专题七实验技能与创新第2讲电学实验与创新

1、专题七实验技能与创新高考题型1电表改装与读数、多用电表原理与使用高考题型2电阻的测量高考题型3描绘小电珠(或者其他元件)的伏安特性曲线高考题型4测定金属(液体)的电阻率 栏目索引高考题型5测定电源的电动势和内阻高考题型6电学创新实验高考题型1电表改装与读数、多用电表原理与使用解题方略1电流表、电压表、欧姆表的对比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，负极流出若最小分度为1、0.1、0.01等，需要估读到最小分度的下一位；如果最小分度不是1、0.1、0.01等，只需要读到最小分度位即可电压表欧姆表使指针尽量指在表盘的中间位置左右取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率2.欧

2、姆表的原理(1)欧姆表内有电源，红表笔与内部电源负极相连，黑表笔与内部电源的正极相连，故其电流方向为“红表笔流进，黑表笔出”3欧姆表使用六注意(1)选挡接着调零；(2)换挡重新调零；(3)待测电阻与电路、电源要断开；(4)尽量使指针指在表盘中间位置附近；(5)读数之后要乘以倍率得阻值；(6)用完后，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压的最高挡例1(2015新课标全国23)图1(a)为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路图1(1)已知毫安表表头的内阻为100 ，满偏电流为1 mA；R1和R2为阻值固定的电阻若使用a和b两个接线柱，电表量程为3 mA；若使用a和c两个接线

3、柱，电表量程为10 mA.由题给条件和数据，可以求出R1_ ，R2_ .答案1535(2)现用一量程为3 mA、内阻为150 的标准电流表 对改装电表的3 mA挡进行校准，校准时需选取的刻度为0.5 mA、1.0 mA、1.5 mA、2.0 mA、2.5 mA、3.0 mA.电池的电动势为1.5 V，内阻忽略不计；定值电阻R0有两种规格，阻值分别为 300 和1 000 ；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为750 和3 000 .则R0应选用阻值为_ 的电阻，R应选用最大阻值为_ 的滑动变阻器答案3003 000(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图(b)的电路可以判

4、断出损坏的电阻图(b)中的R为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图(a)虚线框内的电路则图中的d点应和接线柱_(选填“b”或“c”)相连判断依据是：_.解析为准确地判断出哪个电阻损坏，d点应和接线柱“c”相连；若电流表无示数，则说明R2损坏，若电流表有示数，则说明R1损坏c见解析预测1指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器请完成下列问题：(1)用多用电表测电流时，指针如图2甲所示，接着的操作是_将选择开关拨至“50 mA”挡，将多用电表串联入待测电路中，指针如图乙所示，电路中电流为_ mA.图2解析用多用电表测电流时，指针如图甲所示，接着的操作是机械调零将选择开关拨至“50 mA”挡，将多用电

5、表串联入待测电路中，指针如图乙所示，电路中电流为22.0 mA.答案机械调零22.0(2)用多用电表测电阻时，将选择开关拨至“1 ”挡，进行欧姆调零将两表笔接待测电阻两端，指针如图甲所示，接着的操作是_欧姆调零后将两表笔接待测电阻两端，指针如图乙所示，待测电阻为_ .解析选择开关拨至“1 ”挡时，指针偏转较大，所以接着的操作是将选择开关拨至“10 ”挡，将两表笔接待测电阻两端，指针如图乙所示，待测电阻为32.010 320 .将选择开关拨至“10 ”挡320(3)多用电表测电阻Rx的电路如图3甲所示，电源电动势为E1.5 V，多用电表的内阻为R内某电阻挡的电流I与待测电阻Rx的关系如图乙所示，

6、图中Ig为满偏电流使用该电阻挡时，多用电表的内阻R内_ ，该图象的函数关系式为I_ A.图3高考题型2电阻的测量解题方略这类实验要从以下两个方面攻克：1电路结构：实验电路至少包括三个部分：(1)测量电路；(2)控制电路(滑动变阻器、开关)；(3)电源(3)控制电路：以小控大用分压，相差无几用限流，即当滑动变阻器的阻值较小时，常采用分压式接法；当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时，常采用限流式接法另外，滑动变阻器必须接为分压式的情况有三种：电压要求从零开始变化；滑动变阻器最大阻值太小，不能起到限流的作用；限流式不能获取有区分度的多组数据若两种接法均可，则采用限流式，因为限流式损耗功率小例2(201

