2019届高考物理二轮复习专题六物理实验考点2电学实验2.docx

考点2电学实验考点一电学基本仪器的使用【必记要点】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有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负极流出使指针指示超过满偏刻度的的位置3 V和3 A量程估读到最小分度的1/10；15 V量程估读到最小分度的1/5；0.6 A量程估读到最小分度的1/2电压表欧姆表使指针尽量指在表盘的中间位置左右表盘读数乘以相应挡位的倍率2.使用多用电表应注意的问题(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。例1某同学想通过一个多用电表的欧姆挡直接测量某电压表(量程为10 V)的内阻(大约为几十千欧)，该多用电表刻度盘上电阻刻度的中间值为30。图621(1)欧姆挡的选择开关拨至_(选填“1 k”或“100”)挡，先将红、黑表笔短接调零后，选用图621甲中_(选填“A”或“B”)方式连接。(2)如图乙所示，某同学读出欧姆表的读数为_；如图丙所示，电压表的读数为_V，欧姆表电池的电动势为_V。解析(1)用多用电表测电阻时，应让指针指在中间刻度附近，因而应选“1 k”挡。多用电表测电阻时，需要用其内部电源，黑表笔接内部电源的正极，电压表的两接线柱中，“”接线柱应接高电势端，因而A电路的连接方式正确。(2)题图乙中欧姆表的读数为401 k40 k题图丙中电压表的读数为5.0 V。由闭合电路欧姆定律知欧姆表中电池的电动势EUIrUr5.0 V30103 V8.75 V。答案(1)1 kA(2)41045.08.75规律总结欧姆表刻度盘特点及多用电表读数技巧1欧姆表刻度盘不同于电压、电流刻度盘(1)左右0：电阻无限大与电流、电压零刻度重合，电阻刻度零与电流、电压最大刻度重合。(2)刻度不均匀：左密右疏。(3)欧姆挡是倍率挡，即读出的示数应再乘以该挡的倍率，电流、电压挡是量程范围挡。在不知道待测电阻的估计值时，应先从小倍率开始，熟记“小倍率小角度偏，大倍率大角度偏”(因为欧姆挡的刻度盘上越靠左读数越大，且测量前指针指在左侧“”处)。2读数技巧(1)欧姆表的读数a为了减小读数误差，指针应指在表盘到的部分，即中央刻度附近。b指针所在刻度盘处每个小格表示1时，要估读到下一位，其余情况都不用估读。c电阻值等于指针示数与所选倍率的乘积。(2)测电压、电流时的读数，要注意其量程，根据量程确定精确度，精确度是1、0.1、0.01时要估读到下一位，精确度是2、0.02、5、0.5时，不用估读到下一位。【题组训练】1(用多用电表测电阻和电流)某同学想测量电压表03 V挡的内阻，他从实验室拿来一个多用电表、3节干电池、50 的滑动变阻器1个、开关和若干导线。图622(1)先用多用表粗测其内阻，把选择开关旋到欧姆挡的“100”倍率，将_(填“红”或“黑”)表笔接电压表的“”接线柱，另一只表笔接“3 V”的接线柱，多用表的指针位置如图622甲所示，则电压表的内阻为_。(2)再用伏安法测量其内阻，把多用表的选择开关旋到直流电流的_(填“100”“10”或“1”)mA挡，请在图乙完成其余的连线。(3)实验中多用表的示数为I，电压表的示数为U，则电压表的内阻为RV_。解析(1)由于多用电表的黑色表笔是流出电流的，故它应该与电压表的正接线柱连接，红色表笔应该与电压表的负接线柱连接；电压表的内阻为R30100 3 000 。(2)由于电路中的最大电流约为I1.5 mA，若选择“10 mA”和“100 mA”量程，则指针偏转的角度会很小，误差较大，如果通过变阻器的调压作用，可以让电压表中的电流在1 mA以内，故多用表的直流电流挡选择“1 mA”量程。(3)由于电压表测量的就是电压表的电压，电流表测量的就是电压表的电流，故电压表的电阻为R。答案(1)红3.0103(或3 000)(2)1如图所示(3)2(用多用电表判断电路故障)某照明电路出现故障，其电路如图623所示，该电路用标称值12 V的蓄电池为电源，导线及其接触完好。维修人员使用已调好的多用表直流50 V挡检测故障。他将黑表笔接在c点，用红表笔分别探测电路的a、b点。图623图624(1)断开开关，红表笔接a点时多用表指示如图623所示，读数为_V，说明_正常(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。