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2022-2023年高考物理二轮复习 第13讲电学实验与创新 课件
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这是一份2022-2023年高考物理二轮复习 第13讲电学实验与创新 课件，共60页。
考点一 多用电表的原理及使用
1. 某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为2 0 mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1 200 Ω,经计算后将一阻值为R的 电阻与该微安表连接,进行改装。然后利用一标准毫安表,根据图(a)所示电 路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。
(3)产生上述问题的原因可能是 。(填正确答案标号)A.微安表内阻测量错误,实际内阻大于1 200 ΩB.微安表内阻测量错误,实际内阻小于1 200 ΩC.R值计算错误,接入的电阻偏小D.R值计算错误,接入的电阻偏大(4)要达到预期目的,无论测得的内阻值是否正确,都不必重新测量,只需要将 阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可,其中k= 。
2.某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为100 μA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 kΩ刻度正好对应电 流表表盘的50 μA刻度,可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14 kΩ),滑动变阻 器R1(最大阻值1 500 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω),电阻箱(0~99 999.9 Ω),干电池(E=1.5 V,r=1.5 Ω),红、黑表笔和导线若干。(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 Ω;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处的电流刻 度分别为25和75,则a、b处的电阻刻度分别为 、 。 图(b)
(3)校准红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向 kΩ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 Ω。
体现了科学思维中的科学推理素养要素,渗透了实践的价值观念。(1)由题意知改装的欧姆表的中值电阻即内阻为15 kΩ,即R0+rg+r+R=15 kΩ,故 R=15 kΩ-14 kΩ-98.5 Ω-1.5 Ω=900 Ω。由于滑动变阻器接入电路中的阻值大 于R2的最大阻值,故只能选用R1。(2)由闭合电路的欧姆定律有:1.5 V=25 μA×(Ra+15 kΩ),1.5 V=75 μA×(Rb+15 kΩ),解得Ra=45 kΩ,Rb=5 kΩ。(3)红、黑表笔短接,进行欧姆调零。由图得电阻箱的读数为3×10 kΩ+5×1 k Ω+0×100 Ω+0×10 Ω+0×1 Ω+0×0.1 Ω=35 000.0 Ω。
1.使用多用电表的几个注意事项(1)电流的流向:由于使用多用电表时不管测量什么,电流都要从电表的“+” 插孔(红表笔)流入,从“-”插孔(黑表笔)流出,所以使用欧姆挡时,多用电表内 部电池的正极接的是黑表笔,负极接的是红表笔。(2)要区分“机械零点”与“欧姆零点”:“机械零点”在表盘刻度左侧 “0”位置,用表盘下边中间的指针定位螺丝调整;“欧姆零点”在表盘刻度 的右侧电阻刻度“0”位置,用欧姆调零旋钮调整。(3)测电阻时每变换一次挡位,都要重新进行欧姆调零。
(4)选倍率:测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡的刻度不均匀,使用欧姆挡测电阻时,指针偏转过大或过小都有较大误差,通常只使用表 盘中间的一段刻度范围。(5)测电阻时要将电阻与其他元件断开,不要用手同时接触多用电表的两支表 笔。(6)多用电表使用完毕应将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡。
1. 小明同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中, 为了更准确选取电压表和电流表的合适量程,决定先用多用电表测量小灯泡 的阻值。(1)在使用前发现电表指针位置如图甲所示,该同学应该调节哪个位置 (选“①”或者“②”)。(2)小明使用多用电表欧姆挡的“×10”挡测量小灯泡电阻阻值,读数如图乙 所示,为了更准确地进行测量,小明应该旋转开关至欧姆挡 (填“×10 0”或“×1”),两表笔短接并调节 (选“①”或者“②”)。
(3)按正确步骤测量时,指针指在如图丙位置,则小灯泡阻值的测量值为 Ω。
