人教版新高考物理二轮复习课件电学实验

这是一份人教版新高考物理二轮复习课件电学实验
专题八2022高中总复习优化设计GAO ZHONG ZONG FU XI YOU HUA SHE JI内容索引体系构建•真题感悟高频考点•能力突破专项模块•素养培优体系构建•真题感悟【知识回顾•构建网络】 【感悟高考•真题再练】 1.(2021广东卷)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡,将两表笔　　　　,调节欧姆调零旋钮,使指针指向右边“0 Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高,相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大,由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而　　　　。 (2)再按下图连接好电路进行测量。①闭合开关S前,将滑动变阻器R1的滑片滑到　　　　(选填“a”或“b”)端。 将温控室的温度设置为T,电阻箱R0调为某一阻值R01。闭合开关S,调节滑动变阻器R1,使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R01。断开开关S。再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端,闭合开关S。反复调节R0和R1,使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R02。断开开关S。②实验中记录的阻值R01　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)R02,此时热敏电阻阻值RT=　　　　。 (3)改变温控室的温度,测量不同温度时的热敏电阻阻值,可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。答案 (1)短接　减小　(2)①b　②大于　R01-R02解析 (1)欧姆调零时,应该将两表笔短接;多用电表的指针向右偏转角度越大,电阻越小,由此可判断热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。(2)为了电路的安全,一开始滑动变阻器接入电路的阻值应该最大,滑片应该置于b端。根据实验原理,R01=R02+RT,所以RT=R01-R02,R01>R02。2.(2021浙江卷)小李在实验室测量一电阻Rx的阻值。(1)因电表内阻未知,用如图甲所示的电路来判定电流表应内接还是外接。正确连线后,合上开关S1,将滑动变阻器的滑片P移至合适位置。单刀双掷开关S2掷到1,电压表的读数U1=1.65 V,电流表的示数如图乙所示,其读数I1=　　　　 A;将S2掷到2,电压表和电流表的读数分别为U2=1.75 V,I1=0.33 A。由此可知应采用电流表　　　　(选填“内”或“外”)接法。(2)完成上述实验后,小李进一步尝试用其他方法进行实验。①器材间连线如图丙所示,请在虚线框中画出对应的电路图。 ②先将单刀双掷开关掷到左边,记录电流表读数,再将单刀双掷开关掷到右边,调节电阻箱的阻值,使电流表的读数与前一次尽量相同,电阻箱的示数如图丙所示。则待测电阻Rx=　　　　 Ω。此方法　　　　(选填“有”或“无”)明显的实验误差,其理由是　 。 甲 乙丙答案 (1)0.34　外(2)①见解析图　②5　有　电阻箱的最小分度与待测电阻比较接近(或其他合理解释)(2)①电路图如图所示。②两次实验中电路电流相同,因此可有 ,可得Rx=R0,读数可得Rx=5 Ω,电阻箱的最小分度和待测电阻阻值接近,这样测得的阻值不够精确,如待测电阻阻值为5.4 Ω,则实验只能测得其为Rx=5 Ω,误差较大。3.(2020山东卷)实验方案对实验测量的精度有直接的影响,某学习小组对测量电源的电动势和内阻的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有:干电池一节(电动势约1.5 V,内阻小于1 Ω);电压表V(量程为3 V,内阻约3 kΩ);电流表A(量程为0.6 A,内阻约1 Ω);滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω);定值电阻R1(阻值为2 Ω);定值电阻R2(阻值为5 Ω);开关一个,导线若干。(1)该小组按照如图甲所示的电路进行实验,通过调节滑动变阻器使电流表示数逐渐接近满偏,记录此过程中电压表和电流表的示数,利用实验数据在U-I坐标纸上描点,如图乙所示,结果发现电压表示数的变化范围比较小,出现该现象的主要原因是　　　　。 