(要点归纳+夯实基础练) 第八节 实验：电学实验综合-2023年高考物理一轮系统复习学思用

这是一份(要点归纳+夯实基础练) 第八节 实验：电学实验综合-2023年高考物理一轮系统复习学思用，共18页。
第八节 实验：电学实验综合【要点归纳】一、差值法测电阻1．电流表差值法(如图所示)(1)基本原理：定值电阻R0的电流I0＝I2－I1，电流表的电压U1＝(I2－I1)R0.(2)可测物理量①若R0为已知量，可求得电流表的内阻r1＝②若r1为已知量，可求得R0＝.2．电压表差值法(如图所示)(1)基本原理：定值电阻R0的电压U0＝U2－U1，电压表的电流I1＝.(2)可测物理量：①若R0为已知量，可求得电压表的内阻r1＝R0；②若r1为已知量，可求得R0＝r1.二、半偏法测电表内阻1．电压表半偏法(如图所示)(1)实验步骤①将R2的阻值调为零，闭合S，调节R1的滑动触头，使电压表读数等于其量程Um；②保持R1的滑动触头不动，调节R2，当电压表读数等于Um时记录下R2的值，则RV＝R2.(2)误差分析①测量值偏大：RV测＝R2>RV真．②原因分析：当R2的阻值由零逐渐增大时，R2与电压表两端的总电压也将逐渐增大，因此电压表读数等于Um时，R2两端的电压将大于Um，使R2>RV，从而造成RV的测量值偏大．显然电压表半偏法适用于测量内阻较大的电压表的电阻．③减小误差的方法：选电动势较大的电源E，选阻值较小的滑动变阻器R1，满足R1≪RV.2．电流表半偏法(电路图如图所示)(1)实验步骤①先断开S2，再闭合S1，将R1最大阻值逐渐调小，使电流表读数等于其量程Im；②保持R1不变，闭合S2，将电阻箱R2由最大阻值逐渐调小，当电流表读数等于Im时记录下R2的值，则RA＝R2.(2)误差分析①测量值偏小：RA测＝R2＜RA真．②原因分析：当闭合S2时，总电阻减小，总电流增大，大于原电流表的满偏电流，而此时电流表半偏，所以流经R2的电流比电流表所在支路的电流大，R2的电阻比电流表的电阻小，而我们把R2的读数当成电流表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小．③减小误差的方法：选电动势较大的电源E，选阻值非常大的滑动变阻器R1，满足R1≫RA.三、等效替代法测电阻如图所示，先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上，读出电流表示数I；然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上，调节电阻箱的阻值，使电流表的读数仍为I，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值．四、其他创新实验1．找原型：先根据实验目的和给出的条件把教材中的实验原型在头脑中完整地重现出来；2．做对比：将实验中所给器材与原型中器材进行对比，看一下少了什么器材或什么器材的量程不满足要求；再看一下多给了什么器材，注意多给的器材可能就是解决问题的“金钥匙”；3．定方案：根据对比结果设计电路；4．常用替代或改装：(1)内阻已知的电压表相当于小量程的电流表；(2)内阻已知的电流表则相当于小量程的电压表；(3)灵敏电流计串大电阻改装成电压表：(4)灵敏电流计并小电阻改装成电流表；(5)内阻较小的电源串定值电阻相当于内阻较大的电源．【夯实基础练】1．(2022•西南大学附属中学校第六次月考)有一个密封盒，其表面可见一个灯泡和一个可调电阻器的旋钮。为了探究密封盒里灯泡和可调电阻器是如何连接的，某同学连接了一个如图1所示的电路，他将可调电阻器的电阻减小，并将变化前后的结果记录下来如图2。(1)在图3中画出可调电阻器和灯泡的连接电路。(      )(2)根据记录可知灯泡工作时的电阻值等于__________。(3)将两个的电池串联来代替低压电源，进行同样的实验，发现当减小时，灯泡的亮度会发生变化，其原因是____________________。