答案 (1)① (2)×1 ② (3)28解析 (1)由题图甲可知,电表指针没有指在左侧零刻度处,故应进行机械调 零,故应用螺丝刀调节旋钮①。(2)由题图乙可知,测量电阻时指针偏转较大,表盘上示数偏小,则说明所选挡 位太大,故应换用小挡位,故选“×1”;同时每次换挡后均应进行欧姆调零,故 将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮②使指针指到右侧零刻度处。(3)由题图丙可知,电阻R=28×1 Ω=28 Ω。
2.某同学试着把电流表改装成能够测量导体电阻的欧姆表。在实验室他找 了一节干电池(电动势E=1.5 V、内阻r=2.5 Ω),待改装的电流表(满偏电流Ig=5 mA、内阻Rg=17.5 Ω)。该同学设计了如图所示的电路图,A、B为接线柱,R为 滑动变阻器。 (1)使用改装好的欧姆表测量导体电阻前应该进行“欧姆调零”,此时应调节 滑动变阻器R的阻值为 Ω。
(2)欧姆调零后,发现在A、B间接入阻值不同的电阻时,电流表读数不同。若 在电流表刻度线上直接标注相应电阻,则可直接读出A、B间接入的电阻,电 流表就改装成了一块能够测量导体电阻的欧姆表。电流表“3.0 mA”刻度 线应标为 Ω;为了操作方便,在A、B处用红、黑表笔接出,其中红表 笔应接在 (填“A”或“B”)处。
考点二 实验器材与电路连接问题 某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为10 0 μA,内阻大约为2 500 Ω)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20 Ω,另一个阻值为2 000 Ω);电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 Ω);电源E(电动势约为1.5 V);单刀开关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“2 000”)。
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2 500.0 Ω,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2 6 01.0 Ω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: 。
解析 本题考查实物图连线、电阻的测量、器材的选取,考查学生的实验能 力。(2)①R1为分压电阻,为了有效控制测量电路,故选20 Ω的小电阻;②为了保护微安表,开始R1的滑片C应滑到左端,使微安表示数为零;③当B与D的电势相等时,IDB=0,S2闭合前后电路的电阻不变,导致微安表的示 数不变;④设R2中电流为I1,Rz中电流为I2,当φB=φD时URz1=UR2左,URg=UR2右即I2·Rz1=I1R2左,I2Rg=I1R2右
1.选择实验器材的三大原则(1)安全性原则:要能够根据实验要求和客观条件选用合适的器材,使实验切 实可行,能达到预期目标。另外还要注意测量器材的量程,电阻类器件的电流 不能超过允许通过的最大电流等。(2)精确性原则:根据实验的需要,选用精度合适的测量工具,但对某个实验来 讲,精确程度达到要求即可,并不是精度越高越好。(3)方便性原则:在不违反前两个原则的前提下,尽量使测量电路简单好接,测 量中的调节控制操作方便。
①用分压式接法时,滑动变阻器应该选用阻值较小的,而额定电流较大的。②用限流式接法时,滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的,额定电流应 大于被测电阻的额定电流。
2.实物连图“三注意”(1)根据电路原理图,采用“先串后并”的方法。例如滑动变阻器分压式连 接,一般先将电源、开关、滑动变阻器的全部电阻连接,然后将滑动变阻器分 压部分、待测电阻,电表部分连接。(2)注意电压表、电流表的正负接线柱及量程的选取。(3)开关控制全电路,导线之间不交叉。
电流表应选 ,电压表应选 。(填字母代号)该同学正确选择仪器后连接了以下电路,为保证实验顺利进行,并使测量误差 尽量减小,实验前请你检查该电路,指出电路在接线上存在的问题:(1) ;(2) 。
考向二 测金属的电阻率
2.实验室购买了一捆标称长度为100 m的铜导线,某同学 想通过实验测定其实际长度。该同学首先测得导线的横截面积为1.0 mm2,查 得铜的电阻率为1.7×10-8 Ω·m,再利用图甲所示的电路测出铜导线的电阻Rx,从 而确定导线的实际长度。甲
乙可供选用的器材有:电流表:量程0~0.6 A,内阻约0.2 Ω电压表:量程0~3 V,内阻约9 kΩ滑动变阻器R1:最大阻值5 Ω
滑动变阻器R2:最大阻值20 Ω定值电阻:R0=3 Ω电源:电动势6 V,内阻可不计开关一个、导线若干回答下列问题:(1)实验时滑动变阻器应选 (填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑 片移至 (填“a”或“b”)端。(2)在实物图中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路在图丙中完成剩余 部分的电路连接。
丙(3)调节滑动变阻器,当电流表的读数为0.50 A时,电压表示数如图乙所示,读 数为 V。(4)导线的实际长度为 m(保留两位有效数字)。
考向三 测电源的电动势和内电阻
3.小明利用如图甲所示的电路测定旧电池组的电动势与内电阻。(1)根据图甲将图乙中的实物连线补充完整。(2)由图丙可知:该电池组的电动势E= V,内阻r= Ω(保留两位 有效数字)。
