一電學(xué)試驗(yàn)的3大創(chuàng)新考查角度

1、第八章“沖刺雙一流”深化內(nèi)容（一）電學(xué)實(shí)驗(yàn)的3大創(chuàng)新考查角度在高考中對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)一般不直接考查課本上的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，而是在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn) 行創(chuàng)新，比如常常在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材、數(shù)據(jù)處理等方面加以改進(jìn)；學(xué)生應(yīng)以常規(guī)實(shí)驗(yàn) 為依據(jù)，從實(shí)驗(yàn)電路圖入手，結(jié)合實(shí)驗(yàn)的具體要求進(jìn)行推理分析。角度一對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新考查在高考的電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，并不僅僅測(cè)量電阻的阻值或測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，有時(shí)可 能會(huì)測(cè)定二極管的導(dǎo)電特性、電容器的充、放電規(guī)律等。處理此類問題時(shí)，首先要掌握被 測(cè)實(shí)驗(yàn)器材的電學(xué)特性，其次要熟練把握控制電路、測(cè)量電路的特點(diǎn)。例1二極管具有獨(dú)特的單向?qū)щ娦?，?dāng)在二極管兩極之間所加正向電壓小于某值時(shí)， 二極管

2、的電阻很大（1X106Q,甚至更大卜而當(dāng)正向電壓超過某值時(shí)，二極管的電阻隨兩端 電壓的升高而急劇減小。為了探究二極管的導(dǎo)電特性：（1）實(shí)驗(yàn)小組先用多用電表判斷二極管的極性。步驟如下：A.將多用電表置于歐姆表“X100”擋，短接紅、黑表筆，調(diào)整 ,使指針指向表盤右側(cè)“0位置；B.將二極管串接在兩表筆之間，多用電表示數(shù)如圖甲中a所示；C.將二極管兩極對(duì)調(diào)，多用電表示數(shù)如圖甲中b所示，則此時(shí)與紅表筆接觸的是二極管的（填“正”或“負(fù)”）極。（2）實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)電路，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)如下表。正向電壓r 0000000000U/V.10.20.30.40.50.55.60.65.68.

3、70正向電流I/mA00)00.020.260.561.131.792.373.00由二極管的特性和表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電壓表示數(shù)為00.30 V時(shí)，圖乙中開關(guān)S一定接在位置根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖丙中作出二極管的伏安特性曲線（要求保留所描的點(diǎn)跡），由圖線可知，二極管是 （填“線性”或“非線性”）元件。（3）若此二極管為發(fā)光二極管，正常發(fā)光時(shí)通過的電流為3.00 mA,若用1.5 V的電源供電，則應(yīng)該給二極管 （填“串”或“并”）聯(lián)一個(gè)約 Q的電阻。解析（1）A.歐姆表選擋后要進(jìn)行歐姆調(diào)零，即短接兩表筆，調(diào)整歐姆調(diào)零旋鈕， 使指針指在表盤右側(cè) 0”位置；C.步驟B中歐姆表示數(shù)很大，而步驟C中示數(shù)很小，由

4、題中所給條件知，當(dāng)示數(shù)很小時(shí)紅表筆所接為二極管負(fù)極。（2）題圖乙的設(shè)計(jì)為伏安法測(cè)電阻的內(nèi)接法和外接法可以互換的電路，當(dāng)開關(guān) S接位置1時(shí)為電流表內(nèi)接法，接位置2時(shí)為電流表外接法。由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電壓表示數(shù)為00.3 V時(shí)電流表示數(shù)為0,故電流表內(nèi)接，開關(guān)S接在位置1。描點(diǎn)作圖如圖所示，由圖線可知二極管是非線性元件。（3）發(fā)光二極管正常工作時(shí)兩端電壓為0.7 V,電源電動(dòng)勢(shì)EU 15-07局于0.7 V,應(yīng)串聯(lián)一個(gè)電阻，阻值R= =-3 Q267 Q。I 3X10答案（1）A.歐姆調(diào)零旋鈕C.負(fù)（2）1見解析圖非線性 （3）串267后T通本例源于教材人教版選修3-1第47頁中“某晶體二極管的伏