甲 乙A.电压表分流B.干电池内阻较小C.滑动变阻器最大阻值较小D.电流表内阻较小(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题,该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案,重新测量得到的数据如下表所示。请根据实验数据,回答以下问题。①如图丙所示的坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点,请在坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图像。丙②根据实验数据可知,所选的定值电阻为　　　　(选填“R1”或“R2”)。 ③用笔画线代替导线,请按照改进后的方案,将下面的实物图连接成完整电路。丁答案 (1)B(2)①见解析图甲②R1③见解析图乙解析 (1)根据闭合电路欧姆定律有E=U+Ir,整理可得U=-rI+E,故U-I图像斜率的绝对值表示电源内阻大小。由题图乙可知电压表示数变化小,即U-I图像斜率小,原因是干电池内阻太小,故只有选项B正确。(2)①先根据表格数据把各点位置在图中找出,然后采用拟合的方法用直线连接各点得到如图甲所示的图像,注意要把图像延长至坐标轴,便于求截距和斜率。 甲 ②改进实验时,为了使电压表示数变化明显,需要把一个定值电阻与电源串联,将定值电阻与电源内阻串联后的总电阻看成等效电源的内阻一同测量,由作出的U-I图像可得斜率约为2.6 Ω,故实验中与电源串联的电阻只能为R1。③结合解析②可知,实物图连接如图乙所示。 乙 高频考点•能力突破【命题点点拨】 注意:(1)10分度的游标卡尺,若以mm为单位,小数点后只有1位。20分度和50分度的游标卡尺若以mm为单位,小数点后有2位。(2)游标卡尺在读数时先确定游标尺的分度,先读主尺数据,再读游标尺数据,最后两数相加。游标卡尺读数不估读。(3)不要把游标尺的边缘当成零刻度,而把主尺的刻度读错。(4)螺旋测微器读数时,要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出;要准确读数到0.01 mm,估读到0.001 mm,即结果若用mm做单位,则小数点后必须保留三位数字。【对点训练】1.(2021河南洛阳高三三模)(命题点1、2)在练习使用游标卡尺和螺旋测微器的实验中,测量一枚1元硬币的直径和厚度。(1)用游标卡尺测量其直径,如图乙所示,直径是　　　　 mm。 (2)用螺旋测微器测量其厚度,如图丙所示,厚度是　　　　 mm。 甲 乙丙答案 (1)25.00(2)1.850解析 (1)用游标卡尺测量其直径是25 mm+0.05 mm×0=25.00 mm。(2)用螺旋测微器测量其厚度是1.5 mm+0.01 mm×35.0=1.850 mm。2.(2021山东高三模拟)(命题点1、2、3)(1)一同学用一游标尺上标有20等分刻度的游标卡尺测一物体的长度,测得的结果如图甲所示,则该物体的长度为　　　　 mm。 (2)用螺旋测微器测量金属丝的直径,从图乙中读出金属丝的直径为　　　　 mm。 甲 乙(3)如图丙所示,一电压表接0~15 V量程,读数为　　　　 V。 (4)如图丁所示,一电流表接0~0.6 A量程,读数为　　 　A。 丙丁答案 (1)20.30(2)0.520(3)10.8(4)0.16解析 (1)20分度的游标卡尺精确度为0.05 mm,则物体的长度为l=20 mm+6×0.05 mm=20.30 mm。(2)金属丝的直径为d=0.5 mm+2.0×0.01 mm=0.520 mm。(3)接0~15 V量程时,每小格表示0.5 V,读数为10.8 V。(4)接0~0.6 A量程时,每小格表示0.02 A,读数为0.16 A。【命题点点拨】 【方法规律归纳】一、明确三个“选择”1.实验器材的选择(1)电源的选择:一般根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合要求的直流电源。(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;读数时电表的指针摆动的幅度应较大,一般应使指针能达到半偏。特别提醒选择电学实验仪器要遵循安全性原则和准确性原则(尽量减小误差)。2.