和电压表的读数分别为________kΩ和________V.
图2 图3
(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12.0kΩ和4.00V.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4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.
图4
解析 (4)当滑动变阻器调到阻值为零时,多用电表的示数为电压表的内阻.
(5)设多用电表内电池的电动势为E,电阻“×1k”挡内部电路的总电阻为R,则由闭合电路欧姆定律及两组数据得:
E=
R+4.00V,E=
[(15.0-12.0)kΩ+R]+3.60V
联立两式解得R=15.0kΩ,E=9.00V.
答案
(1)短接
(2)1 (3)15.0 3.60 (4)12.0
(5)9.00 15.0
以题说法 1.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=
,此时中值电阻R中=Rg+R0+r,当两表笔接入电阻Rx时I=
,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.
2.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)用多用电表的欧姆挡测量阻值时,选择倍率为×100Ω挡,按正确的实验操作步骤测量,表盘指针位置如图5所示,该电阻的阻值约为________Ω;
图5
(2)下列关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的是( )
A.测量电阻时,如果红、黑表笔分别插在负、正插孔,则不会影响测量结果
B.测量阻值不同的电阻时,都必须重新欧姆调零
C.测量电路中的电阻时,应该把该电阻与电源断开
D.欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小,内阻变大,但仍能调零,其测量结果与原来相比不变
(3)用多用电表探测二极管的极性,用欧姆挡测量,黑表笔接a端,红表笔接b端时,指针偏转角较大,然后黑、红表笔反接指针偏转角较小,说明________(填“a”或“b”)端是二极管正极.
答案
(1)1700
(2)AC (3)a
解析
(1)欧姆表的测量值是指针读数与倍率的乘积,为17×100Ω=1700Ω.
(2)欧姆表测电阻时,红、黑表笔插错不会影响测量结果,A正确;测不同的电阻时,只要没更换倍率,不需重新欧姆调零,B错误;测电路中的电阻时应将待测电阻与电源断开,C正确;表中的电池电动势变小、内阻变大后,会影响测量结果,D错误.
(3)二极管具有单向导电性,欧姆表的红表笔接的是表内电池的负极,接b端时,指针偏转角度大,二极管电阻小,说明b端是二极管的负极,a端是其正极.
二、以测电阻为核心的电学实验
例2 (2013·北京·21)某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值.
(1)现有电源(4V,内阻可不计)、滑动变阻器(0~50Ω,额定电流2A)、开关和导线若干,以及下列电表:
A.电流表(0~3A,内阻约0.025Ω)
B.电流表(0~0.6A,内阻约0.125Ω)
C.电压表(0~3V,内阻约3kΩ)
D.电压表(0~15V,内阻约15kΩ)
为减小测量误差,在实验中,电流表应选用________,电压表应选用________(选填器材前的字母);实验电路应采用图6中的________(选填“甲”或“乙”).
图6
(2)图7是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线.请根据在
(1)问中所选的电路图,补充完成图中实物间的连线.
图7
(3)接通开关,改变滑动变阻器滑片P的位置,并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如图8所示,可得该电阻的测量值Rx=
=________Ω(保留两位有效数字).
图8
(4)若在
(1)问中选用甲电路,产生误差的主要原因是__________________;若在
(1)问中选用乙电路,产生误差的主要原因是________.(选填选项前的字母)
A.电流表测量值小于流经Rx的电流值
B.电流表测量值大于流经Rx的电流值
C.电压表测量值小于Rx两端的电压值
D.电压表测量值大于Rx两端的电压值
(5)在不损坏电表的前提下,将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端,随滑片P移动距离x的增加,被测电阻Rx两端的电压U也随之增加,下列反映Ux关系的示意图中正确的是________.
解析
(1)为了减小误差,应使电表读数为量程的
~
,电源电动势为4V,故电压表选C.估算通过Rx的最大电流约为Im=
A=0.6A,所以电流表应选B.因为
>
,所以电流表应外接,即应采用甲电路,测量误差较小.
(2)
(3)电流表、电压表的读数分别为I=0.50A,U=2.60V,所以Rx=
Ω=5.2Ω.
(4)甲电路中产生误差的主要原因是电压表的分流作用,选项B正确.乙电路中产生误差的主要原因是电流表的分压作用,故选项D正确.
