广西专用高考物理二轮复习 专题十 第2课时 电学实验与创新

第2课时电学实验与创新一、多用电表的使用例1(·新课标Ⅰ·23)某学生实验小组利用图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：图1多用电表；电压表：量程5V，内阻十几千欧；滑动变阻器：最大阻值5kΩ；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1中多用电表的红表笔和________(选填“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2所示，这时电压表的示数如图3所示．多用电表和电压表的读数分别为________kΩ和________V.图2图3(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12.0kΩ和4.00V．从测量数据可知，电压表的内阻为________kΩ.(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4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______kΩ.图4解析(4)当滑动变阻器调到阻值为零时，多用电表的示数为电压表的内阻．(5)设多用电表内电池的电动势为E，电阻“×1k”挡内部电路的总电阻为R，则由闭合电路欧姆定律及两组数据得：E＝eq\f(4.00V,12.0kΩ)R＋4.00V，E＝eq\f(3.60V,12.0kΩ)[(15.0－12.0)kΩ＋R]＋3.60V联立两式解得R＝15.0kΩ，E＝9.00V.答案(1)短接(2)1(3)15.03.60(4)12.0(5)9.0015.0以题说法1.欧姆表的原理(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，黑表笔流出”．(2)测电阻的原理是闭合电路欧姆定律．当红、黑表笔短接时，调节滑动变阻器R0(即欧姆调零)，使灵敏电流计满偏，Ig＝eq\f(E,Rg＋R0＋r)，此时中值电阻R中＝Rg＋R0＋r，当两表笔接入电阻Rx时I＝eq\f(E,Rg＋R0＋r＋Rx)，电阻Rx与电路中的电流相对应，但不是线性关系，故欧姆表刻度不均匀．2．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．(1)用多用电表的欧姆挡测量阻值时，选择倍率为×100Ω挡，按正确的实验操作步骤测量，表盘指针位置如图5所示，该电阻的阻值约为________Ω；图5(2)下列关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的是 ()A．测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则不会影响测量结果B．测量阻值不同的电阻时，都必须重新欧姆调零C．测量电路中的电阻时，应该把该电阻与电源断开D．欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但仍能调零，其测量结果与原来相比不变(3)用多用电表探测二极管的极性，用欧姆挡测量，黑表笔接a端，红表笔接b端时，指针偏转角较大，然后黑、红表笔反接指针偏转角较小，说明________(填“a”或“b”)端是二极管正极．答案(1)1700(2)AC(3)a解析(1)欧姆表的测量值是指针读数与倍率的乘积，为17×100Ω＝1700Ω.(2)欧姆表测电阻时，红、黑表笔插错不会影响测量结果，A正确；测不同的电阻时，只要没更换倍率，不需重新欧姆调零，B错误；测电路中的电阻时应将待测电阻与电源断开，C正确；表中的电池电动势变小、内阻变大后，会影响测量结果，D错误．(3)二极管具有单向导电性，欧姆表的红表笔接的是表内电池的负极，接b端时，指针偏转角度大，二极管电阻小，说明b端是二极管的负极，a端是其正极．二、以测电阻为核心的电学实验例2(·北京·21)某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值．(1)现有电源(4V，内阻可不计)、滑动变阻器(0～50Ω，额定电流2A)、开关和导线若干，以及下列电表：A．电流表(0～3A，内阻约0.025Ω)B．电流表(0～0.6A，内阻约0.125Ω)C．电压表(0～3V，内阻约3kΩ)D．电压表(0～15V，内阻约15kΩ)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6中的________(选填“甲”或“乙”)．图6(2)图7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，补充完成图中实物间的连线．图7(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8所示，可得该电阻的测量值Rx＝eq\f(U,I)＝________Ω(保留两位有效数字)．图8(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________．解析(1)为了减小误差，应使电表读数为量程的eq\f(1,3)～eq\f(2,3)，电源电动势为4V，故电压表选C.估算通过Rx的最大电流约为Im＝eq\f(3,5)A＝0.6A，所以电流表应选B.因为eq\f(RV,Rx)＞eq\f(Rx,RA)，所以电流表应外接，即应采用甲电路，测量误差较小．