电流表内接法与外接法的选择 特例:已知电流表内阻用内接法;已知电压表内阻用外接法注意:两种接法的判断(1)比值判断法(2)临界值判断法(3)试触法:当无法估计电阻的阻值,难以比较 与 的大小关系时,可采用试触法,看电流表、电压表变化大小来确定,若电流表示数较电压表示数变化明显,说明外接时电压表分流作用大,应采用内接法;若电压表示数较电流表示数变化明显,说明内接时电流表的分压作用大,应采用外接法。3.分压电路与限流电路的选择(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:①要求待测电路的　　　　　　　 特例:有时根据题目中给的测量数据进行选择U、I从0变化;②R滑≪Rx;③选用限流式时,Ux、Ix过大(超过电流表量程,烧坏电表、电源或用电器等)。二、数据处理和误差分析1.线性图像处理实验数据的一般方法和步骤:先根据物理规律写出物理方程,再把物理方程转换成线性方程的数学函数式,最后把数学函数式与线性图像相结合,在图中提取斜率、截距、面积等信息。2.判断实验误差导致测量值偏大或偏小,要从实验原理和方法上去寻找根源,所以要弄清实验原理和方法,然后依据物理规律做适当推理,最后写出测量值的表达式。[典例1](2021山东高三三模)(命题点1、2)某实验小组要测定电阻R的阻值,除了欧姆表外实验室还提供如下器材:电流表A;电池组E(电动势为4.5 V,内阻不计);电压表V(量程为3 V,内阻约为5 kΩ);滑动变阻器R0(阻值范围为0~5 Ω,额定电流为2 A);开关S、导线若干。(1)先选用欧姆表“×1”挡进行粗测,正确操作后表盘指针如图甲所示,则该电阻的测量值为　　　　 Ω。 甲 (2)电流表A有20 mA和100 mA两个量程,接线柱0为公共端,电路原理如图乙所示,已知表头G的满偏电流为Ig=1 mA,内阻rg=190 Ω,R1=2 Ω,R2=8 Ω,本实验中应将接线柱0和接线柱　　　　(选填“1”或“2”)接入电路。 乙丙(3)实验小组想提高电阻测量的准确度,采用伏安法进行测量,实验要求得到尽可能多的测量数据,请你根据所提供的器材在方框内画出电路图。(4)连接实物图,闭合开关,调节滑动变阻器,得到多组数据,根据得到的数据作出U-I图像如图丙所示,则电阻R=　　　　 Ω。(结果保留3位有效数字) 答案 (1)28　(2)1　(3)见解析图　　(4)28.3(28.0~28.5均可)解析 (1)欧姆表换“×1”挡进行测量,读数为28 Ω。(2)根据闭合电路欧姆定律可知,选用接线柱1时,电流表的最大测量值为100 mA;选用接线柱2时,电流表的最大测量值为20 mA。提供的电压表最大量程为3 V,待测电阻阻值约为28 Ω,故应选用接线柱1。(3)由于电流表的内阻已知,电流表选用内接法,要测量多组数据并且滑动变阻器最大阻值太小,应选用分压式接法,电路图如下图所示。(4)由题图丙得RA+R=30.3 Ω,电流表内阻RA=2 Ω,可得待测电阻阻值R=28.3 Ω。方法点拨对照“三个选择”方法——用“特例”的结论可知用电流表内接法。 【对点训练】3.(2021山东菏泽高三一模)(命题点3)一块电压表的刻度线清楚,但刻度上的数字模糊不清。某同学要测定该电压表的内阻,除了待测电压表之外,实验室提供的器材如下。A.电流表(量程为1 mA)B.变阻箱R0(0~9 999.9 Ω)C.滑动变阻器R1(最大阻值为20 Ω,额定电流为1 A)D.滑动变阻器R2(最大阻值为500 Ω,额定电流为0.5 mA)E.电源(电动势为9 V,内阻约为1 Ω)F.开关一个,导线若干。(1)采用如图甲所示的实验电路,选用的滑动变阻器为　　(选填“R1”或“R2”)。 (2)连接好实验电路,在闭合开关S前将滑动变阻器的滑片调到　　　　(选填“a”或“b”)端。电阻箱的阻值调到最大,闭合开关S,调节滑动变阻器和电阻箱,使电压表指针满偏,记录电流表的读数I和电阻箱的阻值R。 (3)保持电压表的指针满偏,调节滑动变阻器、电阻箱的阻值,记录多组实验数据,绘出的I- 图像如图乙所示。则该电压表的量程为　　　　,内阻为　　　　。 甲 乙答案 (1)R1　(2)a　(3)3 V　6 kΩ解析 (1)采用如题图甲所示的实验电路,滑动变阻器接成分压电路,则选用的滑动变阻器为阻值较小的R1。(2)连接好实验电路,在闭合开关S前将滑动变阻器的滑片调到a端。【命题点点拨】 【方法规律归纳】1.三种电表改装方法2.欧姆表使用“六点注意”(1)电流的流向:使用欧姆挡时,多用电表内部电池的正极接黑表笔,负极接红表笔,从电源外部看,电流从红表笔流入,从黑表笔流出。(2)区分“机械调零”和“欧姆调零”:“机械调零”调节指针至表盘刻度左侧“0”位置,调节表盘下边的指针定位螺丝;“欧姆调零”调节指针至表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,调节欧姆调零旋钮。