第十章專題強(qiáng)化十六電學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合

專題強(qiáng)化十六電學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合目標(biāo)要求1.了解差值法、半偏法、等效法、電橋法等測電阻的方法.2.學(xué)會(huì)替換和改裝電表進(jìn)行實(shí)驗(yàn).3.會(huì)利用電學(xué)實(shí)驗(yàn)知識探究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案．題型一測電阻的其他幾種方法考向1差值法測電阻1．電流表差值法(如圖所示)(1)基本原理：定值電阻R0的電流I0＝I2－I1，電流表兩端的電壓U1＝(I2－I1)R0.(2)可測物理量：①若R0為已知量，可求得電流表的內(nèi)阻r1＝eq\f(I2－I1R0,I1)；②若r1為已知量，可求得R0＝eq\f(I1r1,I2－I1).2．電壓表差值法(如圖所示)(1)基本原理：定值電阻R0的電壓U0＝U2－U1，流過電壓表的電流I1＝eq\f(U2－U1,R0).(2)可測物理量：①若R0為已知量，可求得電壓表的內(nèi)阻r1＝eq\f(U1,U2－U1)R0；②若r1為已知量，可求得R0＝eq\f(U2－U1,U1)r1.例1(2019·天津卷·9(3))現(xiàn)測定長金屬絲的電阻率．(1)某次用螺旋測微器測量金屬絲直徑的結(jié)果如圖所示，其讀數(shù)是______mm.(2)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)電路，盡量準(zhǔn)確地測量一段金屬絲的電阻．這段金屬絲的電阻Rx約為100Ω，畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并標(biāo)明器材代號．電源E(電動(dòng)勢10V，內(nèi)阻約為10Ω)電流表A1(量程0～250mA，內(nèi)阻R1＝5Ω)電流表A2(量程0～300mA，內(nèi)阻約為5Ω)滑動(dòng)變阻器R(最大阻值10Ω，額定電流2A)開關(guān)S及導(dǎo)線若干(3)某同學(xué)設(shè)計(jì)方案正確，測量得到電流表A1的讀數(shù)為I1，電流表A2的讀數(shù)為I2，則這段金屬絲電阻的計(jì)算式Rx＝________.從設(shè)計(jì)原理看，則測量值與真實(shí)值相比________(填“偏大”“偏小”或“相等”)．例2(2023·江蘇省揚(yáng)州中學(xué)模擬)某實(shí)驗(yàn)小組要精確測定額定電流為0.002A的純電阻電燈正常工作時(shí)的電阻，已知該燈正常工作時(shí)的電阻大約為1000Ω.實(shí)驗(yàn)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(dòng)變阻器R3H．蓄電池E(電動(dòng)勢為20V，內(nèi)阻很小)I．開關(guān)S一個(gè)(1)甲同學(xué)先進(jìn)行電流表A1，和電壓表V1的讀數(shù)練習(xí)，其正確的讀數(shù)分別為________A、________V.(2)乙同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖電路測量電燈電阻．①請你幫他選擇合適的器材，電表1應(yīng)選________，定值電阻應(yīng)選________．(均填寫器材前的字母代號)②測量電燈電阻的表達(dá)式為Rx＝____________.(用物理量的字母表示)③實(shí)驗(yàn)時(shí)，不斷改變滑動(dòng)變阻器的阻值，當(dāng)電表2的示數(shù)達(dá)到________時(shí)，其對應(yīng)的結(jié)果為電燈正常工作時(shí)的電阻．