届高考物理专题六物理实验考点2电学实验.docx
- 文档编号:28643425
- 上传时间:2023-07-19
- 格式:DOCX
- 页数:27
- 大小:431.80KB
届高考物理专题六物理实验考点2电学实验.docx
《届高考物理专题六物理实验考点2电学实验.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《届高考物理专题六物理实验考点2电学实验.docx(27页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
届高考物理专题六物理实验考点2电学实验
考点2 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
仪器
极性
量程选择
读数
电流表
有正、负极的电表,电流由电表的正极流入,负极流出
使指针指示超过满偏刻度的
的位置
3V和3A量程估读到最小分度的1/10;15V量程估读到最小分度的1/5;0.6A量程估读到最小分度的1/2
电压表
欧姆表
使指针尽量指在表盘的中间位置左右
表盘读数乘以相应挡位的倍率
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。
(2)要区分开“机械零点”与“欧姆零点”
“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置。
调整的是表盘下边中间的定位螺丝;“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,调整的是欧姆挡的调零旋钮。
(3)选倍率
测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。
由于欧姆挡刻度的非线性,使用欧姆挡测电阻时,表头指针偏转过大或过小都有较大误差。
通常只使用表盘中间一段刻度范围,指针偏转角度在
满偏到
满偏之间为测量的有效范围。
如当待测电阻约为2kΩ时,应采用“×100”挡。
[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10V)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“×1k”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。
[解析]
(1)用多用电表测电阻时,应让指针指在中间刻度附近,因而应选“×1k”挡。
多用电表测电阻时,需要用其内部电源,黑表笔接内部电源的正极,电压表的两接线柱中,“+”接线柱应接高电势端,因而A电路的连接方式正确。
(2)题图乙中欧姆表的读数为40×1kΩ=40kΩ题图丙中电压表的读数为5.0V。
由闭合电路欧姆定律知欧姆表中电池的电动势E=U+Ir=U+
r=5.0V+
×30×103V=8.75V。
[答案]
(1)×1k A
(2)4×104 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)。
2.读数技巧
(1)欧姆表的读数
a.为了减小读数误差,指针应指在表盘
到
的部分,即中央刻度附近。
b.指针所在刻度盘处每个小格表示1时,要估读到下一位,其余情况都不用估读。
c.电阻值等于指针示数与所选倍率的乘积。
(2)测电压、电流时的读数,要注意其量程,根据量程确定精确度,精确度是1、0.1、0.01时要估读到下一位,精确度是2、0.02、5、0.5时,不用估读到下一位。
【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0~3V挡的内阻,他从实验室拿来一个多用电表、3节干电池、50Ω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“3V”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RV=________。
解析
(1)由于多用电表的黑色表笔是流出电流的,故它应该与电压表的正接线柱连接,红色表笔应该与电压表的负接线柱连接;电压表的内阻为R=30×100Ω=3000Ω。
(2)由于电路中的最大电流约为I=
=1.5mA,若选择“10mA”和“100mA”量程,则指针偏转的角度会很小,误差较大,如果通过变阻器的调压作用,可以让电压表中的电流在1mA以内,故多用表的直流电流挡选择“1mA”量程。
(3)由于电压表测量的就是电压表的电压,电流表测量的就是电压表的电流,故电压表的电阻为R=
。
答案
(1)红 3.0×103(或3000)
(2)1 如图所示
(3)
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12V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50V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50V挡的最小分度为1V,故按“十分之一”估读法可知读数应为11.5V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
考点二 实验器材与实验电路的选择
【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
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
负载R上电
压调节范围
≤U≤E
0≤U≤E
分压电路调节范围大
负载R上电
流调节范围
≤I≤
0≤I≤
分压电路调节范围大
闭合S前
触头位置
b端
a端
都为了保护负载
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
误差原因
由于电流表内阻的分压作用,电压表测量值偏大
由于电压表内阻的分流作用,电流表测量值偏大
测量结果
R测=
=RA+Rx>Rx,测量值偏大
R测=
=
<Rx,测量值偏小
适用条件
Rx≫RA 大电阻
Rx≪RV 小电阻
2.选择电流表内、外接的方法
内接法
