专题九 电学实验.docx
- 文档编号:7621891
- 上传时间:2023-01-25
- 格式:DOCX
- 页数:28
- 大小:536.89KB
专题九 电学实验.docx
《专题九 电学实验.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《专题九 电学实验.docx(28页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
专题九电学实验
学案16 电学实验
【考情分析】
【考点预测】
电学实验是高考实验考查的重点,考查的实验有测定金属的电阻率、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测定电源的电动势和内阻、多用电表的使用等.高考对电学实验的考查侧重于考查电路设计、实物图连接、数据处理和误差分析,并且高考对电学实验的考查向着拓展实验、创新实验的方向发展.预计2014年高考中,对电学实验仍会继续对电阻的测量、电路的选择、实验方法的创新和应用等进行考查.
考题1 对实验仪器的使用与选择的考查
例1
(2012·四川·22
(2))某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线,可供选用的器材如下:
小灯泡L,规格“4.0V 0.7A”;
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甲同学设计了如图1甲所示的电路来进行测量,当通过L的电流为0.46A时,电压表的示数如图乙所示,此时L的电阻为________Ω.
图1
②乙同学又设计了如图丙所示的电路来进行测量,电压表指针指在最大刻度时,加在L上的电压值是________V.
③学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线,需要重新设计电路.请你在乙同学的基础上利用所供器材,在图丁所示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.
解析 ①电压表的示数U=2.30V,所以灯泡L的电阻RL=
=
Ω=5Ω.
②由题图知电压表V与R2串联,根据串联分压,当电压表V的示数为3V时,R2两端的电压U2=
R2=
×3000V=1V,所以灯泡两端的电压U′=UV+U2=(3+1)V=4V.
③要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线,则电压表的量程应变为4.0V,电流表的量程应变为0.7A,因此将电压表V与标准电阻R2串联改装成量程为4.0V的电压表,将电流表A2与标准电阻R1并联改装成量程为0.6A+
A=0.72A的电流表.故虚线框内实验电路如图所示.
答案 ①5 ②4 ③见解析图
规律总结
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
使指针指在比满偏刻度的
多的位置
3V和3A量程估读到最小分度的
;15V量程估读到最小分度的
;0.6A量程估读到最小分度的
电压表
欧姆表
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.电学实验器材的选取
(1)根据不使电表受损和尽量减小误差的原则选择电表.首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过量程,然后合理选择量程,务必使指针有较大偏转(一般取满偏的1/3~2/3左右),以减少测量和读数的误差.
(2)根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器,注意流过滑动变阻器的电流不能超过它的额定电流.对大阻值的变阻器,滑片稍有移动,电流、电压就会有很大的变化,不宜采用.
(3)应根据实验的基本要求来选择仪器,对于这种情况,只有熟悉实验原理,才能作出恰当的选择.
突破练习
1.多用电表可以用来测电流、电压、电阻等,挡位如图2所示.
图2
(1)当接通1或2时,为____挡.1的量程比2的量程____(填大或小).
(2)测量某电阻时,用×10Ω挡时,发现指针偏转角度过大,他应该换用____挡(填“×1Ω”或“×100Ω”),换挡后,在测量前要先进行________.
(3)如图3所示,A、B、C是多用电表在进行不同测量时,转换开关分别指示的位置.D是多用电表表盘指针在测量时的偏转位置.
图3
若用A挡测量,指针偏转如D,则读数是________;
若用B挡测量,指针偏转如D,则读数是________;
若用C挡测量,指针偏转如D,则读数是________.
(4)某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中,串联了一只2.5Ω的保护电阻R0,实验电路如图4所示,连好电路后,当该同学闭合电键,发现电流表示数为0,电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错,接触良好且未发生短路;他用多用电表的电压挡检查电路,把两表笔分别接a、b,b、c,d、e时,示数均为0,把两表笔接c、d时,示数与电压表示数相同,由此可推断故障是________.排除故障后,该同学顺利完成实验,根据测定数据,数据在图5中已描出对应点,画出U-I图,由图知:
电池的电动势为________,内阻为________.
