专题11 电学实验-2014年高考物理考纲解读及热点难点试题演练

1.近几年新课标全国卷中没有电表读数题目，但各自主命题省份的高考卷中多次出现电表读 数问题和多用电表的使用问题，预计今后新课标全国卷中考查电表读数与多用电表使用的可 能性较大，应该重视 2.“测量金属的电阻率” 和“描绘小灯泡的伏安特性曲线 ”两实验，实际上均与“ 伏安法测电阻”无 多大区别，考查的重点是仪器的选择、电路设计、实物连线和数据处理四个方面，估计今后 课标卷对这两个实验考查应是重点之一 3.测量电源的电动势和内阻是闭合电路欧姆定律的应用，全面考查电流表、电压表和滑动变 阻器的使用，是高中物理中最典型的实验之一近几年新课标全国卷中虽然没有考查，但预 计将是今后命题的重点内容考查的重点放在实验原理的研究、电路的设计、电表选择、实 物连线和数据处理等方面 【高考预测】 一、电学测量仪器的使用与读数 1电流表、电压表、欧姆表的比较 仪器 极性 量程选择 读数 电流表 电压表 使指针指示比满偏刻度的 多的位置 13 3 V 和 3 A 量程估读到 最小分度的 ；15 V 110 量程估读到最小分度 的 ； 0.6 A 量程应估 15 读到最小分度的 12 欧姆表 有正、负极的电表， 电流由电表的正极 流入，负极流出.Com 使指针尽量指在表盘中间 位置 取两位有效数字并乘 以相应挡位的倍率 2.使用多用电表“四忌” (1)忌不调零就使用多用电表 (2)忌搞错连接方式，测电压需并联测电流需串联 - 2 - (3)忌用手接触测试笔的金属杆 (4)忌用多用电表测不是 50 Hz 的交流电普通多用电表的交流挡位是按照 50 Hz 设计的，不 能准确测量其他频率的交流电 3电学仪器的选择 (1)电源的选择 一般可以根据待测电路的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源 (2)电表的选择 一般根据电源的电动势或待测电器的额定电压选择电压表；根据待测电流的最大电流选择电 流表；选择的电表的量程应使电表的指针摆动的幅度较大，一般应使指针能达到半偏以上， 以减小读数的偶然误差，提高精确度 二、电流表内外接法的比较与选择 比较项目 电流表内接法 电流表外接法 电路 误差来源 电流表的分压 电压表的分流 测量结果 R 测 Rx，偏大 UI R 测 R x，偏大 R 测 U/IR x，偏小 适用条件 RxRA(测大电阻 ) RVRx(测小电阻) 2控制电路( 滑动变阻器的接法)的比较与选择 (1)控制电路的比较： 比较项目 限流式接法 分压式接法 电路 电压调节的范围 EE RR R0 0E 电能损耗 节能 耗能 电路连接 简便 复杂 (2)控制电路的选择： 以下情况考虑分压式接法：要求待测电路的 U、I 从 0 变化；R 滑 Rx；选用限流式接 法时，U x、I x 过大(超过电表量程，烧坏电表、电源或用电器等 )或 Ux、I x 过小( 最大值不超过电 表满量程的 ，读数误差大) 13 三、多用电表的使用“三注意” (1)电流的流向 由于使用多用电表时不管测量项目是什么，电流都要从电表的“+”插孔(红表笔) 流入，从“-” 插 - 6 - 孔(黑表笔) 流出，所以使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是 红表笔。 (2)要区分开“机械零点”与“ 欧姆零点” “机械零点” 在表盘刻度左侧 “0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝;“ 欧姆零点”在表盘刻 度的右侧电阻刻度“0 ”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮。 (3)选倍率 测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡刻度的非线性，使用欧姆挡测电阻时， 表头指针偏转过大或过小都有较大误差。通常只使用表盘中间一段刻度范围，指针偏转角度 在满偏到满偏之间为测量的有效范围。如当待测电阻约为 2 k 时，应采用“ 100”挡。 【方法技巧】多用电表的使用步骤： (1)选倍率，一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率，如估计值为 200 就应该 选“ 10 ”的倍率 ; (2)进行欧姆调零; (3)将红黑表笔接被测电阻两端进行测量; (4)将指针示数乘以倍率，得测量值; (5)测量结束后，将选择开关扳到“OFF ”挡或交流电压最高挡。 特别注意：用欧姆挡测电阻时，如果指针偏转角度太小(即指针所指的欧姆刻度值太大 )，应 该适当增大倍率重新调零后再测量;如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太小) ， 应该适当减小倍率重新调零后再测量。 