(3)小明又利用上述实验方案测定了同规格新电池组的电动势与内电阻。通 过实验发现旧电池组与新电池组相比,电动势几乎没有变化,但它们的输出功 率P随外电阻R变化的关系图线有较大差异,如图丁所示。可知图线 (选填“A”或“B”)对应的是新电池组,试说出判断的理由: 。
答案 (1)见解析 (2)4.3 7.2 (3)B 理由见解析解析 (1)如图所示 (2)图像与纵坐标的交点为电源的电动势,由题图丙可知,电动势E=4.3 V;内阻
考向四 描绘小灯泡的伏安特性曲线4.某实验小组的同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时,实验室 提供了如下的实验器材:A.小灯泡(额定电压为4 V、额定功率为2 W)B.电压表(量程为0~5 V、内阻为10 kΩ)C.电压表(量程为0~10 V、内阻为20 kΩ)D.电流表(量程为0~0.3 A、内阻为1 Ω)E.电流表(量程为0~0.6 A、内阻为0.4 Ω)F.滑动变阻器(0~5 Ω、10 A)G.滑动变阻器(0~500 Ω、0.2 A)
H.蓄电池(电动势为5 V,内阻不计)I.开关、导线若干 请回答下列问题:
(1)为了较精确地描绘出小灯泡的伏安特性曲线,该小组的同学在完成实验 时,电压表应选 ,电流表应选 ,实验中电压以及电流要求从 零开始调节,则滑动变阻器应选 。(填器材前面的字母代号)(2)选择好合适的实验器材后,请设计符合实验要求的电路图,并用笔画线代 替导线将图所示实物图连接完整。(3)闭合开关前,滑动变阻器的滑动触头应置于最 端。(填“左”或 “右”)
考点三 电路的设计与实验数据的处理 某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25 ℃~80 ℃ 范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中 的热敏电阻RT,其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω;电源E(6 V,内阻可忽略); 电压表 (量程150 mV);定值电阻R0(阻值20.0 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω);电阻箱R2(阻值范围0~999.9 Ω);单刀开关S1,单刀双掷开关S2。
图(a)实验时,先按图(a)连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接 通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不 变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下
此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度 降到25.0 ℃。实验得到的R2-t数据见下表。
回答下列问题:(1)在闭合S1前,图(a)中R1的滑片应移动到 (填“a”或“b”)端;(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并做出R2-t曲线;
(1)滑动变阻器是限流式接法,S1闭合前,滑片应置于使滑动变阻器连入电路的阻值最大的位置,即b端。 (2)由题给数据描完点后,观察这些点的分布规律,应画一条平滑曲线,让 尽可能多的点落在线上,不在线上的点要均匀分布在线的两侧。 (3)由R2-t图线知,当t=44.0 ℃时,RT=450 Ω。 (4)电阻箱的读数为(6×100+2×10+0×1+0×0.1)Ω=620.0 Ω,由R2-t图像知,当 R2=620.0 Ω时,t=33.0 ℃。
1.电流表的内接法和外接法的比较
2.滑动变阻器的限流式接法和分压式接法(不计电源内阻)
3.实验数据处理的方法有三种:(1)公式法根据实验原理,结合物理公式,计算所研究的物理量。通常计算多组数据,最 后采用取平均值的方法,减小实验偶然误差。(2)列表法:把被测物理量分类列表表示出来,表中对各物理量的排列习惯上 是先记录原始数据,后计算结果,列表法可大体反映某些因素对结果的影响, 常用作其他数据处理方法的一种辅助手段。(3)图像法:把实验测得的量按自变量和因变量的函数关系用图像直观地显示 出来。根据实验数据在坐标纸上画出图像。若是反比关系一般改画成正比图像,同时注意图像斜率、图像截距的物理意义。值得注意的是,创新实验的 落脚点几乎都是图像,故备考时一定要将图像法处理数据作为重中之重。
考向一 探究小灯泡的伏安特性
1.在探究小灯泡的伏安特性时,所用小灯泡上标有“2.5 V 0.6 W”字样,实 验室提供的器材有:A.电流表A1(内阻约为5 Ω、量程为0~25 mA)B.电流表A2(内阻约为1 Ω、量程为0~300 mA)C.电压表V1(内阻约为5 kΩ、量程为0~3 V)D.电压表V2(内阻约为15 kΩ、量程为0~15 V)E.滑动变阻器R1(最大阻值为10 Ω、额定电流为0.6 A)
F.滑动变阻器R2(最大阻值为1 000 Ω、额定电流为0.2 A)G.稳压电源E(电动势为9.0 V、内阻可忽略)H.开关一个、定值电阻若干、导线若干由以上信息回答下列问题:(1)实验前设计的电路图如图1所示。为了减小实验误差,该实验所用的电流 表、电压表、滑动变阻器分别为 (选填器材前的字母)。为保护滑动 变阻器和灯泡,应在电路中串联的定值电阻R0合适的电阻值应为 (选填 “1 Ω”“10 Ω”“30 Ω”或“100 Ω”)。
图1(2)请确定测量电路中电压表右侧导线的正确位置后,在图2中用笔画线代表 导线,将实物完整连接起来。