(5)Rx两端的电压U=
,其中R为滑动变阻器总阻值,L为滑动变阻器两端总长度,结合数学知识可知选项A正确.
答案
(1)B C 甲
(2)见解析图 (3)5.2 (4)B D
(5)A
以题说法 描绘小电珠的伏安特性曲线、测定金属的电阻率,其实验原理都涉及伏安法测电阻,这类实验要从以下两个方面攻克.
1.电路结构:
实验电路至少包括三个部分:
(1)测量电路;
(2)控制电路(滑动变阻器、开关);(3)电源.
2.电路设计:
(1)电表选择注意三方面:
①安全性,要求量程不能太小,电表不反接;②准确性,要求量程不能太大,读数一般要超过量程的
;③若电表量程不合适,要利用有准确内阻的电表进行改装.
(2)测量电路设计:
若
>
,则应把电流表内接;若
<
,则应把电流表外接.
(3)控制电路:
以小控大用分压,相差无几用限流,即当滑动变阻器的阻值较小时,常采用分压式接法;当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时,常采用限流式接法.另外滑动变阻器必须接为分压式的情况有三种:
①电压要求从零开始变化;②滑动变阻器太小,不能起到限流的作用;③限流式不能获取有区分度的多组数据.若两种接法均可,则采用限流式,因为限流式损耗功率小.
某实验小组进行“探究热敏电阻的温度特性”实验,实验室提供如下器材:
热敏电阻Rt(常温下约8kΩ)、温度计、电流表mA(量程1mA,内阻约200Ω)、电压表V(量程3V,内阻约10kΩ)、电池组E(4.5V,内阻约1Ω)、滑动变阻器R(最大阻值为20Ω)、开关S、导线若干、烧杯和水.
(1)根据提供器材的参数将图9甲所示的实物图中所缺的导线补接完整.
图9
(2)实验开始前滑动变阻器的滑动触头P应置于________(填“a”或“b”)端.
(3)利用补接完整的实验装置测量出不同温度下的电阻值,画出该热敏电阻的Rt-t图象如图10中的实测曲线,与图中理论曲线相比二者有一定的差异.除了偶然误差外,下列关于产生系统误差的原因或减小系统误差的方法叙述正确的是________.(填选项前的字母,不定项选择)
图10
A.电流表的分压造成电阻的测量值总比真实值大
B.电压表的分流造成电阻的测量值总比真实值小
C.温度升高到一定值后,电流表应改为外接法
(4)将本实验所用的热敏电阻接到一个电流较大的恒流电源中使用,当电流通过电阻产生的热量与电阻向周围环境散热达到平衡时,满足关系式I2R=k(t-t0)(其中k是散热系数,t是电阻的温度,t0是周围环境温度,I为电流强度),电阻的温度稳定在某一值.若通过它的电流恒为50mA,t0=20°C,k=0.25W/°C,由实测曲线可知该电阻的温度稳定在________°C.
答案
(1)连线如图所示
(2)a (3)AC (4)48(46~50均可)
解析
(1)如果用限流法,待测电阻两端的电压将超出电压表的量程,故用分压法,因为待测电阻是大电阻,故用内接法.
(2)开始时待测电阻两端的电压应当最小,故滑动触头应置于a端.
(3)用电流表内接法测量的是待测电阻和电流表内阻的和,故测量值偏大,A正确;温度升高,热敏电阻的阻值变小,当与电流表电阻接近时,应改为电流表外接法,C正确.
(4)将I=50mA、t0=20°C、k=0.25W/°C代入I2R=k(t-t0)中可得R=0.1(t-20)kΩ,在Rt-t图中作出该直线,找到该直线与实测Rt-t曲线的交点,交点所对应的横坐标约为48°C,所以该电阻的温度稳定在48°C.
三、以测电源的电动势为核心的电学实验
例3 (10分)在“测定电源的电动势和内阻”的实验中,提供了如图11甲、乙、丙所示的三组器材.
(1)请把能完成实验的器材都连成电路.
