適用于老高考舊教材廣西專版2023屆高考物理二輪總復(fù)習(xí)第二部分專題六第15講電學(xué)實驗課件

第15講電學(xué)實驗專題六內(nèi)容索引0102核心梳理?規(guī)律導(dǎo)引高頻考點?探究突破03新題演練?能力遷移04怎樣得高分核心梳理?規(guī)律導(dǎo)引【知識脈絡(luò)梳理】

【規(guī)律方法導(dǎo)引】

1.知識規(guī)律(1)電流表、電壓表、歐姆表的比較(2)電學(xué)儀器的選擇①電源的選擇:一般可以根據(jù)待測電路的額定電流或額定電壓選擇符合需要的直流電源。②電表的選擇:一般根據(jù)電源的電動勢或待測用電器的額定電壓選擇電壓表;根據(jù)待測電流的最大電流選擇電流表;選擇的電表的量程應(yīng)使電表的指針偏轉(zhuǎn)的幅度較大,一般應(yīng)使指針能達到半偏以上,以減小讀數(shù)的偶然誤差,提高精確度。(3)分壓式和限流式的選擇①從節(jié)能的角度考慮,優(yōu)先選用限流式。②以下三種情況必須用分壓式:要求待測電路的U、I從0變化;R滑?Rx;選用限流式時,Ux、Ix過大(超過電表量程,燒壞電表、電源或用電器等)。2.思想方法(1)物理思想:等效思想、控制變量思想。(2)物理方法:等效替代法、控制變量法、累積法。高頻考點?探究突破命題熱點一以測電阻為核心的實驗主要考查儀器的選擇、實驗操作及歐姆定律。例1(2020·海南卷)在測量定值電阻阻值的實驗中,提供的實驗器材如下:電壓表V1(量程3V,內(nèi)阻r1=3.0kΩ),電壓表V2(量程5V,內(nèi)阻r2=5.0kΩ),滑動變阻器R(額定電流1.5A,最大阻值100Ω),待測定值電阻Rx,電源E(電動勢6.0V,內(nèi)阻不計),單刀開關(guān)S,導(dǎo)線若干?；卮鹣铝袉栴}:(1)實驗中滑動變阻器應(yīng)采用

(選填“限流”或“分壓”)接法。

(2)將圖甲虛線框中的電路原理圖補充完整。

甲

(3)根據(jù)下表中的實驗數(shù)據(jù)(U1、U2分別為電壓表V1、V2的示數(shù)),在圖乙給出的坐標紙上繪制U2-U1圖像。測量次數(shù)12345U1/V1.001.502.002.503.00U2/V1.612.413.214.024.82乙

(4)由U2-U1圖像得到待測定值電阻的阻值Rx=

Ω(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

(5)完成上述實驗后,若要繼續(xù)采用該實驗原理測定另一個定值電阻Ry(阻值約為700Ω)的阻值,在不額外增加器材的前提下,要求實驗精度盡可能高,請在圖丙的虛線框內(nèi)畫出你改進的電路圖。

丙

思維導(dǎo)引

答案:

(1)分壓

(2)圖見解析

(3)圖見解析(4)1.8×103

(5)圖見解析解析:

(1)由電路圖可知,V1與Rx串聯(lián),由于各電壓表的內(nèi)阻比較大,滑動變阻器阻值較小,為了測得多組數(shù)據(jù),滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法。(2)根據(jù)實驗原理,其電路圖如圖所示。(3)根據(jù)表中的實驗數(shù)據(jù),繪制的U2-U1圖像如圖所示。