(3)倍率选择:使用欧姆挡测电阻时,表头指针偏转过大或过小均有较大误差,指针落在刻度盘的中间区域时读数较准确。(4)换挡需重新进行欧姆调零。(5)读数之后要乘以倍率得阻值。(6)电池用久了,电动势变小,内阻变大,使测量结果偏大。[典例2](2021山东德州高三一模)(命题点2、3)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器,请回答下列问题。甲 乙(1)使用多用电表粗测电阻时,将选择开关拨至欧姆挡“×10”挡,经正确操作后,指针指在图甲中的a位置,为了使多用电表测量的结果更准确,该同学应该选择欧姆挡　　　　(选填“×1”或“×100”)挡;若经过正确操作,将两表笔接待测电阻两端时,指针指在图甲中的b位置,则待测电阻约为　　　　 Ω。 (2)图乙是该多用电表欧姆挡内部电路示意图,选择“×1 k”挡测量某二极管的阻值,指针指在图甲中的c位置,则与A表笔相连的是二极管的　　　　(选填“正极”或“负极”)。 (3)该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5 V、内阻为1 Ω进行标度的,若该欧姆表中的表头G满偏电流为1 mA、内阻为10 Ω,滑动变阻器R0的阻值范围为0~3 000 Ω,由于电池老化,当电池电动势下降到1.4 V、内阻增大到5 Ω时,欧姆表仍可调零,则调零后R0接入电路的电阻将变　　　　(选填“大”或“小”);若用重新调零后的此欧姆表测得某待测电阻阻值为900 Ω,则这个待测电阻的真实阻值为　　　　 Ω。 答案 (1)×1　20(2)正极(3)小　840解析 (1)选择开关拨至欧姆挡“×10”挡,指针偏角很大,说明倍率挡选择较大,则为了使多用电表测量的结果更准确,该同学应该选择欧姆挡“×1”挡;待测电阻为20×1 Ω=20 Ω。(2)该欧姆表的两只表笔中,B表笔内部接电源的正极,在外部电路,电流从B表笔到二极管再到A表笔;指针指在图甲中的c位置,电阻特别大,相当于断路,则二极管是反向接入电路,则B表笔接二极管负极,A表笔接二极管正极。方法点拨1.通过对本题及近几年的高考实验试题的研究发现,高考电学实验试题有两个显著的特点:第一,基于教材中的电学实验,着重考查实验原理的简单改进、实验步骤、误差分析;第二,重视实验原理的拓展与创新、实验器材的等效与替换、为消除误差进行的创新以及新型材料与传感器结合的创新。2.本题第(3)问中,根据闭合电路欧姆定律确定当电动势变小时,其中值电阻(欧姆表内阻)也变小,然后根据电流相等求对应真实值。【对点训练】4.(2021山东泰安高三一模)(命题点1)现有一小量程电流表G(表头),满偏电流为30 μA,内阻约为1 000 Ω,把它改装成1 mA、10 mA的两量程电流表。甲 乙(1)采用如图甲所示的电路测量表头的内阻,为提高测量精确度,选用的滑动变阻器为　　　　,电源为　　　　。 A.滑动变阻器(最大阻值50 kΩ)B.滑动变阻器(最大阻值150 kΩ)C.电源(E=1.5 V)D.电源(E=3 V)(2)测量电流表表头的内阻时,闭合S1,断开S2,调节滑动变阻器使电流表指针指在30 μA处;闭合S2,调节电阻箱使电流表指针指在10 μA处,此时电阻箱读数为502 Ω,则表头的内阻为　　　　 Ω,测量值比实际值　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。 (3)如图乙所示,若将电流表G改装成1 mA、10 mA的两量程电流表,则Ra∶Rb=　　　　。 答案 (1)B　D(2)1 004　偏小(3)1∶9解析 (1)实验采用半偏法测表头内阻,故实验器材选择应满足①电源电动势尽可能大,②R尽可能大。所以,滑动变阻器选量程较大的B,电源选用电动势较大的D。(2)闭合S2时,R2与电流表G并联,由实验原理可知并联电路的总电流是30 μA,通过电流表电流是10 μA,则通过R2的电流是20 μA,此时电阻箱读数为502 Ω,由并联电路中电流与电阻成反比可知,电流表表头的内阻为1 004 Ω。本实验在并联电阻箱时,总电阻减小,则总电流变大,故使电流表示数为10 μA时,所并联的电阻中的电流大于20 μA,故测量值比实际值偏小。易错点拨 本题应用“半偏法”测量电流表内阻,要弄清原理,明确系统误差产生的原因。【命题点点拨】 特别提醒本实验要特别注意实验数据的处理方法,弄清“化曲为直”的意义。 [典例3](2021湖南卷)(命题点2)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)连接电路,如图甲所示。 甲 (2)开关闭合前,金属夹应夹在电阻丝的　　　　(选填“a”或“b”)端。 (3)改变金属夹的位置,闭合开关,记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I,得到多组数据。(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图,所得图像如图乙所示,图线斜率为k,与纵轴截距为d,设单位角度对应电阻丝的阻值为r0,该电池电动势和内阻可表示为E=　　　　,r=　　　　　　　　。(用R0、RA、k、d、r0表示) (5)为进一步确定结果,还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0。利用现有器材设计实验,在图丙方框中画出实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示)。(6)利用测出的r0,可得该电池的电动势和内阻。乙丙(5)电路图如答案图所示。S先打到b端,读出电流表读数I,再把S打到a端,移动Rx上的金属夹,使电流表的读数也为I,此时Rx的值与R0相等,记下偏转角度θ,则r0= 。方法点拨1.掌握测量电源电动势和内阻的三种常用方法:任何一种实验方法都要紧扣闭合电路欧姆定律E=U+Ir,而最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I,这也是命题专家命题时的入手点。如下;2.在数据处理问题中,利用图像得出电动势和内阻是常见的方法——注意“化曲为直”。【对点训练】5.(2021广东梅州高三一模)(命题点1)图甲是某同学设计的测量电源的电动势和内阻的实验电路图,图中电压表V的量程为3 V,虚线框内为用灵敏电流表G改装的电流表(解决灵敏电流表G量程不够的问题)。根据实验要求,回答下列问题。(1)已知电流表G的满偏电流Ig=200 mA、内阻Rg=0.80 Ω,电路中已将它改装成量程为600 mA的电流表,则R1=　　　　 Ω。 甲 (2)通过移动滑动变阻器R的滑片,得到多组电压表V的读数U和电流表G的读数I,作出如图乙所示的图像。某次测量时,电压表示数如图丙所示,则读数为　　　　　 V,此时对应通过电源的电流为　　　　　 mA。 (3)请根据图乙求出电源的电动势E等于　　　　 V,电源内阻等于　　　　 Ω。(结果均保留到小数点后两位) (4)从测量原理来看,利用图甲所示的电路所得的电动势测量值与真实值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。 乙丙答案 (1)0.40　(2)2.60　300　(3)2.93(2.92~2.94均可)　0.84(0.82~0.86均可)　(4)相等整理得U=E-I(Rg+3r)则图像纵轴截距为电动势E=2.93 V斜率为Rg+3r=3.31 Ω解得电源内阻为r=0.84 Ω。(4)由于电流表G内阻已知,故按该原理测得的路端电压为真实值,故电流表分压不会造成误差,故测量值等于真实值。易错提醒本题利用改装后的电流表测量流过电源的电流,由于其内阻已知,故没有系统误差。6.(2021广东湛江高三一模)(命题点1、3)某物理兴趣小组欲利用图甲所示电路测量电源的电动势和内阻。提供的实验器材有:A.电源E(电动势约为6 V,内阻约为5 Ω);B.电压表V(量程为6 V,内阻约为6 kΩ);C.电流表A1(量程为100 mA,内阻约为2.5 Ω);D.电流表A2(量程为1 mA,内阻约为30 Ω);E.电阻箱R(最大阻值为999.9 Ω,最小改变值为0.1 Ω);F.开关S,导线若干。甲 (1)电流表应选用　　　　(选填“C”或“D”)。 (2)主要实验步骤如下,请完成步骤Ⅱ中的填空。Ⅰ.断开开关S,拆下电流表,将N与P用导线直接相连,闭合S,调节电阻箱的阻值,使电压表指针指向中间某一刻度,此时电阻箱的阻值为159.1 Ω;Ⅱ.断开开关S,拆下M与N之间的导线,电流表接到M、N之间,闭合开关S,调节电阻箱的阻值,使电压表指针指向同一刻度,此时电阻箱的阻值为156.4 Ω,则电流表的内阻RA=　　　　 Ω; Ⅲ.断开开关S,拆下电流表,将M与N用导线直接相连,N与P之间的导线拆下,将电流表接回N、P之间;Ⅳ.闭合开关S,调节电阻箱,记下电阻箱的阻值R,电压表的示数U1,电流表的示数I1,再改变电阻箱的阻值,获得多组数据。(3)张同学根据电压表的示数和对应电流表的示数作出的U-I图线如图乙所示,若图线在纵轴上的截距为a、图线斜率的绝对值为k1,则张同学测得的电源的电动势为　　　　、内阻为　　　　。(电流表的内阻用RA表示) (4)李同学根据电阻箱的阻值和对应电压表的示数作出的 图线如图丙所示,若图线在纵轴上的截距为b、图线的斜率为k2,则李同学测得电源的电动势为　　　　、内阻为　　　　。