图11
(2)某同学根据他的实验数据作出了如图12所示的图象,由此可知该同学选用的是________(填“甲”“乙”或“丙”)组器材进行实验.根据图象可得出电源的电动势E=______V,内阻r=________Ω.(忽略电表内阻的影响,结果保留两位有效数字)
图12
解析
(1)只要能取两组不同数值,列出闭合电路欧姆定律的表达式,未知量只有电动势和内阻就可以完成实验,甲图不满足要求,乙、丙两图满足要求.根据下面两幅电路图连接乙、丙的实物图.
(2)丙图中的外电阻可以通过电阻箱读出来,所以选的一定是丙图.根据闭合电路欧姆定律有E=IR+Ir,整理可得R=
-r,可知图线与纵轴截距的绝对值是内阻,图线的斜率是电源的电动势.
答案
(1)如图所示(4分,乙、丙各2分,画了甲图则此问扣1分)
(2)丙(2分) 1.4(1.3~1.5均可)(2分) 1.0(0.8~1.2均可)(2分)
以题说法 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.
2.伏阻法——利用电压表和电阻箱.闭合电路方程为E=U(1+
).利用两组数据联立方程求解或将原方程线性化,处理为
=
·
+
或U=-r
+E,作
-
图象或U-
图象,利用图线的截距和斜率求E和r.
3.安阻法——利用电流表和电阻箱.闭合电路方程为E=I(R+r),利用两组数据联立方程求解或将方程线性化,处理为
=
·R+
,作
-R图象,利用图线的截距和斜率求E和r.
(2013·浙江·22)采用如图13所示的电路“测定电池的电动势和内阻”.
图13
(1)除了选用图14照片中的部分器材外,________(填选项);
图14
A.还需要电压表B.还需要电流表
C.还需要学生电源D.不再需要其他器材
(2)测量所得数据如下:
测量次数
物理量
1
2
3
4
5
6
R/Ω
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
I/A
0.60
0.70
0.80
0.89
1.00
1.20
U/V
0.90
0.78
0.74
0.67
0.62
0.43
在图15中用作图法求得电池的内阻r=________;
图15
(3)根据第5次所测得的实验数据,求得电流表内阻RA=________.
答案
(1)A
(2)(0.75±0.10)Ω (3)0.22Ω
解析
(1)除照片中的器材外,还需要电压表,故应选A.
(2)作出U-I图象,如图所示,由图象斜率可求得电池的内阻r=(0.75±0.10)Ω.
(3)由U=I(R+RA)和第5组数据,得:
电流表的内阻
RA=
-R=(
-0.4)Ω=0.22Ω.
15.从原理迁移中突破电学实验题
审题示例
(9分)在“测定电池的电动势和内阻”的实验中,备有如下器材:
A.干电池
B.电流表(0~0.6A,内阻约0.1Ω)
C.灵敏电流计(满偏电流Ig=200μA、内阻rg=500Ω)
D.滑动变阻器(0~20Ω、2.0A)
E.电阻箱R
F.开关、导线若干
(1)由于没有电压表,要把灵敏电流计改装成量程为2V的电压表,需串联一个阻值为________Ω的电阻.
(2)改装后采用如图16甲所示电路进行测量,请在图乙上完成实物连线.
图16
(3)在闭合开关S前,将滑动变阻器的滑片移动至________(填“a端”、“中央”或“b端”).
(4)图17为该实验绘出的I1-I2图线(I1为灵敏电流计的示数,I2为电流表的示数),由图线可求得被测电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω.
图17
审题模板
答题模板
(1)由2V=Ig(rg+Rx)可得Rx=9500Ω.
(2)实物连线图如答案图所示.
(3)在闭合开关S前,滑动变阻器应处于最大阻值处,滑片应移动至a端.
(4)图线与纵轴的截距约为146μA,对应着电源电动势E=146×10-6×(9500+500)V=1.46V;电源内阻r=
=
Ω=
Ω=0.82Ω.
答案
(1)9500(2分)
(2)电路如图所示(2分)
(3)a端(1分)
(4)1.46(1.45~1.47)(2分) 0.82(0.80~0.84)(2分)
如图18甲所示为某一型号二极管,其两端分别记为A和B.图乙为它的伏安特性曲线,其外表所标示的极性已看不清,为确定该二极管的极性,用多用电表的电阻挡进行测量.