考点 1、电表的读数及多用电表的使用 【例 1】 (2013新课标全国卷，23) 某学生实验小组利用图 511 1 所示电路，测量多用电 表内电池的电动势和电阻“1k”挡内部电路的总电阻使用的器材有： 多用电表；电压表：量程 5 V，内阻十几千欧； 滑动变阻器：最大阻值 5 k；导线若干 回答下列问题： (1)将多用电表挡位调到电阻“1k”挡，再将红表笔和黑表笔_，调零点 (2)将图 511 1 中多用电表的红表笔和 _(填“1” 或 “2”)端相连，黑表笔连接另一端 (3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图 5112 甲所示，这时电压 表的示数如图 511 2 乙所示多用电表和电压表的读数分别为_k 和_ V. (4)调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零此时多用电表和电压表的读数分别为 12.0 k 和 4.00 V从测量数据可知，电压表的内阻为 _ k. (5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联 而成的电路，如图 511 3 所示根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电 动势为_V，电阻“1k”挡内部电路的总电阻为_ k. - 8 - 【变式探究】 (1)图 511 5 甲用 0.6 A 量程时， 对应刻度盘上每一小格代表_A，表针的示数是_A；当使用 3 A 量程时，对应 刻度盘上每一小格代表_A，图中表针示数为_A. 图 5115 乙使用较小量程时，每小格表示_V，图中指针的示数为 _V若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示_ V，图中表针指示的 是_V. (2)旋钮式电阻箱如图 5116 所示，电流从接线柱 A 流入，从 B 流出，则接入电路的电阻 为_.今欲将接入电路的电阻改为 208 7，最简单的操作方法是_若用两个这 样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为_ 考点 2、测量电阻率和描绘伏安特性曲线 【例 2】 (2013广东卷，34(2)图 5117(a) 是测量电阻 Rx 的原理图，学生电源输出电压可 调，电流表量程选 0.6 A(内阻不计) ，标有长度刻度的均匀电阻丝 ab 的总长为 30.0 cm. - 10 - 根据原理图连接图(b)的实物图 断开 S2，合上 S1；调节电源输出电压为 3.0 V 时，单位长度电阻丝的电压 u_ V/cm，记录此时电流表 A1 的示数 保持 S1 闭合，合上 S2；滑动 c 点改变 ac 的长度 L，同时调节电源输出电压，使电流表 A1 的示数与步骤记录的值相同，记录长度 L 和 A2 的示数 I，测量 6 组 L 和 I 值，测量数据已在 图(c) 中标出，写出 Rx 与 L、I、u 的关系式 Rx_；根据图(c)用作图法算出 Rx_ . 解析 实物图如图所示 【特别提醒】 1实物图连接注意 (1)一般先从电源正极开始，须看电流的方向，将干路元件依次连线； (2)最后并接电压表； (3)连线时要注意电表的正、负接线柱，要使电流从正接线柱流入，负接线柱流出 2实验数据的处理 - 12 - (1)常见的处理方法有： 列表法；图象法；平均值法 (2)用图象分析处理实验数据，有以下的要求： 需要的数据至少为 6 组 可以根据物理规律、公式的计算，分析应该得到图线是直线还是曲线 描点、连线、取点、得数据把实验获取的各组数据对应的点描在坐标系内，在剔除不符 合规律的“点” 后，用一条平滑的细线把各有效的点连接起来，切记不能连接成折线从所连 的线上取需要的点，从而得出相应的数据 3几种常用的测量电阻的方法 (1)欧姆表测电阻 最直接测量电阻的仪表但是一般用欧姆表测量时只能进行粗测，为下一步的测量提供一个 参考依据 (2)伏安法测电阻 伏安法测电阻是最典型的测量方法两种电路：内接法和外接法 (3)等效替代法测电阻 等效替代法就是在测量的过程中，让通过待测电阻的电流(或电压) 和通过电阻箱的电流(或电 压)相等则电阻箱的读数就是待测电阻的数值使用电流表和电压表等效替代法测电阻的两 种电路如图甲、乙所示 (4)半偏法测电阻 测量电流表内阻(如图丙所示 )和测量电压表内阻(如图丁所示)常用半偏法 【变式探究】 (1)有一个小灯泡上标有 “4 V，2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的 