【物理】2019届一轮复习人教版　电学实验学案 13页

第10讲 　电学实验 高考题型1　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．‎ ‎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；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>，则应把电流表内接；若<，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滑动变阻器最大阻值太小，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．‎ 例2　(2015·新课标全国Ⅱ·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 Ω)，电阻箱R0(最大阻值为99 999.9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值100 Ω，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． :学 ]‎ ‎(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 ‎(2)根据设计的电路，写出实验步骤：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ ‎(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________________________________________________________________________‎ ‎______________________________________________________________________ ‎ 预测2　(2015·东北三省四市模拟)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 Ω.实验室提供的器材有：‎ A．电流表A(量程：0～3 mA，内阻RA＝15 Ω)‎ B．定值电阻R1＝1 985 Ω C．滑动变阻器R(0～10 Ω)‎ D．电压表V(量程：0～12 V，内阻RV＝1 Ω)‎ 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________．‎ ‎(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．‎ 高考题型2　描绘小电珠(或者其他元件)的伏安特性曲线 解题方略 ‎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．‎ ‎2．小电珠的伏安特性曲线(以I－U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　(2015·临沂二模)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 Ω)[ : xx ]‎ B．电流表(量程是0.6 A，内阻是0.5 Ω)‎ C．电压表(量程是15 V，内阻是25 Ω)‎ D．电压表(量程是3 V，内阻是5 Ω)‎ E．滑动变阻器(阻值范围0～5 Ω，额定电流为0.6 A)‎ F．滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω，额定电流为0.6 A)‎ G．直流电源(电动势E＝3 V，内阻不计)‎ H．开关、导线若干 ‎(1)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)‎ ‎(2)请将图5甲所示实验电路图补充完整．‎ ‎(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．[ : xx ]‎ I/A ‎0‎ ‎0.12‎ ‎0.21‎ ‎0.29‎ ‎0.34‎ ‎0.38‎ ‎0.42‎ ‎0.45‎ ‎0.47‎ ‎0.49‎ ‎0.50‎ U/V ‎0‎ ‎0.20‎ ‎0.40‎ ‎0.60‎ ‎0.80‎ ‎1.00‎ ‎1.20‎ ‎1.40‎ ‎1.60‎ ‎1.80‎ ‎2.00‎ 图5‎ 预测3　(2015·黄冈市4月模拟)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________ Ω.‎ 图7‎ ‎(2)当通过该导体的电流为0.3 A时，导体电阻为______ Ω.‎ ‎(3)若用电动势为4.0 V、内阻为8 Ω的电源直接给该小灯泡供电，则该小灯泡的实际功率是________ W.‎ 高考题型3　测定金属(液体)的电阻率 解题方略 ‎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．‎ ‎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．‎ ‎3．电阻定律的应用：该实验虽然是测定金属丝的电阻率，实际上是先测出金属丝的电阻，然后根据R＝ρ得出金属丝的电阻率ρ＝R.‎ 例4　(2015·德阳市三诊)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器材：‎ A．待测金属丝电阻Rx(约100 Ω)‎ B．电动势E＝6 V，内阻很小的直流电源 C．量程50 mA，内阻约为50 Ω的电流表 D．量程0.6 A，内阻约为0.2 Ω的电流表 E．量程6 V，内阻约为15 Ω的电压表 F．最大阻值15 Ω，最大允许电流1 A的滑动变阻器 G．最大阻值15 Ω，最大允许电流0.5 A的滑动变阻器 H．开关一个，导线若干 ‎①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)．‎ ‎②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”)．[ :学_ _ _X_X_ ]‎ ‎③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，电流表示数为I，则该金属丝的电阻率的表达式为ρ＝________________.‎ 图8‎ ‎(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：‎ ‎①按电路图连接好实验器材．‎ ‎②闭合S1，断开S2，读出此时电压表V1的示数U，电流表示数I.‎ ‎③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　(2015·四川“联测促改”二模)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 Ω)‎ 电流表A(量程0～10 mA，内阻约50 Ω)；‎ 电压表V(量程0～3 V，内阻约5 Ω)；‎ 电池组E(电动势3 V，内阻不计)；‎ 滑动变阻器R(阻值0～15 Ω，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．