5、安特性曲線圖”，雖然二極管具有單向?qū)щ娦?，但仍需要正向電壓高于一定值，二極管才會(huì)有正向電流。要順利 解決這類實(shí)驗(yàn)，只有在復(fù)習(xí)時(shí)經(jīng)常閱讀教材并關(guān)注相關(guān)內(nèi)容，審題就輕松得多。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.（2016全國卷出）某同學(xué)用圖中所給器材進(jìn)行與安培力有關(guān)的實(shí)驗(yàn)。兩根金屬導(dǎo)軌ab和aibi固定在同一水平面內(nèi)且相互平行，足夠大的電磁鐵（未畫出）的N極位于兩導(dǎo)軌的正上方，S極位于兩導(dǎo)軌的正下方，一金屬棒置于導(dǎo)軌上且與兩導(dǎo)軌垂直。（1）在圖中畫出連線，完成實(shí)驗(yàn)電路。要求滑動(dòng)變阻器以限流方式接入電路，且在開關(guān) 閉合后，金屬棒沿箭頭所示的方向移動(dòng)。（2）為使金屬棒在離開導(dǎo)軌時(shí)具有更大的速度，有人提出以下建議：A.適當(dāng)增加

6、兩導(dǎo)軌間的距離B.換一根更長的金屬棒C.適當(dāng)增大金屬棒中的電流其中正確的是 （填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號(hào)）。解析：（1）實(shí)驗(yàn)電路連線如圖所示。（2）為使金屬棒獲得更大的速度，則金屬棒運(yùn)動(dòng)時(shí)需要更大的加速度,根據(jù)牛頓第二定律有 a=BL, m所以增加磁感應(yīng)強(qiáng)度、增大電流、增加兩導(dǎo)軌間的距離都可以使加速度增大。故選項(xiàng)A、C正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。答案：（1）實(shí)驗(yàn)電路連線見解析圖（2）AC角度二 對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新考查在測(cè)量電表的內(nèi)阻時(shí)，要把電表當(dāng)作能讀數(shù)的電阻，充分利用待測(cè)電表自身的測(cè)量功 能，即電流表可測(cè)定通過自身的電流，電壓表可測(cè)定自身兩端的電壓，不需要其他的電表 來測(cè)量。例2某校進(jìn)行實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)比賽，實(shí)驗(yàn)

7、臺(tái)上備有下列器材:A.電壓表 Vi（量程約2 V,內(nèi)阻約1 k Q）B.電壓表 V2(量程為6 V,內(nèi)阻為2 k Q)C.電流計(jì) G(量程為3 mA,內(nèi)阻約500 Q)D.電流表 A(量程為0.6 A,內(nèi)阻為0.5 Q)E.滑動(dòng)變阻器 Ri(015 Q 0.5 A)F.滑動(dòng)變阻器 R2(01 k Q 0.1 A)G.電阻箱 R3(0999.9 p 0.1 A)H.電阻箱 R4(09 999.9 ,Q0.2 A)I.電源(6 V,0.5 A)J.開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)利用以上器材在圖中虛線框內(nèi)設(shè)計(jì)最佳測(cè)量電路，要求既能確定電壓表Vi的量程,又能盡量準(zhǔn)確地測(cè)定其內(nèi)阻，在圖中標(biāo)明選用器材的符號(hào)。圖中滑

8、動(dòng)變阻器R應(yīng)選擇(填寫元件符號(hào))。(2)若已知電壓表 Vi量程為2 V,則下列實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)的電路圖中，能用來測(cè)定電壓表 V1的內(nèi)阻且設(shè)計(jì)合理的是 。I-031_E ' a TSCD解析(1)分壓電路中，在額定電流允許的前提下選擇阻值較小的滑動(dòng)變阻器更方便調(diào)節(jié)，因此選擇Ri。給定器材中電阻箱 R4的最大阻值約為電壓表 Vi內(nèi)阻的10倍，因此最簡測(cè)量電路為半偏法電路，如圖所示。由于待測(cè)電壓表Vi量程未知，不能讀數(shù)，要確定 Vi的量程，需在半偏法電路兩端并聯(lián)電壓表 V2以便讀取總電壓 U,這樣既不影響半偏法實(shí)驗(yàn)測(cè)量，同時(shí)又可以測(cè)出測(cè)量電路兩端電壓，保證此電壓在調(diào)整電阻箱和滑動(dòng)變阻器時(shí)保持不變

9、，以減小 實(shí)驗(yàn)誤差。(2)若電壓表Vi量程已知，則可采用伏安法直接測(cè)量，電壓表額定電流約為Iv = u2oo A=2 mA,可用電流計(jì) G測(cè)量電流，電壓則由 Vi讀取，滑動(dòng)變阻器阻值 &遠(yuǎn)小于測(cè)量電路 總電阻，應(yīng)采用分壓電路，選項(xiàng) A中電路圖設(shè)計(jì)合理；選項(xiàng) B中，滑動(dòng)變阻器用 R2接成限 流電路，R2接入電路中的阻值最大時(shí)， 每1 ka電阻的電壓約為 9 V = 2.4 V,超過V1量程，2.5不合理；選項(xiàng) C中V2與V1串聯(lián)，可將V2當(dāng)電流表使用，滿偏電流 Iv2 = 2000 A = 3 mA,與電流計(jì)G量程相同，且R2接入電路中的阻值最大時(shí)， 每1 ka電阻的電壓約為6 V=1.