(2)红表笔接b点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用表指示仍然和图624相同，可判定发生故障的器件是_(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)。解析(1)由题图可知，直流50 V挡的最小分度为1 V，故按“十分之一”估读法可知读数应为11.5 V左右。由于测得的电压基本等于蓄电池电动势的标称值，说明a、c两点与电源之间是通路，只能是此电路之外的保险丝、开关、小灯中出现了断路故障，但故障的具体位置不能确定。(2)同理可知，两表笔接c、b时测得结果仍等于电源电动势，说明多用表、开关、保险丝、蓄电池形成了一闭合回路，故只能是与多用表并联的小灯发生了断路故障。答案(1)11.5(11.211.8之间的值均可)蓄电池(2)小灯考点二实验器材与实验电路的选择【必记要点】一、滑动变阻器的使用1滑动变阻器两种连接方式的比较方式内容限流接法分压接法对比说明电路图串、并联关系不同负载R上电压调节范围UE0UE分压电路调节范围大负载R上电流调节范围I0I分压电路调节范围大闭合S前触头位置b端a端都为了保护负载2.滑动变阻器两种连接方式的选择当题中要求负载上电压或电流从零开始调节时，应采用分压式接法；当题中要求测量精确度高且调节范围大时，一般用分压式接法；当滑动变阻器的总电阻比待测电阻阻值的一半还小时，一般用分压式接法；负载电阻的阻值小于滑动变阻器的总电阻或相差不多，且电压、电流不要求从零可调时，一般用限流式接法；两种接法均可使用时，优先用限流式接法(节能)。二、电流表内、外接法的比较与选择1两种接法的比较比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差原因由于电流表内阻的分压作用，电压表测量值偏大由于电压表内阻的分流作用，电流表测量值偏大测量结果R测RARxRx，测量值偏大R测Rx，测量值偏小适用条件RxRA大电阻RxRV小电阻2.选择电流表内、外接的方法内接法外接法计算法或Rx或Rx试触法若不知Rx的大概阻值，可采用“试触法”，将电路如图所示连接，空出电压表的一个接头S，然后将S分别与a、b接触一下若电流表“相对变化”明显，说明电压表分流作用较大，采用内接法若电压表“相对变化”明显，说明电流表分压作用较大，采用外接法例2(2018郑州质检)在探究小灯泡的伏安特性时，所用小灯泡上标有“2.5 V 0.6 W”字样，实验室提供的器材有：A电流表A1(内阻约为5 、量程为025 mA)B电流表A2(内阻约为1 、量程为0300 mA)C电压表V1(内阻约为5 k、量程为03 V)D电压表V2(内阻约为15 k、量程为015 V)E滑动变阻器R1(最大阻值为10 、额定电流为0.6 A)F滑动变阻器R2(最大阻值为1 000 、额定电流为0.2 A)G稳压电源E(电动势为9.0 V、内阻可忽略)H开关一个、定值电阻若干、导线若干由以上信息回答下列问题：(1)实验前设计的电路图如图625甲所示。为了减小实验误差，该实验所用的电流表、电压表、滑动变阻器应分别为_(选填器材前的字母)。为保护滑动变阻器和灯泡，应在电路中串联的定值电阻R0合适的电阻值应为_(选填“1 ”、“10 ”、“30 ”、“100 ”)。图625(2)请确定测量电路中电压表右侧导线的正确位置后，在图乙中用笔画线代替导线，将实物完整连接起来。(3)连接好电路后，通过改变滑动变阻器的滑片位置，并通过计算机描绘了该小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示。若将两个这样的小灯光并联后直接接在电动势E3 V、内阻r5 的电源上，每个小灯泡所消耗的实际功率为_W。(结果保留两位有效数字)。解析(1)由小灯泡的标称可知，其额定电流为I A0.24 A240 mA，即电流表应选B，电压表应选C，滑动变阻器以分压式接入电路，则滑动变阻器应选择阻值较小的，即选择E，由于电源的电动势为9.0 V，为了保护电路，定值电阻应选择10 。(2)电压表的内阻远大于小灯泡的电阻值，测量电路部分应选择电流表外接，即接在a点，用笔画线代替导线将实物图连接，如答图甲所示。(3)设每只灯泡加上的实际电压和实际电流分别为U和I，在闭合电路中，EU2Ir，则UE2Ir310I，即I，在题图丙坐标系内作出IU图象如答图乙所示，由图象可知，两图象交点坐标为U1.2 V、I0.18 A，每只灯泡的实际功率PUI1.20.08 W0.22 W答案(1)B、C、E10 (2)如答图甲(3)0.22规律总结电路选择的原则1安全性原则选用仪器组成电路，首先要保证实验正常进行。