（通用版）2020版高考物理专题七第17讲电学实验及创新课件.pptx

1、第17讲电学实验及创新,1,2,3,1.(2019全国卷)某小组利用图(a)所示的电路,研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系,图中V1和V2为理想电压表;R为滑动变阻器,R0为定值电阻(阻值100 );S为开关,E为电源。实验中二极管置于控温炉内,控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图(b)是该小组在恒定电流为50.0 A时得到的某硅二极管U-t关系曲线。回答下列问题:,1,2,3,1,2,3,(1)实验中,为保证流过二极管的电流为50.0 A,应调节滑动变阻器R,使电压表V1的示数为U1= mV;根据图(b)可知,当控温炉内的温度t升高时,硅二极管正向电阻(填“变大

2、”或“变小”),电压表V1示数(填“增大”或“减小”),此时应将R的滑片向(填“A”或“B”)端移动,以使V1示数仍为U1。 (2)由图(b)可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器,该硅二极管的测温灵敏度为 =10-3 V/(保留2位有效数字)。,1,2,3,解析:(1)U1=IR0=50.010-3100 mV=5.00 mV。 从U-t关系曲线可以得出,温度升高时,二极管两端电压变小,二极管正向电阻变小,回路电流变大,电压表V1示数增大,为了保证电流不变,滑动变阻器R的滑片应向B端移动。 答案:(1)5.00变小增大B(2)2.8,1,2,3,2.(2019全国卷)某同学欲将

3、内阻为98.5 、量程为100 A的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准,要求改装后欧姆表的15 k刻度正好对应电流表表盘的50 A刻度。可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14 k),滑动变阻器R1(最大阻值1 500 ),滑动变阻器R2(最大阻值500 ),电阻箱(099 999.9 ),干电池(E=1.5 V,r=1.5 ),红、黑表笔和导线若干。,1,2,3,(1)欧姆表设计 将图(a)中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后,滑动变阻器R接入电路的电阻应为;滑动变阻器选(填“R1”或“R2”)。 (2)刻度欧姆表表盘 通过计算,对整个表盘进行电阻刻度,如图(b)所示。表盘上a、b处的电流

4、刻度分别为25和75,则a、b处的电阻刻度分别为、。,1,2,3,(3)校准红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向k处;将红、黑表笔与电阻箱连接,记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值,完成校准数据测量。若校准某刻度时,电阻箱旋钮位置如图(c)所示,则电阻箱接入的阻值为。,1,3,解析:(1)把图中各元件串联起来,注意电流从红表笔进,从黑表笔出。15 k为中值电阻,也是欧姆表内阻,R-R0-r-Rg=15 000 -14 000 -1.5 -98.5 =900 ,R1最大值为1 500 ,能提供900 的电阻,故选R1。 (3)欧姆表欧姆调零时调到0 ;读数就是箭头指的

5、数乘以倍数,然后再加起来,求得和为35 000.0 。,2,1,2,3,答案:(1)连线如图所示900R1(2)455(3)035 000.0,1,2,3,3.(2018全国卷)某同学组装一个多用电表。可选用的器材有:微安表头(量程100 A,内阻900 );电阻箱R1(阻值范围0999.9 );电阻箱R2(阻值范围099 999.9 );导线若干。 要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表,在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表,组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡。 回答下列问题: (1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2,其中 为公共接线柱,a和b分别是电

6、流挡和电压挡 的接线柱。 (2)电阻箱的阻值应取R1= ,R2= 。(保留到个位),1,2,3,解析:(1)微安表改装为1 mA的电流表,需要并联小于其内阻的电阻,起分流作用,应选R1;改后的电流表再改装为大量程的电压表时需要串联较大的电阻,起分压作用,应选R2。电路如图所示。 (2)微安表与R1并联,有Igrg=(I-Ig)R1,其中I=1 mA,Ig=100 A,rg=900 ,代入得R1=100 。改装后的电流表量程为I=1 mA,内阻为 改装后的电流表与R2串联,有IR2=U-IRg,其中U=3 V,得R2=2 910 。 答案:(1)见解析图 (2)1002 910,考点1,考点2,

7、考点3,考点4,以测电阻为核心的实验 例1(2018天津高考)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 k),除了Rx、开关S、导线外,还有下列器材供选用: A.电压表(量程01 V,内阻约10 k) B.电压表(量程010 V,内阻约100 k) C.电流表(量程01 mA,内阻约30 ) D.电流表(量程00.6 A,内阻约0.05 ) E.电源(电动势1.5 V,额定电流0.5 A,内阻不计) F.电源(电动势12 V,额定电流2 A,内阻不计) G.滑动变阻器R0(阻值范围010 ,额定电流2 A),考点1,考点2,考点3,考点4,(1)为使测量尽量准确,电压表选用,电流表选用,

