2020屆高考物理總復習第十一單元電學實驗教師用書.docx

電學實驗縱觀近年的高考電學試題,不難發(fā)現(xiàn)電路設計、器材選擇、實物連接、數(shù)據(jù)處理仍然是電學實驗試題考查中的重點,在電學實驗復習中我們只有立足于考綱規(guī)定的學生實驗,對實驗原理、實驗電路、實驗器材、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等方面進行認真的研究,必要的拓展、延伸,扎扎實實地搞好復習工作;尤其需要重視對實驗器材和實驗電路選擇的復習,重視對分壓式電路和實物連線的復習,才能以不變應萬變,在實驗題中取得好的分數(shù)。預測2020年高考對本專題內(nèi)容的考查,將從機械記憶轉向分析理解實驗,注重對設計性實驗的考查。電學實驗是高考實驗考查的熱點,而設計類電學實驗以其靈活多變、易于發(fā)散、有利于對實驗綜合能力考查等特點,更成為熱點中的焦點。所謂設計性實驗,是指在考生掌握基本實驗原理的基礎上,應用基本測量儀器自行設計實驗方案的實驗。設計性實驗命題的考查內(nèi)容,涉及對實驗原理的再認識和加工,實驗方案的確定(包括實驗器材的選擇和遷移運用,實驗步驟的安排,實驗數(shù)據(jù)的處理方法,誤差的分析及對實驗的總結和評價,等等)。實驗1測定金屬的電阻率1實驗原理把金屬絲接入如圖所示的電路中,用“伏安法”測量其電阻R=UI;用毫米刻度尺測量金屬絲的長度l;用螺旋測微器測量金屬絲的直徑d,計算出其橫截面積S;根據(jù)電阻定律R=lS得金屬絲的電阻率=RSl=d2U4Il。2實驗器材被測金屬絲、螺旋測微器、毫米刻度尺、電池組、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關、導線若干。3實驗步驟(1)直徑測定:用螺旋測微器在被測金屬絲的三個不同位置各測一次直徑,求出其平均值d,計算出金屬絲的橫截面積S=d24。(2)電路連接:按如圖所示的電路原理圖連接,用伏安法測電阻。(3)長度測量:用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度,反復測量3次,求出其平均值l。(4)U、I測量:把滑動變阻器的滑片調節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置,電路經(jīng)檢查確認無誤后,閉合開關S,改變滑動變阻器滑片的位置,讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值,記入表格內(nèi),斷開開關S。(5)拆去實驗線路,整理好實驗器材。4數(shù)據(jù)處理(1)在求R的平均值時可用兩種方法用R=UI分別算出各次的數(shù)值,再取平均值。用U-I圖線的斜率求出。(2)計算電阻率將記錄的數(shù)據(jù)R、l、d的值代入電阻率計算式=RSl=d2U4lI。5誤差分析(1)金屬絲的橫截面積是利用直徑計算而得,直徑的測量是產(chǎn)生誤差的主要來源之一。(2)采用伏安法測量金屬絲的電阻時,由于采用的是電流表外接法,測量值小于真實值,使電阻率的測量值偏小。(3)金屬絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會帶來偶然誤差。(4)由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫,會使金屬絲的電阻率變大,造成測量誤差。6注意事項(1)本實驗中被測金屬絲的電阻值較小,因此實驗電路一般采用電流表外接法。(2)實驗連線時,應先從電源的正極出發(fā),依次將電源、開關、電流表、待測金屬絲、滑動變阻器連成主干線路(閉合電路),然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬導線的兩端。(3)測量被測金屬絲的有效長度,是指測量待測金屬絲接入電路的兩個端點之間的長度,即電壓表兩端點間的待測金屬絲長度,測量時應將待測金屬絲拉直,反復測量三次,求其平均值。(4)測待測金屬絲直徑時一定要選三個不同部位進行測量,求其平均值。(5)閉合開關S之前,一定要使滑動變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置。(6)在用伏安法測電阻時,通過待測金屬絲的電流I不宜過大(電流表用00.6 A量程),通電時間不宜過長,以免金屬絲的溫度明顯升高,造成其電阻率在實驗過程中逐漸增大。(7)求R的平均值時可用兩種方法:第一種是用R=UI算出各次的測量值,再取平均值;第二種是用圖象(U-I圖線)來求出。若采用圖象法,在描點時,要使各點間的距離適當拉大一些,連線時要盡可能地讓各點均勻分布在直線的兩側,個別明顯偏離較遠的點可以不予考慮。1.1 (2018陜西西安12月月考)在“決定導線電阻的因素”的實驗中測定金屬的電阻率,若待測金屬絲的電阻約為5 ,要求測量結果盡量準確,提供以下器材:A.電池組(3 V,內(nèi)阻為1 )B.電流表(03 A,內(nèi)阻為0.0125 )C.電流表(00.6 A,內(nèi)阻為0.125 )D.電壓表(03 V,內(nèi)阻為4 k)E.電壓表(015 V,內(nèi)阻為15 k)F.滑動變阻器(020 ,允許通過的最大電流為1 A)G.滑動變阻器(02000 ,允許通過的最大電流為0.3 A)H.