2021高考物理二轮复习第15讲电学实验课件

这是一份2021高考物理二轮复习第15讲电学实验课件，共60页。PPT课件主要包含了-2-，知识脉络梳理，规律方法导引，-3-，-4-，-5-，-6-，命题热点一，命题热点二，命题热点三等内容，欢迎下载使用。

1.知识规律(1)电流表、电压表、欧姆表的比较
(2)电学仪器的选择①电源的选择:一般可以根据待测电路的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。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;选择的电表的量程应使电表的指针偏转的幅度较大,一般应使指针能达到半偏以上,以减小读数的偶然误差,提高精确度。(3)分压式和限流式的选择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:要求待测电路的U、I从0变化;R滑≪Rx;选用限流式时,Ux、Ix过大(超过电表量程,烧坏电表、电源或用电器等)。
2.思想方法(1)物理思想:等效思想、控制变量思想。(2)物理方法:等效替代法、控制变量法、累积法。
以测电阻为核心的实验主要考查仪器的选择、实验操作及欧姆定律。例1(1)用多用电表欧姆挡粗略测量某元件的电阻,选用×1挡,测量结果如图甲所示,则测得的电阻为　　　　Ω; 
(2)为描绘该元件的U-I图线,提供了如下器材:A.电流表A(量程0.6 A,内阻约0.9 Ω)B.电压表V(量程3 V,内阻约3 kΩ)C.滑动变阻器R1(10 Ω,2 A)D.滑动变阻器R2(1 000 Ω,1 A)E.电源E(电动势6 V,内阻约0.1 Ω)F.开关S及导线若干
①实验中滑动变阻器应该选择　　　　(填写器材序号即可),以保证实验过程中调节方便。 ②设计合适电路,在虚线框内画出实验电路图。
③如图乙所示中Ⅰ、Ⅱ图线,一条为元件真实的U-I图线,另一条是本次实验中测得的U-I图线,其中　　　　是本次实验中测得的图线。 
答案:(1)13.0(2)①C　②如图所示　③Ⅱ解析:(1)从多用电表指针位置可以读出示数为13.0(读成13也可),乘以倍率,即可测得该元件的电阻为13.0 Ω(13 Ω也可);(2)由于该元件电阻较小,所以电流表选用外接法,描绘该元件伏安特性曲线,电压从零开始,且要测量多组数据,故滑动变阻器选用小阻值R1且采用分压式接法,选用C;由于电压表的分流,所以实验中测得的U-I图线要比该元件真实的图线低一些,应选图线Ⅱ。
例2(2017·全国卷Ⅰ)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 kΩ);电流表A(量程0.5 A,内阻0.5 Ω);固定电阻R0(阻值1 000 Ω);滑动变阻器R(阻值0~9.0 Ω);电源E(电动势5 V,内阻不计);开关S;导线若干。(1)实验要求能够实现在0~3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量,在虚线框内画出实验电路原理图。
(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图甲所示。
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”)。
(3)用另一电源E0(电动势4 V,内阻1.00 Ω)和题给器材连接成图乙所示的电路,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) 思维导引
答案:(1)如图所示(2)增大　增大(3)0.39　1.17
解析:(1)由于要求电压调节范围大,故用分压式。电压表量程只有3 V,故需串联R0改装为量程为4 V的电压表。
(2)图中I-U图线上某点与原点连线的斜率代表灯泡在该状态下电阻的倒数。随电流增大,与原点连线的斜率减小,故电阻增大。由R=ρ ,故电阻率增大。
(3)当R=9 Ω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 Ω·I,作图法找到灯泡功率Pmin=UI ≈1.75 V×0.225 A≈0.39 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 Ω·I,作图法找到灯泡功率Pmax=UI=3.65 V×0.32 A ≈1.17 W。
规律方法(1)仪表选择的三个主要原则: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)测量电路设计。
(3)控制电路设计。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。(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。
拓展训练1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V(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。(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。
(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'　　　　(选填“>”“=”或“<”)RV,主要理由是　   　。