外接法
计算法
>
或Rx>
<
或Rx<
试触法
若不知Rx的大概阻值,可采用“试触法”,将电路如图所示连接,空出电压表的一个接头S,然后将S分别与a、b接触一下
若电流表“相对变化”明显,说明电压表分流作用较大,采用内接法
若电压表“相对变化”明显,说明电流表分压作用较大,采用外接法
[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“2.5V0.6W”字样,实验室提供的器材有:
A.电流表A1(内阻约为5Ω、量程为0~25mA)
B.电流表A2(内阻约为1Ω、量程为0~300mA)
C.电压表V1(内阻约为5kΩ、量程为0~3V)
D.电压表V2(内阻约为15kΩ、量程为0~15V)
E.滑动变阻器R1(最大阻值为10Ω、额定电流为0.6A)
F.滑动变阻器R2(最大阻值为1000Ω、额定电流为0.2A)
G.稳压电源E(电动势为9.0V、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R0合适的电阻值应为________(选填“1Ω”、“10Ω”、“30Ω”、“100Ω”)。
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=3V、内阻r=5Ω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)。
[解析]
(1)由小灯泡的标称可知,其额定电流为I=
=
A=0.24A=240mA,即电流表应选B,电压表应选C,滑动变阻器以分压式接入电路,则滑动变阻器应选择阻值较小的,即选择E,由于电源的电动势为9.0V,为了保护电路,定值电阻应选择10Ω。
(2)电压表的内阻远大于小灯泡的电阻值,测量电路部分应选择电流表外接,即接在a点,用笔画线代替导线将实物图连接,如答图甲所示。
(3)设每只灯泡加上的实际电压和实际电流分别为U和I,在闭合电路中,E=U+2Ir,则U=E-2Ir=3-10I,即I=
-
,在题图丙坐标系内作出I-U图象如答图乙所示,由图象可知,两图象交点坐标为U=1.2V、I=0.18A,每只灯泡的实际功率P′=UI=1.2×0.08W≈0.22W
[答案]
(1)B、C、E 10Ω
(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3V的LED灯正常工作时的电阻,已知该灯正常工作时电阻大约500Ω,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A1(量程为0至50mA,内阻RA1约为3Ω)
B.电流表A2(量程为0至3mA,内阻RA2=15Ω)
C.定值电阻R1=697Ω
D.定值电阻R2=1985Ω
E.滑动变阻器R(0至20Ω)一只
F.电压表V(量程为0至12V,内阻RV=1kΩ)
G.蓄电池E(电动势为12V,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Rx=________(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。
解析
(1)由于电流表A2内阻已知,因此电表2应为电流表A2,而电路中流过灯泡的最大电流I为6mA,因此回路总电流小于10mA,因此电表1不能选电流表A1,而由于电压表内阻已知,流过电压表的电流最大值恰好为12mA,因此电表1选电压表V,为了让灯达到额定功率,因此加在灯两端的电压最高为3V,因此与电流表A2串联的电阻应大于1kΩ,因此定值电阻应选R2。
(2)由于滑动变阻器的阻值较小,只能采用分压式接法,电路连接图见答案。
(3)由于加在灯泡两端的电压U灯=I2(R2+RA2),流过灯泡的电流为
-I2,因此Rx=
,当表达式中的I2达到1.5mA时,加在灯泡两端的电压恰好为3V,此时灯泡恰好正常工作。
答案
(1)F B D
(2)如图所示
(3)
I2 1.5mA
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3V,内阻约为3000Ω),电阻箱R0(最大阻值为99999.9Ω),滑动变阻器R1(最大阻值100Ω,额定电流2A),电源E(电动势6V,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RV′,与电压表内阻的真实值RV相比,RV′________RV(填“>”、“=”或“<”),主要理由是________________________
________________________________________________________________________。
解析
(1)电路图如图所示
(2)移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小,闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表V0指针满偏,保证滑动变阻器滑片的位置不变,断开开关S2,调节电阻箱R0使电压表的指针半偏,读取电阻箱所示的电阻值,此即为测得的电压表内阻;
(3)R′V>RV,电压表串联电阻箱后认为电压不变,而实际该支路电压变大,故电阻箱分压大于计算值,则会引起测量值的偏大。
答案 见解析
考点三 实验数据的处理
[例3] 物理学习小组在测定某电源的电动势E和内阻r时,找来一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝ab替代滑动变阻器,设计了如图甲所示的实验,其中R0是阻值为2Ω的保护电阻,滑动片P与电阻丝始终接触良好。
实验时闭合开关,调节P的位置,测得aP的长度x和对应的电压U、电流I数据,并分别绘制了如图6-2-8乙所示的U-I图象和如图丙所示的
-x图象。
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=0.12×10-6m2,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”)。
[解析]