例如通过电流表的电流和加在电压表上的电压均不得超过其量程，滑动变阻器、被测电阻不得超过其额定电流。2精确性、方便性原则“精确”是指选用仪器组成实验电路时要尽可能减小测量误差，提高精确度。“方便”是指实验中便于调节控制，便于读数。3运用仪器少，耗电少原则。【题组训练】1(实验仪器的选择)LED绿色照明技术已经走进我们的生活。某实验小组要精确测定额定电压为3 V的LED灯正常工作时的电阻，已知该灯正常工作时电阻大约500 ，电学符号与小灯泡电学符号相同。实验室提供的器材有：A电流表A1(量程为0至50 mA，内阻RA1约为3 )B电流表A2(量程为0至3 mA，内阻RA215 )C定值电阻R1697 D定值电阻R21 985 E滑动变阻器R(0至20 )一只F电压表V(量程为0至12 V，内阻RV1 k)G蓄电池E(电动势为12 V，内阻很小)H开关S一只(1)如图626所示，请选择合适的器材，电表1为_，电表2为_，定值电阻为_。(填写器材前的字母编号)(2)将采用的电路图补充完整。图626(3)写出测量LED灯正常工作时的电阻表达式Rx_(填字母)，当表达式中的_(填字母)达到_，记下另一电表的读数代入表达式，其结果为LED灯正常工作时电阻。解析(1)由于电流表A2内阻已知，因此电表2应为电流表A2，而电路中流过灯泡的最大电流I为6 mA，因此回路总电流小于10 mA，因此电表1不能选电流表A1，而由于电压表内阻已知，流过电压表的电流最大值恰好为12 mA，因此电表1选电压表V，为了让灯达到额定功率，因此加在灯两端的电压最高为3 V，因此与电流表A2串联的电阻应大于1 k，因此定值电阻应选R2。(2)由于滑动变阻器的阻值较小，只能采用分压式接法，电路连接图见答案。(3)由于加在灯泡两端的电压U灯I2(R2RA2)，流过灯泡的电流为I2，因此Rx，当表达式中的I2达到1.5 mA时，加在灯泡两端的电压恰好为3 V，此时灯泡恰好正常工作。答案(1)FBD(2)如图所示(3)I21.5 mA2(实验电路的设计)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法)，实验室提供的器材如下：待测电压表V(量程3 V，内阻约为3 000 )，电阻箱R0(最大阻值为99 999.9 )，滑动变阻器R1(最大阻值100 ，额定电流2 A)，电源E(电动势6 V，内阻不计)，开关2个，导线若干。(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整。图627(2)根据设计的电路，写出实验步骤： _。(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV，与电压表内阻的真实值RV相比，RV_RV(填“”、“”或“”)，主要理由是_。解析(1)电路图如图所示(2)移动滑动变阻器的滑片，以保证通电后电压表所在支路分压最小，闭合开关S1、S2，调节R1，使电压表V0指针满偏，保证滑动变阻器滑片的位置不变，断开开关S2，调节电阻箱R0使电压表的指针半偏，读取电阻箱所示的电阻值，此即为测得的电压表内阻；(3)RVRV，电压表串联电阻箱后认为电压不变，而实际该支路电压变大，故电阻箱分压大于计算值，则会引起测量值的偏大。答案见解析考点三实验数据的处理例3物理学习小组在测定某电源的电动势E和内阻r时，找来一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝ab替代滑动变阻器，设计了如图甲所示的实验，其中R0是阻值为2 的保护电阻，滑动片P与电阻丝始终接触良好。实验时闭合开关，调节P的位置，测得aP的长度x和对应的电压U、电流I数据，并分别绘制了如图628乙所示的UI图象和如图丙所示的x图象。图628(1)由图乙可得电源的电动势E_ V；内阻r_。(结果均保留两位有效数字)(2)根据测得的直径可以算得电阻丝的横截面积S0.12106 m2，利用图丙可求得电阻丝的电阻率为_m，图丙中图象截距的物理意义是_。(结果均保留两位有效数字)(3)此实验用了图象法处理数据，优点是直观，但是不能减少或者消除_(填“偶然误差”或“系统误差”)。解析(1)根据闭合电路欧姆定律，电压表示数即路端电压UEI(R0r)，因此图乙中纵截距即为电源的电动势E3.00 V，斜率绝对值表示保护电阻R0与电源内电阻之和，即(R0r) 3.0 ，r1.0 。