图18
(1)首先对多用电表进行机械调零,然后将红、黑表笔正确插入插孔后,选用×100挡进行测量,在测量前要进行的操作步骤为____________________________________.
(2)将多用电表的红表笔与二极管的A端、黑表笔与二极管的B端相连时,表的指针偏转角度很大;调换表笔的连接后,表的指针偏转角度很小,由上述测量可知该二极管的正极为________(填“A”或“B”)端.
(3)当给该二极管加上反向30V电压时,用伏安法测量其电阻值,提供的器材有:
①直流40V电源;
②电流表A1,量程0.6A,内阻约10Ω;
③电流表A2,量程50μA,内阻约100Ω;
④电压表V,量程为50V,内阻约100kΩ;
⑤滑动变阻器,总电阻100Ω;
⑥开关、导线若干.
在提供的两块电流表中应选用________(填“②”或“③”),在图19虚线框内画出实验电路图(二极管的符号已画在图中).
图19
答案
(1)将红、黑表笔短接,调节调零旋钮,使指针指到电阻的零刻度处
(2)B
(3)③ 电路图如图所示
解析
(1)欧姆调零的具体步骤为:
将红、黑表笔短接,调节调零旋钮,使指针指到电阻的零刻度处.
(2)二极管正向电阻很小,反向电阻极大,多用电表的电流方向是“红进黑出”,可知该二极管的正极为B端.
(3)根据题图乙,当反向电压为30V时,反向电流不超过50μA,故电流表选③;二极管反向电阻极大,电流表应该采用内接法,为了多测几组数据,滑动变阻器采用分压式接法.
(限时:
45分钟)
1.(2013·安徽·21)Ⅱ.
(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中,利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图1所示,校零时的读数为________mm,合金丝的直径为________mm.
图1
(2)为了精确测量合金丝的电阻Rx,设计出如图2所示的实验电路图,按照该电路图完成图3中的实物电路连接.
图2 图3
Ⅲ.根据闭合电路欧姆定律,用图4所示电路可以测定电池的电动势和内电阻.图中R0是定值电阻,通过改变R的阻值,测出R0两端的对应电压U12,对所得的实验数据进行处理,就可以实现测量目的,根据实验数据在
—R坐标系中描出坐标点,如图5所示.已知R0=150Ω,请完成以下数据分析和处理.
图4
图5
(1)图5中电阻为________Ω的数据点应剔除;
(2)在坐标系中画出
—R关系图线;
(3)图线的斜率是________(V-1·Ω-1),由此可得电池电动势Ex=________V.
答案 Ⅱ.
(1)0.007 0.638(0.636~0.640都算正确)
(2)见解析图
Ⅲ.
(1)80.0
(2)见解析图 (3)4.44×10-3 1.50
解析 Ⅱ.
(1)校零时的读数为0.007mm
合金丝的直径d=(0.645-0.007)mm=0.638mm(0.636~0.640都算正确)
(2)按照电路图进行实物连线如图所示
Ⅲ.
(1)由闭合电路欧姆定律可知:
Ex=
(R+rx)+U12
即
=
R+
由此可知
—R关系图线是一条直线.电阻R=80.0Ω的点不落在直线上,应剔除.
(2)画出
—R关系图线如图所示
(3)斜率k=
V-1·Ω-1=4.44×10-3V-1·Ω-1
结合
=
R+
(1+
)可知:
=4.44×10-3
所以Ex=1.50V
2.(2013·福建·19
(2))硅光电池在无光照时不产生电能,可视为一电子元件.某实验小组设计如图6甲所示电路,给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点,正极接低电势点),探究其在无光照时的反向伏安特性.图中电压表V1量程选用3V,内阻为6.0kΩ;电压表V2量程选用15V,内阻约为30kΩ;R0为保护电阻;直流电源电动势E约为12V,内阻不计.
①根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙连接成完整电路.
图6
②用遮光罩罩住硅光电池,闭合开关S,调节变阻器R,读出电压表V1、V2的示数U1、U2.
(ⅰ)某次测量时,电压表V1示数如图丙,则U1=______V,可算出通过硅光电池的反向电流大小为________mA(保留两位小数).