10、5 V, 4設(shè)計(jì)合理；同理，選項(xiàng) D中V2與Vi并聯(lián)，V2多余且只能測(cè)量電壓，不能計(jì)算Vi內(nèi)阻，設(shè)計(jì)不合理。答案(1)設(shè)計(jì)電路見解析Ri (2)AC對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2.要測(cè)量電壓表 Vi的內(nèi)阻Rv,其量程為2 V,內(nèi)阻約為2 k Qo實(shí)驗(yàn)室提供的器材有：電流表 A,量程0.6 A,內(nèi)阻約0.1 Q電壓表V2,量程5 V,內(nèi)阻為5 k Q;定值電阻R,阻值為30 Q;定值電阻R2,阻值為3 kQ;滑動(dòng)變阻器R3,阻值為100 額定電流為1.5 A;電源E,電動(dòng)勢(shì)為 6 V,內(nèi)阻約0.5 Q開關(guān)S一個(gè)，導(dǎo)線若干。(1)有人擬將待測(cè)電壓表 V1和電流表A串聯(lián)接入電壓合適的測(cè)量電路中，測(cè)出V1的電壓和電流，再

11、計(jì)算出 Rv。該方案實(shí)際上不可行，其最主要的原因是(2)請(qǐng)從上述器材中選擇必要的器材，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量電壓表V1的內(nèi)阻Rv的實(shí)驗(yàn)電路。要求測(cè)量盡量準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)須在同一電路中，且在不增減元件的條件下完成。試畫出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖(圖中電源與開關(guān)已連接好 )，并標(biāo)出所選元件的相應(yīng)字母代號(hào)。(3)由(2)所畫電路圖寫出電壓表 V1的內(nèi)阻Rv的表達(dá)式，說明式中各測(cè)量量的物理意義。解析：(1)由于電壓表 V1量程為2 V,內(nèi)阻約2 k Q,則流過的電流最大值為1 mA,而電流表A的量程為0.6 A,電流表的指針幾乎不動(dòng)，無法準(zhǔn)確讀取電流值。(2)電壓表V2的量程為5 V,內(nèi)阻為5 k Q;電壓表 V1的量程

12、為2 V,內(nèi)阻約2 k 定 值電阻R2的阻值為3 kQ;通過對(duì)比聯(lián)想不難設(shè)想出：先將電壓表 V1與定值電阻 R2串聯(lián), 再與電壓表V2并聯(lián)，此時(shí)兩個(gè)電壓表恰好匹配，電路如圖所示。（3）根據(jù)U2=Ui +U1R2,得Rv=,UlR21°Ui表示電壓表Vi的電壓，5表示電壓表ViRvU2 Ui和R2串聯(lián)的總電壓。答案：（1）電流表A不能準(zhǔn)確測(cè)量出流過電壓表Vi的電流（2）見解析圖 （3）見解析3.實(shí)際電壓表內(nèi)阻并不是無限大，可等效為理想電流表與較大的電阻的串聯(lián)?，F(xiàn)要測(cè) 量一只量程已知的電壓表的內(nèi)阻，器材如下：A.待測(cè)電壓表一只（量程3 V,內(nèi)阻約3 k Q）B.電流表一只（量程3 A,內(nèi)

13、阻0.01 Q）C.電池組（電動(dòng)勢(shì)約為3 V,內(nèi)阻不計(jì)）；D.滑動(dòng)變阻器一個(gè)；E.變阻箱一個(gè)（可以讀出電阻值，09 999日）F.開關(guān)和導(dǎo)線若干。某同學(xué)利用上面所給器材，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)操作：（1）該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲、乙兩個(gè)實(shí)驗(yàn)電路。為了更準(zhǔn)確地測(cè)出該電壓表內(nèi)阻的大小, 你認(rèn)為其中相對(duì)比較合理的是 （填“甲”或“乙”）電路。（2）用你選擇的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，閉合開關(guān)S,改變阻值，記錄需要直接測(cè)量的物理量:電壓表的讀數(shù) U和（填上文字和符號(hào)）。（3）由所測(cè)物理量選擇下面適當(dāng)坐標(biāo)軸，能作出相應(yīng)的直線圖線、計(jì)算出電壓表內(nèi)阻的是（）1A. U-IB. U-j-1C.URD. U-R（4）設(shè)直線圖像的斜率為

