北京市-2020屆高考物理專題13電學實驗學案(含答案).doc

1、專題13電學實驗考向預測打T電學實驗每年都考，主要體現(xiàn)在：（1）基本儀器的原理和使用；（2）基本的實驗目的、原理和實驗思想，如實驗器材的選取，電流表的內、外接法及滑動變阻器的連接方式、電路故障的分析等；（3）處理實驗數(shù)據(jù)的基本方法，如圖象法、平均值法等。知識與技巧的梳理罐!.考點一、多用電表的原理、使用及讀數(shù)問題例（2017 全國出卷T23）圖（a）為某同學組裝完成的簡易多用電表的電路圖。圖中 E是電池；R、R、R、R4和R是固定電阻，R是可變電阻；表頭 G的滿偏電流為250科A,內阻為480 Qo虛線方框內為換擋開關，A端和B端分別與兩表筆相連。 該多用電表有5個擋位，5個擋位為：直流電壓1

2、 V擋和5 V擋，直流電流1 mA 擋和2.5 mA擋，歐姆X 100 Q擋。圖（G圖偽）（1）圖（a）中的A端與（填“紅”或“黑”）色表筆相連接。（2）關于R的使用，下列說法正確的是 （填正確答案標號）。A.在使用多用電表之前，調整R6使電表指針指在表盤左端電流“ 0”位置B.使用歐姆擋時，先將兩表筆短接，調整R使電表指針指在表盤右端電阻“ 0”位置C.使用電流擋時，調整 R使電表指針盡可能指在表盤右端電流最大位置（3）根據(jù)題給條件可得 R + R=Q , R=Q。（4）某次測量時該多用電表指針位置如圖（b）所示。若此時 B端是與“1”相連的，則多用電表讀數(shù)為;若此時B端是與“3”相連的，則

3、讀數(shù)為;若此時B端是與“5”相連的，則讀數(shù)為 。 （結果均保留三位有效數(shù)字）【審題立意】電流表是表頭與電阻并聯(lián)所得，并聯(lián)電阻越大，量程越小；電壓表是表頭與電阻串聯(lián)所得， 串聯(lián)電阻越大，量程越大?！窘忸}思路】（1） A端與電池正極相連，電流從 A端流出，A端與黑色表筆相連。（2）使用多用電表前，應機械調零，即應調整“指針定位螺絲”，使指針指在表盤左端電流“0”位置， 與R無關，選項 A錯；使用歐姆擋時，需要紅、黑表筆短接，使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置，選項 B對；使用電流擋時，B端與“1”或“2”相連，與 R無關，C錯。（3） B端與“1”、“2”相連時，該多用電表擋位分別為直流2.5

4、mA擋、直流1 mA擋，如圖甲所示，由I gg,解得R+R=160 Q; B端與“4”相連時，如電表的改裝原理可知，B端與“2”相連時，有l(wèi)2=Ig + 5=-R+ R2IgrgU4圖乙所示，多用電表為直流電壓 1 V擋，表頭并聯(lián)部分電阻 R = F，F(xiàn)4 = t-R）=880 Q。I 2I 2（4） B端與“1”相連時，電表讀數(shù)為1.47 mA B端與“3”相連時，多用電表為歐姆X 100 擋，讀數(shù)為11.0X100 Q = 1.10 X103 Q； B端與“5”相連時，多用電表為直流電壓5 V擋，讀數(shù)為 里5X5 V= 2.95 V。250【參考答案】（1）黑 （2）B（3）160880

5、（4）1.47 mA 1.10X103 2.95 V【知識鏈接】1.電壓表、電流表、多用電表的讀數(shù)技巧1 11（1）對電表讀數(shù)問題，要先弄清楚電表的精確度，即每小格的數(shù)值，再確定估讀的方法，是與、£還是布估2 510讀，明確讀數(shù)的小數(shù)位數(shù)。（2）多用電表的使用問題，在弄清其基本原理的基礎上，會選擇測量項目及量程、擋位，能區(qū)分機械調零 和歐姆調零的區(qū)別，掌握測量電阻的步驟，此外，會看多用電表表盤，最上排不均勻刻度為測電阻時讀數(shù)刻度， 讀出表盤刻度后應乘以擋位倍率；中間刻度是均勻的， 為測量電壓和電流的讀數(shù)刻度，下面三排數(shù)字為方便讀數(shù)所標注；最下排刻度專為測量2.5 V以下交流電壓所用，

