适用于老高考旧教材广西专版2023届高考物理二轮总复习第二部分专题六第15讲电学实验课件

第15讲电学实验专题六内容索引0102核心梳理•规律导引高频考点•探究突破03新题演练•能力迁移04怎样得高分核心梳理•规律导引【知识脉络梳理】

【规律方法导引】

1.知识规律(1)电流表、电压表、欧姆表的比较(2)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用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偏转的幅度较大,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。(3)分压式和限流式的选择①从节能的角度考虑,优先选用限流式。②以下三种情况必须用分压式:要求待测电路的U、I从0变化;R滑≪Rx;选用限流式时,Ux、Ix过大(超过电表量程,烧坏电表、电源或用电器等)。2.思想方法(1)物理思想:等效思想、控制变量思想。(2)物理方法:等效替代法、控制变量法、累积法。高频考点•探究突破命题热点一以测电阻为核心的实验主要考查仪器的选择、实验操作及欧姆定律。例1(2020·海南卷)在测量定值电阻阻值的实验中,提供的实验器材如下:电压表V1(量程3V,内阻r1=3.0kΩ),电压表V2(量程5V,内阻r2=5.0kΩ),滑动变阻器R(额定电流1.5A,最大阻值100Ω),待测定值电阻Rx,电源E(电动势6.0V,内阻不计),单刀开关S,导线若干。回答下列问题:(1)实验中滑动变阻器应采用

(选填“限流”或“分压”)接法。

(2)将图甲虚线框中的电路原理图补充完整。

甲

(3)根据下表中的实验数据(U1、U2分别为电压表V1、V2的示数),在图乙给出的坐标纸上绘制U2-U1图像。测量次数12345U1/V1.001.502.002.503.00U2/V1.612.413.214.024.82乙

(4)由U2-U1图像得到待测定值电阻的阻值Rx=

Ω(结果保留2位有效数字)。

(5)完成上述实验后,若要继续采用该实验原理测定另一个定值电阻Ry(阻值约为700Ω)的阻值,在不额外增加器材的前提下,要求实验精度尽可能高,请在图丙的虚线框内画出你改进的电路图。

丙

思维导引

答案:

(1)分压

(2)图见解析

(3)图见解析(4)1.8×103

(5)图见解析解析:

(1)由电路图可知,V1与Rx串联,由于各电压表的内阻比较大,滑动变阻器阻值较小,为了测得多组数据,滑动变阻器应采用分压接法。(2)根据实验原理,其电路图如图所示。(3)根据表中的实验数据,绘制的U2-U1图像如图所示。

(5)因待测电阻Ry(阻值约为700

Ω)的阻值较小,若仍与电压表V1串联,则所分得的电压过小,实验误差较大,故将待测电阻Ry与Rx串联,求出Rx和Ry串联的总电阻,即可求出Ry的阻值。故改进后的电路图如图所示。例2(2020·全国卷Ⅲ)已知一热敏电阻当温度从10℃升至60℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆,某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材:电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100Ω)。(1)在所给的器材符号之间画出连线,组成测量电路图。(2)实验时,将热敏电阻置于温度控制室中,记录不同温度下电压表和毫安表的示数,计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5V和3.0mA,则此时热敏电阻的阻值为

kΩ(保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图甲所示。

(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下,测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2kΩ。由图甲求得,此时室温为

℃(保留3位有效数字)。

(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器,其电路的一部分如图乙所示。图中,E为直流电源(电动势为10V,内阻可忽略);当图中的输出电压达到或超过6.0V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50℃,则图中

(选填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻,另一固定电阻的阻值应为

kΩ(保留2位有效数字)。

乙

甲思维导引

答案:

(1)如图所示。

(2)1.8

(3)25.5

(4)R1

1.2解析:

本题属于创新性实验题,通过传感器的控制作用,考查考生的实验设计能力。(1)滑动变阻器的阻值远小于热敏电阻的阻值,滑动变阻器使用分压接法;电压表为理想电表,所以电流表使用外接法。(3)由题图甲可得,2.2