考向2半偏法測電表內(nèi)阻1．電流表半偏法(電路圖如圖所示)(1)實(shí)驗(yàn)步驟①先斷開S2，再閉合S1，將R1由最大阻值逐漸調(diào)小，使電流表讀數(shù)等于其量程Im；②保持R1不變，閉合S2，將電阻箱R2由最大阻值逐漸調(diào)小，當(dāng)電流表讀數(shù)等于eq\f(1,2)Im時(shí)記錄下R2的值，則RA＝R2.(2)實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)閉合S2時(shí)，因?yàn)镽1?RA，故總電流變化極小，認(rèn)為不變?nèi)詾镮m，電流表讀數(shù)為eq\f(Im,2)，則R2中電流為eq\f(Im,2)，所以RA＝R2.(3)誤差分析①測量值偏?。篟A測＝R2＜RA真．②原因分析：當(dāng)閉合S2時(shí)，總電阻減小，總電流增大，大于原電流表的滿偏電流，而此時(shí)電流表半偏，所以流經(jīng)R2的電流比電流表所在支路的電流大，R2的電阻比電流表的電阻小，而我們把R2的讀數(shù)當(dāng)成電流表的內(nèi)阻，故測得的電流表的內(nèi)阻偏?。蹨p小誤差的方法：選電動(dòng)勢較大的電源E，選阻值非常大的滑動(dòng)變阻器R1，滿足R1?RA.2．電壓表半偏法(電路圖如圖所示)(1)實(shí)驗(yàn)步驟①將R2的阻值調(diào)為零，閉合S，調(diào)節(jié)R1的滑動(dòng)觸頭，使電壓表讀數(shù)等于其量程Um；②保持R1的滑動(dòng)觸頭不動(dòng)，調(diào)節(jié)R2，當(dāng)電壓表讀數(shù)等于eq\f(1,2)Um時(shí)記錄下R2的值，則RV＝R2.(2)實(shí)驗(yàn)原理：RV?R1，R2接入電路時(shí)可認(rèn)為電壓表和R2兩端的總電壓不變，仍為Um，當(dāng)電壓表示數(shù)調(diào)為eq\f(Um,2)時(shí)，R2兩端電壓也為eq\f(Um,2)，則二者電阻相等，即RV＝R2.(3)誤差分析①測量值偏大：RV測＝R2>RV真．②原因分析：當(dāng)R2的阻值由零逐漸增大時(shí)，R2與電壓表兩端的總電壓也將逐漸增大，因此電壓表讀數(shù)等于eq\f(1,2)Um時(shí)，R2兩端的電壓將大于eq\f(1,2)Um，使R2>RV，從而造成RV的測量值偏大．顯然電壓表半偏法適用于測量內(nèi)阻較大的電壓表的電阻．③減小誤差的方法：選電動(dòng)勢較大的電源E，選阻值較小的滑動(dòng)變阻器R1，滿足R1?RV.例3(2023·江蘇常州市模擬)某實(shí)驗(yàn)小組利用圖甲所示電路測量電流表A的內(nèi)阻，可選用的器材有：A．待測電流表A(量程1mA，內(nèi)阻rg約100Ω)B．電阻箱R1(最大阻值為999.9Ω)C．電阻箱R2(最大阻值為99999.9Ω)D．電源E1(電動(dòng)勢約為6V)E．電源E2(電動(dòng)勢約為12V)F．開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)按圖甲電路，閉合開關(guān)S1前，應(yīng)將R2調(diào)到________；閉合開關(guān)S1，調(diào)節(jié)R2使電流表滿偏；(2)再閉合開關(guān)S2，調(diào)節(jié)R1，使電流表半偏，此過程中R2應(yīng)________；(3)實(shí)驗(yàn)中R1的示數(shù)如圖乙所示，被測電流表的內(nèi)阻rg＝________Ω；(4)關(guān)于實(shí)驗(yàn)測量誤差的分析正確的是________；A．測得的電流表內(nèi)阻偏大B．測得的電流表內(nèi)阻偏小C．為減小測量誤差應(yīng)選擇電動(dòng)勢大的電源D．