開關、導線若干(1)實驗時應從上述器材中選用(選填儀器前的字母代號)。(2)測電阻時,電流表、電壓表、待測金屬絲Rx在組成測量電路時,應采用電流表(選填“外”或“內(nèi)”)接法,待測金屬絲電阻的測量值比真實值偏(選填“大”或“小”)。(3)若用螺旋測微器測得金屬絲的直徑d的讀數(shù)如圖所示,則讀數(shù)為mm。(4)若用L表示金屬絲的長度,d表示直徑,測得電阻為R,請寫出計算金屬絲電阻率的表達式為=?！窘馕觥?1)電池組電壓是3 V,流過金屬絲的最大電流Im=Er+Rx=0.5 A,故電流表選C,電壓表選D;滑動變阻器選總阻值小的,便于調節(jié),故選F;另外要選導線、開關。(2)因為RxRA=40,RVRx=800,故電流表選擇外接法,外接法測量值偏小。(3)根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則可知,直徑d=0.5 mm+40.00.01 mm=0.900 mm。(4)由于R=LS=4Ld2,解得=Rd24L?！敬鸢浮?1)ACDFH(2)外小(3)0.900(4)Rd24L1.2 (2018湖北武漢六校聯(lián)考)為了測量一根長約為3 cm,電阻約為100 ,橫截面為圓形,粗細均勻的導電材料的電阻率,所用器材如下:直流電源E,電動勢為8.0 V,內(nèi)阻可忽略不計;電流表,量程為025 mA,內(nèi)阻r1=100 ;電流表,量程為0150 mA,內(nèi)阻r2=20 ;定值電阻R0,阻值為10 ;滑動變阻器R,最大阻值為10 ;開關S、導線若干。(1)用游標卡尺測得該材料的長度如圖甲所示,則長度L=mm;用螺旋測微器測得該材料的直徑如圖乙所示,則直徑D=mm。(2)為了在測量中盡量減小誤差,并測多組數(shù)據(jù),現(xiàn)給出測量電阻Rx的實驗電路圖丙,請據(jù)此電路圖將圖丁中的實驗器材連接起來。(3)若某次測量中電流表的示數(shù)為I1,電流表的示數(shù)為I2,則由已知量和測量量計算電阻率的表達式為=。(用題目中字母表示即可)【解析】(1)材料的長度L=3 cm+70.05 mm=30.35 mm,材料的直徑D=3 mm+20.50.01 mm=3.205 mm。(2)如圖戊所示。(3)由歐姆定律可得Rx=I2(R0+r2)I1-r1由電阻定律可得Rx=LS=4LD2聯(lián)立可解得=D24I1LI2(R0+r2)-I1r1。【答案】(1)30.353.205(2)如圖戊所示戊(3)D24I1LI2(R0+r2)-I1r1實驗2測繪小電珠的伏安特性曲線1實驗原理(1)測多組小電珠的U、I的值,并繪出I-U圖象。(2)圖線的斜率反映電流與電壓和溫度的關系。2實驗器材學生電源(4 V6 V直流)或電池組、小電珠(3.8 V0.3 A)、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關、坐標紙、導線若干。3實驗步驟(1)確定電流表、電壓表的量程,采用電流表外接法,滑動變阻器采用分壓式接法,按實驗原理圖連接好實驗電路。(2)把滑動變阻器的滑片調節(jié)到圖中最左端,接線經(jīng)檢查無誤后,閉合開關S。(3)移動滑動變阻器的滑片,測出14組左右不同的電壓值U和電流值I,并將測量數(shù)據(jù)填入表格中,斷開開關S。U/V00.20.40.60.81.01.2I/AU/V1.62.02.42.83.23.64.0I/A(4)拆除電路,整理儀器。4數(shù)據(jù)處理(1)在坐標紙上以U為橫軸,以I為縱軸,建立坐標系。(2)在坐標紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應的點(坐標系縱軸和橫軸的標度要適中,以使所描圖線充分占據(jù)整個坐標紙為宜)。(3)將描出的點用平滑的曲線連接起來,就得到小電珠的伏安特性曲線。5誤差分析(1)由于電壓表、電流表不是理想電表,電表內(nèi)阻對電路的影響會帶來誤差。(2)電流表、電壓表的讀數(shù)帶來誤差。(3)在坐標紙上描點、作圖帶來的誤差。6注意事項(1)電路的連接方式電流表應采用外接法:小電珠(3.8 V0.3 A)的電阻很小,與00.6 A的電流表串聯(lián)時,電流表的分壓影響很大?；瑒幼冏杵鲬捎梅謮菏浇臃?目的是使小電珠兩端的電壓能從零開始連續(xù)變化。(2)閉合開關S前,滑動變阻器的滑片應移到使小電珠分得電壓為零的一端,使開關閉合時小電珠的電壓從零開始變化,同時也是為了防止開關剛閉合時因小電珠兩端電壓過大而燒壞燈絲。(3)I-U圖線在U0=1.0 V左右將發(fā)生明顯彎曲,故在U=1.0 V左右繪點要密,以防出現(xiàn)較大誤差。(4)當小電珠的電壓接近額定值時要緩慢增加,到額定值記錄I后馬上斷開開關。(5)誤差較大的點舍去,I-U圖線應是平滑曲線而非折線。2.1 (2018湖北武漢第一次模擬)要測繪一個標有“3 V0.6 W”小燈泡的伏安特性曲線,小燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3 V,并便于操作。已選用的器材有:電池組(電動勢為4.5 V,內(nèi)阻約為1 );電流表(量程為0250 mA,內(nèi)阻約為5 );電壓表(量程為03 V,內(nèi)阻約為3 k);開關一個、導線若干。(1)實驗中所用的滑動變阻器應選下列中的(填字母代號)。A.滑動變阻器(最大阻值為20 ,額定電流為1 A)B.