8、电源选用。(均填器材的字母代号) (2)画出测量Rx阻值的实验电路图。 (3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看,待测电阻测量值会其真实值(填“大于”“小于”或“等于”),原因是 。,考点1,考点2,考点3,考点4,审题,考点1,考点2,考点3,考点4,解析:(1)由于待测电阻约为10 k太大,电源电动势为12 V时,电路中电流大约1.2 mA,故电流表选C,电源选F。由于待测电阻约为10 k,电路中电流约为1.2 mA,则待测电阻两端电压约为12 V,所以电压表选B。 (2)由于待测电阻阻值远大于所选电流表内阻,而略小于电压表内阻,故实验测量电路设计时用内接法;而滑动变阻器

9、最大阻值远小于待测电阻的阻值,故控制电路中滑动变阻器使用限流式接法根本起不到调节作用,滑动变阻器只能采用分压式接法。电路图见答案。,考点1,考点2,考点3,考点4,答案:(1)BCF (2)如图所示 (3)大于电压表的读数大于待测电阻两端实际电压(其他正确表述也可),考点1,考点2,考点3,考点4,方法归纳伏安法测电阻要明确的七个要点 (1)仪表选择的三个原则: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)选择电流表内外接法的口诀:“内大大”(大电阻适合电流表内接法,测量值比实际值偏大)。 (3)选择滑动变阻器接法的口诀:“以小控大用分压”(并联总电阻

10、主要由小电阻决定,并联总电流主要由电阻小的支路决定,故并联电路对小电阻的变化更敏感,即小电阻“控制”着大电阻)。 (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。 (6)电压表量程的选择:比电源电动势略大或相差不多。 (7)电流表量程的选择:和电压表量程与被测电阻的比值相差不大。,考点1,考点2,考点3,考点4,对应训练 1.(2019湖南长沙模拟)现要测量电流表G1的内阻,给出下列器材: 电流表G1(量程05 mA,内阻r1约为150 左右);电流表G2(量程010 mA,内阻r2约为100 左右)

11、;定值电阻R1=100 ;定值电阻R2=10 ;滑动变阻器R3(0200 );干电池E(1.5 V,内阻未知);单刀单掷开关S;导线若干。 (1)定值电阻选; (2)在方框中已画出部分实验电路设计图, 请补充完整,并标明所用器材的代号; (3)若选测量数据中的一组计算r1,所用的表达式r1=,式中各符号的意义是 。,考点1,考点2,考点3,考点4,解析:(1)若选R2,则其阻值太小,电流过大,而R1与G1内阻相当,故选R1。 (2)电路图如图所示:G2的示数与G1的示数之差为通过R1的电流值。,考点1,考点2,考点3,考点4,2.(2019吉林三调)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电

12、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: V待测电压表(量程03 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),开关两个,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。,考点1,考点2,考点3,考点4,(2)根据设计的电路进行的实验步骤是:移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在的支路分压(选填“最大”或“最小”);闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针(选填“满偏”或“半偏”);保持滑动变阻

13、器滑片位置不变,断开S2,调节电阻箱R0,使电压表的指针(选填“满偏”或“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)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,RVRV(选填“”“=”或“”)。,考点1,考点2,考点3,考点4,解析:(1)待测电压表电阻(3 000 )远大于滑动变阻器R1的电阻值(100 ),故滑动变阻器R1采用分压式接法。 电路图如图所示。,考点1,考点2,考点3,考点4,(2)根据设计的电路进行的实验步骤是:移动滑动电阻器的滑片,以保证通电后电压表所在的支路分压最小;闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针满偏;保持滑动电

14、阻器滑片位置不变,断开S2,调节电阻箱R0,使电压表的指针半偏;读取电阻箱所示的电阻值,此即为测得的电压表内阻。 (3)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,则电阻箱分压大于计算值,则会引起测量值偏大,故RV,考点1,考点2,考点3,考点4,以测特性曲线为核心的实验 例2(2017全国卷)某同学研究小灯泡的伏安特性,所使用的器材有:小灯泡L(额定电压3.8 V,额定电流0.32 A);电压表V(量程3 V,内阻3 k);电流表A(量程0.5 A,内阻0.5 );固定电阻R0(阻值1 000 );滑动变阻器R(阻值09.0 );电源E(电动势5 V,内阻不计);开关S;导线若干。

15、 (1)实验要求能够实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量,画出实验电路原理图。,考点1,考点2,考点3,考点4,(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示。 由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻(填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率(填“增大”“不变”或“减小”)。,考点1,考点2,考点3,考点4,(3)用另一电源E0(电动势4 V,内阻1.00 )和题给器材连接成图(b)所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为 W,最大功率为 W。(结果均保留2位小数),考点1,考点2,考点3,考点4,审题