(1)根据闭合电路欧姆定律,电压表示数即路端电压U=E-I(R0+r),因此图乙中纵截距即为电源的电动势E=3.00V,斜率绝对值表示保护电阻R0与电源内电阻之和,即(R0+r)=
Ω=3.0Ω,r=1.0Ω。
(2)图丙中截距为x=0时,即为电路中金属丝被短路,所测电阻即为电流表的内阻;由图丙可知,金属丝长0.6m,电阻为5.8Ω,由电阻定律R=ρ
,代入已知条件解得:
ρ=1.2×10-6Ω·m。
(3)通过图象法处理数据可以消除个别数据测量不准确产生的偶然误差,对系统产生的误差没有修正作用。
[答案]
(1)3.0 1.0
(2)1.2×10-6 电流表内阻为2.0Ω (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Rx的原理图,R1是电阻箱(0~99.9Ω),R是滑动变阻器,A1和A2是电流表,E是电源(电动势12V,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R1,使A2示数I2=0.20A,记下此时电阻箱的阻值R1和A1的示数I1;
②重复步骤①且使A2示数仍为I2=0.20A,测量多组R1和I1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(0~3mA,内阻为2.0Ω)
B.电流表(0~3mA,内阻未知)
C.电流表(0~0.3A,内阻为10Ω)
D.电流表(0~0.3A,内阻未知)
请根据实验过程判断A1应选用________,A2应选用________(填写选项字母)。
(2)在图乙中的坐标纸上画出R1与
的关系图。
(3)根据以上实验数据得出Rx=________Ω。
解析
(1)由图乙可知,A1示数的最大值约为0.25A,则A1应选用量程为0.3A的电流表,由于只要知道电流大小即可,即选用D;由于A2示数为0.2A,A2的量程为0.3A,且必须要知道其内阻,因此选用C。
(2)由于题图所给各点大体处在一条直线上,因此过这些点作一条直线并延长,即得到R1-
图象,如图所示。
(3)根据欧姆定律,则有(R1+RA1)I1=I2(Rx+RA2);
整理可得R1=I2(Rx+RA2)
-RA1,
由R1-
图象可得k=I2(Rx+RA2),
而R1与
的图象的斜率k=
Ω·A=10Ω·A;
则有Rx=
-RA2=
Ω=40Ω。
答案
(1)D C
(2)见解析 (3)40
考点四 电学创新实验设计
【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。
(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13Ω·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3V,内阻可忽略),电压表V1(量程为3V,内阻很大),电压表V2(量程为3V,内阻很大),定值电阻R1(阻值4kΩ),定值电阻R2(阻值2kΩ),电阻箱R(最大阻值9999Ω),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V1示数;
D.把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1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
(1)测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图6-2-11甲图所示,则d=________mm。
(2)玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为:
Rx=________。
(用R1、R2、R表示)
(3)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据,绘制出如图6-2-11乙图所示的R-
关系图象。
自来水的电阻率ρ=________Ω·m。
(保留两位有效数字)
(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大,则自来水电阻率测量结果将________。
(填“偏大”、“不变”或“偏小”)
[解析]
(1)根据游标卡尺的读数规则,玻璃管内径d=30mm+0×0.05mm=30.00mm。
(2)把S拨到1位置,记录电压表V1示数,得到通过水柱的电流I1=
。
由闭合电路欧姆定律,E=U+
Rx;把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,记录电阻箱的阻值R,得到该支路的电流I2=
。
由闭合电路欧姆定律,E=U+
R2,联立解得:
Rx=
。
(3)由电阻定律Rx=
,Rx=
,联立解得:
R=
·
。
R-
关系图象斜率k=400Ω·m,又k=
,S=
,解得:
ρ=
=14Ω·m。
(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大,则通过水柱的电流I1大于测量值,则
Rx<
R2,得到Rx<
,即自来水电阻测量值偏大,则自来水电阻率测量结果将偏大。
[答案]
(1)30.00
(2)
(3)14 (4)偏大
【题组训练】
一标有“6V,0.5A”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1Ω。
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:
8V(内阻不计)
B.直流电流表A1:
0~0.6A(内阻约为0.5Ω)
C.直流电流表A2:
0~3A(内阻约为0.1Ω)
D.直流电压表V1:
0~3V(内阻约为5kΩ)
E.直流电压表V2:
0~15V(内阻约为15kΩ)
F.滑动变阻器R1:
0~10Ω,2A
G.标准电阻R2:
5Ω
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
- 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:
- 高考 物理 专题 实验 考点 电学