图2(3)连接好电路后,通过改变滑动变阻器的滑片位置,并通过计算机描绘了该 小灯泡的伏安特性曲线如图3所示。若将两个这样的小灯泡并联后直接接在
电动势E=3 V、内电阻r=5 Ω的电源上,每个小灯泡所消耗的实际功率为 W。(结果保留两位有效数字) 图3
考向二 测电源的电动势和内电阻2.在“测定电源的电动势和内阻”的实验中,备有下列器材:A.待测的干电池一节B.电流表A1(量程0~3 mA,内阻Rg1=10 Ω)C.电流表A2(量程0~0.6 A,内阻Rg2=0.1 Ω)D.滑动变阻器R1(0~20 Ω,1.0 A)E.电阻箱R0(0~9 999.9 Ω)F.开关和若干导线
答案 (1)b 990(2)1.48(1.46~1.49之间均正确) 0.84(0.82~0.87之间均正确)解析 (1)首先需要剩余一个电流表测量电流,又因为电路中的电流不会小于 3 mA,所以要用A2来测量电流,因此需要将A1进行改装,故选b电路;其次根据电 表的改装原理可知,U=I(Rg1+R0),解得R0=990 Ω。(2)根据闭合电路欧姆定律可知,I1×1 000=E-I2r,将图线延长,根据纵轴截距知 该电池的电动势为1.48 V,根据斜率可得内阻为0.84 Ω。
考向三 测量电表的内阻3.要测量灵敏电流表G1的内阻Rg1,实验室可供选择的实验器材如下:①待测电流表G1(0~5 mA,内阻约为300 Ω)②电流表G2(0~10 mA,内阻约为100 Ω)③定值电阻R1(阻值为300 Ω)④定值电阻R2(阻值为10 Ω)⑤滑动变阻器R3(阻值为0~1 000 Ω)⑥滑动变阻器R4(阻值为0~20 Ω)⑦干电池(E=3 V,内阻不计)⑧开关S及导线若干
(1)实验中要求电流能从零开始调节,定值电阻和滑动变阻器应分别选择 (填写器材前的序号)。请在虚线框中画出符合要求的实验电路图。(2)按电路图连接实物后,进行多次测量,记录电流表G1、G2的读数I1、I2,以I2 为纵坐标,I1为横坐标,作出相应图线如图甲所示。写出待测电流表的内阻的 表达式Rg1= (用I2-I1图线的斜率k及定值电阻的符号表示)。 甲
(3)若实验中测得Rg1=320 Ω,利用图乙所示电路可将电流表G1改装成量程为0~ 15 mA和0~50 mA的双量程电流表,由题给条件和数据,计算并联电阻的阻值 RA= Ω,RB= Ω。 乙
创新性实验是根据已知的实验方法设计一个新的实验方案,设计实验原理是 创新性实验设计的根本依据和关键。应根据问题的要求和条件,确定实验原 理,再通过分析与计算,找出待测量与已知量之间的函数表达式,最后设计合 适的实验步骤。
1.创新性实验的基本思路:明确目的→选择方案→选定器材→实验操作→数据处理→得出结论
2.解决电学设计型实验常用的方法(1)转换法:将不易测量的物理量转换成易于测量的物理量进行测量,然后再 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。
考向一 实验原理的拓展与创新
1.如图中矩形框内存在一沿水平方向且与金属棒垂直的 匀强磁场,金属棒放在电子秤上。现通过测量通电导线在磁场中所受的安培 力,来测量磁场的磁感应强度大小并判定其方向。
(1)在图中画线连接完成实验电路图,要求接通电源后电流由a流向b。(2)完成下列主要实验步骤中的填空:①按图接线;②保持开关S断开,读出电子秤的示数m0;③闭合开关S,调节R的阻值使电流大小适当,此时电子秤仍有读数,然后读出 并记录 、 (填物理量名称及符号);④用米尺测量 (填物理量名称及符号)。(3)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得到B= 。
(4)判断磁感应强度方向的方法是:若 ,磁感应强度方向垂直金属棒 向外;反之,磁感应强度方向垂直金属棒向里。
考向二 实验器材的等效与替换2.LED绿色照明技术已经走进我们的生活。某实验小组 要精确测定额定电压为5 V的LED灯泡正常工作时的电阻,已知该灯泡正常 工作时电阻大约为500 Ω,其电学符号与小灯泡电学符号相同。实验室提供 的器材有:A.电流表A1(量程为60 mA,内阻RA1约为1 Ω,读数记为I1)B.电流表A2(量程为3 mA,内阻RA2=20 Ω,读数记为I2)C.电压表V(量程0~15 V,内阻RV=1 kΩ,读数记为U)D.定值电阻R1=980 ΩE.定值电阻R2=1 980 Ω
F.滑动变阻器R(0~20 Ω)G.蓄电池E(电动势为24 V,内阻很小)H.开关S,导线若干(1)部分电路原理图如图所示,请选择合适的器材,电表1为 ,电表2为 ,定值电阻为 。(填写器材前的字母编号)
(2)将电路图补充完整。(3)写出测量LED灯电阻的表达式Rx= (用已知量和测量量表示),调节 滑动变阻器滑片的位置,当表达式中的 (填字母)达到 ,记下另一电表的读数代入表达式,其结果即为LED灯正常工作时的电阻。
①闭合开关S1、S2,调节R和R'使得灵敏电流计G的示数为零,这时,A、B两点 的电势φA、φB的关系是φA φB(选填“远大于”“远小于”或“等 于”),读出电流表和电压表的示数I1和U1,其中I1 (选填“远大于” “远小于”或“等于”)通过电源E的电流。②改变滑动变阻器R、R'的阻值,重新使得 ,读出 。(2)由上述步骤中测出的物理量,可以得出电动势E的表达式为 、内电阻r的表达式 。(3)该实验中E测 E真(选填“远大于”“远小于”或“等于”),r测 r真(选填“远大于”“远小于”或“等于”)。