图4
I/A
0.10
0.15
0.17
0.23
0.30
0.40
U/V
1.20
1.08
1.00
0.80
0.60
0.30
图5
答案
(1)电流 大
(2)×1Ω 欧姆调零 (3)1300Ω 5.40mA 27.0V (4)滑动变阻器R断路 1.50V 3Ω
考题2 对电路选择的考查
例2
(2013·天津·9(3))要测绘一个标有“3V 0.6W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V,并便于操作.乙选用的器材有:
电池组(电动势为4.5V,内阻约1Ω);
电流表(量程为0~250mA,内阻约5Ω);
电压表(量程为0~3V,内阻约3kΩ);
电键一个、导线若干.
①实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________(填字母代号).
A.滑动变阻器(最大阻值20Ω,额定电流1A)
B.滑动变阻器(最大阻值1750Ω,额定电流0.3A)
②实验的电路图应选用下列的图________(填字母代号).
③实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图6所示.如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V、内阻为5Ω的电源两端,小灯泡消耗的功率是________W.
图6
解析 ①测绘小灯泡的伏安特性曲线,要求能较大范围测量数据,所以控制电路部分应用分压式接法,滑动变阻器应用最大阻值小额定电流大的A.
②灯泡的电阻R=
=15Ω,额定电流I=
=0.2A,由R=15Ω<
=
Ω,依据公式法“大内小外”的原则,可知电流表应采用外接法,故选B.
③在灯泡的IU图上作出电源的I-U图线,交点即为这个电源给这个灯泡供电时的电流和电压,此时P灯=IU=0.1×1W=0.1W.
答案 ①A ②B ③0.1
规律方法
1.电流表内、外接法的比较与选择
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 适用条件 Rx≫RA(测大电阻) RV≫Rx(测小电阻) 2.控制电路(滑动变阻器的接法)的比较与选择 (1)控制电路的比较: 比较项目 限流式接法 分压式接法 电路 电压调节的范围 E→E 0→E 电能损耗 节能 耗能 电路连接 简便 复杂 (2)控制电路的选择: 以下情况考虑分压式接法: ①要求待测电路的U、I从0变化;②R滑≪Rx;③选用限流式接法时,Ux、Ix过大(超过电表量程,烧坏电表、电源或用电器等)或Ux、Ix过小(最大值不超过电表满量程的 ,读数误差大). 突破练习 2.在研究规格为“6V 3W”的小灯泡的伏安特性曲线的实验中,要求小灯泡两端的电压从0开始逐渐增大.实验提供的电流表量程为0.6A、内阻约1Ω,电压表量程为10V、内阻约20kΩ. (1)下列实验电路图,最合理的是________; (2)小灯泡接入电路前,某同学使用如图7所示的多用电表欧姆挡直接测量小灯泡的电阻,应将选择开关旋至________挡(填“×1”或“×10”). 图7 图8 (3)某同学描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图8所示,则小灯泡的电阻值随温度的升高而________(填“增大”、“减小”或“不变”).实验过程中,小灯泡消耗的功率为0.6W时,小灯泡两端的电压是________V. 答案 (1)甲 (2)×1 (3)增大 2 解析 (1)实验要求小灯泡两端的电压从0开始逐渐增大,故滑动变阻器应选分压式接法,小灯泡的内阻较小,电流表应采用外接法,选甲图; (2)小灯泡的电阻较小,欧姆挡选“×1”即可;(3)由于图线向上弯曲,斜率增大,故小灯泡的电阻值随温度的升高而增大.由图线可得小灯泡消耗的功率为0.6W时,小灯泡两端的电压是2V. 考题3 对实验原理迁移运用的考查 1.