6、一般較少使用。2 .歐姆表的原理（1）歐姆表內有電源，紅表筆與內部電源負極相連，黑表筆與內部電源的正極相連，故其電流方向為“紅 表筆流進，黑表筆流出”。（2）測電阻的原理是閉合電路歐姆定律。當紅、黑表筆短接時，調節(jié)滑動變阻器R（即歐姆調零），使靈敏電流計滿偏，Ig=E一，此時中值電阻 R中=R+R+r,當兩表筆接入電阻 R時I=° °E一電阻 R+R+rR+R+r + RR與電路中的電流相對應，但不是線性關系，故歐姆表刻度不均勻。3 .歐姆表使用六注意（1）選擋接著調零；（2）換擋重新調零；（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

7、數(shù)之后要乘以倍率得阻值；（6）用完后，選擇開關要置于“ OFF擋或交流電壓最高擋?！咀兪接柧殹浚?）某同學用多用電表的歐姆擋測量一電流計 G的內阻（幾百歐），當他選擇倍率“X 100”進 行正確測量時，指針偏轉情況如圖1中“a”所示，誤差很大，為了減小測量誤差， 他應選擇倍率 （填 “X10”或“X 1 k”），正確操作后得到指針偏轉情況如圖1中的“ b”所示，則該電流計的內阻為 。（2）將G改裝成多用電表，如圖2所示，用此多用電表測量一阻值未知的電阻，所采用的器材及電路圖如圖3所示。測量電阻兩端電壓時，選擇開關K應接（填“1”“2”或“3”），電路開關S應,兩表筆并接在電阻兩端，且紅表筆接

8、（填“a” “b”或“ c”），記下電阻兩端電壓值U;測量通過電阻的電流時，選擇開關 K應接（填“1” “2”或“3”），開關 S應，紅表 筆接（填“a”“b”或"c”），黑表筆接 （填“a”“b”或“c”），記下通過電阻的電流I1,調節(jié)滑動變阻器滑片的位置，重復上述方法再測出兩組數(shù)據(jù)U2、12和3、I3,利用上述三組數(shù)據(jù)可求出被測電阻的阻值R=。解析：（1）當他選用倍率“x 100”進行正確測量時，指針偏角太大，說明所測電阻較小，應換用小倍率進行測量，即選用“X 10”倍率，由歐姆表讀數(shù)規(guī)則知電流計的內阻為36X10 Q = 360 Qo（2）因多用電表電流流向是“紅進黑出”，測量

9、電阻兩端電壓時，選擇開關K應接3,電路開關S應閉合，紅表筆接b,黑表筆接a；測量通過電阻的電流時，選擇開關K應接1,由題圖3可知，此時開關 S應斷開，紅表筆接c,黑表筆接b,串聯(lián)接入電路中，由歐姆定律及多次測量求平均值的方法可知，被測電阻的阻值R1 U U U=3 匚+Li二。、人1 U U U答案：（1）X 10360 a （2）3 閉合 b 1 斷開 c b 3 h+h+E考點二、研究小燈泡的伏安特性例（2017 全國I卷T23）某同學研究小燈泡的伏安特性。所使用的器材有：小燈泡L（額定電壓3.8 V,額定電流0.32 A）;電壓表V （量程3 V,內阻3 k Q）;電流表 A （量程0.