考向四 和新型材料传感器结合的实验创新4.某物理学习小组为了测定某太阳能硅光电池组的电动势和内阻,设计了如 图1所示的电路,在一定光照条件下进行实验。(1)请根据图1完成图2中实物的连线。 图1
考点一 多用电表的原理及使用
1. 某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为2 0 mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1 200 Ω,经计算后将一阻值为R的 电阻与该微安表连接,进行改装。然后利用一标准毫安表,根据图(a)所示电 路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。
(3)产生上述问题的原因可能是 。(填正确答案标号)A.微安表内阻测量错误,实际内阻大于1 200 ΩB.微安表内阻测量错误,实际内阻小于1 200 ΩC.R值计算错误,接入的电阻偏小D.R值计算错误,接入的电阻偏大(4)要达到预期目的,无论测得的内阻值是否正确,都不必重新测量,只需要将 阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可,其中k= 。
2.某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为100 μA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 kΩ刻度正好对应电 流表表盘的50 μA刻度,可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14 kΩ),滑动变阻 器R1(最大阻值1 500 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω),电阻箱(0~99 999.9 Ω),干电池(E=1.5 V,r=1.5 Ω),红、黑表笔和导线若干。(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 Ω;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处的电流刻 度分别为25和75,则a、b处的电阻刻度分别为 、 。 图(b)
(3)校准红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向 kΩ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 Ω。
体现了科学思维中的科学推理素养要素,渗透了实践的价值观念。(1)由题意知改装的欧姆表的中值电阻即内阻为15 kΩ,即R0+rg+r+R=15 kΩ,故 R=15 kΩ-14 kΩ-98.5 Ω-1.5 Ω=900 Ω。由于滑动变阻器接入电路中的阻值大 于R2的最大阻值,故只能选用R1。(2)由闭合电路的欧姆定律有:1.5 V=25 μA×(Ra+15 kΩ),1.5 V=75 μA×(Rb+15 kΩ),解得Ra=45 kΩ,Rb=5 kΩ。(3)红、黑表笔短接,进行欧姆调零。由图得电阻箱的读数为3×10 kΩ+5×1 k Ω+0×100 Ω+0×10 Ω+0×1 Ω+0×0.1 Ω=35 000.0 Ω。
1.使用多用电表的几个注意事项(1)电流的流向:由于使用多用电表时不管测量什么,电流都要从电表的“+” 插孔(红表笔)流入,从“-”插孔(黑表笔)流出,所以使用欧姆挡时,多用电表内 部电池的正极接的是黑表笔,负极接的是红表笔。(2)要区分“机械零点”与“欧姆零点”:“机械零点”在表盘刻度左侧 “0”位置,用表盘下边中间的指针定位螺丝调整;“欧姆零点”在表盘刻度 的右侧电阻刻度“0”位置,用欧姆调零旋钮调整。(3)测电阻时每变换一次挡位,都要重新进行欧姆调零。
(4)选倍率:测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡的刻度不均匀,使用欧姆挡测电阻时,指针偏转过大或过小都有较大误差,通常只使用表 盘中间的一段刻度范围。(5)测电阻时要将电阻与其他元件断开,不要用手同时接触多用电表的两支表 笔。(6)多用电表使用完毕应将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡。
1. 小明同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中, 为了更准确选取电压表和电流表的合适量程,决定先用多用电表测量小灯泡 的阻值。(1)在使用前发现电表指针位置如图甲所示,该同学应该调节哪个位置 (选“①”或者“②”)。(2)小明使用多用电表欧姆挡的“×10”挡测量小灯泡电阻阻值,读数如图乙 所示,为了更准确地进行测量,小明应该旋转开关至欧姆挡 (填“×10 0”或“×1”),两表笔短接并调节 (选“①”或者“②”)。
(3)按正确步骤测量时,指针指在如图丙位置,则小灯泡阻值的测量值为 Ω。
答案 (1)① (2)×1 ② (3)28解析 (1)由题图甲可知,电表指针没有指在左侧零刻度处,故应进行机械调 零,故应用螺丝刀调节旋钮①。(2)由题图乙可知,测量电阻时指针偏转较大,表盘上示数偏小,则说明所选挡 位太大,故应换用小挡位,故选“×1”;同时每次换挡后均应进行欧姆调零,故 将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮②使指针指到右侧零刻度处。(3)由题图丙可知,电阻R=28×1 Ω=28 Ω。