测定金属的电阻率实验原理的迁移运用 例3 为测量某一玩具电动机 中导线圈的电阻率,某实验小组的部分实验方案如下: 图9 图10 (1)用螺旋测微器测得导线圈同种规格导线直径d如图9所示,则d=________mm; (2)用多用电表测量电动机中导线圈的电阻Rx: 选择“×1Ω”欧姆挡,并按正确步骤操作后,指针的位置如图10所示(此过程电动机不转动),则Rx=________Ω. (3)为提高精度,他又用以下仪器再次测量导线圈的电阻Rx: 电流表A1(0~3A、约5Ω);滑动变阻器R1(1kΩ); 电流表A2(0~30mA、约10Ω);滑动变阻器R2(50Ω); 定值电阻R0=60Ω;电源(4V、约1Ω)及开关等,导线若干. ①实验小组为使测量过程中电动机不转动而采用了如图11所示的电路图,应选择的电流表是________,滑动变阻器是________;(填写符号) 图11 ②按照实验要求,多用电表已选择“直流电压2.5V”挡作为电压表使用,请依据图11将图12实验电路中的仪器连接欠缺的两处补完整; 图12 ③图13是该实验小组测得的数值描绘出的图象,其斜率值表示的是________(填选项). 图13 A.导线圈的电阻 B.导线圈的电阻与R0阻值之和 解析 (1)螺旋测微器的读数: d=0.01mm×15.5=0.155mm. (2)多用电表的读数乘以倍率即为待测电阻值,即Rx=25.0×1Ω=25.0Ω. (3)①选择电流表时需估算电路中的电流.设电动机和定值电阻R0的串联电压为电源电动势. I= A=0.047A=47mA 实际实验时可通过滑动变动器调节电压使流过电流表的电流不超过30mA,所以电流表选A2. 滑动变阻器应选择便于调节的R2. ②由于电流表A2的电阻较大,为减小实验误差,应采用电流表外接法.为有效地控制电路中的电压和电流,应采用分压电路,所以电路图连接如图所示. 答案 (1)0.155(±0.003范围内均可) (2)25.0(±0.5范围内均可) (3)①A2 R2 ②见解析图 ③B 2.描绘小灯泡的伏安特性曲线实验原理的迁移运用 例4 二极管是电子线路中常用的电子元件.它的电路符号如图14甲所示,正常使用时,“+”极一端接高电势,“-”极一端接低电势.要描绘某二极管在0~8V间的伏安特性曲线,另提供有下列的实验器材: 电源E(电动势为8V,内阻不计): 多用电表电压挡有五个量程,分别为2.5V、10V、50V、250V、500V,可视为理想电压表;开关一个;滑动变阻器一个; 表一块;导线若干. 图14 图15 图16 (1)在图14乙的方框内画出测定二极管伏安特性曲线的电路原理图,多用电表在电路图中用 表示,并注明多用电表电压挡所选量程. (2)利用多用电表电压挡测量正常使用中的二极管电压时,电流从________(选填“红”或“黑”)表笔流入多用电表. (3)某同学通过实验得出了图15所示的伏安特性曲线图.接着,他又用该二极管、电源E和另一只固定电阻R组成图16所示的电路,当闭合开关后,用多用电表的电压挡测得R两端的电压为0.8V,由此可以判断固定电阻R的阻值大约为________Ω. 解析 (1)由题意可知电流正向通过二极管时,二极管的电阻较小,故 表应外接,由于要描绘二极管在0~8V间的伏安特性曲线,故滑动变阻器应采用分压式接法,电源电动势为8V,故多用电表的电压挡选10V的.电路图如图所示. (2)利用多用电表电压挡测量正常使用中的二极管电压时,电流从红表笔流入多用电表. (3)由闭合电路欧姆定律可知二极管两端的电压为7.2V,据伏安特性曲线图可知电压为7.2V时对应的电流是10mA,故电阻R的阻值大约为80Ω. 答案 (1)电路原理图见解析图 (2)红 (3)80 突破练习 3.当小灯泡发光时其灯丝的电阻会随着发光亮度的变化而发生变化.某同学为研究这一现象,按照自己设计的实验电路测量小灯泡的电流I和电压U,得到如下表所示的数据. I(A) 0.12 0.22 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50 U(V) 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 (1)请你根据上表数据的特点,在虚线框中画出实验电路图.