滑動變阻器(最大阻值為1750 ,額定電流為0.3 A)(2)實驗的電路圖應選用下列四個電路圖中的(填字母代號)。(3)實驗得到小燈泡的伏安特性曲線如圖甲所示。如果將這個小燈泡接到電動勢為1.5 V,內(nèi)阻為5 的電源兩端,小燈泡消耗的功率是W?！窘馕觥?1)測繪小電珠的伏安特性曲線,要求能較大范圍地測量數(shù)據(jù),所以控制電路部分應用分壓式接法,滑動變阻器應用最大阻值小、額定電流大的,故選A。(2)電珠的電阻R=U2P=15 ,額定電流I=PU=0.2 A,由R=15 RARV=15000 ,依據(jù)“大內(nèi)小外”的原則,可知電流表應采用外接法,B項正確。(3)在小電珠的I-U圖象上作出電源的I-U圖線,如圖乙所示,交點坐標為這個電源給這個小電珠供電時的電壓和電流,此時P電珠=IU=0.101.0 W=0.1 W。乙【答案】(1)A(2)B(3)0.12.2 (2018四川成都仿真模擬)在“測繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中,除小燈泡L“3.8 V0.3 A”外,可供選擇的實驗儀器如下:A.電壓表:量程03 V,內(nèi)阻約為6 kB.電流表:量程04 mA,內(nèi)阻為100 C.電流表:量程0300 mA,內(nèi)阻約為5 D.滑動變阻器R1:最大阻值為10 ,額定電流為1.0 AE.滑動變阻器R2:最大阻值為5 ,額定電流為0.5 AF.定值電阻R3:阻值為2 kG.定值電阻R4:阻值為900 H.直流電源E:電動勢約為6 V,內(nèi)阻約為0.5 I.開關S一個,導線若干(1)先將(選填元件前的序號字母)與(選填元件前的序號字母)電阻(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”),將其改為量程為4 V的電壓表。(2)在虛線框內(nèi)畫出實驗電路圖(改裝后的電壓表直接用電壓表的符號表示)。(3)其中,滑動變阻器應選;電流表應選。(均填元件前的序號字母)(4)某實驗小組完成實驗后,利用實驗得到的數(shù)據(jù)描繪出如圖甲所示的小燈泡的伏安特性曲線。根據(jù)此圖給出的信息,可以判斷:圖乙所示的該小燈泡的P-U2或P-I2圖線中(P為小燈泡的功率),可能正確的是。【解析】(1)直流電源電動勢約為6 V,題干所述電壓表最大量程為3 V,所以需要改裝出一個量程較大的電壓表。改裝成電壓表需要給串聯(lián)一個電阻,其電阻R=UIg-Rg=40.004 -100 =900 。(2)測繪小燈泡的伏安特性曲線要求電壓從零開始連續(xù)變化,所以滑動變阻器要采用分壓式接法。小燈泡L“3.8 V0.3 A”的電阻Rx=UI=3.80.3 13 ,遠小于電壓表的內(nèi)阻,所以用電流表外接法,電路圖如圖丙所示。丙(3)若選用滑動變阻器R2,則通過滑動變阻器的最小電流I=Er+R2=3.80.5+5 A0.7 A,大于滑動變阻器R2的額定電流,所以滑動變阻器應選R1,即D。小燈泡的額定電流為0.3 A,所以電流表應選C。(4)由圖甲可知,小燈泡電阻逐漸增大,根據(jù)P=U2R可知,P-U2圖象的斜率應逐漸減小,B項正確;根據(jù)P=I2R可知,P-I2圖象的斜率應逐漸增大,D項正確?！敬鸢浮?1)BG串聯(lián)(2)電路圖如圖丙所示(3)DC(4)BD實驗3測定電源的電動勢和內(nèi)阻1實驗原理(1)如圖甲所示,改變R的阻值,從電壓表和電流表中讀出幾組I、U值,利用閉合電路的歐姆定律求出幾組E、r值,最后分別算出它們的平均值。 甲乙(2)用圖象法來處理數(shù)據(jù),在坐標紙上以I為橫坐標、U為縱坐標,用測出的幾組I、U值畫出U-I圖象,如圖乙所示,直線跟縱軸的交點的縱坐標表示電源電動勢E的值,圖線的斜率的絕對值即內(nèi)阻r的值。2實驗器材電池、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關、導線、坐標紙和刻度尺。3實驗步驟(1)電流表用0.6 A量程,電壓表用3 V量程,按實驗原理圖連接好電路。(2)把滑動變阻器的滑片移動到使接入電路的阻值最大的一端。(3)閉合開關,調節(jié)滑動變阻器,使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1,U1)。用同樣方法測量出六組I、U的值,并填入表格中。組數(shù)物理量第1組第2組第3組第4組第5組第6組U/VI/A(4)斷開開關,拆除電路,整理好器材。4數(shù)據(jù)處理(1)公式法:聯(lián)立六組對應的U、I數(shù)據(jù),滿足關系式U1=E-I1r、U2=E-I2r、U3=E-I3r、,讓第1式和第4式聯(lián)立方程,第2式和第5式聯(lián)立方程,第3式和第6式聯(lián)立方程,這樣解得三組E、r值,取其平均值作為電池的電動勢E和內(nèi)阻r。(2)圖象法:在坐標紙上以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立U-I坐標系,在坐標平面內(nèi)描出各組(I,U)值所對應的點,然后盡量多地通過這些點作一條直線,不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側,如圖所示。圖線與縱軸交點為E。圖線與橫軸交點為I短=Er。圖線的斜率的絕對值表示r=UI。