(2)(3)电流表、电压表的读数分别为I＝0.50A，U＝2.60V，所以Rx＝eq\f(2.60,0.50)Ω＝5.2Ω.(4)甲电路中产生误差的主要原因是电压表的分流作用，选项B正确．乙电路中产生误差的主要原因是电流表的分压作用，故选项D正确．(5)Rx两端的电压U＝eq\f(RxE,Rx＋\f(R,L)L－x)，其中R为滑动变阻器总阻值，L为滑动变阻器两端总长度，结合数学知识可知选项A正确．答案(1)BC甲(2)见解析图(3)5.2(4)BD(5)A以题说法描绘小电珠的伏安特性曲线、测定金属的电阻率，其实验原理都涉及伏安法测电阻，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．2．电路设计：(1)电表选择注意三方面：①安全性，要求量程不能太小，电表不反接；②准确性，要求量程不能太大，读数一般要超过量程的eq\f(1,3)；③若电表量程不合适，要利用有准确内阻的电表进行改装．(2)测量电路设计：若eq\f(Rx,RA)>eq\f(RV,Rx)，则应把电流表内接；若eq\f(Rx,RA)<eq\f(RV,Rx)，则应把电流表外接．(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：①电压要求从零开始变化；②滑动变阻器太小，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．某实验小组进行“探究热敏电阻的温度特性”实验，实验室提供如下器材：热敏电阻Rt(常温下约8kΩ)、温度计、电流表mA(量程1mA，内阻约200Ω)、电压表V(量程3V，内阻约10kΩ)、电池组E(4.5V，内阻约1Ω)、滑动变阻器R(最大阻值为20Ω)、开关S、导线若干、烧杯和水．(1)根据提供器材的参数将图9甲所示的实物图中所缺的导线补接完整．图9(2)实验开始前滑动变阻器的滑动触头P应置于________(填“a”或“b”)端．(3)利用补接完整的实验装置测量出不同温度下的电阻值，画出该热敏电阻的Rt－t图象如图10中的实测曲线，与图中理论曲线相比二者有一定的差异．除了偶然误差外，下列关于产生系统误差的原因或减小系统误差的方法叙述正确的是________．(填选项前的字母，不定项选择)图10A．电流表的分压造成电阻的测量值总比真实值大B．电压表的分流造成电阻的测量值总比真实值小C．温度升高到一定值后，电流表应改为外接法(4)将本实验所用的热敏电阻接到一个电流较大的恒流电源中使用，当电流通过电阻产生的热量与电阻向周围环境散热达到平衡时，满足关系式I2R＝k(t－t0)(其中k是散热系数，t是电阻的温度，t0是周围环境温度，I为电流强度)，电阻的温度稳定在某一值．若通过它的电流恒为50mA，t0＝20°C，k＝0.25W/°C，由实测曲线可知该电阻的温度稳定在________°C.答案(1)连线如图所示(2)a(3)AC(4)48(46～50均可)解析(1)如果用限流法，待测电阻两端的电压将超出电压表的量程，故用分压法，因为待测电阻是大电阻，故用内接法．(2)开始时待测电阻两端的电压应当最小，故滑动触头应置于a端．(3)用电流表内接法测量的是待测电阻和电流表内阻的和，故测量值偏大，A正确；温度升高，热敏电阻的阻值变小，当与电流表电阻接近时，应改为电流表外接法，C正确．(4)将I＝50mA、t0＝20°C、k＝0.25W/°C代入I2R＝k(t－t0)中可得R＝0.1(t－20)kΩ，在Rt－t图中作出该直线，找到该直线与实测Rt－t曲线的交点，交点所对应的横坐标约为48°C，所以该电阻的温度稳定在48°C.三、以测电源的电动势为核心的电学实验例3(10分)在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，提供了如图11甲、乙、丙所示的三组器材．(1)请把能完成实验的器材都连成电路．图11(2)某同学根据他的实验数据作出了如图12所示的图象，由此可知该同学选用的是________(填“甲”“乙”或“丙”)组器材进行实验．根据图象可得出电源的电动势E＝______V，内阻r＝________Ω.(忽略电表内阻的影响，结果保留两位有效数字)图12解析(1)只要能取两组不同数值，列出闭合电路欧姆定律的表达式，未知量只有电动势和内阻就可以完成实验，甲图不满足要求，乙、丙两图满足要求．根据下面两幅电路图连接乙、丙的实物图．(2)丙图中的外电阻可以通过电阻箱读出来，所以选的一定是丙图．根据闭合电路欧姆定律有E＝IR＋Ir，整理可得R＝eq\f(E,I)－r，可知图线与纵轴截距的绝对值是内阻，图线的斜率是电源的电动势．答案(1)如图所示(4分，乙、丙各2分，画了甲图则此问扣1分)(2)丙(2分)1.4(1.3～1.5均可)(2分)1.0(0.8～1.2均可)(2分)以题说法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E＝U＋Ir，利用两组数据，联立方程求解E和r；也可作出U－I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．2．伏阻法——利用电压表和电阻箱．闭合电路方程为E＝U(1＋eq\f(r,R))．利用两组数据联立方程求解或将原方程线性化，处理为eq\f(1,U)＝eq\f(r,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(1,E)或U＝－req\f(U,R)＋E，作eq\f(1,U)－eq\f(1,R)图象或U－eq\f(U,R)图象，利用图线的截距和斜率求E和r.3．