16、,考点1,考点2,考点3,考点4,考点1,考点2,考点3,考点4,考点1,考点2,考点3,考点4,(3)当R=9 时灯泡功率最小,将电阻R与电源视为整体。U=E-I(R+r),故U=4 V-10 I,作图法找到灯泡功率Pmin=UI=1.75 V0.225 A0.39 W 当R=0时,灯泡功率最大,电源的路端电压与电流的关系U=E-Ir,故U=4 V-1 I,作图法找到灯泡功率Pmax=UI=3.65 V0.32 A1.17 W。,考点1,考点2,考点3,考点4,答案:(1) (2)增大增大(3)0.391.17,考点1,考点2,考点3,考点4,方法归纳1.限流和分压两种电路的比较,考点1,考

17、点2,考点3,考点4,2.限流和分压两种电路的选择 (1)要求电压从0开始逐渐增大,采取分压接法。 (2)要求所测量范围尽可能大,采取分压接法。 (3)变阻器电阻比负载电阻小很多,采取分压接法。 (4)用限流法不能把电流控制在量程内,采取分压接法。 (5)除了上述情况外才可考虑用限流法。 (6)两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法,因为限流式接法电路简单、耗能低。 3.本实验的器材选择 根据小灯泡的额定值确定电流表和电压表的量程。滑动变阻器的阻值要比小灯泡的电阻小,越小越便于调节。,考点1,考点2,考点3,考点4,对应训练 3.(2019北京东城区二模)为了描绘小灯泡的伏安特性曲线,

18、提供以下实验器材: 小灯泡L(额定电压3.8 V,额定电流0.32 A) 电压表V(量程3 V,内阻3 k) 电流表A(量程0.5 A,内阻约0.5 ) 电阻箱R0(09 999.9 ) 滑动变阻器R1(阻值05 ,2 A) 滑动变阻器R2(阻值0200 ,1 A) 学生电源E(电动势4 V,内阻不计) 开关S及导线若干。,考点1,考点2,考点3,考点4,(1)关于控制电路中滑动变阻器的连接方法,应选择。 A.分压式连接 B.限流式连接 (2)为了减小系统误差,关于测量电路中电压表和电流表的连接方式,应选择。 A.安培表内接法 B.安培表外接法 (3)实验提供的电压表量程小于小灯泡的额定电压,

19、需要把电压表的量程扩大到4伏,改装电压表时,应将电阻箱阻值调至,并与题中所给电压表(选填“串联”或“并联”)。 (4)请在方框中画出该实验的电路图。,考点1,考点2,考点3,考点4,(5)为操作方便,实验中滑动变阻器应选择(选填R1或R2)。你的选择理由是 。,考点1,考点2,考点3,考点4,(6)实验中得到小灯泡的伏安特性曲线如图(a)所示,由实验曲线可知,随着电压的增加小灯泡的电阻(选填“增大”“不变”或“减小”)。 (7)现将与题中完全相同的两个小灯泡与另一电源E0(电动势4 V,内阻1.0 )和一阻值为9 的定值电阻连接成如图(b)所示电路。此电路中每个小灯泡两端的实际电压为V(结果保

20、留两位有效数字)。,考点1,考点2,考点3,考点4,解析:(1)因要得到从零开始连续可调的多组电压,控制电路中滑动变阻器的连接方法,应选择分压式连接,故选A。,考点1,考点2,考点3,考点4,(4)实验的电路图。 (5)为操作方便,实验中滑动变阻器应选择阻值较小的R1。选择理由是:选择R1时,移动滑片,小灯泡两端的电压示数变化比较均匀(线性关系较好)。 (6)由实验曲线可知,随着电压的增加I-U线的斜率逐渐减小,则小灯泡的电阻增大。,考点1,考点2,考点3,考点4,(7)设每个灯泡两端电压为U,电流为I,则由闭合电路的欧姆定律:E=2U+I(r+R),即4=2U+10I,即U=2-5I,将此函

21、数关系画在灯泡的伏安特性曲线上,如图2,交点坐标为U=1.1 V,即此电路中每个小灯泡的两端的实际电压为1.1 V。,考点1,考点2,考点3,考点4,答案:(1)A(2)B(3)1 000.0串联(4)见解析图 (5)R1选择R1时,移动滑片,小灯泡两端的电压示数变化比较均匀(线性关系较好)(6)增大(7)1.1,考点1,考点2,考点3,考点4,以测电源的电动势和内阻为核心的实验 例3(2018江苏高考)一同学测量某干电池的电动势和内阻。 (1)如图甲所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。,考点1,考点2,考点3,考点4,(2

