【先學(xué)后教新思路】2020高考物理一輪復(fù)習(xí)-教案5-電學(xué)設(shè)計性實驗的處理

電學(xué)設(shè)計性試驗的處理考綱解讀1.把握設(shè)計創(chuàng)新型試驗的一般方法.2.能依據(jù)題目給的試驗?zāi)康摹⑵鞑?，設(shè)計出合理的試驗方案、試驗步驟及數(shù)據(jù)處理的方法．考點一設(shè)計性試驗的答題思路與方法1．明確試驗?zāi)康模畬忣}時要看清題目要求測定什么物理量，驗證、探究什么物理規(guī)律，或者要求設(shè)計達(dá)到何種標(biāo)準(zhǔn)的電路．2．廣泛聯(lián)系、查找原型、確定試驗原理．3．依據(jù)試驗原理與試驗器材，遷移試驗方法，確定試驗方案．4．試驗電路的選擇(1) (2)把握電路的選擇：把握電路即滑動變阻器在電路中的連接，常有兩種不同的形式，圖1甲為限流式，圖乙為分壓式．圖1在具體試驗中，滑動變阻器是接受分壓式還是限流式，可按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行推斷：①負(fù)載電阻的阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動變阻器總電阻R，需用分壓式電路．②要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開頭連續(xù)可調(diào)，需用分壓式電路．③負(fù)載電阻的阻值Rx小于滑動變阻器的總電阻R或相差不多，并且電壓、電流表示數(shù)變化不要求從零起調(diào)，可接受限流式．④兩種電路均可使用的狀況下，應(yīng)優(yōu)先接受限流式接法，由于限流式接法消耗的的總功率較?。?中國機器人農(nóng)夫制造家吳玉祿(被譽為中國的特斯拉)只有學(xué)校文化，為了給他的機器人吳老二找一個可充電電池，他在廢品站找到了一個像電池一樣有兩個電極的裝置，上面標(biāo)有“TNT”字樣，他興奮地拿回去充電，結(jié)果差點丟了性命．假如你是他的兒女，為了平安起見，你能給他提出一些建議或掛念嗎？(1)經(jīng)上網(wǎng)查找這是只工業(yè)電雷管，由電能轉(zhuǎn)化成熱能而引發(fā)爆炸的，利用了電流的熱效應(yīng)．給你一個多用電表你會選擇________(直流電流、直流電壓、電阻)擋來推斷它是否為電池，可保證既平安又便利．(2)經(jīng)核實該電雷管全電阻阻值為6Ω，其中電熱絲阻值為5Ω，引腳線長2m，阻值為1Ω，當(dāng)通以0.45A電流時約6s鐘爆炸，若吳玉祿用5.4V的電壓給它充電時理論上約________s鐘爆炸．(3)某愛好小組發(fā)揚吳玉祿精神，用伏安法設(shè)計了一試驗精確測量上述單只電雷管電阻的電路，預(yù)備了以下試驗器材：待測電雷管Rx，炸藥桶(疼惜作用，防爆破)電流表A1：量程0.5A、內(nèi)阻約0.5Ω電流表A2：量程30mA、內(nèi)阻約30Ω電壓表V1：量程30V、內(nèi)阻約10kΩ電壓表V2：量程2V、內(nèi)阻約3kΩ滑動變阻器R：0～10Ω電阻箱R0：0～999.9Ω，0.1A干電池E：電動勢E＝1.5V，內(nèi)阻r約0.1Ω電鍵S及導(dǎo)線若干①請設(shè)計一個較合理的電路原理圖，畫在規(guī)定的虛線框內(nèi)，要求通過電雷管的電流不超過27mA，電壓能從零調(diào)整，盡可能減小誤差．②寫出Rx的計算公式Rx＝________；說明公式中各物理量的意義：___________________________________________________________________________________________.解析(1)由直流電壓擋的內(nèi)阻較大，如是電池，能顯示電壓，電流較小；如是TNT，直流電壓擋不會給它供電，也是平安的；如用電阻擋測試，多用電表內(nèi)部電池會給TNT供電，可能有危急；所以應(yīng)選直流電壓擋．(2)由焦耳定律：Ieq\o\al(2,1)Rt1＝(eq\f(U,R總))2Rt′，解得t′＝1.5s.(3)①由于要求電雷管的電流不超過27mA，因此電流表應(yīng)選A2，且應(yīng)給待測電雷管串聯(lián)電阻箱作限流電阻．電壓表V1量程過大，應(yīng)選V2，且電流表應(yīng)外接，滑動變阻器應(yīng)用分壓式．電路圖如圖所示．②由歐姆定律知Rx＝eq\f(U,I)－R0.其中，U為電壓表示數(shù)，I為電流表示數(shù)，R0為電阻箱讀數(shù)．答案(1)直流電壓(2)1.5(3)①見解析圖②eq\f(U,I)－R0U為電壓表示數(shù)，I為電流表示數(shù)，R0為電阻箱讀數(shù)試驗設(shè)計流程