安阻法——利用电流表和电阻箱．闭合电路方程为E＝I(R＋r)，利用两组数据联立方程求解或将方程线性化，处理为eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)·R＋eq\f(r,E)，作eq\f(1,I)－R图象，利用图线的截距和斜率求E和r.(·浙江·22)采用如图13所示的电路“测定电池的电动势和内阻”．图13(1)除了选用图14照片中的部分器材外，________(填选项)；图14A．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123456R/Ω1.21.00.80.60.40.2I/A0.600.700.800.891.001.20U/V0.900.780.740.670.620.43在图15中用作图法求得电池的内阻r＝________；图15(3)根据第5次所测得的实验数据，求得电流表内阻RA＝________.答案(1)A(2)(0.75±0.10)Ω(3)0.22Ω解析(1)除照片中的器材外，还需要电压表，故应选A.(2)作出U－I图象，如图所示，由图象斜率可求得电池的内阻r＝(0.75±0.10)Ω.(3)由U＝I(R＋RA)和第5组数据，得：电流表的内阻RA＝eq\f(U,I)－R＝(eq\f(0.62,1.00)－0.4)Ω＝0.22Ω.15．从原理迁移中突破电学实验题审题示例(9分)在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，备有如下器材：A．干电池B．电流表(0～0.6A，内阻约0.1Ω)C．灵敏电流计(满偏电流Ig＝200μA、内阻rg＝500Ω)D．滑动变阻器(0～20Ω、2.0A)E．电阻箱RF．开关、导线若干(1)由于没有电压表，要把灵敏电流计改装成量程为2V的电压表，需串联一个阻值为________Ω的电阻．(2)改装后采用如图16甲所示电路进行测量，请在图乙上完成实物连线．图16(3)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑片移动至________(填“a端”、“中央”或“b端”)．(4)图17为该实验绘出的I1－I2图线(I1为灵敏电流计的示数，I2为电流表的示数)，由图线可求得被测电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.图17审题模板答题模板(1)由2V＝Ig(rg＋Rx)可得Rx＝9500Ω.(2)实物连线图如答案图所示．(3)在闭合开关S前，滑动变阻器应处于最大阻值处，滑片应移动至a端．(4)图线与纵轴的截距约为146μA，对应着电源电动势E＝146×10－6×(9500＋500)V＝1.46V；电源内阻r＝eq\f(ΔU,ΔI)＝eq\f(ΔI1,100·ΔI2)Ω＝eq\f(0.46,0.56)Ω＝0.82Ω.答案(1)9500(2分)(2)电路如图所示(2分)(3)a端(1分)(4)1.46(1.45～1.47)(2分)0.82(0.80～0.84)(2分)如图18甲所示为某一型号二极管，其两端分别记为A和B.图乙为它的伏安特性曲线，其外表所标示的极性已看不清，为确定该二极管的极性，用多用电表的电阻挡进行测量．图18(1)首先对多用电表进行机械调零，然后将红、黑表笔正确插入插孔后，选用×100挡进行测量，在测量前要进行的操作步骤为____________________________________．(2)将多用电表的红表笔与二极管的A端、黑表笔与二极管的B端相连时，表的指针偏转角度很大；调换表笔的连接后，表的指针偏转角度很小，由上述测量可知该二极管的正极为________(填“A”或“B”)端．(3)当给该二极管加上反向30V电压时，用伏安法测量其电阻值，提供的器材有：①直流40V电源；②电流表A1，量程0.6A，内阻约10Ω；③电流表A2，量程50μA，内阻约100Ω；④电压表V，量程为50V，内阻约100kΩ；⑤滑动变阻器，总电阻100Ω；⑥开关、导线若干．在提供的两块电流表中应选用________(填“②”或“③”)，在图19虚线框内画出实验电路图(二极管的符号已画在图中)．图19答案(1)将红、黑表笔短接，调节调零旋钮，使指针指到电阻的零刻度处(2)B(3)③电路图如图所示解析(1)欧姆调零的具体步骤为：将红、黑表笔短接，调节调零旋钮，使指针指到电阻的零刻度处．(2)二极管正向电阻很小，反向电阻极大，多用电表的电流方向是“红进黑出”，可知该二极管的正极为B端．(3)根据题图乙，当反向电压为30V时，反向电流不超过50μA，故电流表选③；二极管反向电阻极大，电流表应该采用内接法，为了多测几组数据，滑动变阻器采用分压式接法．(限时：45分钟)1．(·安徽·21)Ⅱ.(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1所示，校零时的读数为________mm，合金丝的直径为________mm.图1(2)为了精确测量合金丝的电阻Rx，设计出如图2所示的实验电路图，按照该电路图完成图3中的实物电路连接．图2图3Ⅲ.根据闭合电路欧姆定律，用图4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eq\f(1,U12)—R坐标系中描出坐标点，如图5所示．已知R0＝150Ω，请完成以下数据分析和处理．