kΩ对应的温度为25.5

℃。(4)输出电压即R2两端电压达到或超过6.0

V时报警器报警,即R2两端电压应随温度升高而变大,因为该热敏电阻R随温度升高而变小,由串联电路分压规律知R1为热敏电阻;由题图甲可得,50

℃对应的热敏电阻阻值为0.8

kΩ,规律方法

(1)仪表选择的三个主要原则:安全性(量程不能太小)、准确性(量程不能太大)、方便性(滑动变阻器要方便调节)。(2)测量电路设计。若不知Rx的大概阻值,可采用“试触法”,将电路按如图所示连接,空出电压表的一个接头,然后将该接头分别与a、b接触一下(3)控制电路设计。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:①电压要求从零开始变化;②滑动变阻器阻值太小,不能起到限流的作用;③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。(4)电表有时可反常规使用:已知内阻的电压表可当电流表使用,已知内阻的电流表可当电压表使用。(5)定值电阻的常见用途:保护电路、分压或分流。拓展训练1(2021·山东泰安高三三模)某实验小组要精确测定额定电流为2mA的纯电阻电灯正常工作时的电阻,已知该灯正常工作时的电阻大约为1000Ω。实验室提供的器材有:A.电流表A1(量程为0.6A,内阻r1约为300Ω,读数记为I1)B.电流表A2(量程为1mA,内阻r2约为10Ω,读数记为I2)C.电压表V1(量程为15V,内阻r3约为5000Ω,读数记为U1)D.电压表V2(量程为3V,内阻r4=1000Ω,读数记为U2)E.定值电阻R1=3000ΩF.定值电阻R2=10ΩG.滑动变阻器R3(0~50Ω)H.滑动变阻器R4(0~2000Ω)I.蓄电池E(电动势为20V,内阻很小),开关S一个该小组设计了如图电路测量电灯电阻。(1)请你帮他们选择合适的器材,电表1应选

,定值电阻应选

,滑动变阻器应选

。(填写器材前的字母代号)

(2)测量电灯电阻的表达式为Rx=

。(用物理量的字母表示)

(3)实验时,不断改变滑动变阻器的阻值,当电表2的示数达到

时,其对应的结果即为电灯正常工作时的电阻。

解析:

(1)定值电阻F太小,起不到分压的效果,只能选择E。电表2选择D,因为其他电流表量程太大或太小,测量都不准确。灯泡正常工作时,电路两端的电压大约为U=0.002×5

000

V=10

V,故电表1选择C。分压电路中,为了调节方便,选用阻值较小的滑动变阻器,故选G。(3)电灯正常工作的电流为0.002

A,所以此时电表2的读数为U2=r4I=2

V。

命题热点二以测电源电动势为核心的实验主要考查电路的选择、仪器的选择、线路的连接和数据的处理。例3(2021·全国卷Ⅰ)一实验小组利用图甲所示的电路测量一电池的电动势E(约1.5V)和内阻r(小于2Ω)。图中电压表量程为1V,内阻RV=380.0Ω;定值电阻R0=20.0Ω;电阻箱R,最大阻值为999.9Ω;S为开关。按电路图连接电路。完成下列填空:甲

(1)为保护电压表,闭合开关前,电阻箱接入电路的电阻值可以选

(选填“5.0”或“15.0”)Ω。

(2)闭合开关,多次调节电阻箱,记录下阻值R和电压表的相应读数U。乙

(5)通过图乙可得E=

V(保留2位小数),r=

Ω(保留1位小数)。

(6)若将图甲中的电压表当成理想电表,得到的电源电动势为E',由此产生的思维导引

解析:

(1)当电阻箱的阻值为5.0

Ω时,根据串联分压,电压表上的分压会超过1

V,因此不能起到保护电压表的作用,故电阻箱要调到15.0

Ω。规律方法

测量电源电动势和内阻的方法拓展

拓展训练2(2022·广东深圳期末)某学习小组用苹果和两种金属电极做了一个“水果电池”,为了测量其电动势和内阻,进行了以下实验:甲

乙

丙

丁

(1)使用多用电表的直流电压2.5V挡粗测电动势,指针稳定时如图甲所示,其示数为

V。

(2)为了尽可能准确地测出水果电池的电动势和内阻,使用的实验器材有数字式多用电表(可视为理想电压表)、滑动变阻器(最大阻值足够大)、微安表、导线、开关等。实验电路如图乙所示,请根据图乙在图丙中完成实物连线。(3)连接好电路后闭合开关,调节滑动变阻器,记录数字电压表和微安表的示数。作出U-I图像,如图丁所示。由图像求得水果电池的电动势E=

V,内阻r=

kΩ(结果保留3位有效数字)。

(4)运用上述方法,探究水果电池内阻与电极间距d、电极插入深度h的关系,测得数据如表所示。d/cm2.04.0h/cm1.02.02.51.02.02.5内阻r/kΩ20.9710.7610.3722.4418.3915.62由表中数据可得:水果电池内阻随着电极插入深度h的增加而

(选填“增大”“不变”或“减小”),随着电极间距d的增加而

(选填“增大”“不变”或“减小”)。

答案:

(1)0.50

(2)如图所示

(3)1.00

20.8

(4)减小

增大

解析:

(1)使用多用电表直流电压2.5

V挡,由图甲所示可知,示数为0.50

V。(2)根据电路图连接实物图如图。(3)根据闭合电路欧姆定律可知E=U+Ir,图像的截距为电动势有E=1.00

V,斜率代表内阻有r=

Ω=208

000

Ω=20.8

kΩ。(4)由表中数据可得水果电池内阻随着电极插入深度h的增加而减小,随着电极间距d的增加而增大。命题热点三以多用电表的使用为核心的实验主要考查多用电表的使用方法和读数特点。例4图甲为正在测量中的多用电表表盘,请完成下列问题:(1)如果用直流“50V”挡测量电压,指针位置如图甲所示,读数为

V。

(2)用图甲多用电表测量电阻时,多用电表内部的电路可以等效为一个电池、一个可变电阻和一个表头相串联,如图乙所示,电源电动势E=1.5V,选择开关在“×1”挡,把它的两表笔短接,旋转可变电阻R1的旋钮,当指针指向“0Ω”时,流过多用电表的电流为

mA。

(3)图乙是测量Rx阻值时的电路,欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小,内阻变大,但此表仍能进行欧姆调零,按正确使用方法再测Rx的值,其测量结果与原结果相比将

(选填“变大”“变小”或“不变”)。

(4)图丙是将表头G改装成两个倍率挡(如“×1”“×10”)的欧姆表电路原理图,则当开关S合向

(选填“a”或“b”)端时,欧姆表是较大倍率挡。

甲

乙

丙思维导引

答案:

(1)23.0

(2)100

(3)变大

(4)b解析:

(1)多用电表读数为23.0

V;(2)选择开关在“×1”挡时,欧姆表的内阻为15

Ω,此时流过多用电表的电流(3)当电池电动势变小,内阻变大时,若测量某一电阻时,通过回路的电流减小,指针偏向左,则欧姆表的读数变大;(4)将G改装成两种倍率(如“×1”“×10”)的欧姆表,开关合向b端时,电路最大电流小,欧姆表的中值电阻大,倍率大,这时的欧姆表是较大倍率挡。规律方法

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)测量结束后,选择开关要置于“OFF”挡或交流电压的最高挡。拓展训练3(2022·湖南卷)小梦同学自制了一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表,其内部结构如图所示,R0为调零电阻(最大阻值为R0m),Rs、Rm、Rn为定值电阻(Rs+R0m<Rm<Rn),电流表G的内阻为RG(Rs≪RG)。用此欧姆表测量一待测电阻的阻值,回答下列问题:(1)短接①②,将单刀双掷开关S与m接通,电流表G示数为Im;保持电阻R0滑片位置不变,将单刀双掷开关S与n接通,电流表G示数变为In,则Im

(选填“大于”或“小于”)In。

(2)将单刀双掷开关S与n接通,此时欧姆表的挡位为

(选填“×1”或“×10”)。

(3)若从“×1”挡位换成“×10”挡位,调整欧姆零点(欧姆零点在电流表G满偏刻度处)时,调零电阻R0的滑片应该

(选填“向上”或“向下”)调节。

(4)在“×10”挡位调整欧姆零点后,在①②间接入阻值为100Ω的定值电阻R1,稳定后电流表G的指针偏转到满偏刻度的;取走R1,在①②间接入待测电阻Rx,稳定后电流表G的指针偏转到满偏刻度的,则Rx=

Ω。

答案:

(1)大于

(2)×10

(3)向上

(4)400解析:

(1)由Rm<Rn得开关拨向m时电路的总电阻小于开关拨向n时电路的总电阻,电源电动势不变,根据I=知,Im>In。(2)S与n接通时,欧姆表内阻大,欧姆表的挡位倍率大,即为“×10”挡。(3)从“×1”挡位换为“×10”挡位,即开关S从m拨向n,电路总电阻增大,干路电流减小,①②短接时,为了使电流表满偏,则需要增大通过电流表所在支路的电流,所以需要将R0的滑片向上调节。(4)设“×10”挡位时欧姆表内阻为R内,电流表满偏电流为Ig,电路简化结构如图新题演练•能力迁移1.小明同学根据图甲的电路连接器材来探究导体电阻与其影响因素的定量关系。实验时多次改变合金丝甲接入电路的长度l、调节滑动变阻器的阻值,使电流表的读数I达到某一相同值时记录电压表的示数U,从而得到多(1)在实验中使用的是

(选填“0~20Ω”或“0~200Ω”)的滑动变阻器。

(2)在某次测量时,电压表的指针位置如图丙所示,量程为3V,则读数U=

V。

(3)已知合金丝甲的横截面积为7.0×10-8m2,则合金丝甲的电阻率为

Ω·m(结果保留2位有效数字)。

(4)图乙中图线b是另一根长度相同、材料相同的合金丝乙与合金丝甲并联后采用同样的方法获得的-l图像,由图可知合金丝甲的横截面积

(选填“大于”“等于”或“小于”)合金丝乙的横截面积。

答案:

(1)0~20Ω

(2)1.30

(3)1.0×10-6

(4)小于

解析:

(1)为方便实验操作,在实验中使用的是0~20

Ω的滑动变阻器。(2)电压表量程是3

V,由图丙所示表盘可知,其分度值为0.1

V,示数为1.30

V。代入数据解得ρ=1.0×10-6

Ω·m。(4)另一根长度相同、材料相同的合金丝乙与合金丝甲并联后,电阻率不变,横截面积变为S'=S+S乙S乙=S'-S=2.8×10-7

m2-7.0×10-8

m2=2.1×10-7

m2,故合金丝甲的横截面积小于乙的横截面积。2.(2022·湖北卷,改编)某探究小组学习了多用电表的工作原理和使用方法后,为测量一种新型材料制成的圆柱形电阻的电阻率,进行了如下实验探究。(1)该小组用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D,示数如图甲所示,其读数为

mm。再用游标卡尺测得其长度l。

甲

(2)该小组用如图乙所示的电路测量该圆柱形电阻Rx的阻值。图中电流表量程为0.6A、内阻为1.0Ω,定值电阻R0的阻值为20.0Ω,电阻箱R的最大阻值为999.9Ω。首先将S2置于位置1,闭合S1,多次改变电阻箱R的阻值,记下电流表的对应读数I,实验数据见下表。根据表中数据,在图丙中绘制出

-R图像。再将S2置于位置2,此时电流表读数为0.400A。根据图丙中的图像可得Rx=

Ω(结果保留2位有效数字)。最后可由表达式ρ=

得到该材料的电阻率(用D、l、Rx表示)。

乙

R/ΩI/A/A-15.00.4142.4210.00.3522.8415.00.3083.2520.00.2723.6825.00.2444.1030.00.2224.50(3)该小组根据图乙的电路和图丙的-R图像,还可以求得电源电动势E=

V,内阻r=

Ω。(结果均保留2位有效数字)

丙

解析:

(1)用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D,螺旋测微器的分度值为0.01

mm,需要估读到分度值的下一位,则读数为3.5

mm+0.01

mm×20.0=3.700

mm。(2)由电路可知,当将S2置于位置1,闭合S1时E=I(RA+R0+r+R)结合图像解得E=12

V,r=3.0

Ω再将S2置于位置2,此时电流表读数为0.400

A,则E=I'(r+R0+RA+Rx)解得Rx=6.0

Ω3.(2021·广东高三模拟)图甲是测量电阻Rx的原理图。其中:电流表A1的量程为100mA,内阻r1约为4Ω;电流表A2的量程为500μA,内阻r2=750Ω。甲

乙

丙

(1)根据原理图连接图乙的实物图。(2)闭合开关S前,应将滑动变阻器的滑片移到最

(选填“左”或“右”)端。

(3)闭合开关S,适当调节滑动变阻器的滑片,记录电流表A1、A2的示数I1、I2。(4)重复步骤③,测量6组I1和I2值。(5)写出Rx与I1、I2的关系式,Rx=

。

(6)根据测量数据作出I2-(I1-I2)的关系图线如图丙所示,可得Rx=

Ω。(结果保留三位有效数字)

(7)本实验的误差主要来源于

(选填“测量误差”或“电表内阻”)。

解析:

(1)已知原理图中采用的是分压接法,故先将滑动变阻器与电源串联,再将测量电路与滑动变阻器串联即可,如图。(2)为了保证安全,测量电路中电压应为最小,由分压接法规律可知,滑片应滑到最右端。(7)本实验中采用作图的方式来求电阻,误差较小,主要误差来自测量误差。

怎样得高分电学创新实验分析技巧【典例示范】

为了测量某电池的电动势E(约为3V)和内阻r,选用的器材如下:A.电流表G1(量程为2mA,内阻为100Ω)B.电流表G2(量程为1mA,内阻为200Ω)C.电阻箱R1(0~99.99Ω)D.电阻箱R2(0~9999Ω)E.滑动变阻器R3(0~1000Ω,允许最大电流1A)F.待测电池G.开关一个、导线若干(1)某同学利用上述器材,采用图甲所示的电路测量该电池的电动势和内阻,请按照图甲将图乙所示的实物图连线。甲

乙(2)图甲中利用电阻箱R1,将电流表G1改装成了量程为0.5A的电流表,利用电阻箱R2将电流表G2改装成了量程为3V的电压表,则电阻箱R1的阻值调到

Ω。

(3)以G2示数I2为纵坐标,G1示数I1为横坐标,作出I2-I1图像如图丙所示,结合图像可得出电源的电动势为

V,电源的内阻为

Ω(结果均保留两位有效数字)