(5)因待測電阻Ry(阻值約為700

Ω)的阻值較小,若仍與電壓表V1串聯(lián),則所分得的電壓過小,實驗誤差較大,故將待測電阻Ry與Rx串聯(lián),求出Rx和Ry串聯(lián)的總電阻,即可求出Ry的阻值。故改進后的電路圖如圖所示。例2(2020·全國卷Ⅲ)已知一熱敏電阻當溫度從10℃升至60℃時阻值從幾千歐姆降至幾百歐姆,某同學(xué)利用伏安法測量其阻值隨溫度的變化關(guān)系。所用器材:電源E、開關(guān)S、滑動變阻器R(最大阻值為20Ω)、電壓表(可視為理想電表)和毫安表(內(nèi)阻約為100Ω)。(1)在所給的器材符號之間畫出連線,組成測量電路圖。(2)實驗時,將熱敏電阻置于溫度控制室中,記錄不同溫度下電壓表和毫安表的示數(shù),計算出相應(yīng)的熱敏電阻阻值。若某次測量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為5.5V和3.0mA,則此時熱敏電阻的阻值為

kΩ(保留2位有效數(shù)字)。實驗中得到的該熱敏電阻阻值R隨溫度t變化的曲線如圖甲所示。

(3)將熱敏電阻從溫控室取出置于室溫下,測得達到熱平衡后熱敏電阻的阻值為2.2kΩ。由圖甲求得,此時室溫為

℃(保留3位有效數(shù)字)。

(4)利用實驗中的熱敏電阻可以制作溫控報警器,其電路的一部分如圖乙所示。圖中,E為直流電源(電動勢為10V,內(nèi)阻可忽略);當圖中的輸出電壓達到或超過6.0V時,便觸發(fā)報警器(圖中未畫出)報警。若要求開始報警時環(huán)境溫度為50℃,則圖中

(選填“R1”或“R2”)應(yīng)使用熱敏電阻,另一固定電阻的阻值應(yīng)為

kΩ(保留2位有效數(shù)字)。

乙

甲思維導(dǎo)引

答案:

(1)如圖所示。

(2)1.8

(3)25.5

(4)R1

1.2解析:

本題屬于創(chuàng)新性實驗題,通過傳感器的控制作用,考查考生的實驗設(shè)計能力。(1)滑動變阻器的阻值遠小于熱敏電阻的阻值,滑動變阻器使用分壓接法;電壓表為理想電表,所以電流表使用外接法。(3)由題圖甲可得,2.2

kΩ對應(yīng)的溫度為25.5

℃。(4)輸出電壓即R2兩端電壓達到或超過6.0

V時報警器報警,即R2兩端電壓應(yīng)隨溫度升高而變大,因為該熱敏電阻R隨溫度升高而變小,由串聯(lián)電路分壓規(guī)律知R1為熱敏電阻;由題圖甲可得,50

℃對應(yīng)的熱敏電阻阻值為0.8

kΩ,規(guī)律方法

(1)儀表選擇的三個主要原則:安全性(量程不能太小)、準確性(量程不能太大)、方便性(滑動變阻器要方便調(diào)節(jié))。(2)測量電路設(shè)計。若不知Rx的大概阻值,可采用“試觸法”,將電路按如圖所示連接,空出電壓表的一個接頭,然后將該接頭分別與a、b接觸一下(3)控制電路設(shè)計。以小控大用分壓,相差無幾用限流,即當滑動變阻器的阻值較小時,常采用分壓式接法;當滑動變阻器的阻值與負載相差不大時,常采用限流式接法。另外滑動變阻器必須接為分壓式的情況有三種:①電壓要求從零開始變化;②滑動變阻器阻值太小,不能起到限流的作用;③限流式不能獲取有區(qū)分度的多組數(shù)據(jù)。若兩種接法均可,則采用限流式,因為限流式損耗功率小。(4)電表有時可反常規(guī)使用:已知內(nèi)阻的電壓表可當電流表使用,已知內(nèi)阻的電流表可當電壓表使用。(5)定值電阻的常見用途:保護電路、分壓或分流。拓展訓(xùn)練1(2021·山東泰安高三三模)某實驗小組要精確測定額定電流為2mA的純電阻電燈正常工作時的電阻,已知該燈正常工作時的電阻大約為1000Ω。實驗室提供的器材有:A.電流表A1(量程為0.6A,內(nèi)阻r1約為300Ω,讀數(shù)記為I1)B.電流表A2(量程為1mA,內(nèi)阻r2約為10Ω,讀數(shù)記為I2)C.電壓表V1(量程為15V,內(nèi)阻r3約為5000Ω,讀數(shù)記為U1)D.電壓表V2(量程為3V,內(nèi)阻r4=1000Ω,讀數(shù)記為U2)E.定值電阻R1=3000ΩF.定值電阻R2=10ΩG.滑動變阻器R3(0~50Ω)H.滑動變阻器R4(0~2000Ω)I.蓄電池E(電動勢為20V,內(nèi)阻很小),開關(guān)S一個該小組設(shè)計了如圖電路測量電燈電阻。(1)請你幫他們選擇合適的器材,電表1應(yīng)選