7、5新课标全国23)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 (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)图4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4解析实验电路图如图所示答案见解析图(2)根据设计的电路，写出实验步骤：_.解析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，使电压表的指针

8、满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，断开S2，调节电阻箱R0，使电压表的指针半偏，读取电阻箱的电阻值，此即为测得的电压表内阻见解析(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_解析断开S2，调节电阻箱R0使电压表成半偏状态，电压表所在支路总电阻增大，分得的电压也增大，此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压，RVRV.理由见解析预测2在测量电阻的实验中，电流表和电压表必须匹配，如果不匹配可以进行一些改装或转换某兴趣小组要精确测定额定电压为3 V的节能灯正常工作时的电阻已知该灯正常工作时电阻约为500 .实验室提供的器材有：A

9、电流表A(量程：03 mA，内阻RA15 )B定值电阻R11 985 C滑动变阻器R(010 )D电压表V(量程：012 V，内阻RV1 k)E蓄电池E(电动势为12 V，内阻r很小)F开关S一只G导线若干(1)要精确测定节能灯正常工作时的电阻应采用下面电路图中的_解析要精确测定额定电压为3 V的节能灯正常工作时的电阻，需测量节能灯两端的电压和通过节能灯的电流，由于电压表的量程较大，测量误差较大，不能用已知的电压表测量节能灯两端的电压，可以将电流表A与定值电阻串联改装为电压表测量电压；节能灯正常工作时的电流约为I A6 mA，电流表的量程较小，电流表不能精确测量电流，可以用电压表测量电流；因为

10、滑动变阻器阻值远小于节能灯的电阻，所以滑动变阻器采用分压式接法所以电路图选C.答案C(2)若电压表V的示数用U表示，电流表A的示数用I表示，写出测量节能灯正常工作时的电阻表达式Rx_(用U、I、R1、RA、RV表示)当表达式中的电流I_ mA时，记下电压表的读数U并代入表达式，其结果即为节能灯正常工作时的电阻1在描绘小电珠的伏安特性曲线时，要注意一定要用平滑的曲线，当某个(或某些)测量数据出现明显错误时，要舍掉坐标轴选取的标度要合适，使所作图线占满坐标纸高考题型3描绘小电珠(或者其他元件)的伏安特性曲线解题方略2小电珠的伏安特性曲线(以IU关系图线为例)上各点切线斜率的倒数不表示小电珠在该电压

11、下的电阻，此时计算小电珠的电阻一定要使用电阻的定义式R ，而不能使用表达式R (只有当I和U为线性关系时二者才相等)例3某同学从家里的废旧收音机上拆下一电学元件，其上标注“2.5 V,1.5 W”的字样，为描绘出该元件的伏安特性曲线，该同学在实验室找到了下列实验器材：A电流表(量程是3 A，内阻是0.1 )B电流表(量程是0.6 A，内阻是0.5 )C电压表(量程是15 V，内阻是25 k)D电压表(量程是3 V，内阻是5 k)E滑动变阻器(阻值范围05 ，额定电流为0.6 A)F滑动变阻器(阻值范围0100 ，额定电流为0.6 A)G直流电源(电动势E3 V，内阻不计)H开关、导线若干(1)

12、为了提高实验结果的准确程度，电流表应选_；电压表应选_；滑动变阻器应选_(以上均填写器材代号)BDE(2)请将图5甲所示实验电路图补充完整图5(3)该同学根据设计的实验电路进行实验，通过实验得到的数据如下表(I和U分别表示待测元件的电流和电压)，请在图乙中描绘出该元件的伏安特性曲线.I/A00.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U/V00.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00预测3在用伏安法测量某导体的伏安特性曲线实验中，描绘的伏安特性曲线如图6所示，图中虚线是曲线上过坐标点(3.6 V,0.3 A)的切线回答下