例2在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的試驗中，現(xiàn)除了有一個標(biāo)有“5V,2.5W”的小燈泡、導(dǎo)線和開關(guān)外，還有：A．直流電源(電動勢約為5V，內(nèi)阻可不計)B．直流電流表(量程0～3A，內(nèi)阻約為0.1Ω)C．直流電流表(量程0～600mA，內(nèi)阻約為5Ω)D．直流電壓表(量程0～15V，內(nèi)阻約為15kΩ)E．直流電壓表(量程0～5V，內(nèi)阻約為10kΩ)F．滑動變阻器(最大阻值10Ω，允許通過的最大電流為2A)G．滑動變阻器(最大阻值1kΩ，允許通過的最大電流為0.5A)試驗要求小燈泡兩端的電壓從零開頭變化并能測多組數(shù)據(jù)．(1)試驗中電流表應(yīng)選用________，電壓表應(yīng)選用________，滑動變阻器應(yīng)選用________(均用序號字母表示)．(2)請按要求將圖2中所示的器材連成試驗電路．圖2(3)某同學(xué)通過試驗正確作出的小燈泡的伏安特性曲線如圖3所示．現(xiàn)把試驗中使用的小燈泡接到如圖4所示的電路中，其中電源電動勢E＝6V，內(nèi)阻r＝1Ω，定值電阻R＝9Ω，此時燈泡的實際功率為________W．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖3圖4解析(1)由燈泡標(biāo)識(5V,2.5W)知，I＝eq\f(P,U)＝0.5A，因此電流表選C，電壓表選E.由于電路接成分壓式，滑動變阻器選F.(2)如圖所示(3)把定值電阻作為電源的內(nèi)阻，則該電源短路時的電流為Imax＝eq\f(E,R＋r)＝0.6A，在題圖中的U－I圖中，作出此電源的U－I圖線如圖中虛線所示兩圖線交點即表示該燈泡的實際工作點．由圖知U＝2.2V，I＝0.38A，所以P＝UI＝2.2×0.38W＝0.84W.答案(1)CEF(2)見解析圖(3)0.84(0.81～0.87)皆可考點二試驗方法及數(shù)據(jù)處理方法的遷移運用1．試驗方法遷移基本的試驗方法包括：試驗原理的設(shè)計方法、試驗誤差的把握方法和試驗數(shù)據(jù)的處理方法，將基本的試驗方法和物理原理合理遷移，可設(shè)計出測量不同的物理量、可探究不同問題的試驗方案．教材中所學(xué)過的物理規(guī)律、物理公式中只要含有某一物理量，則該規(guī)律、公式就可作為爭辯或測定該物理量的原理基礎(chǔ)而進(jìn)行相應(yīng)的試驗方法設(shè)計．如用伏安法測電阻，R＝eq\f(U,I)，也可遷移到測電壓表內(nèi)阻和電流表內(nèi)阻上去．2．試驗數(shù)據(jù)的遷移數(shù)據(jù)探究性試驗的主要功能是通過試驗供應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，分析各數(shù)據(jù)中的內(nèi)在聯(lián)系，找出數(shù)據(jù)中所包含的物理規(guī)律．常用的數(shù)據(jù)處理方法(如平均值法、圖象法、逐差法、比較法等)和誤差分析方法應(yīng)當(dāng)把握．

例3常用的電流表有內(nèi)阻，現(xiàn)要測量電流表G1的內(nèi)阻r1，電路如圖5所示．供選擇的儀器如下：圖5A．待測電流表G1(0～5mA，內(nèi)阻約300Ω)B．電流表G2(0～10mA，內(nèi)阻約100Ω)C．定值電阻R1(30Ω)D．定值電阻R2(300Ω)E．定值電阻R3(3kΩ)F．滑動變阻器R4(0～20Ω)G．電源(電動勢6.0V，內(nèi)阻不計)H．開關(guān)S及導(dǎo)線若干(1)電路中與電流表G1并聯(lián)的電阻應(yīng)選________，疼惜電阻應(yīng)選用________(請?zhí)顚懫鞑那暗淖帜感蛱?．