為減小測量誤差應(yīng)選擇電動(dòng)勢小的電源(5)若要將已測內(nèi)阻的電流表改裝成量程為1.5V的電壓表，與其連接的電阻阻值為________Ω，為校準(zhǔn)該電壓表，用筆畫線替代導(dǎo)線完成如圖丙所示校準(zhǔn)電路的實(shí)物連接．例4(2023·江蘇泰州市模擬)某同學(xué)要測量量程為3V的電壓表的內(nèi)阻，步驟如下：(1)先用多用電表的歐姆擋粗測該電壓表的內(nèi)阻值，選擇開關(guān)撥至“×100”擋，表盤示數(shù)如圖甲所示，則阻值約為________kΩ.若將歐姆表換一個(gè)電動(dòng)勢相同，但內(nèi)阻更大的電池，重新歐姆調(diào)零后測量該電壓表內(nèi)阻，其測量結(jié)果________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)；(2)該同學(xué)改用如圖乙所示電路測量電壓表內(nèi)阻RV，實(shí)驗(yàn)過程如下：A．按電路圖正確連接好電路，將滑動(dòng)變阻器R1的滑片移到最左端B．閉合開關(guān)S1和S2并調(diào)節(jié)R1，使電壓表的指針指到滿刻度C．保持開關(guān)S1閉合以及滑動(dòng)變阻器R1的滑片位置不變，斷開S2，調(diào)整電阻箱R2的阻值，使電壓表的指針指到滿刻度的eq\f(2,3)D．讀出此時(shí)電阻箱R2的阻值①若電阻箱R2為1.15kΩ，則RV＝________kΩ；②用上述方法得到電壓表內(nèi)電阻的測量值R測______(選填“大于”“等于”或“小于”)R真；③若實(shí)驗(yàn)中測得的結(jié)果R測＝2.4kΩ，要將這個(gè)電壓表改裝成量程為5V的電壓表，則應(yīng)串聯(lián)一個(gè)阻值為R串＝________kΩ的定值電阻；④為了使上述根據(jù)R測計(jì)算后改裝的電壓表能更準(zhǔn)確地測量電壓，下面做法中可行的是________．A．在R串旁邊再串聯(lián)一個(gè)比R串小得多的電阻B．在R串旁邊再串聯(lián)一個(gè)比R串大得多的電阻C．在R串兩端再并聯(lián)一個(gè)比R串小得多的電阻D．在R串兩端再并聯(lián)一個(gè)比R串大得多的電阻考向3等效替代法測電阻如圖所示，先讓待測電阻串聯(lián)后接到電動(dòng)勢恒定的電源上，調(diào)節(jié)R2，使電表指針指在適當(dāng)位置讀出電表示數(shù)；然后將電阻箱串聯(lián)后接到同一電源上，保持R2阻值不變，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電表的讀數(shù)仍為原來記錄的讀數(shù)，則電阻箱的讀數(shù)即等于待測電阻的阻值．例5(2023·江蘇連云港市高三檢測)某同學(xué)用如圖甲所示的電路測量未知電阻Rx的阻值．已知電源電動(dòng)勢約為4.5V，內(nèi)阻約為1.5Ω，電壓表滿偏電壓為3V，定值電阻R0＝3.5Ω，電阻箱R最大阻值為99.9Ω.(1)將S2接1，閉合開關(guān)S1前，該同學(xué)首先將電阻箱的阻值調(diào)到最大，這樣操作是________(選填“正確”或“錯(cuò)誤”)的；(2)多次改變電阻箱R的阻值，得到對應(yīng)電壓表的示數(shù)U如下表，請根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖乙中作出U－R關(guān)系圖像；電阻R/Ω1.02.04.06.08.010.0電壓U/V0.751.282.002.452.763.00(3)斷開S1，將S2接2，再閉合S1，電壓表示數(shù)為1.60V，利用(2)中測繪的U－R圖像可得Rx＝________Ω，考慮到電壓表為非理想電表，則Rx測量值______(選填“大于”“小于”或“等于”)真實(shí)值；(4)為了更方便地測量多種未知電阻，圖甲虛線框中電路可作為歐姆表使用，電壓表表盤改動(dòng)后正確的是________．