(电流表的内阻用RA表示) (2)由于电压表指针指向同一刻度,故有RA+156.4 Ω=159.1 Ω,解得RA=2.7 Ω。(3)根据闭合电路的欧姆定律有E=U+I(RA+r) 变形得U=-(RA+r)I+E结合题图乙解得E=a,r=k1-RA。方法点拨本题将“伏安法”和“伏阻法”结合考查,对于“伏阻法”要弄清数据的处理方法。【命题点点拨】 [典例4](2021北京西城高三二模)(命题点1)在用传感器观察电容器的充、放电过程实验中,按图甲所示连接电路。电源电动势为8.0 V,内阻可以忽略。单刀双掷开关S先跟2相接,某时刻改接1,一段时间后,把开关再改接2,实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。甲 乙(1)开关S改接2后,电容器进行的是　　　　(选填“充电”或“放电”)过程。此过程得到的I-t图像如图乙所示,图中用阴影标记的狭长矩形的面积的物理意义是　　　　　　　　　　　　　　　。如果不改变电路其他参数,只减小电阻R的阻值,则此过程的I-t曲线与坐标轴所围成的面积将　　　　(选填“减小”“不变”或“增大”)。 (2)若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量Q=3.44×10-3 C,则该电容器的电容为　　　　 μF。 (3)关于电容器在整个充、放电过程中的q-t图像和UAB-t图像的大致形状,可能正确的有　　　　(q为电容器极板所带的电荷量,UAB为A、B两板间的电势差)。 答案 (1)放电　电容器0.2 s内放出的电荷量　不变(2)430　(3)AD解析 (1)将开关S接通1,电容器与电源相连,所以电容器充电;再将S接通2,电容器通过电阻R放电。图中横坐标分成许多很小的时间间隔,在这些很小的时间间隔里,放电电流可以视为不变,则IΔt为这段时间内放电的电荷量,所以图中用阴影标记的狭长矩形的面积的物理意义是电容器0.2 s内放出的电荷量。根据Q=CU,电荷量与电阻R无关,如果不改变电路其他参考数,只减小电阻R的阻值,则此过程的I-t曲线与坐标轴所围成的面积将不变。(3)电容器在充电过程中,电流由最大逐渐减小,放电过程电流也是由最大逐渐减小,根据q=It,图像的倾斜程度表示电流的大小,A正确,B错误。电容器的电容不变,根据 ,C错误,D正确。【对点训练】7.(2021北京朝阳高三二模)(命题点3)如图所示,在用可拆变压器探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系的实验中,下列说法正确的是(　　)A.本实验可以用直流电源供电,且可以用直流电压表测量原、副线圈两端的电压B.原线圈接0、4接线柱,副线圈分别接0、2或0、8接线柱时,副线圈输出电压的频率不同C.原线圈接0、2接线柱,副线圈接0、4接线柱,副线圈电压小于原线圈电压D.用可拆变压器,保持原、副线圈匝数和原线圈两端的电压不变,副线圈电压不变答案 D解析 变压器只能改变交流的电压,不能改变直流电压,A错误。变压器两端的电压不同,电流不同,功率相等,电压的频率相等,B错误。根据原、副线圈匝数之比等于输入、输出电压之比可知,原线圈接0、2接线柱,副线圈接0、4接线柱,副线圈电压大于原线圈电压,C错误。根据原、副线圈匝数之比等于输入、输出电压之比可知,用可拆变压器,保持原、副线圈匝数和原线圈两端的电压不变,副线圈电压不变,D正确。8.(2021北京西城高三二模)(命题点2)如图所示,线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上,线圈B的两端连到电流表上,把线圈A装在线圈B的里面。实验中观察到,开关闭合瞬间,电流表指针向右偏转,则(　　) A.开关断开瞬间,电流表指针不偏转B.开关闭合瞬间,两个线圈中的电流方向可能同为顺时针或逆时针C.开关闭合,向右移动滑动变阻器的滑片,电流表指针向右偏转D.开关闭合,向上拔出线圈A的过程中,线圈B将对线圈A产生排斥力答案 C解析 开关断开瞬间,线圈B中会产生感应电流阻碍穿过线圈B的磁通量减小,所以电流表指针会偏转,A错误。开关闭合瞬间,线圈B中会产生感应电流阻碍穿过线圈B的磁通量增大,所以两个线圈中的电流方向一定相反,B错误。开关闭合,向右移动滑动变阻器的滑片,滑动变阻器接入回路的阻值减小,则线圈A中的电流增大,线圈B中会产生感应电流阻碍穿过线圈B的磁通量增大,所以感应电流的方向应和开关闭合瞬间时的相同,即电流表指针向右偏转,C正确。开关闭合,向上拔出线圈A的过程中,线圈B中会产生感应电流阻碍穿过线圈B的磁通量减小,表现为线圈B对线圈A产生吸引力,D错误。