,定值電阻應(yīng)選

,滑動變阻器應(yīng)選

。(填寫器材前的字母代號)

(2)測量電燈電阻的表達式為Rx=

。(用物理量的字母表示)

(3)實驗時,不斷改變滑動變阻器的阻值,當電表2的示數(shù)達到

時,其對應(yīng)的結(jié)果即為電燈正常工作時的電阻。

解析:

(1)定值電阻F太小,起不到分壓的效果,只能選擇E。電表2選擇D,因為其他電流表量程太大或太小,測量都不準確。燈泡正常工作時,電路兩端的電壓大約為U=0.002×5

000

V=10

V,故電表1選擇C。分壓電路中,為了調(diào)節(jié)方便,選用阻值較小的滑動變阻器,故選G。(3)電燈正常工作的電流為0.002

A,所以此時電表2的讀數(shù)為U2=r4I=2

V。

命題熱點二以測電源電動勢為核心的實驗主要考查電路的選擇、儀器的選擇、線路的連接和數(shù)據(jù)的處理。例3(2021·全國卷Ⅰ)一實驗小組利用圖甲所示的電路測量一電池的電動勢E(約1.5V)和內(nèi)阻r(小于2Ω)。圖中電壓表量程為1V,內(nèi)阻RV=380.0Ω;定值電阻R0=20.0Ω;電阻箱R,最大阻值為999.9Ω;S為開關(guān)。按電路圖連接電路。完成下列填空:甲

(1)為保護電壓表,閉合開關(guān)前,電阻箱接入電路的電阻值可以選

(選填“5.0”或“15.0”)Ω。

(2)閉合開關(guān),多次調(diào)節(jié)電阻箱,記錄下阻值R和電壓表的相應(yīng)讀數(shù)U。乙

(5)通過圖乙可得E=

V(保留2位小數(shù)),r=

Ω(保留1位小數(shù))。

(6)若將圖甲中的電壓表當成理想電表,得到的電源電動勢為E',由此產(chǎn)生的思維導(dǎo)引

解析:

(1)當電阻箱的阻值為5.0

Ω時,根據(jù)串聯(lián)分壓,電壓表上的分壓會超過1

V,因此不能起到保護電壓表的作用,故電阻箱要調(diào)到15.0

Ω。規(guī)律方法

測量電源電動勢和內(nèi)阻的方法拓展

拓展訓(xùn)練2(2022·廣東深圳期末)某學(xué)習(xí)小組用蘋果和兩種金屬電極做了一個“水果電池”,為了測量其電動勢和內(nèi)阻,進行了以下實驗:甲

乙

丙

丁

(1)使用多用電表的直流電壓2.5V擋粗測電動勢,指針穩(wěn)定時如圖甲所示,其示數(shù)為

V。

(2)為了盡可能準確地測出水果電池的電動勢和內(nèi)阻,使用的實驗器材有數(shù)字式多用電表(可視為理想電壓表)、滑動變阻器(最大阻值足夠大)、微安表、導(dǎo)線、開關(guān)等。實驗電路如圖乙所示,請根據(jù)圖乙在圖丙中完成實物連線。(3)連接好電路后閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器,記錄數(shù)字電壓表和微安表的示數(shù)。作出U-I圖像,如圖丁所示。由圖像求得水果電池的電動勢E=