(2)图丙中截距为x0时，即为电路中金属丝被短路，所测电阻即为电流表的内阻；由图丙可知，金属丝长0.6 m，电阻为5.8 ，由电阻定律R，代入已知条件解得：1.2106 m。 (3)通过图象法处理数据可以消除个别数据测量不准确产生的偶然误差，对系统产生的误差没有修正作用。答案(1)3.01.0(2)1.2106电流表内阻为2.0 (3)系统误差【题组训练】如图629甲所示是测量阻值约几十欧的未知电阻Rx的原理图，R1是电阻箱(099.9 )，R是滑动变阻器，A1和A2是电流表，E是电源(电动势12 V，内阻忽略不计)。图629在保证安全和满足要求的情况下，使测量范围尽可能大，具体实验步骤如下：闭合S，调节滑动变阻器R和电阻箱R1，使A2示数I20.20 A，记下此时电阻箱的阻值R1和A1的示数I1；重复步骤且使A2示数仍为I20.20 A，测量多组R1和I1值；将实验测得的数据在坐标纸上描点，如图乙所示。根据实验回答以下问题：(1)现有四只供选用的电流表：A电流表(03 mA，内阻为2.0 )B电流表(03 mA，内阻未知)C电流表(00.3 A，内阻为10 )D电流表(00.3 A，内阻未知)请根据实验过程判断A1应选用_，A2应选用_(填写选项字母)。(2)在图乙中的坐标纸上画出R1与的关系图。(3)根据以上实验数据得出Rx_。解析(1)由图乙可知，A1示数的最大值约为0.25 A，则A1应选用量程为0.3 A的电流表，由于只要知道电流大小即可，即选用D；由于A2示数为0.2 A，A2的量程为0.3 A，且必须要知道其内阻，因此选用C。(2)由于题图所给各点大体处在一条直线上，因此过这些点作一条直线并延长，即得到R1图象，如图所示。(3)根据欧姆定律，则有(R1RA1)I1I2(RxRA2)；整理可得R1I2(RxRA2)RA1，由R1图象可得kI2(RxRA2)，而R1与的图象的斜率kA10 A；则有RxRA240 。答案(1)DC(2)见解析(3)40考点四电学创新实验设计【必记要点】1对于电学实验的创新，耍注意以下问题(1)在解决设计型实验时，要注意条件的充分利用，如对于给定确切阻值的电压表和电流表，电压表可当作电流表使用。电流表也可当作电压表使用，利用这一特点，可以拓展伏安法测电阻的方法，如伏伏法、安安法等。(2)对一些特殊电阻的测量，如电流表或电压表内阻的测量，电路设计有其特殊性。即首先要注意到其自身电阻对电路的影响，其次要充分利用其“自报电流或自报电压”的功能，因此在测电压表内阻时无需另并联电压表，测电流表内阻时无需再串联电流表。2解决电学设计型实验常用的方法转换法将不易测量的物理量转换成易于测量的物理量进行测量，然后再求待测物理量的值的方法叫转换测量法(简称转换法)。如在测量金属丝电阻率的实验中，虽然无法直接测量电阻率，但可通过测量金属丝的长度和直径，并将金属丝接入电路测出其电阻，然后再计算出它的电阻率替代法用一个标准的已知量替代被测量，通过调整标准量，使整个测量系统恢复到替代前的状态。则被测量等于标准量控制变量法研究一个物理量与其他几个物理量的关系时，要使其中的一个或几个物理量不变，分别研究这个物理量与其他各物理量的关系，然后再归纳总结。如探究电阻的决定因素实验例4国标(GB/T)规定自来水在15 时电阻率应大于13 m。某同学利用图6210所示电路测量15 自来水的电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K，以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略)，右活塞固定，左活塞可自由移动。实验器材还有：电源(电动势约为3 V，内阻可忽略)，电压表V1(量程为3 V，内阻很大)，电压表V2(量程为3 V，内阻很大)，定值电阻R1(阻值4 k)，定值电阻R2(阻值2 k)，电阻箱R(最大阻值9 999 )，单刀双掷开关S，导线若干，游标卡尺，刻度尺。图6210实验步骤如下：A用游标卡尺测量玻璃管的内径d；B向玻璃管内注满自来水，并用刻度尺测量水柱长度L；C把S拨到1位置，记录电压表V1示数；D把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1示数相同，记录电阻箱的阻值R；E改变玻璃管内水柱长度，重复实验步骤C、D，记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R；F断开S，整理好器材。