考向4電橋法測電阻(1)操作：如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)電阻箱R3，使靈敏電流計(jì)G的示數(shù)為0.(2)原理：當(dāng)IG＝0時(shí)，有UAB＝0，則UR1＝UR3，UR2＝URx；電路可以等效為如圖乙所示．根據(jù)歐姆定律有eq\f(UR1,R1)＝eq\f(UR2,R2)，eq\f(UR1,R3)＝eq\f(UR2,Rx)，由以上兩式解得R1Rx＝R2R3或eq\f(R1,R2)＝eq\f(R3,Rx)，這就是電橋平衡的條件，由該平衡條件可求出被測電阻Rx的阻值．例6某同學(xué)利用如圖(a)所示的電路測量一微安表(量程為100μA，內(nèi)阻大約為2500Ω)的內(nèi)阻．可使用的器材有：兩個(gè)滑動(dòng)變阻器R1、R2(其中一個(gè)阻值為20Ω，另一個(gè)阻值為2000Ω)；電阻箱Rz(最大阻值為99999.9Ω)；電源E(電動(dòng)勢約為1.5V)；開關(guān)S1和S2.C、D分別為兩個(gè)滑動(dòng)變阻器的滑片．(1)按原理圖(a)將圖(b)中的實(shí)物連線．(2)完成下列填空：①R1的阻值為________Ω(填“20”或“2000”)．②為了保護(hù)微安表，開始時(shí)將R1的滑片C滑到接近圖(a)中滑動(dòng)變阻器的________端(填“左”或“右”)對應(yīng)的位置；將R2的滑片D置于中間位置附近．③將電阻箱Rz的阻值置于2500.0Ω，接通S1.將R1的滑片置于適當(dāng)位置，再反復(fù)調(diào)節(jié)R2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S2接通前B與D所在位置的電勢________(填“相等”或“不相等”)．④將電阻箱Rz和微安表位置對調(diào)，其他條件保持不變，發(fā)現(xiàn)將Rz的阻值置于2601.0Ω時(shí)，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(nèi)阻為______Ω(結(jié)果保留到個(gè)位)．(3)寫出一條提高測量微安表內(nèi)阻精度的建議：_______________________________________________________________________.題型二定值電阻在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用定值電阻在電路中的主要作用(1)保護(hù)作用：保護(hù)電表，保護(hù)電源．(2)測量作用：已知電壓的定值電阻相當(dāng)于電流表，已知電流的定值電阻相當(dāng)于電壓表，主要有如圖所示兩種情況：圖甲中流過電壓表V2的電流：I2＝eq\f(U1－U2,R)；圖乙中電流表A2兩端的電壓U2＝(I1－I2)R；(3)擴(kuò)大作用：測量電路中用來擴(kuò)大電表量程；當(dāng)待測電阻過小時(shí)，可串聯(lián)定值電阻用來擴(kuò)大待測量．例7(2021·湖南卷·12)某實(shí)驗(yàn)小組需測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，器材有：一節(jié)待測電池、一個(gè)單刀雙擲開關(guān)、一個(gè)定值電阻(阻值為R0)、一個(gè)電流表(內(nèi)阻為RA)、一根均勻電阻絲(電阻絲總阻值大于R0，并配有可在電阻絲上移動(dòng)的金屬夾)、導(dǎo)線若干．由于缺少刻度尺，無法測量電阻絲長度，但發(fā)現(xiàn)桌上有一個(gè)圓形時(shí)鐘表盤．某同學(xué)提出將電阻絲繞在該表盤上，利用圓心角來表示接入電路的電阻絲長度．主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)將器材如圖(a)連接；(2)開關(guān)閉合前，金屬夾應(yīng)夾在電阻絲的________端(填“a”或“b”