2.某同学试着把电流表改装成能够测量导体电阻的欧姆表。在实验室他找 了一节干电池(电动势E=1.5 V、内阻r=2.5 Ω),待改装的电流表(满偏电流Ig=5 mA、内阻Rg=17.5 Ω)。该同学设计了如图所示的电路图,A、B为接线柱,R为 滑动变阻器。 (1)使用改装好的欧姆表测量导体电阻前应该进行“欧姆调零”,此时应调节 滑动变阻器R的阻值为 Ω。
(2)欧姆调零后,发现在A、B间接入阻值不同的电阻时,电流表读数不同。若 在电流表刻度线上直接标注相应电阻,则可直接读出A、B间接入的电阻,电 流表就改装成了一块能够测量导体电阻的欧姆表。电流表“3.0 mA”刻度 线应标为 Ω;为了操作方便,在A、B处用红、黑表笔接出,其中红表 笔应接在 (填“A”或“B”)处。
考点二 实验器材与电路连接问题 某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为10 0 μA,内阻大约为2 500 Ω)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20 Ω,另一个阻值为2 000 Ω);电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 Ω);电源E(电动势约为1.5 V);单刀开关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“2 000”)。
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2 500.0 Ω,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2 6 01.0 Ω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: 。
解析 本题考查实物图连线、电阻的测量、器材的选取,考查学生的实验能 力。(2)①R1为分压电阻,为了有效控制测量电路,故选20 Ω的小电阻;②为了保护微安表,开始R1的滑片C应滑到左端,使微安表示数为零;③当B与D的电势相等时,IDB=0,S2闭合前后电路的电阻不变,导致微安表的示 数不变;④设R2中电流为I1,Rz中电流为I2,当φB=φD时URz1=UR2左,URg=UR2右即I2·Rz1=I1R2左,I2Rg=I1R2右
1.选择实验器材的三大原则(1)安全性原则:要能够根据实验要求和客观条件选用合适的器材,使实验切 实可行,能达到预期目标。另外还要注意测量器材的量程,电阻类器件的电流 不能超过允许通过的最大电流等。(2)精确性原则:根据实验的需要,选用精度合适的测量工具,但对某个实验来 讲,精确程度达到要求即可,并不是精度越高越好。(3)方便性原则:在不违反前两个原则的前提下,尽量使测量电路简单好接,测 量中的调节控制操作方便。
①用分压式接法时,滑动变阻器应该选用阻值较小的,而额定电流较大的。②用限流式接法时,滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的,额定电流应 大于被测电阻的额定电流。
2.实物连图“三注意”(1)根据电路原理图,采用“先串后并”的方法。例如滑动变阻器分压式连 接,一般先将电源、开关、滑动变阻器的全部电阻连接,然后将滑动变阻器分 压部分、待测电阻,电表部分连接。(2)注意电压表、电流表的正负接线柱及量程的选取。(3)开关控制全电路,导线之间不交叉。
电流表应选 ,电压表应选 。(填字母代号)该同学正确选择仪器后连接了以下电路,为保证实验顺利进行,并使测量误差 尽量减小,实验前请你检查该电路,指出电路在接线上存在的问题:(1) ;(2) 。
考向二 测金属的电阻率
2.实验室购买了一捆标称长度为100 m的铜导线,某同学 想通过实验测定其实际长度。该同学首先测得导线的横截面积为1.0 mm2,查 得铜的电阻率为1.7×10-8 Ω·m,再利用图甲所示的电路测出铜导线的电阻Rx,从 而确定导线的实际长度。甲
乙可供选用的器材有:电流表:量程0~0.6 A,内阻约0.2 Ω电压表:量程0~3 V,内阻约9 kΩ滑动变阻器R1:最大阻值5 Ω
滑动变阻器R2:最大阻值20 Ω定值电阻:R0=3 Ω电源:电动势6 V,内阻可不计开关一个、导线若干回答下列问题:(1)实验时滑动变阻器应选 (填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑 片移至 (填“a”或“b”)端。(2)在实物图中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路在图丙中完成剩余 部分的电路连接。
丙(3)调节滑动变阻器,当电流表的读数为0.50 A时,电压表示数如图乙所示,读 数为 V。(4)导线的实际长度为 m(保留两位有效数字)。
考向三 测电源的电动势和内电阻
3.小明利用如图甲所示的电路测定旧电池组的电动势与内电阻。(1)根据图甲将图乙中的实物连线补充完整。(2)由图丙可知:该电池组的电动势E= V,内阻r= Ω(保留两位 有效数字)。
(3)小明又利用上述实验方案测定了同规格新电池组的电动势与内电阻。通 过实验发现旧电池组与新电池组相比,电动势几乎没有变化,但它们的输出功 率P随外电阻R变化的关系图线有较大差异,如图丁所示。可知图线 (选填“A”或“B”)对应的是新电池组,试说出判断的理由: 。