10、5 A ,內阻0.5 ）;固定電阻 R（阻 值1 000 ）;滑動變阻器 R阻值09.0 ）;電源E（電動勢5 V,內阻不計）；開關S;導線若干。（1）實驗要求能夠實現(xiàn)在 03.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量，畫出實驗電路原理圖。（2）實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖（a）所示。I mA2nl.lgT1501QO產idill!»!» , i. It±±圖m由實驗曲線可知,隨著電流的增加小燈泡的電阻 (填“增大” “不變”或“減小”),燈絲的電阻率(填“增大” “不變”或“減小”)。(b)所示的電路，調節(jié)滑動變阻器R的(3)用另一電源E)(電動勢4

11、V,內阻1.00 )和題給器材連接成圖阻值，可以改變小燈泡的實際功率。閉合開關S,在R的變化范圍內，小燈泡的最小功率為 W 最大 功率為 W (結果均保留2位小數(shù))【審題立意】本題考查小燈泡伏安特性曲線的實驗描繪，要注意明確實驗原理，知道實驗中分析數(shù)據(jù)的基 本方法。注意在分析功率時只能根據(jù)圖象進行分析求解，不能利用歐姆定律進行分析。【解題思路】(1)要實現(xiàn)在03.8 V的范圍內對小燈泡的電壓進行測量，則滑動變阻器廠©需要設計成分壓接法；電壓表。 V應與固定電阻 R串聯(lián)，將量程改為 4V。由于小燈泡正常 $7一二 發(fā)光時電阻約為12 Q,所以需將電流表外接。電路圖如圖所示。 用(2)

12、I-U圖象中隨著電流的增大，圖線的斜率變小，小燈泡的電阻增大。根據(jù)電阻定律R lr< =得燈絲的電阻率增大。S(3)當滑動變阻器接入電路中的阻值最大為9.0 Q時，流過小燈泡的電流最小，小燈泡的實際功率最小,把滑動變阻器視為等效電源內阻的一部分，在題圖(a)中畫出等效電源 E)'(電動勢4 V,內阻1.00 Q + 9.0 Q = 10 )的伏安特性曲線，函數(shù)表達式為U=4 10I (V),圖線如圖中I所示，故小燈泡的最小功率為Pmin = UI 1 =1.75 X0.225 W= 0.39 W。當滑動變阻器接入電路中的阻值最小為零時，流過 小燈泡的電流最大，小燈泡的實際功率最大

13、，在題圖(a)中畫出電源 后(電動勢4 V,內阻1.00 )的伏安特性曲線，函數(shù)表達式為U= 4-I (V),圖線如圖中n所示，故小燈泡的最大功率為Pnax= U212=3.68 X 0.318 W= 1.17 W。【參考答案】(1)見解析圖 (2)增大增大(3)0.391.17【技能提升】1 .描點作圖時的注意事項(1)單位長度的選取。(2)平滑連接各點。(3)盡量使圖線占滿整個坐標紙。2.非線性元件與某電源連接后實際功率的求法若該元件直接接在電源兩端，一般是在該元件的伏安特性曲線中作出電源的路端電壓隨電流變化的關系圖線，兩圖線的交點即該元件的工作點，利用P= UI求得元件的實際功率；若元件

14、與某定值電阻R串聯(lián)后再接E、內電阻為(r + R)的電源再進行分析。入電源兩端，則可將該定值電阻和電源等效為電源電動勢為它的電阻隨溫【變式訓練】某實驗小組要判定兩種元件的制作材料，已知其中一種是由金屬材料制成的,度的升高而增大，而另一種是由半導體材料制成的，它的電阻隨溫度的升高而減小，準備的器材有：A.電源E（電動勢為3.0 V ,內阻不計）B.電壓表Vi（量程03 V,內阻約1 k Q）C.電壓表 V2（量程015 V,內阻約4 k Q）D.電流表Ai（量程03 A,內阻約0.1 Q）E.電流表 4（量程00.6 A ,內阻約 0.6 Q）F.滑動變阻器R（05 Q, 3.0 A）G.滑動變

15、阻器 R（0200 " 1.25 A）H.開關和若干導線該小組成員對其中的一個元件進行了測試，測得通過其中的電流與加在它兩端的電壓數(shù)據(jù)如下表所示。U/V0.400.600.801.001.201.501.58I /A0.200.450.801.251.802.813.00請完成以下內容：（1）實驗中電壓表應選用 ，電流表應選用 ，滑動變阻器應選用 （填寫器材前對應 的字母）。（2）請根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖中作出該元件的 I-U圖線，該元件可能是由 （選填“金屬”或“半導體”） 材料制成的。（3）在（2）的基礎上，該同學進一步分析，如果讓一節(jié)電動勢為1.5 V、內阻為0.5 Q的干電池只對該