9.(2019北京卷)(命题点1)电容器作为储能器件,在生产生活中有广泛的应用。对给定电容为C的电容器充电,无论采用何种充电方式,其两极间的电势差U随电荷量Q的变化图像都相同。(1)请在图甲中画出上述U-Q图像。类比直线运动中由v-t图像求位移的方法,求两极板间电压为U时电容器所储存的电能Ep。甲 (2)在如图乙所示的充电电路中,R表示电阻,E表示电源(忽略内阻)。通过改变电路中元件的参数对同一电容器进行两次充电,对应的Q-t曲线如图丙中①②所示。a.①②两条曲线不同是　　　　(选填“E”或“R”)的改变造成的。 b.电容器有时需要快速充电,有时需要均匀充电。依据a中的结论,说明实现这两种充电方式的途径。乙(3)设想使用理想的“恒流源”替换(2)中电源对电容器充电,可实现电容器电荷量随时间均匀增加。请思考使用“恒流源”和(2)中电源对电容器的充电过程,填写下表,表中空均选填“增大”“减小”或“不变”。丙答案 (1)见解析图　Ep= CU2(2)a.R　b.减小电阻R,可以实现对电容器更快速充电;增大电阻R,可以实现更均匀充电。(3)(2)a.由于电源内阻不计,当电容器充满电后电容器两端电压等于电源的电动势,电容器最终的电荷量为Q=CE,由Q-t图可知,两种充电方式最终的电荷量相同,只是时间不同,所以①②曲线不同是R的改变造成的。b.由题图丙可知,要快速充电时,只要减小题图乙中的电阻R;要均匀充电时,只要适当增大题图乙中的电阻R即可。专项模块•素养培优电学创新类实验归纳分析同力学实验一样,高考对电学实验的考查,考原始实验的题目很少,大都是创新类电学实验题。这类问题,要通过审题,弄清属于什么类型的创新,然后再结合已有的电学知识(如串联、并联关系、闭合电路欧姆定律等)和实验方法进行推理,找到突破方向。【考向分析】 【典例分析】[典例](2021山东烟台高三三模)(命题点5)感冒发热是冬、春季节常见的疾病,用电子体温计测量体温既方便又安全。电子体温计的工作原理是利用热敏电阻的阻值随温度的变化将温度转化为电学量。某实验小组想利用热敏电阻制作一个热敏电阻测温计。(1)实验小组用多用电表欧姆挡粗测常温下该热敏电阻阻值,以下说法正确的是　　　　。 A.使用多用电表每次调换挡位后都要进行机械调零B.用“×100”挡发现指针偏转角度很大,为了准确地进行测量,应换到“×10”挡C.换挡后需要重新进行欧姆调零再进行测量D.使用多用电表测电阻阻值时,应该把被测电阻接入闭合电路中进行测量(2)该实验小组用伏安法测热敏电阻在不同温度下的电阻时,得到如图甲所示的电阻阻值RT与温度t的关系图像。甲 (3)若把该热敏电阻RT与电源(电动势E约为1.5 V,内阻不计)、理想电压表(量程为1.5 V)、保护电阻R0、定值电阻R1连成如图乙所示的电路,用该热敏电阻作测温探头,把电压表的电压刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“热敏电阻测温计”。乙①根据电路可知,温度越高,则电压表示数　　(选填“越大”“越小”或“不变”);根据已知原理刻盘时,盘上温度是　　(选填“均匀”或“不均匀”)的。 ②若保护电阻的阻值R0=76 Ω,要使温度从35 ℃变化到42 ℃时,电压表的示数从0.36 V变化到0.42 V,则定值电阻R1=　　　　 Ω。 ③电源用久后电动势不变而内阻需要考虑时,测量的温度与真实值相比　　　　(选填“偏高”“偏低”或“不变”)。 答案 (1)BC　(3)①越大　不均匀　②74　③偏低解析 (1)使用多用电表每次调换挡位后,都需要进行欧姆调零,A错误,C正确。欧姆表所测电阻的阻值由表盘读数与挡位倍率的乘积决定,用“×100”挡发现指针偏转角度很大,即表盘示数较小,需要换用小倍率“×10”的挡位,B正确。使用多用电表测电阻阻值时,应该把被测电阻与原来电路断开,D错误。③电源用久后电动势不变而内阻需要考虑时,与原来相同的温度下电压表的示数会变小,测量的温度比真实值偏低。方法点拨解决电学创新实验的“2注意3方法”1.对于电学实验的创新,应注意的2个问题(1)在解决设计型实验时,要注意条件的充分利用,如对于给定确切阻值的电压表和电流表,电压表可当作电流表使用,电流表也可当作电压表使用,利用这一特点,可以拓展伏安法测电阻的方法,如伏伏法、安安法等。(2)对一些特殊电阻的测量,如电流表或电压表内阻的测量,电路设计有其特殊性,即首先要注意到其自身量程对电路的影响,其次要充分利用其“自报电流或自报电压”的功能,因此在测电压表内阻时无需另并联电压表测电压,测电流表内阻时无需再串联电流表测电流。2.