答案:(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;读取电阻箱所示的电阻值,此即为测得的电压表内阻(3)>　断开S2,调节电阻箱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,故RV'>RV
以测电源电动势为核心的实验主要考查电路的选择、仪器的选择、线路的连接和数据的处理。例3在测定电池的电动势和内阻的实验中,某同学的实物电路连接如图甲所示。(1)在方框中画出与图甲对应的电路图。
(2)图乙的 -R坐标系中已经标出了该同学所测得的实验数据,请作出这些数据点的拟合直线,并读得该直线的纵截距为　　　　 A-1,求得其斜率为　　　　 V-1。 
(3)求得电源的电动势是　　　 V,内阻是　　　　 Ω。(结果均保留两位有效数字) 思维导引
答案:(1)电路图如图所示(2)图像如图所示　0.9　0.67
(3)1.5　1.4
解析:(1)根据实物图,画电路图时应注意各用电器的符号,各用电器的连接次序,电表的正、负接线柱等。(2)将各数据点用直线拟合后,由数学方法计算出斜率k=0.67 V-1,纵截距b=0.9 A-1。(3)由闭合
规律方法测量电源电动势和内阻的方法拓展
拓展训练2某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下器材:一个满偏电流为100 μA、内阻为2 500 Ω的表头,一个开关,两个电阻箱(0~999.9 Ω)和若干导线。(1)由于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为50 mA的电流表,则应将表头与电阻箱　　　　(选填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为　　　　Ω。 
(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量,实验电路如图甲所示,通过改变电阻R测相应的电流I,且作相关计算后一并记录如下表。
①根据表中数据,图乙中已描绘出四个点,请将第5、6两组数据也描绘在图乙中,并画IR-I图线。
②根据图线可得电池的电动势E=　　　V,内阻r=　　　　Ω。 
答案:(1)并联　5.0　(2)①如图所示　②1.53　2.0
解析:(1)表头改装成大量程的电流表时,应给其并联上一个电阻。由IgRg=(I-Ig)R,解得R=5.0 Ω,即将电阻箱阻值调为5.0 Ω。(2)①图线如答案图所示;②根据题意,题中(2)的表格中的电压为电阻箱两端电压。改装后的毫安表内阻RA约为5.0 Ω,由闭合电路欧姆定律,得E=U+(RA+r)I,整理得U=E-(RA+r)I,结合图像知,图线在纵轴上的截距表示电池的电动势,有E=1.53 V,图线的斜率大小表示RA+r的阻值,由图线得斜率大小约为7.0,故 r=k-RA=2.0 Ω。
以多用电表的使用为核心的实验主要考查多用电表的使用方法和读数特点。例4图甲为正在测量中的多用电表表盘,请完成下列问题:(1)如果用直流“50 V”挡测量电压,指针位置如图甲所示,读数为　　　V。 
(2)用图甲多用电表测量电阻时,多用电表内部的电路可以等效为一个电池、一个可变电阻和一个表头相串联,如图乙所示,电源电动势E=1.5 V,选择开关在“×1”挡,把它的两表笔短接,旋转可变电阻R1的旋钮,当指针指向“0 Ω”时,流过多用电表的电流为　 mA。 
(3)图乙是测量Rx阻值时的电路,欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小,内阻变大,但此表仍能进行欧姆调零,按正确使用方法再测Rx的值,其测量结果与原结果相比将　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。 
(4)图丙是将表头G改装成两个倍率挡(如“×1”“×10”)的欧姆表电路原理图,则当开关S合向　　　(选填“a”或“b”)端时,欧姆表是较大倍率挡。 
答案:(1)23.0(2)100(3)变大(4)b解析:(1)多用电表读数为23.0 V;(2)选择开关在“×1”挡时,欧姆表的内阻为15 Ω,
(3)当电池电动势变小,内阻变大时,若测量某一电阻时,通过回路的电流减小,指针偏向左,则欧姆表的读数变大;(4)将G改装成两种倍率(如“×1”“×10”)的欧姆表,开关合向b端时,电路最大电流小,欧姆表的中值电阻大,倍率大,这时的欧姆表是较大倍率挡。
规律方法欧姆表使用六注意(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)测量结束后,选择开关要置于“OFF”挡或交流电压的最高挡。
拓展训练3为确定某电子元件的电气特征,做如下测量。(1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转过大,因此需选择　　　　(选填“×10”或“×1 k”)倍率的电阻挡,并　　　　　　再进行测量,多用电表的示数如图甲所示,测量结果为　　　Ω。 
(2)将待测元件(额定电压9 V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用电表、开关及若干导线连接成电路如图乙所示。添加连线,使电路能测量该元件完整的伏安特性。
本实验中使用多用电表测电压,多用电表的选择开关应调到　　　　　　　(选填“直流电压10 V”或“直流电压50 V”)挡。 