答案 (1)见解析 (2)4.3 7.2 (3)B 理由见解析解析 (1)如图所示 (2)图像与纵坐标的交点为电源的电动势,由题图丙可知,电动势E=4.3 V;内阻
考向四 描绘小灯泡的伏安特性曲线4.某实验小组的同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时,实验室 提供了如下的实验器材:A.小灯泡(额定电压为4 V、额定功率为2 W)B.电压表(量程为0~5 V、内阻为10 kΩ)C.电压表(量程为0~10 V、内阻为20 kΩ)D.电流表(量程为0~0.3 A、内阻为1 Ω)E.电流表(量程为0~0.6 A、内阻为0.4 Ω)F.滑动变阻器(0~5 Ω、10 A)G.滑动变阻器(0~500 Ω、0.2 A)
H.蓄电池(电动势为5 V,内阻不计)I.开关、导线若干 请回答下列问题:
(1)为了较精确地描绘出小灯泡的伏安特性曲线,该小组的同学在完成实验 时,电压表应选 ,电流表应选 ,实验中电压以及电流要求从 零开始调节,则滑动变阻器应选 。(填器材前面的字母代号)(2)选择好合适的实验器材后,请设计符合实验要求的电路图,并用笔画线代 替导线将图所示实物图连接完整。(3)闭合开关前,滑动变阻器的滑动触头应置于最 端。(填“左”或 “右”)
考点三 电路的设计与实验数据的处理 某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25 ℃~80 ℃ 范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中 的热敏电阻RT,其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω;电源E(6 V,内阻可忽略); 电压表 (量程150 mV);定值电阻R0(阻值20.0 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω);电阻箱R2(阻值范围0~999.9 Ω);单刀开关S1,单刀双掷开关S2。
图(a)实验时,先按图(a)连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接 通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不 变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下
此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度 降到25.0 ℃。实验得到的R2-t数据见下表。
回答下列问题:(1)在闭合S1前,图(a)中R1的滑片应移动到 (填“a”或“b”)端;(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并做出R2-t曲线;
(1)滑动变阻器是限流式接法,S1闭合前,滑片应置于使滑动变阻器连入电路的阻值最大的位置,即b端。 (2)由题给数据描完点后,观察这些点的分布规律,应画一条平滑曲线,让 尽可能多的点落在线上,不在线上的点要均匀分布在线的两侧。 (3)由R2-t图线知,当t=44.0 ℃时,RT=450 Ω。 (4)电阻箱的读数为(6×100+2×10+0×1+0×0.1)Ω=620.0 Ω,由R2-t图像知,当 R2=620.0 Ω时,t=33.0 ℃。
1.电流表的内接法和外接法的比较
2.滑动变阻器的限流式接法和分压式接法(不计电源内阻)
3.实验数据处理的方法有三种:(1)公式法根据实验原理,结合物理公式,计算所研究的物理量。通常计算多组数据,最 后采用取平均值的方法,减小实验偶然误差。(2)列表法:把被测物理量分类列表表示出来,表中对各物理量的排列习惯上 是先记录原始数据,后计算结果,列表法可大体反映某些因素对结果的影响, 常用作其他数据处理方法的一种辅助手段。(3)图像法:把实验测得的量按自变量和因变量的函数关系用图像直观地显示 出来。根据实验数据在坐标纸上画出图像。若是反比关系一般改画成正比图像,同时注意图像斜率、图像截距的物理意义。值得注意的是,创新实验的 落脚点几乎都是图像,故备考时一定要将图像法处理数据作为重中之重。
考向一 探究小灯泡的伏安特性
1.在探究小灯泡的伏安特性时,所用小灯泡上标有“2.5 V 0.6 W”字样,实 验室提供的器材有:A.电流表A1(内阻约为5 Ω、量程为0~25 mA)B.电流表A2(内阻约为1 Ω、量程为0~300 mA)C.电压表V1(内阻约为5 kΩ、量程为0~3 V)D.电压表V2(内阻约为15 kΩ、量程为0~15 V)E.滑动变阻器R1(最大阻值为10 Ω、额定电流为0.6 A)
F.滑动变阻器R2(最大阻值为1 000 Ω、额定电流为0.2 A)G.稳压电源E(电动势为9.0 V、内阻可忽略)H.开关一个、定值电阻若干、导线若干由以上信息回答下列问题:(1)实验前设计的电路图如图1所示。为了减小实验误差,该实验所用的电流 表、电压表、滑动变阻器分别为 (选填器材前的字母)。为保护滑动 变阻器和灯泡,应在电路中串联的定值电阻R0合适的电阻值应为 (选填 “1 Ω”“10 Ω”“30 Ω”或“100 Ω”)。
图1(2)请确定测量电路中电压表右侧导线的正确位置后,在图2中用笔画线代表 导线,将实物完整连接起来。
图2(3)连接好电路后,通过改变滑动变阻器的滑片位置,并通过计算机描绘了该 小灯泡的伏安特性曲线如图3所示。若将两个这样的小灯泡并联后直接接在
电动势E=3 V、内电阻r=5 Ω的电源上,每个小灯泡所消耗的实际功率为 W。(结果保留两位有效数字) 图3