5誤差分析(1)偶然誤差由于讀數(shù)不準和電表接線不良引起的誤差。用圖象法求E和r時,由于作圖不準確造成的誤差。測量過程中通電時間過長或電流過大,都會引起E、r變化。(2)系統(tǒng)誤差由電壓表和電流表內(nèi)阻影響而導致的誤差。若采用如圖甲所示的電路,在理論上E=U+(IV+IA)r,其中電壓表示數(shù)U是準確的電源兩端電壓。但實驗中忽略了通過電壓表的電流IV,因此形成誤差,而且電壓表示數(shù)越大,IV越大。 甲乙結論:a.當電壓表示數(shù)為零時,IV=0,IA=I短,短路電流測量值=真實值。b.E測E真。c.因為r測=E測I短,所以r測r真。從電路的角度看,電壓表應看成內(nèi)電路的一部分,故實際測出的是電池和電壓表這一整體的等效內(nèi)阻和電動勢(r測和E測),如圖乙所示,因為電壓表和電池并聯(lián),所以r測小于電池內(nèi)阻r真,因為外電阻R斷開時,a、b兩點間電壓Uab等于電動勢E測,此時電源與電壓表構成回路,所以UabE真,即E測E真。若采用如圖丙所示的電路,IA為通過電源的電流真實值,理論上有E=U+UA+IAr,其中UA不可知,因此造成誤差,而且電流表示數(shù)越大,UA越大,當電流為零時,UA=0,電壓為準確值,等于E。 丙丁結論:a.E為真實值。b.I短測r真,r測為r真和RA的串聯(lián)值,由于通常情況下電池的內(nèi)阻較小,所以這時r測的測量誤差非常大。6注意事項(1)為了使電池的路端電壓變化明顯,電池的內(nèi)阻宜大些(選用已使用過一段時間的干電池)。(2)在實驗時,電流不能過大,通電時間不能太長,以免對E和r產(chǎn)生較大影響。(3)要測出不少于6組的(I,U)數(shù)據(jù),且變化范圍要大些,然后用方程組求解,并求平均值。(4)畫U-I圖線時,由于讀數(shù)的偶然誤差,描出的點不在一條直線上,在作圖時應使圖線通過盡可能多的點,并使不在直線上的點均勻分布在直線的兩側,個別偏離直線太遠的點可舍去。這樣就可使偶然誤差得到部分抵消,從而提高精確度。(5)由于干電池的內(nèi)阻較小,路端電壓U的變化也較小,這時畫U-I圖線時,縱軸的刻度可以不從零開始,而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當值開始(橫坐標I必須從零開始),但這時圖線在橫軸的截距不再是短路電流,而在縱軸的截距仍為電源電動勢,圖線斜率的絕對值仍為電源的內(nèi)阻。3.1 (2018安徽合肥全市聯(lián)考)為了測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻,某同學采用了伏安法,現(xiàn)備有下列器材:A.被測干電池一節(jié)B.電流表1:量程為00.6 A,內(nèi)阻r=0.3 C.電流表2:量程為00.6 A,內(nèi)阻約為0.1 D.電壓表1:量程為03 V,內(nèi)阻未知E.電壓表2:量程為015 V,內(nèi)阻未知F.滑動變阻器1:010 ,允許通過的最大電流為2 AG.滑動變阻器2:0100 ,允許通過的最大電流為1 AH.開關、導線若干在用伏安法測電池電動勢和內(nèi)阻的實驗中,由于電流表和電壓表內(nèi)阻的影響,測量結果存在系統(tǒng)誤差;在現(xiàn)有器材的條件下,要盡可能準確地測量電池的電動勢和內(nèi)阻。(1)在上述器材中請選擇適當?shù)钠鞑?(填寫選項前的字母)。(2)實驗電路圖應選擇下圖中的(選填“甲”或“乙”)。甲乙丙(3)根據(jù)實驗中電流表和電壓表的示數(shù)得到了如圖丙所示的U-I圖象,則干電池的電動勢E=V,內(nèi)阻r=?！敬鸢浮?1)ABDFH(2)甲(3)1.50.73.2 (2018江西南昌五校聯(lián)考)甲同學設計了如圖甲所示的電路來測量電源電動勢E及電阻R1和R2的阻值。實驗器材有:待測電源E(不計內(nèi)阻),待測電阻R1,待測電阻R2,電壓表(量程為1.5 V,內(nèi)阻很大),電阻箱R(099.99 ),單刀單擲開關S1,單刀雙擲開關S2,導線若干。(1)先測電阻R1的阻值。請將甲同學的操作補充完整:A.閉合S1,將S2切換到a,調節(jié)電阻箱,讀出其示數(shù)R0和對應的電壓表示數(shù)U1。B.保持電阻箱示數(shù)不變,讀出電壓表的示數(shù)U2。C.電阻R1的表達式為R1=。甲乙(2)甲同學已經(jīng)測得電阻R1=4.80 ,繼續(xù)測電源電動勢E和電阻R2的阻值。該同學的做法是:閉合S1,將S2切換到a,多次調節(jié)電阻箱,讀出多組電阻箱示數(shù)R和對應的電壓表示數(shù)U,由測得的數(shù)據(jù),繪出了如圖乙所示的1U-1R圖線,則電源電動勢E=V,電阻R2=(計算結算保留3位有效數(shù)字)?！敬鸢浮?1)將S2切換到bU2-U1U1R0(2)1.431.20實驗4練習使用多用電表1實驗原理歐姆表的外部構造如圖甲所示,內(nèi)部結構如圖乙所示。是內(nèi)阻為Rg、滿偏電流為Ig的電流表(表頭),R是可變電阻,也叫調零電阻,電池的電動勢是E,內(nèi)阻是r。歐姆表的原理是閉合電路歐姆定律。 甲乙紅、黑表筆接觸時,相當于被測電阻Rx=0,如圖丙所示,調節(jié)R使電流表達到滿偏,此時滿足關系Ig=ER+Rg+r,這一過程叫歐姆調零,所以電流滿刻度處是電阻擋的零點。