V,內(nèi)阻r=

kΩ(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

(4)運用上述方法,探究水果電池內(nèi)阻與電極間距d、電極插入深度h的關(guān)系,測得數(shù)據(jù)如表所示。d/cm2.04.0h/cm1.02.02.51.02.02.5內(nèi)阻r/kΩ20.9710.7610.3722.4418.3915.62由表中數(shù)據(jù)可得:水果電池內(nèi)阻隨著電極插入深度h的增加而

(選填“增大”“不變”或“減小”),隨著電極間距d的增加而

(選填“增大”“不變”或“減小”)。

答案:

(1)0.50

(2)如圖所示

(3)1.00

20.8

(4)減小

增大

解析:

(1)使用多用電表直流電壓2.5

V擋,由圖甲所示可知,示數(shù)為0.50

V。(2)根據(jù)電路圖連接實物圖如圖。(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律可知E=U+Ir,圖像的截距為電動勢有E=1.00

V,斜率代表內(nèi)阻有r=

Ω=208

000

Ω=20.8

kΩ。(4)由表中數(shù)據(jù)可得水果電池內(nèi)阻隨著電極插入深度h的增加而減小,隨著電極間距d的增加而增大。命題熱點三以多用電表的使用為核心的實驗主要考查多用電表的使用方法和讀數(shù)特點。例4圖甲為正在測量中的多用電表表盤,請完成下列問題:(1)如果用直流“50V”擋測量電壓,指針位置如圖甲所示,讀數(shù)為

V。

(2)用圖甲多用電表測量電阻時,多用電表內(nèi)部的電路可以等效為一個電池、一個可變電阻和一個表頭相串聯(lián),如圖乙所示,電源電動勢E=1.5V,選擇開關(guān)在“×1”擋,把它的兩表筆短接,旋轉(zhuǎn)可變電阻R1的旋鈕,當指針指向“0Ω”時,流過多用電表的電流為

mA。

(3)圖乙是測量Rx阻值時的電路,歐姆表使用一段時間后,電池電動勢變小,內(nèi)阻變大,但此表仍能進行歐姆調(diào)零,按正確使用方法再測Rx的值,其測量結(jié)果與原結(jié)果相比將

(選填“變大”“變小”或“不變”)。

(4)圖丙是將表頭G改裝成兩個倍率擋(如“×1”“×10”)的歐姆表電路原理圖,則當開關(guān)S合向

(選填“a”或“b”)端時,歐姆表是較大倍率擋。

甲

乙

丙思維導(dǎo)引

答案:

(1)23.0

(2)100

(3)變大

(4)b解析:

(1)多用電表讀數(shù)為23.0

V;(2)選擇開關(guān)在“×1”擋時,歐姆表的內(nèi)阻為15

Ω,此時流過多用電表的電流(3)當電池電動勢變小,內(nèi)阻變大時,若測量某一電阻時,通過回路的電流減小,指針偏向左,則歐姆表的讀數(shù)變大;(4)將G改裝成兩種倍率(如“×1”“×10”)的歐姆表,開關(guān)合向b端時,電路最大電流小,歐姆表的中值電阻大,倍率大,這時的歐姆表是較大倍率擋。規(guī)律方法

歐姆表使用六注意(1)選擋接著調(diào)零。(2)換擋重新調(diào)零。(3)待測電阻與電路、電源要斷開。(4)盡量使指針指在表盤中間位置附近。(5)讀數(shù)之后要乘以倍率得阻值。(6)測量結(jié)束后,選擇開關(guān)要置于“OFF”擋或交流電壓的最高擋。拓展訓(xùn)練3(2022·湖南卷)小夢同學(xué)自制了一個兩擋位(“×1”“×10”)的歐姆表,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示,R0為調(diào)零電阻(最大阻值為R0m),Rs、Rm、Rn為定值電阻(Rs+R0m<Rm<Rn),電流表G的內(nèi)阻為RG(Rs?RG)。用此歐姆表測量一待測電阻的阻值,回答下列問題:(1)短接①②,將單刀雙擲開關(guān)S與m接通,電流表G示數(shù)為Im;保持電阻R0滑片位置不變,將單刀雙擲開關(guān)S與n接通,電流表G示數(shù)變?yōu)镮n,則Im