UI 图线，有 下列器材供选用： A电压表(05 V，内阻 10 k) B电压表(0 10 V，内阻 20 k) C电流表(0 0.3 A，内阻 1 ) D电流表(00.6 A，内阻 0.4 ) E滑动变阻器(5 ，1 A) F滑动变阻器(500 ，0.2 A) 实验中电压表应选用_，电流表应选用_为使实验误差尽量减小，要求电压 表从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用_(用序号字母表示) 请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把图 5119 中所示的实验器材用实线连接 成相应的实物电路图 根据 UI 图象，当灯泡两端所加电压为 3.2 V 时，电功率为_ W. - 14 - 考点 3、测量电源的电动势和内阻 【例 3】 (2013浙江卷，22) 采用如图 51111 所示的电路“ 测定电池的电动势和内阻” (1)除了选用图 51112 照片中的部分器材外， _(填选项)； A还需要电压表 B还需要电流表 C还需要学生电源 D不再需要其他器材 (2)测量所得数据如下： 测量次数 物理量 1 2 3 4 5 6 R/ 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 I/A 0.60 0.70 0.80 0.89 1.00 1.20 U/V 0.90 0.78 0.74 0.67 0.62 0.43 用作图法求得电池的内阻 r_； (3)根据第 5 次所测得的实验数据，求得电流表内阻 RA_. 【变式探究】 用如图 51113 的电路图测电源的电动势和内电阻，提供的器材如图 5 1114 所示，根据某次实验数据作出的 UI 图线如图 51115 所示 (1)实验时应将多用电表的选择开关旋至_挡(填“”、 “V”或“mA”)，根据图象电流表的量 程应选择_( 填“0 0.6 A”或“03 A”) (2)用实线代表导线把图 51115 所示的实物连接成完整的测量电路 (3)由此图线求得的电源内电阻 r_ .(结果保留两位有效数字) - 16 - 从近几年新课标全国卷中的电学实验来看，没有考查考试说明中要求的具体实验，全部是创 新型试题.试题的考查重点仍是电阻的测量，多次出现电阻测量或描绘伏安特性曲线；另外还 考查电路设计，根据要求，设计合理的电路；实物连线和数据处理也是重点考查的对象 【应考必备】 掌握基本的恒定电流的物理规律，最常用仪器使用规则，考试说明中的每个电学实验的基本 要求和典型的电路是做好电学创新试题的基础基本规律是欧姆定律，常用仪器是电压表、 电流表和滑动变阻器，典型电路是测量电阻的内接与外接法，滑动变阻器的分压与限流法， 测量电源电动势的三种电路等在掌握基本知识的基础上，能将自己学过的实验原理、实验 方案、实验方法和数据处理的方法技巧迁移应用到创新型试题的解决过程中 【例 1】 （2013 重庆卷)某同学对有故障的电热毯进行探究图 51118 是电热毯的电路示 意图，其中电热线和导线通过金属接线片连接图 51119 为测试电路实物图，A、B 为测 试表笔，电压表内阻很大，可视为理想电表 请在虚线框内画出与图 5 1119 对应的电路图 断开 K1，用上述测试电路在 1 和 1之间检测得知电热线无故障，然后测得电热线的 UI 曲 线如图 51120 所示，已知电热线材料的电阻率为 2.8107 m，电热线的直径为 0.200 mm.可求得此电热线的电阻为_ k，总长度为_ m(结果均保留两位有效数字) 为了进一步检查故障，该同学闭合开关 K1 和 K2，用表笔 A 和 B 分别对图 511 18 中所 示的各点进行测试，部分测试结果如下表所示由此测试结果可判断出电路有断路，位置在 _之间(在“1 和 2”、 “1和 2”、 “2 和 3”、 “2和 3”中选填一项). 测试点 3 和 3 1 和 1 1 和 3 1 和 2 2和 3 电压表 有 有 无 有 无电表指针 有无偏转 电流表 无 有 有 无 有 【特别提醒】解决创新型实验的关键是确定实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点， 它决定应当测量哪些物理量、如何安排实验步骤、如何处理数据等实验原理的确定，要根 据问题的要求和给出的条件，回顾分组实验和演示实验，寻找能够迁移应用的实验原理，或 者回顾物理原理，寻找有关的物理规律，设法创设相关的物理情景，并根据已掌握的基本仪 器核对是否能够测出必须测定的物理量因此，掌握基本仪器的使用方法、基本的实验方法 和基本物理原理是解答创新型实验题的基础 【变式探究】 在“测定直流电动机的效率”的实验中，用图 51121 