【解析】  (1)[1]由图2可知，调节变阻器时灯泡的亮度保持不变，说明小灯泡与变阻器并联，其电路图如图所示(2)[2]当，时，流过小灯泡的电流为，根据部分电路欧姆定律可求得灯泡工作时的电阻值(3)[3]将两个的电池串联来代替低压电源,电池内阻不可忽略，发现当减小时，整个电路的总阻值减小，回路中的电路增大，内阻的分压增大，路端电压降低，导致灯泡的亮度发生变化。【答案】  ①    ②    ③电池内阻不可忽略2．(2022•西北工业大学附属中学高三(上)第四次适应性训练)实验室有下列器材：灵敏电流计G(内阻约为50Ω)；电压表V(0~3V，内阻约为10kΩ)；电阻箱R1(0~9999Ω)；滑动变阻器R2(0~100Ω，1.5A)；旧干电池一节；导线开关若干.(1)某实验小组先测灵敏电流计的内阻，电路如图甲所示，测得电压表示数为2V，灵敏电流计示数为4mA，电阻箱旋钮位置如图乙所示，则灵敏电流计内阻为______Ω.(2)为将灵敏电流计的量程扩大为原来的10倍，该实验小组将电阻箱与灵敏电流计并联，则应将电阻箱R1的阻值调为___Ω.调好后连接成如图丙所示的电路测干电池的电动势和内阻，调节滑动变阻器读出了几组电压表和电流计的示数如下表，请在图丁所示的坐标系中作出合适的IG－U图线_________________.IG／mA3.02.52.01.51.0U／V0.80.91.01.11.2(3)由作出的IG－U图线求得干电池的电动势E=_____V，内阻r =_____Ω.【解析】  (1)由图乙所示电阻箱可知，电阻箱示数为：，由欧姆定律可得：，电流计内阻为：(2)将灵敏电流计的量程扩大为原来的10倍，并联电阻阻值：；根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后根据描出的点作出图象，图象如图所示：(3)由图示电源U-I图象可知，图象与横轴交点坐标值为1.4，电源电动势，电流表内阻，，图象斜率：，电源内阻：．【答案】  ①45    ②5    ③    ④1.4    ⑤15.53．(2022•山东省烟台市高三(上)期末)电导是描述导体导电性能的物理量。电导在数值上等于电阻的倒数，其单位是西门子，单位符号S。某实验小组要测量一段金属丝(电导约为0.1S)的电导，可供选择的器材有：电压表V(量程10V，内阻约)；电流表A(量程200mA，内阻约为)；定值电阻(阻值为)； 滑动变阻器(最大阻值)；滑动变阻器(最大阻值)；电源E(电动势12V，额定电流2A，内阻不计)；开关一个，导线若干。实验小组设计了如图甲所示的测量电路。(1)为了更准确地测量的电导，滑动变阻器应选用______(选填“”或“”)；(2)请用笔画线代替导线，在答题卡上将实物图连接成完整电路______；(3)实验时，调节滑动变阻器，并记录滑片处于不同位置时电压表的示数U和电流表的示数I，作出的图像如图乙所示，由此可求得金属丝的电导为______S(保留2位有效数字)，从设计原理来看，其测量值______(选填“大于”或“小于”)真实值。【解析】  (1)[1]为了更准确地测量的电导，滑动变阻器采用分压电路，则应选用R1；(2)[2]电路连线如图；(3)[3]可求得金属丝的电阻，则电导为[4]从设计原理来看，电阻的测量值偏小，则电导测量值大于真实值。【答案】    ①    ②    ③0.15    ④大于4．(2022•山东省泰安第一中学高三(下)一模)一颗米粒大小的黑色脑袋，拖着两根发丝粗细、长约五六厘米的小辫子——这个状如蝌蚪的小家伙就是中国科学院新疆理化技术研究所军工部生产的热敏电阻。它已经六度随着神舟宇宙飞船上天，遨游了浩瀚的太空。热敏电阻是一种测量和控制温度的敏感元件。从1965年接受我国航天部门任务、为我国第一颗人造卫星“东方红一号”研制配套热敏电阻以来，新疆理化所一直在为我国航天高新技术工程和国防现代化武器装备研制配套热敏电阻器，是国内惟一研究开发NTC热敏电阻器的科研单位。用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成图甲虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图甲所示，图中的电压表内阻很大，RL的测量结果如下表所示。