(ⅱ)该小组测出大量数据,筛选出下表所示的9组U1、U2数据,算出相应的硅光电池两
端反向电压Ux和通过的反向电流Ix(表中“-”表示反向),并在坐标纸上建立Ix-Ux坐
标系,标出了与表中前5组Ux、Ix数据对应的5个坐标点,如图7所示.请你标出余下
的4个坐标点,并绘出Ix-Ux图线.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
U1/V
0.00
0.00
0.06
0.12
0.24
0.42
0.72
1.14
1.74
U2/V
0.0
1.0
2.1
3.1
4.2
5.4
6.7
8.1
9.7
Ux/V
0.0
-1.0
-2.0
-3.0
-4.0
-5.0
-6.0
-7.0
-8.0
Ix/mA
0.00
0.00
-0.01
-0.02
-0.04
-0.07
-0.12
-0.19
-0.29
图7
(ⅲ)由Ix-Ux图线可知,硅光电池无光照下加反向电压时,Ix与Ux成______(填“线性”或“非线性”)关系.
答案 ①连线如图所示
②(ⅰ)1.40 0.23
(ⅱ)描点绘出Ix-Ux图线如图所示
(ⅲ)非线性
3.(2013·广东·34
(2))图8(a)是测量电阻Rx的原理图.学生电源输出电压可调,电流表量程选0.6A(内阻不计),标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30.0cm.
图8
①根据原理图连接图(b)的实物图.
②断开S2,合上S1;调节电源输出电压为3.0V时,单位长度电阻丝的电压u=________V/cm,记录此时电流表A1的示数.
③保持S1闭合,合上S2;滑动c点改变ac的长度L,同时调节电源输出电压,使电流表A1的示数与步骤②记录的值相同,记录长度L和A2的示数I.测量6组L和I值,测量数据已在图(c)中标出,写出Rx与L、I、u的关系式Rx=________;根据图(c)用作图法算出Rx=________Ω.
答案 ①见解析图 ②0.1 ③
6.0
解析 ①实物图如图所示
②由于电阻丝均匀,故单位长度电阻丝的电压u=
=0.1V/cm.
③设电阻丝每cm长的电阻为R,当合上S1、断开S2时,设此时流过电阻丝的电流为I′,有:
I′·30.0R=30.0u,当合上S1、S2时,I′·LR=IRx
由上述两公式得:
Rx=
.L-I图象如图所示,由图象知:
L-I的斜率k=60cm/A,Rx=ku=6.0Ω.
4.根据实际情况经常要进行电表的改装,下面是在一次电表的改装实验中遇到的问题:
一直流电压表,量程为1V,内阻为1000Ω.现将一阻值在5000Ω~7000Ω之间的固定电阻R1与此电压表串联,以扩大电压表的量程.为求得扩大后量程的准确值,再给一直流电源(电动势E为6V~7V,内阻可忽略不计),一阻值R2=2000Ω的定值电阻,两个单刀开关S1、S2及若干导线.
(1)为达到上述目的,将图9中的图连成一个完整的实验电路图;
图9
(2)连线完成后,当S1与S2均闭合时,电压表的示数为0.90V;当S1闭合,S2断开时,电压表的示数为0.70V.由此可以计算出改装后电压表的量程为________V,电源电动势为________V.
答案
(1)如图所示
(2)7 6.3
解析
(1)因为没有其他的测量工具,考虑将改装后的电压表和电源串联.根据闭合电路欧姆定律列式,有电源电动势和R1两个未知数,因此可通过改变串联电阻来改变电路中的电流.
(2)两次测量分别根据闭合电路欧姆定律列式得,S2闭合时:
E=
R1+U1,S2断开时:
E=
(R1+R2)+U2,联立解得电源电动势为6.3V,R1的阻值为6000Ω,故改装后电压表的量程为
(RV+R1)=7V.
5.(2013·海淀期末)为了较准确地测量一只微安表的内阻,采用图10甲所示实验电路图进行测量,实验室可供选择的器材如下:
A.待测微安表(量程500μA,内阻约300Ω)
B.电阻箱R(最大阻值999.9Ω)
C.滑动变阻器R1(最大阻值为10Ω)
D.滑动变阻器R2(最大阻值为1kΩ)
E.电源(电动势为2V,内阻不计
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 物理 复习 专题 实验 技能 创新 课时 力学 讲义