14、k、截距為b,請(qǐng)寫出待測(cè)電壓表內(nèi)阻表達(dá)式Rv=。解析：（1）題圖甲所示電路滑動(dòng)變阻器與電壓表串聯(lián)接入電路，電源電動(dòng)勢(shì)約為3 V,電壓表內(nèi)阻約為3kQ由于電壓表內(nèi)阻太大，電路電流很小幾乎為零，電流表無法準(zhǔn)確讀數(shù)，因此甲電路不合理；由于電阻箱電阻最大阻值為9 999 Q,改變電阻箱阻值可以改變電壓表示數(shù)，測(cè)出多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此比較合理的實(shí)驗(yàn)電路是圖乙。(2)選用圖乙所示實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)S,改變阻值，記錄需要直接測(cè)量的物理量：電壓表的讀數(shù)U和電阻箱的阻值 Ro(3)由于電源內(nèi)阻可以忽略不計(jì)，由閉合電路歐姆定律可得E=U+-R,應(yīng)用圖像法處Rv1理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)作出 古-R圖像，故選Co(4)由E

15、= U+，R得1=+ E-R,可知，A-R圖像的斜率 k = 1_,截距b= 1.,則電 RvU E ERvUERvE壓表內(nèi)阻Rv = ?。 k答案：乙(2)電阻箱的阻值 R (3)C (4)b k對(duì)數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新考查在實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)處理的常用方法有公式法、列表法、圖像法、逐差法等，恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù) 處理方法可以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確程度、減少測(cè)量誤差、節(jié)約解題時(shí)間。例3某物理學(xué)習(xí)小組為了測(cè)定某太陽能硅光電池組的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，設(shè)計(jì)了如圖 所示的電路，在一定光照條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：(1)請(qǐng)根據(jù)圖1完成圖2中實(shí)物的連線。12345678U11111110/V.77.75.70.65.54.27.00.50I/1346

16、6788a A20808606(2)該小組成員將測(cè)量出來的數(shù)據(jù)記錄在表格中，請(qǐng)?jiān)趫D 3中 作出該硅光電池組的 U-I圖線。(3)由所作的U-I圖線可知該硅光電池組的電動(dòng)勢(shì)E = V,電池組的內(nèi)阻隨輸出電流的變化而改變，在電流為80科時(shí)，該電池組的內(nèi)阻 r= 4呆留兩位有效數(shù)字)。解析(1)實(shí)物連接圖如圖甲所示。(2)根據(jù)表格中數(shù)據(jù)描點(diǎn)后用平滑曲線連接，U-I圖線如圖乙所示。程定 - Bt r S I-1 11- I. .a.B< 1-RBbL ldsB-Mlkh桂光電池組一(3)由所作的U-I圖線可知該硅光電池組的電動(dòng)勢(shì) E=1.80 V,在電流為80科相寸，由表 中數(shù)據(jù)可知此時(shí)電源的路

17、端電壓 U = 1.0 V ,由閉合電路歐姆定律知電源內(nèi)電壓為U = E-U = 0.80 V,所以電池組的內(nèi)阻 r = Up = 0880x 106 q= i.ox 104 Qo答案(1)(2)見解析圖甲、乙 (3)1.81. 0X 104后T通1 .實(shí)物圖連接時(shí)注意事項(xiàng)(1)按從電源極到“一”極的順序連接電路，對(duì)有多條回路的電路，可逐條連接。(2)電流表與被測(cè)電路串聯(lián)，電流表不能直接接到電源兩端；電壓表與被測(cè)電路并聯(lián)， 可以直接接到電源兩端。兩者“ 十 ”接線柱接電源 “ + ”極，“”接線柱接電源 “”極。(3)滑動(dòng)變阻器的限流式接法應(yīng)“一上一下”；分壓式接法應(yīng)先將全部電阻絲接入電路，再

18、將被測(cè)電路與滑動(dòng)變阻器的上接線柱按電路圖連接。(4)連接完成后檢查是否與電路圖一致，有無元件連接錯(cuò)誤等。2 .實(shí)驗(yàn)原理與數(shù)據(jù)處理不論測(cè)什么電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，其原理都是閉合電路歐姆定律E = U+Ir = I(R+ r)=U + U內(nèi)，不論是線性伏安特性曲線還是非線性伏安特性曲線，圖線與 U軸的交點(diǎn)的縱坐標(biāo) 即電源電動(dòng)勢(shì)。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練4 . (2016全國卷H )某同學(xué)利用如圖甲所示電路測(cè)量量程為 2.5 V的電壓表的內(nèi)阻(內(nèi) 阻為數(shù)千歐姆)，可供選擇的器材有：電阻箱 R(最大阻值99 999.9滑動(dòng)變阻器 R1(最大阻值50 Q),滑動(dòng)變阻器 R2(最大阻值5 k Q)直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3 V),開關(guān)1個(gè)，導(dǎo)線若 干。實(shí)驗(yàn)步驟如下：按電路原理圖甲連接線路；甲將