(選填“大于”或“小于”)In。

(2)將單刀雙擲開關(guān)S與n接通,此時歐姆表的擋位為

(選填“×1”或“×10”)。

(3)若從“×1”擋位換成“×10”擋位,調(diào)整歐姆零點(歐姆零點在電流表G滿偏刻度處)時,調(diào)零電阻R0的滑片應(yīng)該

(選填“向上”或“向下”)調(diào)節(jié)。

(4)在“×10”擋位調(diào)整歐姆零點后,在①②間接入阻值為100Ω的定值電阻R1,穩(wěn)定后電流表G的指針偏轉(zhuǎn)到滿偏刻度的;取走R1,在①②間接入待測電阻Rx,穩(wěn)定后電流表G的指針偏轉(zhuǎn)到滿偏刻度的,則Rx=

Ω。

答案:

(1)大于

(2)×10

(3)向上

(4)400解析:

(1)由Rm<Rn得開關(guān)撥向m時電路的總電阻小于開關(guān)撥向n時電路的總電阻,電源電動勢不變,根據(jù)I=知,Im>In。(2)S與n接通時,歐姆表內(nèi)阻大,歐姆表的擋位倍率大,即為“×10”擋。(3)從“×1”擋位換為“×10”擋位,即開關(guān)S從m撥向n,電路總電阻增大,干路電流減小,①②短接時,為了使電流表滿偏,則需要增大通過電流表所在支路的電流,所以需要將R0的滑片向上調(diào)節(jié)。(4)設(shè)“×10”擋位時歐姆表內(nèi)阻為R內(nèi),電流表滿偏電流為Ig,電路簡化結(jié)構(gòu)如圖新題演練?能力遷移1.小明同學(xué)根據(jù)圖甲的電路連接器材來探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系。實驗時多次改變合金絲甲接入電路的長度l、調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值,使電流表的讀數(shù)I達到某一相同值時記錄電壓表的示數(shù)U,從而得到多(1)在實驗中使用的是

(選填“0~20Ω”或“0~200Ω”)的滑動變阻器。

(2)在某次測量時,電壓表的指針位置如圖丙所示,量程為3V,則讀數(shù)U=

V。

(3)已知合金絲甲的橫截面積為7.0×10-8m2,則合金絲甲的電阻率為

Ω·m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

(4)圖乙中圖線b是另一根長度相同、材料相同的合金絲乙與合金絲甲并聯(lián)后采用同樣的方法獲得的-l圖像,由圖可知合金絲甲的橫截面積

(選填“大于”“等于”或“小于”)合金絲乙的橫截面積。

答案:

(1)0~20Ω

(2)1.30

(3)1.0×10-6

(4)小于

解析:

(1)為方便實驗操作,在實驗中使用的是0~20

Ω的滑動變阻器。(2)電壓表量程是3

V,由圖丙所示表盤可知,其分度值為0.1

V,示數(shù)為1.30

V。代入數(shù)據(jù)解得ρ=1.0×10-6

Ω·m。(4)另一根長度相同、材料相同的合金絲乙與合金絲甲并聯(lián)后,電阻率不變,橫截面積變?yōu)镾'=S+S乙S乙=S'-S=2.8×10-7

m2-7.0×10-8

m2=2.1×10-7

m2,故合金絲甲的橫截面積小于乙的橫截面積。2.(2022·湖北卷,改編)某探究小組學(xué)習(xí)了多用電表的工作原理和使用方法后,為測量一種新型材料制成的圓柱形電阻的電阻率,進行了如下實驗探究。(1)該小組用螺旋測微器測量該圓柱形電阻的直徑D,示數(shù)如圖甲所示,其讀數(shù)為

mm。再用游標卡尺測得其長度l。

甲

(2)該小組用如圖乙所示的電路測量該圓柱形電阻Rx的阻值。圖中電流表量程為0.6A、內(nèi)阻為1.0Ω,定值電阻R0的阻值為20.0Ω,電阻箱R的最大阻值為999.9Ω。首先將S2置于位置1,閉合S1,多次改變電阻箱R的阻值,記下電流表的對應(yīng)讀數(shù)I,實驗數(shù)據(jù)見下表。根據(jù)表中數(shù)據(jù),在圖丙中繪制出