13、列问题：图6(1)在导体接入电路前，利用多用电表电阻“1”挡直接测量导体的电阻，多用电表的指针偏转如图7所示，测得此时导体的电阻为_ .图7解析欧姆表的读数为R130 30 .30(2)当通过该导体的电流为0.3 A时，导体电阻为_ .12(3)若用电动势为4.0 V、内阻为8 的电源直接给该小灯泡供电，则该小灯泡的实际功率是_ W.解析在IU图象中同时作出表示电源的IU图象，读出两图线的交点坐标为U2.8 V，I0.15 A，所以小灯泡的实际功率为PUI0.42 W.0.42高考题型4测定金属(液体)的电阻率1实验仪器选择的原则：电压表和电流表一般要根据实验电路中电源的电压和流过金属丝的电流

14、进行选择，在该实验中，电压表一般选择3 V的量程，电流表一般选择0.6 A的量程；如果采用限流式电路，选用的滑动变阻器最大阻值一般要比待测金属丝的阻值大一些，如果采用分压式电路，一般应选用最大阻值较小，而额定电流较大的滑动变阻器解题方略2实物图连线的基本原则：对限流式电路，一般是从电源的正极开始，把电源、开关、滑动变阻器以及测量电路顺次连接起来即可对分压式电路，应先将电源、开关和滑动变阻器的全部电阻用导线连接起来，然后在滑动变阻器上金属杆两端的接线柱中任选一个，依据电路中电流的流向将测量电路部分连接起来即可例4在“测定金属的电阻率”实验中(1)为了测量金属丝的电阻Rx的阻值，实验室提供如下实验

15、器材：A待测金属丝电阻Rx(约100 )B电动势E6 V，内阻很小的直流电源C量程50 mA，内阻约为50 的电流表D量程0.6 A，内阻约为0.2 的电流表E量程6 V，内阻约为15 k的电压表F最大阻值15 ，最大允许电流1 A的滑动变阻器G最大阻值15 k，最大允许电流0.5 A的滑动变阻器H开关一个，导线若干为了操作方便，且能比较精确的测量金属丝的电阻值，电流表选用_，滑动变阻器选用_(填写选用器材前的序号)根据所选用的实验器材，设计出测量电阻的下列甲、乙两种电路，为尽可能减少实验误差，应采用_图(选填“甲”或“乙”)甲实验中测得该金属丝直径为d，长度为L，接入电路后，电压表示数为U，

16、电流表示数为I，则该金属丝的电阻率的表达式为_.(2)若另有一只待测电阻，无论用电流表内接还是外接，测量误差较为接近，有一位同学为了消除因电表内阻所带来的系统误差，他用两只相同的电压表，设计了如图8所示的测量电路实验操作步骤如下：图8按电路图连接好实验器材闭合S1，断开S2，读出此时电压表V1的示数U，电流表示数I.再闭合S2，调节变阻器R，使电流表的电流仍为步骤2的电流I，此时读出电压表V1的示数U1，电压表V2的示数U2.用上述测得的物理量表示待测电阻的阻值Rx_.预测4某组同学借用“测定金属的电阻率”实验的思想、原理及操作，测量某一电阻，所用器材如下：甲乙图9待测电阻Rx(约300 )电

17、流表A(量程010 mA，内阻约50 )；电压表V(量程03 V，内阻约5 k)；电池组E(电动势3 V，内阻不计)；滑动变阻器R(阻值015 ，最大允许电流1 A)；开关一个，导线若干根据上述器材的规格，为使实验尽量精确：(1)电流表A应采用_接(选填“内”或“外”)；请你用笔画线代替导线，在图9甲中补画出实验电路中还需要连接的导线外(2)为进一步测量电流表A的电阻rA，他们将Rx换为标准定值电阻R0(100 )，将电压表V换为电流表A1(量程020 mA，内阻约25 )，增加保护电阻Rb(150 )，其余器材不变请你在图乙的虚线框内补画完电路原理图解析将量程03 V，内阻约5 k的电压表V

18、换为电流表A1(量程020 mA，内阻约25 )，即可根据两个电流表值之差及定值电阻求得电流表A两端的电压，再依据欧姆定律，结合电流表A的读数，即可求得电流表A的内阻rA，由于电流表A的内阻rA大于滑动变阻器的电阻，因此滑动变阻器采用分压式接法，如图乙所示答案见解析图乙高考题型5测定电源的电动势和内阻测量电源的电动势和内阻的基本原理是闭合电路欧姆定律，数据处理的主要思想方法是“化曲为直”，常用的方法有三种：1伏安法利用电压表和电流表闭合电路方程为EUIr，利用两组数据，联立方程求解E和r；也可作出UI图象，图线的纵截距表示电源的电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻解题方略例5(2015四川理综8