‎ ‎(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 Ω)，将电压表V换为电流表A1(量程0～20 mA，内阻约25 Ω)，增加保护电阻Rb(150 Ω)，其余器材不变．请你在图乙的虚线框内补画完电路原理图．‎ 高考题型4　测定电源的电动势和内阻 解题方略 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＋)．利用两组数据联立方程求解或将方程线性 化，处理为＝·＋或U＝－r＋E，作－图象或U－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＝·R＋，作－R图象，利用图线的截距和斜率求E和r.‎ 例5　(2015·四川理综·8)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0～30 mA)；‎ 电流表A2(量程0～100 mA)；‎ 电压表V(量程0～6 V)；‎ 滑动变阻器R1(阻值0～5 Ω)；‎ 滑动变阻器R2(阻值0～300 Ω)；‎ 开关S一个，导线若干条．‎ 某同学的实验过程如下：‎ Ⅰ.设计如图10所示的电路图，正确连接电路．‎ 图10‎ Ⅱ.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 Ⅲ.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Ⅱ的步骤，得到另一条U－I图线，图线与横轴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________；[ :学_ _ ]‎ ‎(2)由U－I图线，得电源内阻r＝________Ω；‎ ‎(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx＝________，代入数值可得Rx；‎ ‎(4)若电表为理想电表，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”)‎ 预测5　(2015·河北衡水中学三调)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(0～200 mA，内阻是12 Ω)，电阻箱R(最大阻值9.9 Ω)，一个开关和若干导线．‎ ‎(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＝________ Ω.‎ ‎(2)设计的电路图如图12甲．若实验中记录电阻箱的阻值R和电流表的示数I，并计算出得到多组数据后描点作出R－图线如图乙所示，则该电源的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω.‎ 图12‎ 高考题型1　电阻的测量 例2　(1)见解析图　(2)见解析　(3)＞‎ 理由见解析 解析　(1)实验电路图如图所示．‎ ‎(2)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．‎ ‎(3)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，RV′＞RV.‎ 预测2　(1)C　(2)　1.5‎ 解析　(1)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＝ A＝6 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.‎ ‎(2)根据闭合电路欧姆定律知，灯泡两端的电压U＝I(R1＋RA)，通过灯泡的电流为：I灯＝－I，所以节能灯正常工作时的电阻为：Rx＝.改装后的电压表内阻为：RV′＝1 985 Ω＋15 Ω＝2 000 Ω，则当I＝1.5 mA 时，节能灯两端的电压为3 V，达到额定电压，测出来的电阻为正常工作时的电阻．‎ 高考题型2　描绘小电珠(或者其他元件)的伏安特性曲线 例3　(1)B　D　E　(2)如图甲所示 ‎(3)如图乙所示 解析　(1)元件的最大电压不超过2.5 V，电压表应选D，最大电流不超过I＝ A＝0.6 A，电流表选B，为方便实验操作，滑动变阻器应选小阻值范围，所以选E.‎ ‎(2)由表中实验数据可知，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，元件电阻约为R＝＝ Ω≈4.17 Ω，电压表内阻约为5 Ω，电流表内阻为0.5 Ω，电压表内阻远大于电学元件电阻，电流表应采用外接法．‎ ‎(3)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图象．‎ 预测3　(1)30　(2)12　(3)0.42‎ 解析　(1)欧姆表的读数为R＝1×30 Ω＝30 Ω.‎ ‎(2)根据I－U图象可读出当I＝0.3 A时对应的电压为U＝3.6 V，则导体的电阻为R＝＝ Ω＝12 Ω.‎ ‎(3)在I－U图象中同时作出表示电源的I－U图象，读出两图线的交点坐标为U＝2.8 V，I＝0.15 A，所以小灯泡的实际功率为P＝UI＝0.42 W.‎ 高考题型3　测定金属(液体)的电阻率 例4　(1)①C　F　②甲　③ ‎(2) 解析　(1)①根据闭合电路欧姆定律可知通过待测金属丝的最大电流为Imax＝＝ A＝60 mA ‎，所以电流表应选用C；当滑动变阻器采用限流式接法时，电路中需要的最大电阻为Rmax＝＝ Ω＝360 Ω.显然滑动变阻器应选用F且应采用分压式接法；‎ ‎②由于待测金属丝满足>，电流表应用外接法，即电路应是分压外接电路，所以应采用甲图．‎ ‎③根据R＝及R＝可得ρ＝.‎ ‎(2)当S2断开时应有U＝I(RA＋Rx)，当S2闭合时应有U1＝IRA＋U2，联立以上两式可得Rx＝.‎ 预测4　(1)外　见解析图甲　(2)见解析图乙 解析　(1)由题意可知，由于＝>＝，则待测电阻的阻值偏小，所以电流表应采用外接法；因所测电阻约为300 Ω，大于滑动变阻器15 Ω，所以选用滑动变阻器的分压式接法，如图甲所示．‎ ‎(2)将量程0～3 V，内阻约5 Ω的电压表V换为电流表A1(量程0～20 mA，内阻约25 Ω)，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．‎ 高考题型4　测定电源的电动势和内阻 例5　(1)A2　R2　(2)25　(3)－r ‎(4)相同　不同 解析　(1)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；‎ ‎(2)电源内阻r＝－ ＝25 Ω；‎ ‎(3)根据闭合电路欧姆定律E＝U＋I(Rx＋r)，可得函数图象的斜率表示的物理意义为－(Rx＋r)，而函数图象的斜率根据题意为－，因此有：－(Rx＋r)＝－，‎ 因此Rx＝－r；‎ ‎(4)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．‎ 预测5　(1)6　(2)6.0　2.0‎ 解析　(1)由并联电路规律可知，并联部分电压相等，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，则定值电阻的阻值应是电流表内阻的一半，故有：‎ R0＝ Ω＝6 Ω.‎ ‎(2)由闭合电路欧姆定律可知：‎ I＝，‎ 则变形得：R＝－4－r.‎ 故图象中的斜率 ＝＝2.0；‎ 故：E＝6.0 V；‎ 图象与纵坐标的交点为－6.0＝－r－4，‎ 解得r＝2.0 Ω.‎