紅、黑表筆不接觸時,相當于被測電阻Rx=,如圖丁所示,此時電流為零,所以電流的零刻度位置是電阻擋的。紅、黑表筆接觸電阻Rx時,如圖戊所示,通過電流表的電流Ix=ER+Rg+r+Rx,所以電流的Ix處對應電阻擋的Rx值。注意:Rx=R+Rg+r時Ix=Ig2,指針半偏,所以歐姆表的內(nèi)阻等于中值電阻。2實驗器材多用電表、電學黑箱、直流電源、開關、導線若干、小燈泡、二極管、定值電阻(大、中、小)三個。3實驗步驟(1)在用多用電表的歐姆擋進行測量的過程中,需要先進行歐姆調零再進行測量,具體的過程用流程圖可表示為:(2)探索黑箱內(nèi)的電學元件探究項目應用擋位現(xiàn)象電源電壓擋兩接線柱正、反接時均無示數(shù)說明無電源電阻歐姆擋兩接線柱正、反接時示數(shù)相同二極管歐姆擋正接時示數(shù)很小,反接時示數(shù)很大電容器歐姆擋指針先指向某一小阻值,后逐漸增大到“”,且指針擺動越來越慢電感線圈歐姆擋示數(shù)由“”逐漸減小到某一較小固定示數(shù)(3)測量小燈泡的電壓和電流按如圖甲所示的電路圖連好電路,將多用電表選擇開關置于直流電壓擋,測小燈泡兩端的電壓。按如圖乙所示的電路圖連好電路,將選擇開關置于直流電流擋,測量通過小燈泡的電流。4注意事項(1)紅進黑出:表內(nèi)電源正極接黑表筆,負極接紅表筆。無論用多用電表測電壓、電流還是電阻(結合內(nèi)部結構圖看),電流都要經(jīng)紅表筆(正插孔)流入多用電表,從黑表筆流出。可以簡記為“紅進黑出”。(2)區(qū)分兩個“零點”:機械零點是表盤刻度左側的“0”位置,調整的是定位螺絲;歐姆零點是刻度盤右側的“0”位置,調整的是歐姆調零旋鈕。(3)測電壓時,多用電表應與被測元件并聯(lián);測電流時,多用電表應與被測元件串聯(lián)。(4)勿忘歐姆調零:測電阻時,要選擇合適的擋位,使指針分布在“中值”附近。每變換一次擋位,都要重新進行歐姆調零。(5)使用多用電表時,手不能接觸測試筆的金屬桿。(6)測量電阻時,待測電阻要與其他元件及電源斷開,否則不但影響測量結果,甚至可能損壞電表。(7)多用電表使用完畢,應將選擇開關置于“OFF”擋或交流電壓最高擋。如果長期不用歐姆表,應把表內(nèi)電池取出。4.1 (2018湖北武漢期中考試)在“練習使用多用電表”的實驗中,某同學用多用電表的歐姆擋測量阻值為十幾千歐的電阻Rx。(1)該同學列出了以下可能的操作步驟,其中S為選擇開關,P為歐姆擋調零旋鈕,把你認為正確步驟前的字母按合理的順序填寫在下面的橫線上:。A.將兩表筆短接,調節(jié)P使表針指向歐姆零點,斷開兩表筆B.將兩表筆分別連接到被測電阻的兩端,讀出Rx的阻值后,斷開兩表筆C.旋轉S至1k位置D.旋轉S至100位置E.旋轉S至OFF位置,并拔出兩表筆(2)該同學按正確的步驟測量Rx,表針位置如圖所示,被測電阻Rx的阻值約為。【答案】(1)CABE(2)1.41044.2 (2018山西太原12月月考)使用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直流電源(一般為電池)、一個電阻和一表頭串聯(lián),兩個表筆分別位于此串聯(lián)電路的兩端?，F(xiàn)需要測量多用電表內(nèi)電池的電動勢,給定的器材有:待測多用電表,量程為60 mA的電流表,電阻箱,導線若干。實驗時,將多用電表調至1 擋,調好零點,電阻箱置于適當數(shù)值。完成下列填空:(1)儀器連線如圖甲所示(a和b是多用電表的兩個表筆)。若兩電表均正常工作,則表筆a為(選填“紅”或“黑”)色。(2)若適當調節(jié)電阻箱后,圖甲中多用電表、電流表與電阻箱的示數(shù)分別如圖乙中(a)(b)(c)所示,則多用電表的讀數(shù)為,電流表的讀數(shù)為mA,電阻箱的讀數(shù)為。(3)歐姆表刻度上中間刻度值為15,計算得到多用電表內(nèi)電池的電動勢為V(結果保留3位有效數(shù)字)。(4)若將兩表筆短接,流過多用電表的電流為mA(結果保留3位有效數(shù)字)。【解析】(1)根據(jù)多用電表“紅進黑出”的一般原則有,電流從紅表筆進入多用電表,從黑表筆流出多用電表,由于設計電路圖中a表筆接在電流表的正極,故電流經(jīng)過多用電表從a表筆流出,即a表筆為多用電表的黑表筆。(2)歐姆表讀數(shù)為R=14 ;電流表讀數(shù)為I=53.0 mA;電阻箱讀數(shù)為41 +60.1 =4.6 。(3)歐姆表的內(nèi)阻r=R中=15 ,由歐姆定律得E=I(R+r)1.54 V。(4)兩表筆短接,則I0=Er102 mA?！敬鸢浮?1)黑(2)1453.04.6(3)1.54(4)102實驗5傳感器的簡單使用1實驗原理(1)傳感器的作用傳感器能夠將感受到的物理量(力、熱、光、聲等)轉換成便于測量的量(一般是電學量)。(2)傳感器的工作過程通過對某一物理量敏感的元件將感受到的信號按一定的規(guī)律轉換成便于測量的信號。例如,光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉換成電信號;熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號轉換成電信號。轉換后的信號經(jīng)過電子電路的處理就可達到方便檢測、自動控制、遙控等各種目的。傳感器工作的原理可用下圖表示:2實驗器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學生電源、滑動變阻器、開關、導線等。