可用的器材有: 电压表、电流表、滑动变阻器(变化范围0~10Ω)、电源、小灯泡、开关和导线若干. (2)在图17所示坐标纸上画出小灯泡的U-I曲线,并定性分析灯丝的电阻与灯泡发光亮度的变化关系: ________. (3)如果将上面实验中使用的小灯泡接在电动势是1.5V,内阻是2.0Ω的电源两端,利用上面的U-I曲线可求出小灯泡的实际功率是________W,电源效率为________.(结果保留2位有效数字) 图17 答案 (1)如图甲所示 (2)如图乙所示 灯丝电阻随发光亮度的增加而增大 (3)0.28 53% 解析 数据范围大,应采用分压式接法,灯丝电阻较小,采用电流表外接法.由图象得灯丝电阻随发光亮度的增加而增大. 在U-I图象中作电动势是1.5V,内阻是2.0Ω的伏安特性图线,两图线交点为(0.35A,0.8V),故P=UI=0.8×0.35W=0.28W,η= ×100%=53% 3.测定电源电动势和内阻实验原理的迁移运用 例5 某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻,考虑到水果电池组的内阻较大,为了提高实验的精确度,需要测量电压表的内阻.实验中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表,该同学便充分利用这块电压表,设计了如图18所示的实验电路,既能实现对该电压表的内阻的测量,又能利用该表完成水果电池组电动势和内阻的测量.他用到的实验器材有: 待测水果电池组(电动势约4V,内阻约50Ω)、双向电压表(量程为2V,内阻约为2kΩ)、电阻箱(0~9999Ω)、滑动变阻器(0~200Ω),一个单刀双掷开关及若干导线. (1)该同学按如图所示电路图连线后,首先测出了电压表的内阻.请完善测量电压表内阻的实验步骤: ①将R1的滑动触片滑至最左端,将S拨向1位置,将电阻箱阻值调为0; 图18 ②调节R1的滑动触片,使电压表示数达到满偏; ③保持__________不变,调节R2,使电压表的示数达到________; ④读出电阻箱的阻值,记为R2,则电压表的内阻RV=________. (2)若测得电压表内阻为2kΩ,可分析此测量值应________真实性.(填“大于”、“等于”或“小于”) (3)接下来测量水果电池组的电动势和内阻,实验步骤如下: ①将开关S拨至________(填“1”或“2”)位置,将R1的滑动触片移到最________端,不再移动; ②调节电阻箱的阻值,使电压表的示数达到一个合适值,记录下电压表的示数和电阻箱的阻值; ③重复步骤②,记录多组电压表的示数及对应的电阻箱的阻值. (4)若将电阻箱与电压表并联后的阻值记录为R,作为 - 图象,则可消除系统误差,如图19所示,其中纵截距为b,斜率为k,则电动势的表达式为________,内阻的表达式为________. 图19 解析 (1)由题图可知,当S拨向1位置,滑动变阻器R1在电路中为分压式接法,利用电压表的半偏法得: 调节R1使电压表满偏,保持R1不变,R2与电压表串联,调节R2使电压表的示数达到半偏(或最大值的一半),电压表的内阻R1与电阻箱示数R2相同. (2)由闭合电路欧姆定律可知,调节R2变大使电压表达到半偏的过程中,总电阻值变大,干路总电流变小,由E=I·r+U外得U外变大,由电路知U外=U并+U右,变阻器的滑动触片右侧电压U右=I·R右变小,则U并变大,电压表半偏时,R2上的电压就会大于电压表上的电压,那么R2的阻值就会大于电压表的阻值.(3)测水果电池组的电动势和内阻,利用伏阻法,S拨到2,同时将R1的滑动触片移到最左端.利用E=U1+ ·r,E=U1′+ ·r,联合求E、r.(4)由闭合电路欧姆定律得E=U+ ·r,变形得 = · + , =k, =b,得E= ,r= . 答案 (1)③R1 半偏(或最大值的一半) ④R2 (2)大于 (3)①2 左 (4)E= r= 突破练习 4.某班举行了一次物理实验操作技能比赛,其中一项比赛为用规定的电学元件设计合理的电路图,并能较准确地测量一电池组的电动势及其内阻.给定的器材如下: A.电流表G(满偏电流10mA,内阻10Ω) B.电流表A(0~0.6A~3A,内阻未知) C.滑动变阻器R0(0~100Ω,1A) D.定值电阻R(阻值990Ω) E.多用电表 F.开关与导线若干 (1)小刘同学首先用多用电表的直流10V挡粗略测量电池组的电动势,电表指针如图20所示,则该电表读数为________V. 