16、元件供電，則該元件消耗的功率為 W（結果保留兩位有效數(shù)字）。解析：（1）由表中數(shù)據(jù)可知電壓表選用的是B,電流表選用的是 D;滑動變阻器必須接成分壓式，應選用阻值較小的F。（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點并用平滑曲線連接，如圖中所示。由描繪的曲線可知，元件的電阻隨溫度的升高 而減小，所以元件是由半導體材料制成的。（3）在元彳的I-U圖線中作出干電池的I-U圖線，如圖中所示，可知交點坐標為U= 0.95 VI =1.1 A所以元件消耗的功率為P= UI= 1.0 Wo答案：(1)B D F (2)解析圖中所示半導體 (3)1.0考點三、測定電源的電動勢和內阻例 某同學利用圖甲所示電路測量電源電動勢和內阻。乙

17、(1)實驗中該同學記錄的實驗數(shù)據(jù)如下表，請在圖乙的直角坐標系中畫出U-I圖象。U/V1.961.861.801.741.641.56I /A0.050.150.250.350.450.55(2)根據(jù)所畫的U-I圖象，可求得電源電動勢E=V,內阻r=Qo(3)隨著滑動變阻器滑片的移動，電壓表示數(shù)及電源的輸出功率都會發(fā)生變化，則下列圖中能正確反映P與U關系的是 ,電源的最大輸出功率為 W(保留兩位有效數(shù)字)。(4)實驗完成后，該同學對實驗方案進行了反思，認為按圖甲電路進行實驗操作的過程中存在安全隱患, 并重新設計電路，在下列電路中，你認為相對合理的電路是 (R為未知小電阻)。A 'B &q

18、uot;C' D【解題思路】(1)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標系內描點并用直線連接，如圖所示。0.83 Q,即電源(2)由所畫U-I圖象可知，圖線與縱軸交點的縱坐標為2.0 V,圖線的斜率的絕對值約為電動勢E= 2.0 V ,內阻r = 0.83 Q。(3)電壓表測的是路端電壓，電源的輸出功率P= UI, IU內=E U,聯(lián)立可得P=- -r一 +左，故P-U圖線為一條過原點、開口向下的拋物線，圖C正確。當電源內電壓與路端電壓相等時，輸出功率最大，此時路端電壓是電動勢的一半，最大功率為P= 7- 1.2 Wo4r(4)圖A中，當滑動變阻器的滑片滑到最右端時，電源短路，存在安全隱患，A錯；圖B中滑

19、動變阻器采用分壓式接法，能保護電路，但不能測量出電路中的總電流，B錯；圖C中滑動變阻器采用限流式接法，既能保護電路，又能測出電源的電動勢和內阻，C對；圖D中能測出電源電動勢，但測不出電源的內電阻(測的是R+r), D錯。【參考答案】(1)見解析圖(2)2.00.83(3)C 1.2 (4)C【技能提升】測量電源的電動勢和內阻的基本原理是閉合電路歐姆定律，數(shù)據(jù)處理的主要思想方法是“化曲為直”，常用的方法有三種：1 .伏安法一一利用電壓表和電流表。閉合電路方程為E= U Ir ,利用兩組數(shù)據(jù)，聯(lián)立方程求解E和r；也可作出U I圖象，圖線的縱截距表示電源的電動勢，斜率的絕對值表示電源的內阻。. .