解决电学设计型实验常用的3种方法(1)转换法:将不易测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量,然后再反求待测物理量的值,这种方法叫转换测量法(简称转换法)。如在测量金属丝电阻率的实验中,虽然无法直接测量电阻率,但可通过测量金属丝的长度和直径,并将金属丝接入电路测出其电阻,然后再计算出它的电阻率。(2)替代法:用一个标准的已知量替代被测量,通过调整标准量,使整个测量系统恢复到替代前的状态,则被测量等于标准量。(3)控制变量法:研究一个物理量与其他几个物理量的关系时,要使其中的一个或几个物理量不变,分别研究这个物理量与其他各物理量的关系,然后再归纳总结,如探究电阻的决定因素实验。【类题演练】1.(2021河南高三二模)(命题点3)某同学设计了图甲电路测量一个定值电阻的阻值(约为几千欧),图中电源为两节干电池组成的电池组。实验步骤如下:A.按电路图连接好电路,闭合开关S后,再闭合开关S2,调节滑动变阻器滑片至适当位置,读出电压表的读数U1,电流表的读数I1;B.再闭合开关S1,调节滑动变阻器滑片至适当位置,读出电压表的读数为U2,电流表的读数为I2。甲 (1)若在步骤A中,电压表的示数如图乙所示,则U1=　　　　 V。 (2)由实验数据测出电压表内阻RV=　　　　,待测电阻的阻值R=　　　　。(用测量的物理量表示) (3)仅考虑系统误差,该实验待测电阻阻值的测量值　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)它的真实值。 乙解析 (1)两节干电池的电动势约为3 V,所以电压表使用的量程为3 V,因此电压表的读数为1.80 V。(3)由于是用待测电阻两端的真实电压和通过它的真实电流计算,所以测量值与真实值相等。2.(2021河北高三一模)(命题点5)土壤的干湿状态是影响植物生长的重要指标。某同学为了实现智能浇水,准备设计一个简易土壤湿度计,实验方案如图所示。(1)将两电极以合适的间距和深度插入待测土壤。使用多用电表电阻挡测量不同土壤湿度下电极间的电阻,数据如下。(2)实验室提供器材如下。电源E1(电动势1.5 V,内阻不计)电源E2(电动势5 V,内阻不计)电流表A(量程200 μA,内阻约500 Ω)定值电阻R1(阻值1 kΩ)定值电阻R2(阻值20 kΩ)开关和导线若干为使土壤的干湿状态在湿度计表盘上最优显示,应选用电源　　　　,定值电阻　　　　。(填写对应的器材符号) (3)请按照示例在电流表表盘上标出与土壤“湿度适中”对应的示数范围。 示例 答案 (2)E2　R2　(3)如图所示 解析 (2)覆水状态下,应使电流表满偏,则有(5 000 Ω+R)×200×10-6 A=E,根据器材,应选电源E2、电阻R2。3.(2021全国甲卷)(命题点2、3)某同学用图甲所示电路探究小灯泡的伏安特性,所用器材有小灯泡(额定电压2.5 V,额定电流0.3 A)、电压表(量程300 mV,内阻300 Ω)、电流表(量程300 mA,内阻0.27 Ω)、定值电阻R0、滑动变阻器R1(阻值0~20 Ω)、电阻箱R2(最大阻值9 999.9 Ω)、电源E(电动势6 V,内阻不计)、开关S、导线若干。甲 (1)有3个阻值分别为10 Ω、20 Ω、30 Ω的定值电阻可供选择,为了描绘小灯泡电流在0~300 mA的U-I曲线,R0应选取阻值为　　　　　 Ω的定值电阻。 (2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于　　　　(选填“a”或“b”)端。 (3)在流过电流表的电流较小时,将电阻箱R2的阻值置零,改变滑动变阻器滑片的位置,读取电压表和电流表的示数U、I,结果如图乙所示。当流过电流表的电流为10 mA时,小灯泡的电阻为　　　　　 Ω。(保留1位有效数字) 乙(4)为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3 V,该同学经计算知,应将R2的阻值调整为　　　　 Ω。然后调节滑动变阻器R1,测得数据如下表所示。  (5)由图乙和上表可知,随流过小灯泡电流的增加,其灯丝的电阻　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。 (6)该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160 mA,可得此时小灯泡电功率P1=　　　　 W(保留2位有效数字);当流过电流表的电流为300 mA时,小灯泡的电功率为P2,则 =　　　　(保留至整数)。 答案 (1)10　(2)a　(3)0.7　(4)2 700　(5)增大　(6)7.4×10-2　10