图20 (2)该同学再用提供的其他实验器材,设计了如图21甲所示的电路,请你按照电路图在图乙上完成实物连线. 图21 (3)图丙为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I1-I2图线(I1为电流表G的示数,I2为电流表A的示数),则由图线可以得到被测电池组的电动势E=________V,内阻r=________Ω(保留2位有效数字). 答案 (1)7.2 (2)如图所示 (3)7.5 5.0 考题4 对创新设计性实验的考查 例6 (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22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22 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),并在图23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.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23 (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 突破练习 5.电子所带的电荷量(元电荷e)最先是由密立根通过油滴实验测量出的,图24是该实验装置的示意图,将两块水平放置的金属板A、B连接到电路中,板间产生竖直向下的匀强电场.用一个喷雾器把许多油滴从上板中间的小孔喷入电场,油滴从喷口出来时由于摩擦带负电.在实验中通过调节金属板间的电压,利用显微镜观察,找到悬浮不动的油滴.所用部分器材已在图中给出,其中E为直流电源,R为滑动变阻器,V为电压表,S为开关,此外还有若干轻质导线. 图24 (1)在图中画线连接成实验电路图(其中①②③是已经连接好的导线). (2)实验时观察到某个悬浮不动的油滴半径为r,此时电压表的示数为U,金属板A、B间的距离为d.已知油滴密度为ρ,重力加速度为g,空气浮力不计,则该油滴所带的电荷量为________.(用题目中所给的物理量表示) 答案 (1)如图所示 (2) 解析 (2)油滴处于静止状态,q =mg,其中m=ρ· πr3,联立解得q= 知识专题练 训练16 1.如图1所示的电路中,1、2、3、4、5、6为连接点的标号.在开关闭合后,发现小灯泡不亮.现用多用电表检查电路故障,需要检测的有: 电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点. 为了检测小灯泡、开关以及3根导线, 图1 (1)在连接点1、2已接好的情况下,应当选用多用电表的________挡,进行检查; (2)在连接点1、2同时断开的情况下,应当选用多用电表的________挡,进行检查; (3)在开关闭合情况下,若测得3、4两点间的电压接近电源的电动势,则表明________. 答案 (1)电压 (2)欧姆 (3)小灯泡断路 2.某同学查阅相关资料得到直流电动机 转动时U-I特性曲线,如图2甲所示,该同学利用图乙的实验电路研究电动机的转动情况,电路中使用恒压电源(输出电压值固定),R1是定值电阻(阻值为15Ω),R2是滑动变阻器, 是理想电流表,实验操作步骤如下: 图2 (1)闭合开关S2前,调节滑动变阻器R2,使其接入电路中的阻值为________.(选填“最大”或“最小”) (2)先闭合开关S1,开关S2保持断开,此时电流表的示数为0.6A,则恒压电源输出电压为________V. (3)再闭合开关S2,然后缓慢调节滑动变阻器使电动机恰好转动起来,此时电流表的示数为1.8A,直流电动机 实际消耗的电功率为________W,滑动变阻器接入电路中的阻值为________Ω. 答案 (1)最大 (2)9 (3)3.84 4.83 解析 (2)电源输出电压: U=IR1=0.6×15V=9V. (3)电动机的输入电流IM=I-I1=1.
- 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:
- 专题九 电学实验 专题 电学 实验