22、)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I,以及计算的 数据见下表:,考点1,考点2,考点3,考点4,根据表中数据,在方格纸上作出 关系图象。由图象可计算出该干电池的电动势为 V;内阻为 。 (3)为了得到更准确的测量结果,在测出上述数据后,该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱,当电流表的示数为0.33 A时,电压表的指针位置如图丙所示,则该干电池的电动势应为 V;内阻应为 。,考点1,考点2,考点3,考点4,解题思路(1)明确实验中安全性要求,知道开关应最后闭合,电阻箱在开始时应调至最大;(2)根据描点法可得出对应的图象,再根据闭合电路欧姆定律列式,结合图象即可确

23、定电动势和内电阻;(3)根据电路进行分析,明确误差情况,再根据欧姆定律求出电流表内阻,从而确定电动势和内阻的准确值。,考点1,考点2,考点3,考点4,解析:(1)连接电路时应将开关断开,且将电路中的电阻箱阻值调至最大以保护电流表。 (2)将表中的数据在方格纸上一一描点连线即可,如图所示:,考点1,考点2,考点3,考点4,答案:(1)开关未断开电阻箱阻值为零 (2)(见解析图)1.4(1.301.44都算对)1.2(1.01.4都算对) (3)1.4(结果与(2)问第一个空格一致)1.0(结果比(2)问第二个空格小0.2),考点1,考点2,考点3,考点4,方法归纳1.测电源电动势和内阻的常用方法

24、,考点1,考点2,考点3,考点4,考点1,考点2,考点3,考点4,考点1,考点2,考点3,考点4,对应训练 4.(2019河南郑州模拟)甲同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E及电阻R1和R2的阻值。 实验器材有:待测电源E(不计内阻),待测电阻R1,待测电阻R2,电压表V(量程为1.5 V,内阻很大),电阻箱R(099.99 ),单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干。 (1)先测电阻R1的阻值。请将甲同学的操作补充完整:闭合S1,将S2切换到a,调节电阻箱,读出其示数R0和对应的电压表示数U1。保持电阻箱示数不变,读出电压表的示数U2。则电阻R1的表达式为R1=。,考点1,考点

25、2,考点3,考点4,(2)甲同学已经测得电阻R1=4.80 ,继续测电源电动势E和电阻R2的阻值,该同学的做法是:闭合S1,将S2切换到a,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U,用测得的数据,绘出了如图乙所示的 图线,则电源电动势E= V,电阻R2= (结果保留3位有效数字)。,考点1,考点2,考点3,考点4,考点1,考点2,考点3,考点4,电表的原理与改装 例4(2017全国卷)图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池;R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻,R6是可变电阻;表头的满偏电流为250 A,内阻为480 。虚线方框内为换挡开关,A端和B端分

26、别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位,5个挡位为:直流电压1 V挡和5 V挡,直流电流1 mA挡和2.5 mA挡,欧姆100 挡。,图(a),图(b),考点1,考点2,考点3,考点4,(1)图(a)中的A端与(填“红”或“黑”)色表笔相连接。 (2)关于R6的使用,下列说法正确的是(填正确答案标号)。 A.在使用多用电表之前,调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置 B.使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置 C.使用电流挡时,调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置 (3)根据题给条件可得R1+R2= ,R4= 。 (4)某次测量时该多用电表指

27、针位置如图(b)所示。若此时B端是与“1”相连的,则多用电表读数为;若此时B端是与“3”相连的,则读数为;若此时B端是与“5”相连的,则读数为。(结果均保留3位有效数字),考点1,考点2,考点3,考点4,解题思路(1)明确欧姆表原理,知道内部电源的正极接黑表笔,负极接红表笔; (2)明确电路结构,知道欧姆挡中所接滑动变阻器只能进行欧姆调零; (3)根据给出的量程和电路进行分析,再结合串并联电路的规律即可求得各电阻的阻值; (4)明确电表的量程,确定最小分度,从而得出最终的读数。,考点1,考点2,考点3,考点4,解析:(1)根据电流从红表笔进入多用表,结合欧姆挡知,A与黑表笔相连。 (2)在使用多用电表之前,调节机械定位螺丝使电表指针指在表盘左端电流“0”位置,A选项错;使用欧姆挡时,将两表笔短接,调整R0进行欧姆调零,B选项正确;电流挡中电路与R6无关,C选项错。 (3)当B端接“2”时,电流表的量程为1 mA,此时,R1、R2串联后与表头并联,R1+R2承担的电流为I-Ig=0.75 mA,由IgRg=(I-Ig)(R1+R2),可得R1+R2=160 ;当B端接