第十章专题强化十六电学实验综合

专题强化十六电学实验综合目标要求1.了解差值法、半偏法、等效法、电桥法等测电阻的方法.2.学会替换和改装电表进行实验.3.会利用电学实验知识探究创新实验方案．题型一测电阻的其他几种方法考向1差值法测电阻1．电流表差值法(如图所示)(1)基本原理：定值电阻R0的电流I0＝I2－I1，电流表两端的电压U1＝(I2－I1)R0.(2)可测物理量：①若R0为已知量，可求得电流表的内阻r1＝eq\f(I2－I1R0,I1)；②若r1为已知量，可求得R0＝eq\f(I1r1,I2－I1).2．电压表差值法(如图所示)(1)基本原理：定值电阻R0的电压U0＝U2－U1，流过电压表的电流I1＝eq\f(U2－U1,R0).(2)可测物理量：①若R0为已知量，可求得电压表的内阻r1＝eq\f(U1,U2－U1)R0；②若r1为已知量，可求得R0＝eq\f(U2－U1,U1)r1.例1(2019·天津卷·9(3))现测定长金属丝的电阻率．(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示，其读数是______mm.(2)利用下列器材设计一个电路，尽量准确地测量一段金属丝的电阻．这段金属丝的电阻Rx约为100Ω，画出实验电路图，并标明器材代号．电源E(电动势10V，内阻约为10Ω)电流表A1(量程0～250mA，内阻R1＝5Ω)电流表A2(量程0～300mA，内阻约为5Ω)滑动变阻器R(最大阻值10Ω，额定电流2A)开关S及导线若干(3)某同学设计方案正确，测量得到电流表A1的读数为I1，电流表A2的读数为I2，则这段金属丝电阻的计算式Rx＝________.从设计原理看，则测量值与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“相等”)．例2(2023·江苏省扬州中学模拟)某实验小组要精确测定额定电流为0.002A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R3H．蓄电池E(电动势为20V，内阻很小)I．开关S一个(1)甲同学先进行电流表A1，和电压表V1的读数练习，其正确的读数分别为________A、________V.(2)乙同学设计了如图电路测量电灯电阻．①请你帮他选择合适的器材，电表1应选________，定值电阻应选________．(均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，其对应的结果为电灯正常工作时的电阻．考向2半偏法测电表内阻1．电流表半偏法(电路图如图所示)(1)实验步骤①先断开S2，再闭合S1，将R1由最大阻值逐渐调小，使电流表读数等于其量程Im；②保持R1不变，闭合S2，将电阻箱R2由最大阻值逐渐调小，当电流表读数等于eq\f(1,2)Im时记录下R2的值，则RA＝R2.(2)实验原理当闭合S2时，因为R1≫RA，故总电流变化极小，认为不变仍为Im，电流表读数为eq\f(Im,2)，则R2中电流为eq\f(Im,2)，所以RA＝R2.(3)误差分析①测量值偏小：RA测＝R2＜RA真．②原因分析：当闭合S2时，总电阻减小，总电流增大，大于原电流表的满偏电流，而此时电流表半偏，所以流经R2的电流比电流表所在支路的电流大，R2的电阻比电流表的电阻小，而我们把R2的读数当成电流表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小．③减小误差的方法：选电动势较大的电源E，选阻值非常大的滑动变阻器R1，满足R1≫RA.2．电压表半偏法(电路图如图所示)(1)实验步骤①将R2的阻值调为零，闭合S，调节R1的滑动触头，使电压表读数等于其量程Um；②保持R1的滑动触头不动，调节R2，当电压表读数等于eq\f(1,2)Um时记录下R2的值，则RV＝R2.(2)实验原理：RV≫R1，R2接入电路时可认为电压表和R2两端的总电压不变，仍为Um，当电压表示数调为eq\f(Um,2)时，R2两端电压也为eq\f(Um,2)，则二者电阻相等，即RV＝R2.(3)误差分析①测量值偏大：RV测＝R2>RV真．②原因分析：当R2的阻值由零逐渐增大时，R2与电压表两端的总电压也将逐渐增大，因此电压表读数等于eq\f(1,2)Um时，R2两端的电压将大于eq\f(1,2)Um，使R2>RV，从而造成RV的测量值偏大．显然电压表半偏法适用于测量内阻较大的电压表的电阻．③减小误差的方法：选电动势较大的电源E，选阻值较小的滑动变阻器R1，满足R1≪RV.例3(2023·江苏常州市模拟)某实验小组利用图甲所示电路测量电流表A的内阻，可选用的器材有：A．待测电流表A(量程1mA，内阻rg约100Ω)B．电阻箱R1(最大阻值为999.9Ω)C．电阻箱R2(最大阻值为99999.9Ω)D．电源E1(电动势约为6V)E．电源E2(电动势约为12V)F．开关、导线若干(1)按图甲电路，闭合开关S1前，应将R2调到________；闭合开关S1，调节R2使电流表满偏；(2)再闭合开关S2，调节R1，使电流表半偏，此过程中R2应________；(3)实验中R1的示数如图乙所示，被测电流表的内阻rg＝________Ω；(4)关于实验测量误差的分析正确的是________；A．测得的电流表内阻偏大B．测得的电流表内阻偏小C．为减小测量误差应选择电动势大的电源D．为减小测量误差应选择电动势小的电源(5)若要将已测内阻的电流表改装成量程为1.5V的电压表，与其连接的电阻阻值为________Ω，为校准该电压表，用笔画线替代导线完成如图丙所示校准电路的实物连接．例4(2023·江苏泰州市模拟)某同学要测量量程为3V的电压表的内阻，步骤如下：(1)先用多用电表的欧姆挡粗测该电压表的内阻值，选择开关拨至“×100”挡，表盘示数如图甲所示，则阻值约为________kΩ.若将欧姆表换一个电动势相同，但内阻更大的电池，重新欧姆调零后测量该电压表内阻，其测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)；(2)该同学改用如图乙所示电路测量电压表内阻RV，实验过程如下：A．