20、.r 2 .阻阻法一一利用電壓表和電阻箱。閉合電路方程為E= U(1 +r)。利用兩組數(shù)據(jù)聯(lián)立方程求解或將方程1 r 1 1U 11U線性化，處理為U= e- r+ E或U= r+ E,作u尚象或U RB象，利用圖線的截距和斜率求E和r。3.阻阻法一一利用電流表和電阻箱。閉合電路方程為E= I(R+ r),利用兩組數(shù)據(jù)聯(lián)立方程求解或將方程11r , 1 一0 一一，一 一 八一，一線性化，處理為= - R+ E,彳一R圖象，利用圖線的截距和斜率求E和r。【變式訓練】 某實驗小組甲、乙兩同學要測量一節(jié)干電池的電動勢和內阻。實驗室有如下器材可供選擇:A.待測干電池(電動勢約為1.5 V ,內阻約為

21、0.8 Q)B.電壓表V(量程15 V)C.電流表A(量程03 mA,內阻R=10 Q)D.定值電阻R阻值為50 Q)E.電流表 4(量程00.6 A ,內阻 R2=0.1 Q)F.電阻箱 R(0 9 999.9 Q)G.滑動變阻器(0201.0 A)H.開關、導線若干(1)甲同學采用伏安法測量，為了盡量減小實驗誤差，在下列四個實驗電路中應選用(2)甲同學根據(jù)實驗所測(或經過轉換)的數(shù)據(jù)描繪出電源的 UI圖線如圖甲所示，則被測電池的電動勢 EV,內阻r =Q。(結果均保留三位有效數(shù)字)(3)乙同學采用電流表和電阻箱進行測量，所用電路圖如圖乙所示，閉合開關后，改變電阻箱阻值，當電阻箱阻值為R時，

22、電流表示數(shù)為I1；當電阻箱阻值為 R時，電流表示數(shù)為I2,請用R2、R、R、11、I2表示被 測電池的電動勢 E=,電池的內阻 r =。解析：(1)因電壓表量程太大，直接使用誤差很大，因此可將電流表A與電阻箱串聯(lián)改裝成電壓表，電流 表A2測電流，所以選用 D（2）圖線與縱軸交點縱坐標約為1.48 V,即電源電動勢 E= 1.48 V,圖線的斜率的絕對值| k|1.48 1.1000.45 0.844 Q,即電源的內阻r=0.844 Qo _ I1I2R-R2I1RI2R 由閉合電路歐姆定律知E= I1(R+R2+r), E= I2(R+R2+ r),聯(lián)立得E=一一, r = 一一I 2 I 1

23、I 2 I 1I1I2RR2答案：(1)D(2)1.480.844(3)-I 2 I 1I1R-I2R2-；R2I 2 I 1考點四、電學創(chuàng)新拓展實驗例（2017 全國H卷T23）某同學利用如圖（a）所示的電路測量一微安表（量程為100 A,內阻大約為2500 ）的內阻?？墒褂玫钠鞑挠校簝蓚€滑動變阻器R、R（其中一個阻值為20 Q,另一個阻值為 2000 ）;電阻箱R（最大阻值為99999.9 ）;電源 E（電動勢約為1.5 V）;單刀開關S和S2。C D分別為兩個滑動變阻器 的滑片。（1）按原理圖（a）將圖（b）中的實物連線。（2）完成下列填空：R的阻值為 Q （填“20”或“2000”）。

24、為了保護微安表，開始時將R的滑片C滑到接近圖（a）中滑動變阻器的 端（填“左”或“右”）對應的位置；將 R的滑片D置于中間位置附近。將電阻箱 R的阻值置于2500.0 Q,接通Sio將R的滑片置于適當位置，再反復調節(jié) R的滑片D的位 置。最終使得接通 S2前后，微安表的示數(shù)保持不變，這說明 白接通前B與D所在位置的電勢 （填“相 等”或“不相等”）。將電阻箱 R和微安表位置對調，其他條件保持不變，發(fā)現(xiàn)將R的阻值置于2601.0 Q時，在接通S2前后，微安表的示數(shù)也保持不變。待測微安表的內阻為 Qo（結果保留到個位）（3）寫出一條提高測量微安表內阻精度的建議： 【審題立意】 本題以測定微安表內阻實驗為背景，考查了根據(jù)實驗原理圖連接實物圖的能力、對實驗原理的分析能力以及涉及精度改良方法的實驗設計能力?！窘忸}思路】（1）根據(jù)題中的原理圖（a）,將題圖（b）中的實物連線如圖所示。(2)R起分壓作用，應選用最大阻值較小的滑動變阻器，即 R的電阻為20 Qo為了保護微安表，閉 合開關前，滑動變阻器 R