-R圖像。再將S2置于位置2,此時電流表讀數(shù)為0.400A。根據(jù)圖丙中的圖像可得Rx=

Ω(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。最后可由表達式ρ=

得到該材料的電阻率(用D、l、Rx表示)。

乙

R/ΩI/A/A-15.00.4142.4210.00.3522.8415.00.3083.2520.00.2723.6825.00.2444.1030.00.2224.50(3)該小組根據(jù)圖乙的電路和圖丙的-R圖像,還可以求得電源電動勢E=

V,內(nèi)阻r=

Ω。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

丙

解析:

(1)用螺旋測微器測量該圓柱形電阻的直徑D,螺旋測微器的分度值為0.01

mm,需要估讀到分度值的下一位,則讀數(shù)為3.5

mm+0.01

mm×20.0=3.700

mm。(2)由電路可知,當將S2置于位置1,閉合S1時E=I(RA+R0+r+R)結(jié)合圖像解得E=12

V,r=3.0

Ω再將S2置于位置2,此時電流表讀數(shù)為0.400

A,則E=I'(r+R0+RA+Rx)解得Rx=6.0

Ω3.(2021·廣東高三模擬)圖甲是測量電阻Rx的原理圖。其中:電流表A1的量程為100mA,內(nèi)阻r1約為4Ω;電流表A2的量程為500μA,內(nèi)阻r2=750Ω。甲

乙

丙

(1)根據(jù)原理圖連接圖乙的實物圖。(2)閉合開關(guān)S前,應(yīng)將滑動變阻器的滑片移到最

(選填“左”或“右”)端。

(3)閉合開關(guān)S,適當調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,記錄電流表A1、A2的示數(shù)I1、I2。(4)重復(fù)步驟③,測量6組I1和I2值。(5)寫出Rx與I1、I2的關(guān)系式,Rx=

。

(6)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出I2-(I1-I2)的關(guān)系圖線如圖丙所示,可得Rx=

Ω。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

(7)本實驗的誤差主要來源于

(選填“測量誤差”或“電表內(nèi)阻”)。

解析:

(1)已知原理圖中采用的是分壓接法,故先將滑動變阻器與電源串聯(lián),再將測量電路與滑動變阻器串聯(lián)即可,如圖。(2)為了保證安全,測量電路中電壓應(yīng)為最小,由分壓接法規(guī)律可知,滑片應(yīng)滑到最右端。(7)本實驗中采用作圖的方式來求電阻,誤差較小,主要誤差來自測量誤差。

怎樣得高分電學(xué)創(chuàng)新實驗分析技巧【典例示范】

為了測量某電池的電動勢E(約為3V)和內(nèi)阻r,選用的器材如下:A.電流表G1(量程為2mA,內(nèi)阻為100Ω)B.電流表G2(量程為1mA,內(nèi)阻為200Ω)C.電阻箱R1(0~99.99Ω)D.電阻箱R2(0~9999Ω)E.滑動變阻器R3(0~1000Ω,允許最大電流1A)F.待測電池G.開關(guān)一個、導(dǎo)線若干(1)某同學(xué)利用上述器材,采用圖甲所示的電路測量該電池的電動勢和內(nèi)阻,請按照圖甲將圖乙所示的實物圖連線。甲

乙(2)圖甲中利用電阻箱R1,將電流表G1改裝成了量程為0.5A的電流表,利用電阻箱R2將電流表G2改裝成了量程為3V的電壓表,則電阻箱R1的阻值調(diào)到

Ω。

(3)以G2示數(shù)I2為縱坐標,G1示數(shù)I1為橫坐標,作出I2-I1圖像如圖丙所示,結(jié)合圖像可得出電源的電動勢為

V,電源的內(nèi)阻為

Ω(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)