按电路图正确连接好电路，将滑动变阻器R1的滑片移到最左端B．闭合开关S1和S2并调节R1，使电压表的指针指到满刻度C．保持开关S1闭合以及滑动变阻器R1的滑片位置不变，断开S2，调整电阻箱R2的阻值，使电压表的指针指到满刻度的eq\f(2,3)D．读出此时电阻箱R2的阻值①若电阻箱R2为1.15kΩ，则RV＝________kΩ；②用上述方法得到电压表内电阻的测量值R测______(选填“大于”“等于”或“小于”)R真；③若实验中测得的结果R测＝2.4kΩ，要将这个电压表改装成量程为5V的电压表，则应串联一个阻值为R串＝________kΩ的定值电阻；④为了使上述根据R测计算后改装的电压表能更准确地测量电压，下面做法中可行的是________．A．在R串旁边再串联一个比R串小得多的电阻B．在R串旁边再串联一个比R串大得多的电阻C．在R串两端再并联一个比R串小得多的电阻D．在R串两端再并联一个比R串大得多的电阻考向3等效替代法测电阻如图所示，先让待测电阻串联后接到电动势恒定的电源上，调节R2，使电表指针指在适当位置读出电表示数；然后将电阻箱串联后接到同一电源上，保持R2阻值不变，调节电阻箱的阻值，使电表的读数仍为原来记录的读数，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值．例5(2023·江苏连云港市高三检测)某同学用如图甲所示的电路测量未知电阻Rx的阻值．已知电源电动势约为4.5V，内阻约为1.5Ω，电压表满偏电压为3V，定值电阻R0＝3.5Ω，电阻箱R最大阻值为99.9Ω.(1)将S2接1，闭合开关S1前，该同学首先将电阻箱的阻值调到最大，这样操作是________(选填“正确”或“错误”)的；(2)多次改变电阻箱R的阻值，得到对应电压表的示数U如下表，请根据实验数据在图乙中作出U－R关系图像；电阻R/Ω1.02.04.06.08.010.0电压U/V0.751.282.002.452.763.00(3)断开S1，将S2接2，再闭合S1，电压表示数为1.60V，利用(2)中测绘的U－R图像可得Rx＝________Ω，考虑到电压表为非理想电表，则Rx测量值______(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值；(4)为了更方便地测量多种未知电阻，图甲虚线框中电路可作为欧姆表使用，电压表表盘改动后正确的是________．考向4电桥法测电阻(1)操作：如图甲所示，实验中调节电阻箱R3，使灵敏电流计G的示数为0.(2)原理：当IG＝0时，有UAB＝0，则UR1＝UR3，UR2＝URx；电路可以等效为如图乙所示．根据欧姆定律有eq\f(UR1,R1)＝eq\f(UR2,R2)，eq\f(UR1,R3)＝eq\f(UR2,Rx)，由以上两式解得R1Rx＝R2R3或eq\f(R1,R2)＝eq\f(R3,Rx)，这就是电桥平衡的条件，由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值．例6某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100μA，内阻大约为2500Ω)的内阻．可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20Ω，另一个阻值为2000Ω)；电阻箱Rz(最大阻值为99999.9Ω)；电源E(电动势约为1.5V)；开关S1和S2.C、D分别为两个滑动变阻器的滑片．(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线．(2)完成下列填空：①R1的阻值为________Ω(填“20”或“2000”)．②为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的________端(填“左”或“右”)对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近．③将电阻箱Rz的阻值置于2500.0Ω，接通S1.将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置，最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势________(填“相等”或“不相等”)．④将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2601.0Ω时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变．待测微安表的内阻为______Ω(结果保留到个位)．(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：_______________________________________________________________________.题型二定值电阻在电学实验中的应用定值电阻在电路中的主要作用(1)保护作用：保护电表，保护电源．(2)测量作用：已知电压的定值电阻相当于电流表，已知电流的定值电阻相当于电压表，主要有如图所示两种情况：图甲中流过电压表V2的电流：I2＝eq\f(U1－U2,R)；图乙中电流表A2两端的电压U2＝(I1－I2)R；(3)扩大作用：测量电路中用来扩大电表量程；当待测电阻过小时，可串联定值电阻用来扩大待测量．例7(2021·湖南卷·12)某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0，并配有可在电阻丝上移动的金属夹)、导线若干．由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘．某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度．主要实验步骤如下：(1)将器材如图(a)连接；(2)开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的________端(填“a”或“b”