19、)用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx.已知电池的电动势约6 V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧可选用的实验器材有：电流表A1(量程030 mA)；电流表A2(量程0100 mA)；电压表V(量程06 V)；滑动变阻器R1(阻值05 )；滑动变阻器R2(阻值0300 )；开关S一个，导线若干条某同学的实验过程如下：.设计如图10所示的电路图，正确连接电路图10.将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录以U为纵轴，I为横轴，得到如图11所示的图线图11.断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变重复的步骤，得到另一条UI图线，图

20、线与横轴I的交点坐标为(I0,0)，与纵轴U的交点坐标为(0，U0)回答下列问题：(1)电流表应选用_，滑动变阻器应选用_；解析因为电源电动势约为6 V，待测电阻以及电源的内阻都为数十欧，估算出电流为几十至几百毫安，因此电流表选择A2；由于滑动变阻器为限流式接法，因此应选择阻值较大的滑动变阻器，或者根据题图中(20 mA,5.5 V)来判断此时内阻分压约为0.5 V，那么根据串联电路的电压关系，此时滑动变阻器和定值电阻阻值和为几百欧姆，因此选R2；A2R2(2)由UI图线，得电源内阻r_；解析电源内阻rk25 ；(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx_，代入数值可得Rx；25(4)若电

21、表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电 流 表 示 数 变 化 范 围 _ _ _ _ _ _ _ _ ， 电 压 表 示 数 变 化 范 围_(选填“相同”或“不同”)解析由于电表为理想电表，因此待测电阻无论放在B、C间还是A、B间，对总电阻没有影响，因此在滑动变阻器变化范围相同的情况下，电流表示数变化范围相同由于与电压表并联部分的电阻阻值变化，因此电压表示数变化范围会不同相同不同预测5一课外小组同学想要测量一个电源的电动势及内阻准备的器材有：电流表A(0200 mA，内阻是12 )，电阻箱R(最大阻值9.9 )，一个

22、开关和若干导线(1)由于电流表A的量程较小，考虑到安全因素，同学们将一个定值电阻和电流表并联，若要使并联后流过定值电阻的电流是流过电流表的电流的2倍，则定值电阻的阻值R0_ .答案6图12答案6.02.0高考题型6电学创新实验例6某品牌电饭锅采用纯电阻电热丝加热，有“煮饭”和“保温”两种工作模式，在220 V电压下额定功率分别为600 W和80 W物理兴趣小组的同学们想通过实验测定该电饭锅电热丝的电阻现有实验器材：干电池两节，滑动变阻器R1(最大阻值20 )，电阻箱R(精度0.1 )，电压表V(量程3 V，内阻很大)，电流表A(量程6 mA，内阻r35.0 )，开关及导线若干(1)同学们利用多

23、用电表进行初步测量和估算发现，电饭锅处于不同工作模式时，实验电流差异较大为了能顺利完成实验，他们打算将电流表的测量范围扩大到48 mA，则应该将电阻箱调节至R_ 并与电流表并联5(2)同学们设计并连接了如图13所示的电路图，接通电源前应将滑动变阻器的滑片置于_(选填“a”或“b”)端图13解析因滑动变阻器以分压式接入电路，因此接通电源前应将滑动变阻器的滑片置于a端，即电饭锅两端电压为零a(3)将电饭锅调至“煮饭”模式，_(选填“闭合”或“断开”)开关K2，再闭合开关K1，调节滑动变阻器阻值，发现两表均有示数，但都不能调到零如果该故障是由图中标号从“1”到 “ 6 ” 中 的 某 一 根 导 线 断 路 引 起 ， 则 断 路 的 导 线 是_排除故障后，调节滑动变阻器阻值，记下各电表六组读数后断开开关K1.然后将电饭锅调至“保温”模式，改变K2状态，再闭合开关K1，调节滑动变阻器阻值，记下各电表六组读数后断开开关K1.解析将电饭锅调至“煮饭”模式，闭合开关K2，即扩大电流表的量程，从而起到保护电流表的作用，再闭合开关K1，调节滑动变阻器的阻值，发现两表均有示数，但都不能调到零，说明滑动变阻器处于限流式，而题目中电路中滑动变阻器