考向二 测电源的电动势和内电阻2.在“测定电源的电动势和内阻”的实验中,备有下列器材:A.待测的干电池一节B.电流表A1(量程0~3 mA,内阻Rg1=10 Ω)C.电流表A2(量程0~0.6 A,内阻Rg2=0.1 Ω)D.滑动变阻器R1(0~20 Ω,1.0 A)E.电阻箱R0(0~9 999.9 Ω)F.开关和若干导线
答案 (1)b 990(2)1.48(1.46~1.49之间均正确) 0.84(0.82~0.87之间均正确)解析 (1)首先需要剩余一个电流表测量电流,又因为电路中的电流不会小于 3 mA,所以要用A2来测量电流,因此需要将A1进行改装,故选b电路;其次根据电 表的改装原理可知,U=I(Rg1+R0),解得R0=990 Ω。(2)根据闭合电路欧姆定律可知,I1×1 000=E-I2r,将图线延长,根据纵轴截距知 该电池的电动势为1.48 V,根据斜率可得内阻为0.84 Ω。
考向三 测量电表的内阻3.要测量灵敏电流表G1的内阻Rg1,实验室可供选择的实验器材如下:①待测电流表G1(0~5 mA,内阻约为300 Ω)②电流表G2(0~10 mA,内阻约为100 Ω)③定值电阻R1(阻值为300 Ω)④定值电阻R2(阻值为10 Ω)⑤滑动变阻器R3(阻值为0~1 000 Ω)⑥滑动变阻器R4(阻值为0~20 Ω)⑦干电池(E=3 V,内阻不计)⑧开关S及导线若干
(1)实验中要求电流能从零开始调节,定值电阻和滑动变阻器应分别选择 (填写器材前的序号)。请在虚线框中画出符合要求的实验电路图。(2)按电路图连接实物后,进行多次测量,记录电流表G1、G2的读数I1、I2,以I2 为纵坐标,I1为横坐标,作出相应图线如图甲所示。写出待测电流表的内阻的 表达式Rg1= (用I2-I1图线的斜率k及定值电阻的符号表示)。 甲
(3)若实验中测得Rg1=320 Ω,利用图乙所示电路可将电流表G1改装成量程为0~ 15 mA和0~50 mA的双量程电流表,由题给条件和数据,计算并联电阻的阻值 RA= Ω,RB= Ω。 乙
创新性实验是根据已知的实验方法设计一个新的实验方案,设计实验原理是 创新性实验设计的根本依据和关键。应根据问题的要求和条件,确定实验原 理,再通过分析与计算,找出待测量与已知量之间的函数表达式,最后设计合 适的实验步骤。
1.创新性实验的基本思路:明确目的→选择方案→选定器材→实验操作→数据处理→得出结论
2.解决电学设计型实验常用的方法(1)转换法:将不易测量的物理量转换成易于测量的物理量进行测量,然后再 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。
考向一 实验原理的拓展与创新
1.如图中矩形框内存在一沿水平方向且与金属棒垂直的 匀强磁场,金属棒放在电子秤上。现通过测量通电导线在磁场中所受的安培 力,来测量磁场的磁感应强度大小并判定其方向。
(1)在图中画线连接完成实验电路图,要求接通电源后电流由a流向b。(2)完成下列主要实验步骤中的填空:①按图接线;②保持开关S断开,读出电子秤的示数m0;③闭合开关S,调节R的阻值使电流大小适当,此时电子秤仍有读数,然后读出 并记录 、 (填物理量名称及符号);④用米尺测量 (填物理量名称及符号)。(3)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得到B= 。
(4)判断磁感应强度方向的方法是:若 ,磁感应强度方向垂直金属棒 向外;反之,磁感应强度方向垂直金属棒向里。
考向二 实验器材的等效与替换2.LED绿色照明技术已经走进我们的生活。某实验小组 要精确测定额定电压为5 V的LED灯泡正常工作时的电阻,已知该灯泡正常 工作时电阻大约为500 Ω,其电学符号与小灯泡电学符号相同。实验室提供 的器材有:A.电流表A1(量程为60 mA,内阻RA1约为1 Ω,读数记为I1)B.电流表A2(量程为3 mA,内阻RA2=20 Ω,读数记为I2)C.电压表V(量程0~15 V,内阻RV=1 kΩ,读数记为U)D.定值电阻R1=980 ΩE.定值电阻R2=1 980 Ω
F.滑动变阻器R(0~20 Ω)G.蓄电池E(电动势为24 V,内阻很小)H.开关S,导线若干(1)部分电路原理图如图所示,请选择合适的器材,电表1为 ,电表2为 ,定值电阻为 。(填写器材前的字母编号)
(2)将电路图补充完整。(3)写出测量LED灯电阻的表达式Rx= (用已知量和测量量表示),调节 滑动变阻器滑片的位置,当表达式中的 (填字母)达到 ,记下另一电表的读数代入表达式,其结果即为LED灯正常工作时的电阻。
①闭合开关S1、S2,调节R和R'使得灵敏电流计G的示数为零,这时,A、B两点 的电势φA、φB的关系是φA φB(选填“远大于”“远小于”或“等 于”),读出电流表和电压表的示数I1和U1,其中I1 (选填“远大于” “远小于”或“等于”)通过电源E的电流。②改变滑动变阻器R、R'的阻值,重新使得 ,读出 。(2)由上述步骤中测出的物理量,可以得出电动势E的表达式为 、内电阻r的表达式 。(3)该实验中E测 E真(选填“远大于”“远小于”或“等于”),r测 r真(选填“远大于”“远小于”或“等于”)。
考向四 和新型材料传感器结合的实验创新4.某物理学习小组为了测定某太阳能硅光电池组的电动势和内阻,设计了如 图1所示的电路,在一定光照条件下进行实验。(1)请根据图1完成图2中实物的连线。 图1
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