(2)依據(jù)電路圖在圖6中連接實物圖，要求閉合開關(guān)前滑動變阻器的滑動觸頭P處于正確位置．圖6(3)補全試驗步驟：圖7①按電路圖連接電路；②閉合開關(guān)S，移動滑動觸頭P至某一位置，記錄G1、G2的讀數(shù)I1、I2；③________________________________________________________________________；④以I1為縱軸，I2為橫軸，作出相應(yīng)圖象如圖7所示．(4)依據(jù)I1－I2圖線的斜率k及定值電阻，寫出電流表G1內(nèi)阻的表達(dá)式r1＝________.解析(1)由于G2的量程為0～10mA，而G1的量程為0～5mA，則與G1并聯(lián)的電阻分流大約是0～5mA，應(yīng)與G1的內(nèi)阻相當(dāng)，因此應(yīng)選R2，即D.疼惜電阻如過大，則導(dǎo)致G1、G2示數(shù)很小，或指針不偏轉(zhuǎn)，因此應(yīng)選R1，即C.(2)(3)多次移動滑動觸頭，記錄相應(yīng)的G1、G2讀數(shù)I1、I2.(4)從電路可知：(I2－I1)R2＝I1r1，即I1＝eq\f(R2,R2＋r1)I2，即eq\f(R2,R2＋r1)＝k，所以r1＝eq\f(1－k,k)R2.答案(1)DC(2)見解析圖(3)多次移動滑動觸頭，記錄相應(yīng)的G1、G2讀數(shù)I1、I2(4)eq\f(1－k,k)R2

(限時：45分鐘)1．某同學(xué)將完好的儀器連接成如圖1所示電路(其中滑動變阻器的連線沒有畫出)，用來探究小燈泡電阻與電壓的關(guān)系．圖1(1)閉合開關(guān)進(jìn)行試驗時發(fā)覺，無論怎樣移動滑片P，電壓表和電流表的示數(shù)都不為零，但始終沒有變化．則該同學(xué)把滑動變阻器接入電路中的方式可能是________(填寫選項代號)．a(chǎn)．G與C相連，F(xiàn)與H相連b．G與C相連，D與H相連c．G與E相連，F(xiàn)與H相連d．G與E相連，D與H相連(2)在圖中將滑動變阻器正確接入電路中，要求：燈泡兩端的電壓可以從零開頭進(jìn)行調(diào)整．(3)在正確操作下，該同學(xué)得到燈絲兩端電壓U和對應(yīng)電阻R的數(shù)據(jù)如下表：U/V1.02.03.04.06.08.010.012.0R/Ω2.13.03.84.45.25.65.96.0①依據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖2中描出R－U圖線；圖2②依據(jù)圖線，可以得到燈絲在未通電時的阻值約為____Ω.答案(1)bc(2)如圖所示(3)①如圖所示②1.0(0.9～1.2均可)2．某同學(xué)想利用所學(xué)學(xué)問測量某種圓柱形材料的電阻率，試驗要求必需精確測出該段材料的阻值．除了導(dǎo)線和開關(guān)外，試驗室還備有以下器材可供選用：電流表A1，量程1A，內(nèi)阻r1約0.5Ω電流表A2，量程30mA，內(nèi)阻r2約200Ω電壓表V1，量程6V，內(nèi)阻RV1等于20kΩ電壓表V2，量程10V，內(nèi)阻RV2約30kΩ滑動變阻器R1,0～20Ω，額定電流2A滑動變阻器R2,0～2000Ω，額定電流1mA電源E(電動勢為12V，內(nèi)阻r約2Ω)(1)請選擇合適的器材，設(shè)計出便于精確測量的電路圖畫在虛線框中，其中滑動變阻器應(yīng)選________．(2)若選用其中一組電表的數(shù)據(jù)，設(shè)該段圓柱形材料的長為L，直徑為d，由以上試驗得出這種材料電阻率的表達(dá)式為________________，式中符號的含義為__________．答案(1)電路圖見解析圖R1(2)ρ＝eq\f(πd2U2－U1RV1,4U1L)U1表示電壓表V1的示數(shù)，U2表示電壓表V2的示數(shù)解析(1)由于V1的阻值已知，可當(dāng)電流表使用，故可以接受將待測材料與V1串聯(lián)再與V2并聯(lián)，由于滑動變阻器阻值遠(yuǎn)小于待測電阻的阻值，故滑動變阻器應(yīng)接受分壓式接法，為調(diào)整便利選用小阻值的R1，電路圖如圖所示．