3實驗步驟及數(shù)據(jù)處理(1)研究熱敏電阻的熱敏特性實驗步驟a.按圖所示連接好電路,將熱敏電阻絕緣處理。b.把多用電表置于“歐姆擋”,并選擇適當?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有水時熱敏電阻的阻值,并記下溫度計的示數(shù)。c.向燒杯中注入少量的冷水,使熱敏電阻浸沒在冷水中,記下溫度計的示數(shù)和多用電表測出的熱敏電阻的阻值。d.將熱水分幾次注入燒杯中,測出不同溫度下熱敏電阻的阻值,并記錄。數(shù)據(jù)處理a.根據(jù)記錄數(shù)據(jù),把測量到的溫度、電阻阻值填入下表中,分析熱敏電阻的特性。次數(shù)待測量123456溫度/電阻/b.在坐標系中,粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線。c.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和R-t圖線,得出結論:熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,隨溫度的降低而增大。(2)研究光敏電阻的光敏特性實驗步驟a.將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動變阻器按圖所示電路連接好,其中多用電表置于“100”的歐姆擋。b.先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值,并記錄數(shù)據(jù)。c.打開電源,讓小燈泡發(fā)光,調節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮,觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況,并記錄。d.觀察用手掌(或黑紙)遮光時電阻的阻值,并記錄。數(shù)據(jù)處理把記錄的結果填入下表中,根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。光照強度弱中強無光照射阻值/結論:光敏電阻的阻值被光照射時發(fā)生變化,光照增強電阻變小,光照減弱電阻變大。4注意事項(1)在做熱敏實驗時,加熱水后要等一會兒再測其阻值,以使電阻溫度與水的溫度相同,并同時讀出水溫。(2)在做光敏實驗時,如果效果不明顯,可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中,并通過蓋上的小孔改變射到光敏電阻上的光的多少。(3)歐姆表每次換擋后都要重新進行歐姆調零。5.1 (2018吉林長春模擬)如圖所示,將多用電表的選擇開關置于歐姆擋,再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻RT的兩端相連,這時表針恰好指在刻度盤的中央。若用不透光的黑紙將RT包裹起來,表針將向(選填“左”或“右”)轉動;若用手電筒光照射RT,表針將向(選填“左”或“右”)轉動?！敬鸢浮孔笥?.2 (2018云南昆明全市統(tǒng)考)熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件?，F(xiàn)用伏安法測繪出熱敏電阻分別在溫度為t1=45 和溫度為t2=75 時的伏安特性曲線,要求特性曲線盡可能完整。先用歐姆表粗測出常溫下待測熱敏電阻的阻值大約為 5 ,熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中,杯內(nèi)有一定量的冷水,其他備用的儀表和器具有:A.電流表,量程為00.6 A,內(nèi)阻約為2 B.電流表,量程為03 A,內(nèi)阻約為0.4 C.電壓表,量程為015 V,內(nèi)阻約為50 k D.電壓表,量程為03 V,內(nèi)阻約為10 kE.滑動變阻器R1(0100 )F.滑動變阻器R2(020 )G.電源E(3 V、內(nèi)阻可忽略)H.盛有熱水的熱水杯(圖中未畫出)I.開關、導線若干(1)實驗中應選用的電流表為(選填“”或“”),應選用的電壓表為(選填“”或“”),應選用的滑動變阻器為(選填“R1”或“R2”)。(2)將實物圖甲連線補充成完整的測量電路(實線代表導線),要求測量誤差盡可能小。甲 (3)實驗過程主要有如下操作步驟,順序合理的是。(填寫步驟前的字母)A.接通電路,調節(jié)滑動變阻器,多次記錄電壓表和電流表的示數(shù)B.往保溫杯中緩慢加入熱水,并同步攪動均勻,直到溫度穩(wěn)定在t1C.往保溫杯中緩慢加入一定量的冷水,將熱敏電阻和溫度計插入保溫杯中D.往保溫杯中加入一些熱水,待溫度穩(wěn)定在t2E.在同一個坐標系中繪出兩個溫度下熱敏電阻的伏安特性曲線【答案】(1)R2(2)如圖乙所示乙(3)CBADAE題型一伏安法測電阻及其變式伏安法測電阻是電學實驗的一個基本方法,除了直接考查伏安法測電阻之外,對伏安法測電阻這一思想方法的遷移應用,以及對創(chuàng)造性思維能力的考查,已成為高考的熱點。從近幾年的高考題中可看出,題目中大多提供某種電表,阻值已知的電阻或電阻箱,根據(jù)伏安法測電阻的思想,利用串、并聯(lián)電路的特點,結合題目提供的器材設計出合適的電路,最后通過計算得出結論。