图6211(1)测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图6211甲图所示，则d_mm。(2)玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为：Rx_。(用R1、R2、R表示)(3)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据，绘制出如图6211乙图所示的R关系图象。自来水的电阻率_m。(保留两位有效数字)(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大，则自来水电阻率测量结果将_。(填“偏大”、“不变”或“偏小”)解析(1)根据游标卡尺的读数规则，玻璃管内径d30 mm00.05 mm30.00 mm。(2)把S拨到1位置，记录电压表V1示数，得到通过水柱的电流I1。由闭合电路欧姆定律，EURx；把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1示数相同，记录电阻箱的阻值R，得到该支路的电流I2。由闭合电路欧姆定律，EUR2，联立解得：Rx。(3)由电阻定律Rx，Rx，联立解得：R。R关系图象斜率k400 m，又k，S，解得：14 m。(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大，则通过水柱的电流I1大于测量值，则RxR2，得到Rx，即自来水电阻测量值偏大，则自来水电阻率测量结果将偏大。答案(1)30.00(2)(3)14(4)偏大【题组训练】一标有“6 V,0.5 A”的小型直流电动机，转子由铜导线绕制的线圈组成，阻值约为1 。某兴趣小组设计一个实验，测量此电动机线圈的电阻。实验室提供的器材除导线和开关外还有：A直流电源E：8 V(内阻不计)B直流电流表A1：00.6 A(内阻约为0.5 )C直流电流表A2：03 A(内阻约为0.1 )D直流电压表V1：03 V(内阻约为5 k)E直流电压表V2：015 V(内阻约为15 k)F滑动变阻器R1：010 ，2 AG标准电阻R2：5 图6212(1)为能较准确地测出电动机线圈的电阻，应选择电路图_填“甲”或“乙”。(2)为使电表指针有较大角度的偏转，需要选用的电流表是_，电压表是_。(填写实验器材前面的序号)(3)闭合开关后，调节滑动变阻器控制电动机不转动时读出电流表、电压表示数。若某次实验电压表的示数为2.5 V，电流表的示数为0.4 A，则电动机线圈电阻为_。由此可计算出该电动机正常工作时输出的机械功率为_W(结果保留三位有效数字)。解析(1)电动机额定值为“6 V0.5 A”，因此电流表应选B控制电动机不转时，两端最大电压约为U0.51 V0.5 V，滑动变阻器应采用分压接法，电动机线圈电阻约为1 ，电流表内阻约为0.5 ，电压表内阻很大，电流表应采用外接法，因线圈的电阻太小，为保护电动机和便于实验，将定值电阻与电动机串联，故应选择甲电路图。(2)测电动机线圈电阻，应控制电动机不转，此时通过电动机的电流不大于0.5 A，加在电动机和定值电阻两端电压不超过3 V，因此电流表选B，电压表选D。(3)由欧姆定律可知rR2 6.25 ；解得r(6.255) 1.25 。电动机正常工作时，总功率PUI60.5 W3 W，线圈产生的热功率PQI2r0.521.25 W0.31 W，则电动机输出的机械功率P机械PPQ(30.31)W3.69 W。答案(1)甲(2)BD(3)1.252.69规范答题与满分指导电学实验问题【典例】(9分)现有一刻度盘总共有N小格、且刻度均匀，量程未准确确定的电压表V1，已知其量程在1316 V之间，内阻r1150 k。为测定其准确量程U1，实验室提供了如下表所列的器材，要求方法简洁，尽可能减少误差，并能测出多组数据。器材(代号)规格标准电压表V2量程3 V，内阻r230 k电流表A量程3 A，内阻r30.01 滑动变阻器R总阻值1 k稳压电源E20 V，内阻很小开关S、导线若干(1)某同学设计了如图6213所示的甲、乙、丙三种电路图。图6213你认为选择_电路图测量效果最好。(填“甲”、“乙”、“丙”)(2)根据测量效果最好的那个电路图，将下列有关器材连接成测量电路。图6214(3)若选择测量数据中的一组来计算V1的量程U1，则所用的表达式U1_，式中各符号表示的物理量是：_。规范解答评分