(2)由電路圖知，Rx＝eq\f(U2－U1,IV1)，IV1＝eq\f(U1,RV1)，又Rx＝ρeq\f(L,S)，聯(lián)立得ρ＝eq\f(πd2U2－U1RV1,4U1L)，式中U1表示電壓表V1的示數(shù)，U2表示電壓表V2的示數(shù)．3．現(xiàn)有一特殊電池，它的電動勢E約為9V，內(nèi)阻r約為40Ω，已知該電池允許輸出的最大電流為50mA.為了測定這個電池的電動勢和內(nèi)阻，某同學(xué)利用如圖3所示的電路進(jìn)行試驗，圖中電流表的內(nèi)阻RA已經(jīng)測 圖3出，阻值為5Ω，R為電阻箱，阻值范圍為0～999.9Ω，R0為定值電阻，對電路起疼惜作用．(1)試驗室備有的定值電阻R0共有以下幾種規(guī)格．A．10Ω B．50Ω C．150Ω D．500Ω本試驗選用哪一種規(guī)格的定值電阻最好？________.(2)該同學(xué)接入符合要求的R0后，閉合開關(guān)S，調(diào)整電阻箱的阻值，讀取電流表的示數(shù)，記錄多組數(shù)據(jù)，作出了如圖4所示的圖線，則依據(jù)該同學(xué)作出的圖線可求得該電池的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω.圖4答案(1)C(2)1045解析(1)當(dāng)R＝0時，應(yīng)當(dāng)有R0＋r＋RA≥eq\f(9,5×10－2)Ω，即R0≥135Ω時，可保證電路中電流不超過最大允許電流，R0應(yīng)當(dāng)選擇C.(2)由E＝I(r＋R0＋RA＋R)，得eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)(R＋R0)＋eq\f(1,E)(r＋RA)，結(jié)合圖象可得eq\f(1,E)(r＋RA)＝5A－1，斜率eq\f(1,E)＝eq\f(45－15,400－100)V－1，解得E＝10V，r＝45Ω.4．將一銅片和一鋅片分別插入一個蘋果內(nèi)，就構(gòu)成了簡潔的“水果電池”，其電動勢約為1.5V．可是這種電池并不能點亮額定電壓為1.5V、額定電流為0.3A的手電筒上的小燈泡，緣由是流過小燈泡的電流太小了，經(jīng)試驗測得還不足3mA.為了較精確地測定該水果電池的電動勢和內(nèi)阻，供應(yīng)的試驗器材有：A．電流表A1(量程0～3mA，內(nèi)阻約為0.5Ω)B．電流表A2(量程0～0.6A，內(nèi)阻約為0.1Ω)C．電壓表V(量程0～1.5V，內(nèi)阻約為3kΩ)D．滑動變阻器R1(阻值0～10Ω，額定電流為1A)E．滑動變阻器R2(阻值0～3kΩ，額定電流為1A)F．電鍵，導(dǎo)線若干G．水果電池(1)試驗中電流表應(yīng)選用______，滑動變阻器應(yīng)選用______(均用序號字母表示)．(2)請在虛線框內(nèi)畫出試驗電路圖．(3)依據(jù)試驗記錄的數(shù)據(jù)，經(jīng)描點、連線得到水果電池的路端電壓隨電流變化的U－I圖象如圖5所示，由圖可知：水果電池的電動勢E＝____V，內(nèi)阻r＝________Ω.答案(1)AE(2)如圖所示 圖5(3)1.35450解析由圖象知電源內(nèi)阻較大，因此電流表應(yīng)外接，誤差較??；同時滑動變阻器應(yīng)選R2，電流表才會有明顯的示數(shù)變化．5．(Ⅰ)用下列器材組裝成一個電路，要求既能測量出電池組的電動勢E和內(nèi)阻r，又能同時描繪小燈泡的伏安特性曲線．A．電壓表V1(量程6V，內(nèi)阻很大)B．電壓表V2(量程3V，內(nèi)阻很大)C．電流表A(量程3A，內(nèi)阻很小)D．滑動變阻器R(最大阻值10Ω，額定電流4A)E．小燈泡(2A5W)F．電池組(電動勢E，內(nèi)阻r)G．開關(guān)一只，導(dǎo)線若干試驗時，調(diào)整滑動變阻器的阻值，多次測量后發(fā)覺：若電壓表V1的示數(shù)增大，則電壓表V2的示數(shù)減?。?Ⅱ)請將設(shè)計的試驗電路圖在如圖6所示的虛線框中補充完整．圖6(1)每一次操作后，同時記錄電流表A、電壓表V1和電壓表V2的示數(shù)，組成兩個坐標(biāo)點(I1，U1)、(I2，U2)，標(biāo)到U－I坐標(biāo)系中，經(jīng)過多次測量，最終描繪出兩條圖線，如圖7所示，則電池組的電動勢E＝______V，內(nèi)阻r＝______Ω.(結(jié)果保