所示的电路测定一个额 定电压为 6 V，额定功率为 3 W 的直流电动机的机械效率 - 18 - 根据电路图在图 511 22 中完成实物图的连线； 实验中保持电动机两端电压 U 恒为 6 V，重物每次匀速上升的高度 h 均为 1.5 m，所测物理 量及测量结果如下表所示： 实验次数 1 2 3 4 5 电动机的电流 I/A 0.2 0.4 0.6 0.8 2.5 所提重物的重力 mg/N 0.8 2.0 4.0 6.0 6.5 重物上升时间 t/s 1.4 1.65 2.1 2.7 重物不 运动 计算电动机效率 的表达式为_(用符号表示) ，前 4 次实验中电动机工作效率的平均 值为_ 在第 5 次实验中，电动机的输出功率是 _，可估算出电动机线圈的电阻为 _ . 【变式探究】 某同学用如图 51123 所示的实验电路测定某电源内阻 r 和一段电阻线的电 阻率ab 是一段粗细均匀的电阻线，横截面积 S0.1 mm2，定值电阻 R2 ，电源电动势 E9 V，滑动片 P 与电阻线接触良好，aP 长度用 x 表示，电流表内阻及导线电阻不计实验 时闭合开关，调节 P 的位置，通过读数、计算，将 x 和与之对应的 数据记录在下表 1I x(m) 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 (A 1) 1I 0.44 0.56 0.67 0.78 0.89 (1)在图 511 24 中画出 x 图象 1I (2)根据图和相关数据，求出该电源内阻 r_ ；电阻线电阻率 _ m.(保 留两位有效数字) (3)在实验过程中，该同学发现电流表的示数有时过大，为防止损坏电流表，对实验电路进行 了重新设计要既能保证测出电源内阻和电阻率，又能防止电流表烧坏，以下电路图可行的 是_ - 20 - 1 (2013新课标全国卷，23)某同学用量程为 1 mA、内阻为 120 的表头按图 51125(a) 所 示电路改装成量程分别为 1 V 和 1 A 的多用电表图中 R1 和 R2 为定值电阻，S 为开关回答 下列问题： (1)根据图(a)所示的电路，在图(b)所示的实物图上连线 (2)开关 S 闭合时，多用电表用于测量_(填“电流”、 “电压” 或“电阻”)；开关 S 断开时， 多用电表用于测量_(填“电流”、 “电压”或“ 电阻”) (3)表笔 A 应为_色(填“红” 或“黑”) (4)定值电阻的阻值 R1_ ，R 2_ .(结果取 3 位有效数字) 图 51125 2 (2013江苏卷，10) 为探究小灯泡的电功率 P 和电压 U 的关系，小明测量小灯泡的电压 U 和电流 I，利用 PUI 得到电功率实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V，1.8 W”，电源为 12 V 的电池，滑动变阻器的最大阻值为 10 . (1)准备使用的实物电路如图 51126 所示请将滑动变阻器接入电路的正确位置(用笔画 线代替导线) (2)现有 10 、20 和 50 的定值电阻，电路中的电阻 R1 应选_ 的定值电阻 - 22 - (3)测量结束后，应先断开开关，拆除_两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器 材 (4)小明处理数据后将 P、U 2 描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图 51127 所示请 指出图象中不恰当的地方 3某同学在实验室测汽车电热器的电功率，此电热器额定电压为 12 V实验室备有下列器 材： A输出电压为 16 V 的学生电源 B量程为 0 3 A 的电流表，内阻约 0.1 C量程为 0 0.6 A 的电流表，内阻约 0.5 D量程为 03 V 的电压表，内阻约 3 k E量程为 0 15 V 的电压表，内阻约 15 k F 010 ，0.5 A 的滑动变阻器 G0 10 ，2 A 的滑动变阻器 H导线，开关 该同学测量的数据记录如下： U/V 2.4 3.0 5.0 8.0 10.0 12.0 I/A 0.15 0.20 0.30 0.40 0.45 0.50 (1)该电热器的阻值是否恒定不变？