答案:(1)×10　欧姆调零　70(2)电路见解析图　直流电压10 V解析:(1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转过大,说明电阻较小,因此需选择“×10”倍率的电阻挡,并在欧姆调零后再进行测量,多用电表的测量结果为70 Ω。
(2)要测量该元件完整的伏安特性,必须连接成分压电路,如图所示。本实验中使用多用电表测电压,多用电表的选择开关应调到直流电压10 V挡。
1.(2018·全国卷Ⅱ)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 μA,内阻900 Ω);电阻箱R1(阻值范围0~999.9 Ω);电阻箱R2(阻值范围0~99 999.9 Ω);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分别是电流挡和电压挡的接线柱。(2)电阻箱的阻值应取R1=　　　　 Ω,R2=　　　　 Ω。(保留到个位) 
答案:(1)如图所示　(2)100　2 910
2.(2019·浙江4月)小明想测额定电压为2.5 V的小灯泡在不同电压下的电功率,设计了如图所示的电路。
(1)在实验过程中,调节滑片P,电压表和电流表均有示数但总是调不到零,其原因是　　　　　　　的导线没有连接好(图中用数字标记的小圆点表示接线点,空格中请填写图中的数字,如“7点至8点”); 
(2)正确连好电路,闭合开关,调节滑片P,当电压表的示数达到额定电压时,电流表的指针如图所示,则电流为　　　　 A,此时小灯泡的功率为　　　　 W; (3)做完实验后,小明发现在实验报告上漏写了电压为1.00 V时通过小灯泡的电流,但在草稿纸上记录了下列数据,你认为最有可能的是　　　　。  A　　　　 A　　　　 A
答案:(1)1点至4点　(2)0.30　0.75　(3)C
3.(2017·全国卷Ⅱ)某同学利用如图甲所示的电路测量一微安表(量程为100 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)按原理图甲将图乙中的实物连线。(2)完成下列填空:①R1的阻值为　　　　(选填“20”或“2 000”) Ω。 ②为了保护微安表,开始时将R1的滑片C滑到接近图甲中滑动变阻器的　　　　(选填“左”或“右”)端对应的位置;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　　　　(选填“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2 601.0 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:  　。 
答案:(1)如图所示(2)①20　②左　③相等　④2 550(3)调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程
电学创新实验分析技巧【典例示范】 为了测量某电池的电动势E(约为3 V)和内阻r,选用的器材如下:A.电流表G1(量程为2 mA,内阻为100 Ω)B.电流表G2(量程为1 mA,内阻为200 Ω)C.电阻箱R1(0~99.99 Ω)D.电阻箱R2(0~9 999 Ω)E.滑动变阻器R3(0~1 000 Ω,允许最大电流1 A)F.待测电池G.开关一个、导线若干
甲 乙(1)某同学利用上述器材,采用图甲所示的电路测量该电池的电动势和内阻,请按照图甲将图乙所示的实物图连线。
(2)图甲中利用电阻箱R1,将电流表G1改装成了量程为0.5 A 的电流表,利用电阻箱R2将电流表G2改装成了量程为3 V 的电压表,则电阻箱R1的阻值调到　　　 Ω。 (3)以G2示数I2为纵坐标,G1示数I1为横坐标,作出I2-I1图像如图丙所示,结合图像可得出电源的电动势为　　　V,电源的内阻为　　　Ω(结果均保留两位有效数字)。 
答案:(1)如图所示(2)0.4　(3)2.7　9.0
解析:(2)根据欧姆定律和串并联规律应有
解得R1≈0.4 Ω,由U=I2g(r2+R2),代入数据解得R2=2.8×103 Ω。
以题说法电学创新实验需要特别注意:一是选择好合适的实验原理,求解电学设计性实验考题的关键是在弄清原理的基础上将基本方法灵活迁移,从方法迁移中寻找问题的突破口。二是设计合理的电路,应先依据题意确定电流表、电压表和滑动变阻器等仪器,然后确定电流表的接法,再选择控制电路并画出实验电路图。
针对训练 (2019·全国卷Ⅱ)某小组利用图甲所示的电路,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 Ω);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。图乙是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管U-t关系曲线。回答下列问题:
(1)实验中,为保证流过二极管的电流为50.0 μA,应调节滑动变阻器R,使电压表V1的示数为U1=　　　　 mV;根据图乙可知,当控温炉内的温度t升高时,硅二极管正向电阻　　　　　(选填“变大”或“变小”),电压表V1示数　　　　　(选填“增大”或“减小”),此时应将R的滑片向　　　　　(选填“A”或“B”)端移动,以使V1示数仍为U1。 (2)由图乙可以看出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)。