图4图5(1)图5中电阻为________Ω的数据点应剔除；(2)在坐标系中画出eq\f(1,U12)—R关系图线；(3)图线的斜率是________(V－1·Ω－1)，由此可得电池电动势Ex＝________V.答案Ⅱ.(1)0.0070.638(0.636～0.640都算正确)(2)见解析图Ⅲ.(1)80.0(2)见解析图(3)4.44×10－31.50解析Ⅱ.(1)校零时的读数为0.007mm合金丝的直径d＝(0.645－0.007)mm＝0.638mm(0.636～0.640都算正确)(2)按照电路图进行实物连线如图所示Ⅲ.(1)由闭合电路欧姆定律可知：Ex＝eq\f(U12,R0)(R＋rx)＋U12即eq\f(1,U12)＝eq\f(1,ExR0)R＋eq\f(1,Ex)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋\f(rx,R0)))由此可知eq\f(1,U12)—R关系图线是一条直线．电阻R＝80.0Ω的点不落在直线上，应剔除．(2)画出eq\f(1,U12)—R关系图线如图所示(3)斜率k＝eq\f(1.51－0.71,180)V－1·Ω－1＝4.44×10－3V－1·Ω－1结合eq\f(1,U12)＝eq\f(1,ExR0)R＋eq\f(1,Ex)(1＋eq\f(r,R0))可知：eq\f(1,ExR0)＝4.44×10－3所以Ex＝1.50V2．(·福建·19(2))硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件．某实验小组设计如图6甲所示电路，给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点)，探究其在无光照时的反向伏安特性．图中电压表V1量程选用3V，内阻为6.0kΩ；电压表V2量程选用15V，内阻约为30kΩ；R0为保护电阻；直流电源电动势E约为12V，内阻不计．①根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路．图6②用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S，调节变阻器R，读出电压表V1、V2的示数U1、U2.(ⅰ)某次测量时，电压表V1示数如图丙，则U1＝______V，可算出通过硅光电池的反向电流大小为________mA(保留两位小数)．(ⅱ)该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9组U1、U2数据，算出相应的硅光电池两端反向电压Ux和通过的反向电流Ix(表中“－”表示反向)，并在坐标纸上建立Ix－Ux坐标系，标出了与表中前5组Ux、Ix数据对应的5个坐标点，如图7所示．请你标出余下的4个坐标点，并绘出Ix－Ux图线.123456789U1/V0.000.000.060.120.240.420.721.141.74U2/V0.01.02.13.14.25.46.78.19.7Ux/V0.0－1.0－2.0－3.0－4.0－5.0－6.0－7.0－8.0Ix/mA0.000.00－0.01－0.02－0.04－0.07－0.12－0.19－0.29图7(ⅲ)由Ix－Ux图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，Ix与Ux成______(填“线性”或“非线性”)关系．答案①连线如图所示②(ⅰ)1.400.23(ⅱ)描点绘出Ix－Ux图线如图所示(ⅲ)非线性3．(·广东·34(2))图8(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0.6A(内阻不计)，标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30.0cm.图8①根据原理图连接图(b)的实物图．②断开S2，合上S1；调节电源输出电压为3.0V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．③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②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＝________Ω.答案①见解析图②0.1③eq\f(Lu,I)6.0解析①实物图如图所示②由于电阻丝均匀，故单位长度电阻丝的电压u＝eq\f(3.0V,30.0cm)＝0.1V/cm.③设电阻丝每cm长的电阻为R，当合上S1、断开S2时，设此时流过电阻丝的电流为I′，有：I′·30.0R＝30.0u，当合上S1、S2时，I′·LR＝IRx由上述两公式得：Rx＝eq\f(Lu,I).L－I图象如图所示，由图象知：L－I的斜率k＝60cm/A，Rx＝ku＝6.0Ω.4．根据实际情况经常要进行电表的改装，下面是在一次电表的改装实验中遇到的问题：一直流电压表，量程为1V，内阻为1000Ω.现将一阻值在5000Ω～7000Ω之间的固定电阻R1与此电压表串联，以扩大电压表的量程．为求得扩大后量程的准确值，再给一直流电源(电动势E为6V～7V，内阻可忽略不计)，一阻值R2＝2000Ω的定值电阻，两个单刀开关S1、S2及若干导线．(1)为达到上述目的，将图9中的图连成一个完整的实验电路图；图9(2)连线完成后，当S1与S2均闭合时，电压表的示数为0.90V；当S1闭合，S2断开时，电压表的示数为0.70V．由此可以计算出改装