答：_(填“是”或“ 不是”) (2)合理选择实验器材：电流表选_，电压表选_，滑动变阻器选_ (3)请画出电路图 (4)电热器的额定功率为_ 4 (2013北京卷，21) 某同学通过实验测定一个阻值约为 5 的电阻 Rx 的阻值 (1)现有电源(4V，内阻可不计 )、滑动变阻器(050 ，额定电流 2 A)、开关和导线若干，以及 下列电表： A电流表(03 A，内阻约 0.025 ) B电流表(0 0.6 A，内阻约 0.125 ) - 24 - C电压表(0 3 V，内阻约 3 k ) D电压表(015 V，内阻约 15 k ) 为减小测量误差，在实验中，电流表应选用_，电压表应选用_(选填器材前的 字母)；实验电路应采用图 51128 中的_( 选填“甲” 或“乙”) (2)图 511 29 是测量 Rx 的实验器材实物图，图中已连接了部分导线请根据在 (1)问中所 选的电路图，补充完成图 5 1129 中实物间的连线 (3)接通开关，改变滑动变阻器滑片 P 的位置，并记录对应的电流表示数 I、电压表示数 U.某 次电表示数如图 511 30 所示，可得该电阻的测量值 Rx _(保留两位有效数 UI 字) (4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是 _；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是_( 选填选项前的字母) A电流表测量值小于流经 Rx 的电流值 B电流表测量值大于流经 Rx 的电流值 C电压表测量值小于 Rx 两端的电压值 D电压表测量值大于 Rx 两端的电压值 (5)在不损坏电表的前提下，将滑动变阻器滑片 P 从一端滑向另一端，随滑片 P 移动距离 x 的 增加，被测电阻 Rx 两端的电压 U 也随之增加，下列反映 Ux 关系的示意图中正确的是 _ 5 (2013安徽卷，21、).(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测 微器测定合金丝直径的过程如图 51131 所示，校零时的读数为_mm ，合金丝的 - 26 - 直径为_mm. (2)为了精确测量合金丝的电阻 Rx，设计出如图 51132 所示的实验电路图，按照该电路图 完成图 51133 中的实物电路连接 .根据闭合电路欧姆定律，用图 51134 所示电路可以测定电池的电动势和内电阻图中 R0 是定值电阻，通过改变 R 的阻值，测出 R0 两端的对应电压 U12，对所得的实验数据进行处 理，就可以实现测量目的，根据实验数据在 R 坐标系中描出坐标点，如图 511 35 所 1U12 示已知 R0150 ，请完成以下数据分析和处理 (1)图 511 35 中电阻为_ 的数据点应剔除； (2)在坐标纸上画出 R 关系图线； 1U12 (3)图线的斜率是_(V 1 1 )，由此可得电池电动势 Ex_V. (2)画出 -R 关系图线如图所示 1U12 - 28 - 4.在“ 测定金属丝的电阻率” 的实验中，某组同学进行了如下测量： (1)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度。测量 3 次，求出其平均值 l。其 中一次测量结果如图所示，金属丝的另一端与刻度尺的零刻线对齐，图中读数为 cm。用螺旋测微器测量金属丝的直径，选不同的位置测量 3 次，求出其平均值 d。 (2)采用如图所示的电路测量金属丝的电阻，图中 A、B 之间为待测金属丝。电压表的读数用 U 表示，电流表的读数用 I 表示。电阻的测量值比真实值 (选填“偏大”或“ 偏小”)。 (3)由公式 = 计算出金属丝的电阻率(用直接测量的物理量表示)。 5.测一个待测电阻 Rx(约 200 )的阻值，除待测电阻外，实验室提供了如下器材： 电源 E：电动势 3 V，内阻不计; 电流表 A1：量程 010 mA、内阻 r1 约为 50 ; 电流表 A2：量程 0500 A、内阻 r2=1 000 ; 滑动变阻器 R1：最大阻值 20 、额定电流 2 A; 电阻箱 R2：阻值范围 09 999 。 (1)由于没有提供电压表，为了测定待测电阻上的电压，应选电流表 与电阻箱 R2 连接， 将其改装成电压表。 (2)对于下列测量 Rx 的四种电路图，为了测量准确且方便应选图 。 (3)实验中将电阻箱 R2 的阻值调到 4 000 ，再调节滑动变阻器 R1，两表的示数如图所示，可 测得待测电阻 Rx 的测量值是 。 - 30 - 6.某同学在一次研究性学习活动中想得到一节蓄电池的短路电流，为此设计了如下电路。已 知该蓄电池的电动势约为 2 V、内阻非常小，该同学为防止调节滑动变阻器时造成蓄电池短 路，在所设计的电路中选用了一个保护电阻。除蓄电池、滑动变阻器、开关、导线外，物理 实验室可提供的器材还有： 电流表 A1(量程 0.6 A) 电流表 A2(量程 3 A) 电压表 V1(量程 3 V) 电压表 V2(量程 15 V) 定值电阻 R1(阻值 1 、额定功率 5 W) 定值电阻 R2(阻值 10 、额定功率 10 W) (1)为了保证电路安全并提高测量精度，该同学应选的电流表为 ，电压表为 ，保护电阻为 。(填写器材符号 ) (2)该同学又选用了其他规格的器材利用上述