常見的遷移方法有電流表可看作本身能直接讀出電流的小電阻,電壓表可看作能直接讀出自身兩端電壓的大電阻;而阻值已知的電流表可等效為電壓表,阻值已知的電壓表也可等效為電流表。【例1】在用伏安法測電阻的實驗中,實驗室備有下列器材:A.待測電阻Rx,阻值約為10 B.電壓表,量程為06 V,內(nèi)阻約為2 kC.電壓表,量程為015 V,內(nèi)阻約為10 kD.電流表,量程為00.6 A,內(nèi)阻約為0.2 E.電流表,量程為03 A,內(nèi)阻約為0.02 F.電源,電動勢E=6 VG.滑動變阻器R1,最大阻值為10 ,允許通過的最大電流為2 AH.滑動變阻器R2,最大阻值為50 ,允許通過的最大電流為0.2 AI.開關,導線若干(1)為了較精確地測量電阻阻值,應盡可能多測幾組數(shù)據(jù),且兩表讀數(shù)大于量程一半。除A、F、I以外,還要在上述器材中選出該實驗所用器材(填器材前面的字母代號)。(2)在虛線框內(nèi)畫出該實驗電路圖?！窘馕觥?1)兩表量程大于讀數(shù)一半,根據(jù)題意電壓表應選B。由歐姆定律知電路電流最大值I=UR=610 A=0.6 A,故電流表選D,滑動變阻器選阻值較小的G。(2)因待測電阻遠小于電壓表內(nèi)阻,電流表應用外接法;為方便調節(jié)滑動變阻器應采用分壓式接法,電路圖如圖所示?！敬鸢浮?1)BDG(2)如圖所示伏安法測電阻及其變通伏安法測電阻是電學實驗的基礎,是高考考查的熱點,也是難點。它滲透在電學實驗的各個環(huán)節(jié)中,如測未知電阻、測電阻率、測各種電表內(nèi)阻等。本質上都是伏安法測電阻在不同情景下的具體應用。主要涉及電壓表、電流表的選擇以及實物連線等。變通1伏伏法測電阻(電壓表的靈活選用)已知內(nèi)阻的電壓表可作電流表使用,在缺少合適的電流表的情況下,常用電壓表代替電流表使用,這是設計電路中的高頻考點。變通2安安法測電阻(電流表的靈活選用)已知內(nèi)阻的電流表可作電壓表使用,在缺少合適的電壓表的情況下,常用電流表代替電壓表使用,這也是電學設計電路中的高頻考點。【變式訓練1】(2018湖北武漢二模)用以下器材可測量電阻Rx的阻值。待測電阻Rx,阻值約為600 ;電源E,電動勢約為6.0 V,內(nèi)阻可忽略不計;電壓表,量程為0500 mV,內(nèi)阻r1=1000 ;電壓表,量程為06 V,內(nèi)阻r2約為10 k;電流表,量程為00.6 A,內(nèi)阻r3約為1 ;定值電阻R0,R0=60 ;滑動變阻器R,最大阻值為150 ;單刀單擲開關S一個,導線若干。(1)測量中要求兩只電表的讀數(shù)都不小于其量程的13,并能測量多組數(shù)據(jù),請在虛線框中畫出測量電阻Rx的實驗電路圖。(2)若選擇測量數(shù)據(jù)中的一組來計算Rx,則由已知量和測量物理量計算Rx的表達式為Rx=,式中各符號的意義是。(所有物理量用題中代表符號表示)【解析】(1)電路的最大電流I=6600 A=0.01 A,電流表量程太大,可以把電壓表并聯(lián)一個定值電阻改裝成電流表,電壓表選擇即可,要求測量多組數(shù)據(jù),滑動變阻器需用分壓式接法,電路圖如圖所示。 (2)若某次測量中電壓表的示數(shù)為U1,電壓表的示數(shù)為U2,電壓表和定值電阻R0的并聯(lián)電阻R=R0r1R0+r1所以通過電阻Rx的電流I=U1R所以Rx=U2-U1I=(U2-U1)r1R0U1(r1+R0)?！敬鸢浮?1)如圖所示(2)(U2-U1)R0r1U1(R0+r1)U1為電壓表的示數(shù),U2為電壓表的示數(shù),r1為電壓表的內(nèi)阻,R0為定值電阻【變式訓練2】(2018豫南三校聯(lián)考)現(xiàn)要測量某一待測電阻Rx的阻值,給定的器材有:A.待測電阻Rx:阻值約為80 ;B.電源E:電動勢約為2 V,內(nèi)阻可忽略不計;C.電流表:量程為05 mA,內(nèi)阻r1=20 ;D.電流表:量程為020 mA,內(nèi)阻未知;E.定值電阻R0:阻值R0=300 ;F.定值電阻R1:阻值R1=5 k;G.滑動變阻器R2:最大阻值約為2 k;H.滑動變阻器R3:最大阻值約為10 ;I.單刀單擲開關S一個,導線若干。為了較為準確地測量電阻Rx的阻值,要求在實驗過程中電表的示數(shù)能從零開始連續(xù)變化;兩電流表示數(shù)都能達量程一半以上。(1)定值電阻只選用;滑動變阻器只選用(填器材前面的序號)。(2)根據(jù)選好的器材,請設計測量Rx的電路原理圖(畫在虛線框內(nèi))。(3)若某次測量中電流表的示數(shù)為I1,電流表的示數(shù)為I2,則Rx的表達式為Rx=(用已知量和測量值的字母表示)。【解析】(1)要使電表示數(shù)從零開始變化,滑動變阻器應采用分壓式接法,故滑動變阻器選阻值較小的,即選H;器材中沒有電壓表,故用電流表和定值電阻串聯(lián)當作電壓表使用,由題知電源電動勢約為2 V,根據(jù)電表示數(shù)能達量程一半以上可得:定值電阻阻值RE12I1-r1=780 ,故定值電阻選R0(選E)。(2)滑動變阻器R3采用分壓式接法,電流表和定值電阻R0串聯(lián)當作電壓表使用,電流表內(nèi)阻未知,故電流表采用外接法;那么,電路圖如圖所示。(3)根據(jù)并聯(lián)電路電流分流、電壓相等可得I1(R0+r1)=(I2-I1)Rx,所以Rx=I1(R0+r1)I2-I1?！敬鸢浮?1)EH(2)如圖所示(3)I1(R0+r1)I2-I1題型二電阻測量的其他方法除伏安法之外,電阻(包括電表內(nèi)阻)測量的方法還有:1.最直接的電阻測量方法多用電表測量法。2.最為精確的測量方法等效替代法。在電阻的測量方法中,有一種方法叫作等效替代法,它可以很精確地將一個未知電阻的阻值測量出來。3.最為獨特的測量方法電橋法。在電阻的測量方法中,有一種很獨特的測量方法,那就是電橋法。其測量電路如圖所示,實驗中調節(jié)電阻箱R3,當A、B兩點的電勢相等時,R1和R3兩端的電壓相等,設為U1。同時R2和Rx兩端的電壓也相等,設為U2。根據(jù)歐姆定律有:U1R1=U2R2,U1R3=U2Rx。由以上兩式解得:R1Rx=R2R3。這就是電橋平衡的條件,由該平衡條件也可求出被測電阻Rx的阻值?！纠?】小明用如圖甲所示的電路測量電阻Rx的阻值(幾百歐)。R是滑動變阻器,R0是電阻箱,S2是單刀雙擲開關,部分器材規(guī)格圖乙中已標出。(1)根據(jù)圖甲實驗電路,在圖乙中用筆畫線代替導線將實物圖連接完整。 甲乙(2)正確連接電路后,斷開S1,S2接1。調節(jié)多用電表,將兩表筆接觸Rx兩端的接線柱,粗測其阻值,此過程中存在的問題是。正確操作后,粗測出Rx的阻值為R。(3)小明通過下列步驟,較準確地測出Rx的阻值。將滑動變阻器的滑片P調至圖甲中的(選填“A”或“B”)端。閉合S1,將S2撥至1,調節(jié)滑動變阻器的滑片P至某一位置,使電壓表的示數(shù)滿偏。調節(jié)電阻箱R0,使其阻值(選填“大于R”或“小于R”)。將S2撥至“2”,保持滑動變阻器滑片P的位置不變,調節(jié)電阻箱的阻值,使電壓表再次滿偏,此時電阻箱示數(shù)為R1,則Rx=。(4)實驗中,滑動變阻器有兩種規(guī)格可供選擇,分別是:R2(010 );R3(05000 )。為了減小實驗誤差,滑動變阻器應選(選填“R2”或“R3”)?！窘馕觥?1)根據(jù)電路圖連接實物圖,如圖丙所示。丙(2)測量電阻時,要把電阻與其他元件斷開。(3)閉合開關前,將滑動變阻器的滑片P調至圖甲中的A端,使電壓表示數(shù)為零;調節(jié)電阻箱R0,使其阻值小于R;將S2撥至“2”,保持滑動變阻器滑片P的位置不變,調節(jié)電阻箱的阻值,使電壓表再次滿偏,則此時并聯(lián)部分的電阻相等,Rx的阻值等于電阻箱的阻值,即Rx=R1。(4)由于電阻Rx的阻值為幾百歐,為方便調節(jié),滑動變阻器應選R3?！敬鸢浮?1)如圖丙所示(2)待測電阻未與其他元件斷開(3)A小于RR1(4)R3等效替代法主要有以下兩種替代方法。(1)電流等效替代該方法的實驗步驟如下:按圖示電路圖連接好電路,并將電阻箱R0的阻值調至最大,滑動變阻器的滑片P置于a端。閉合開關S1、S2,調節(jié)滑片P,使電流表指針指在適當?shù)奈恢?記下此時電流表的示數(shù)I。斷開開關S2,再閉合開關S3,保持滑動變阻器滑片P位置不變,調節(jié)電阻箱,使電流表的示數(shù)仍為I。此時電阻箱連入電路的阻值R0與未知電阻Rx的阻值等效,即Rx=R0。(2)電壓等效替代該方法的實驗步驟如下:按圖示電路圖連接好電路,并將電阻箱R0的阻值調至最大,滑動變阻器的滑片P置于a端。閉合開關S1、S2,調節(jié)滑片P,使電壓表指針指在適當?shù)奈恢?記下此時電壓表的示數(shù)U。斷開S2,再閉合S3,保持滑動變阻器滑片P位置不變,調節(jié)電阻箱使電壓表的示數(shù)仍為U。此時電阻箱連入電路的阻值R0與未知電阻Rx的阻值等效,即Rx=R0?！咀兪接柧?】(2018濟南二模)某同學參加了一物理興趣小組,想通過實驗測量一個待測電阻Rx的阻值,實驗室內(nèi)除待測電阻外還有如下器材:A.電阻箱R1、R2、R3、R4B.滑動變阻器R0C.靈敏電流計D.不計內(nèi)阻的恒定電源EE.開關、導線若干(1)指導教師先讓該同學對如圖甲所示電路進行分析,調節(jié)四個電阻箱R1、R2、R3、R4的阻值,當a、b之間的電流表無示數(shù)時(也稱為“電橋平衡”),a、b兩點間的電勢差(選填“為零”或“不為零”),4個電阻之間的關系是:(用R1、R2、R3、R4表示)。 (2)該同學還受此啟發(fā)很快設計了如圖乙所示電路,并按照以下步驟測出了Rx:按圖乙接好電路,調節(jié),P為滑動變阻器的滑片,當表示數(shù)為零時,讀出此時電阻箱阻值R1;將Rx與電阻箱R互換位置,并且控制不動,再次調節(jié),直至電橋再次平衡時,讀出此時電阻箱阻值R2;由以上數(shù)據(jù)即可得Rx的阻值,其大小為Rx=?！窘馕觥?1)電流表無示數(shù),說明a、b兩點電勢相等,故電勢差為零;根據(jù)串、并聯(lián)電路原理可知R1、R3兩端的電壓相同,根據(jù)歐姆定律可得ER1+R2R1=ER3+R4R3,化簡可得R1R4=R2R3。(2)由題意可知,該同學采用電橋平衡法進行實驗,故應調節(jié)R,使表中電流為零,此時讀出電阻箱的阻值R1,則R1與Rx的比值等于滑動變阻器左右兩邊電阻的比值。應控制P不動,使兩邊電阻的比值不變,互換Rx與變阻箱R,再次調節(jié)R,使電流計讀數(shù)為零,則也有比值等于滑動變阻器左右兩邊電阻的比值。根據(jù)題意有R1Rx=RxR2,解得Rx=R1R2?！敬鸢浮?1)為零R1R4=R2R3(2)RPRR1R2【變式訓練4】(2018福建模擬)用伏安法測電阻時,由