温度t(℃)30.040.050.060.070.080.090.0阻值RL(Ω)54.351.548.344.741.437.934.7回答下列问题：(1)根据图甲所示的电路，在图乙所示的实物图上连线_______。(2)在图丙坐标纸上作RL—t关系图线_______，则RL—t图像为一条_______(选填“直线”或曲线”)。  (3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图丁所示，电流表的示数为_______mA，电压表的示数为_______V。此时等效电阻RL的阻值为_______Ω(结果保留3位有效数字)；热敏电阻所处环境的温度约为_______℃(结果保留3位有效数字)。【解析】  (1)[1]根据电路图连接实物图，R1与RT并联，再与R2串联，滑动变阻器为限流接法，注意各电表的极性，开关控制整个电路。  (2)[2][3]根据表中数据，在RL—t图像中描点，作出的RL—t图像为一条直线。(3)[4][5][6][7]读出电压U=5.00V，电流I=115mA，，再由RL—t关系图线找出RL=43.5Ω对应的温度t=64.0℃。【答案】    ①    ②    ③直线    ④115    ⑤5.00    ⑥43.5    ⑦64.0(62.0℃~66.0℃均正确)5．(2022•辽宁省大连市第一中学高三(上)期中联考)如图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤，其中实现称重的关键元件是拉力传感器。其工作原理是：挂钩上挂上重物，传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变，其长度和横截面积都发生变化，拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成将所称物体重量变换为电信号的过程。(1)小明找到一根拉力敏感电阻丝RL，其阻值随拉力变化的图象如图乙所示，再按图丙所示电路制作了一个简易“吊秤”。电路中电源电动势E约15V，内阻约2Ω；灵敏毫安表量程为10mA，内阻约5Ω；R是电阻箱，最大阻值是9999Ω；RL接在A、B两接线柱之间，通过光滑绝缘滑环可将重物吊起，接通电路完成下列操作。a．滑环下不吊重物时，调节电阻箱，当电流表为某一合适示数I时，读出电阻箱的读数R1；b．滑环下吊上待测重物G，测出平衡时电阻丝与竖直方向的夹角为；此时拉力敏感电阻丝所受的拉力F与G的关系为F=__________。c．调节电阻箱，使电流表的示数仍为I，读出此时电阻箱的读数R2，则拉力敏感电阻丝的电阻增加量为__________。(2)设R－F图像的斜率为k，则待测重物的重力G的表达式为G=__________(用以上测得的物理量表示)，若测得=53°(sin53°=0.8，cos53°=0.6)，R1、R2分别为1052Ω和1030Ω，则待测重物的重力G=__________N(结果保留三位有效数字)。【解析】  (1)b．[1]当挂重力为G的重物后，取AB中点处为研究对象，则此处受到三个力的作用，两个斜向上的拉力大小相等，与竖直方向之间的夹角也相等，则由平衡关系可知在竖直方向上有，则c．[2]根据闭合电路欧姆定律可知，电流不变，外电压就不变，所以外电阻不变，即电阻箱的电阻减少多少，拉力敏感电阻丝的电阻就增大多少，所以拉力敏感电阻丝的电阻增加量为；(2)[3]开始时滑环下不吊重物，则有在图乙中，设直线的斜率为k，截距为b，则悬挂重物后，有联立可得[4]由题图乙可知，代入数据得G=132N【答案】  ①    ②    ③    ④1326．(2022•江苏省扬州中学高三(下)开学考试)同学们测量某电阻丝的电阻，所用电流表的内阻与相当，电压表可视为理想电压表.①若使用图所示电路图进行实验，要使得的测量值更接近真实值，电压表的a端应连接到电路的       点(选填“b”或“c”).②测得电阻丝的图如图所示，则为        (保留两位有效数字)．③实验中，随电压进一步增加电阻丝逐渐进入炽热状态.某同学发现对炽热电阻丝吹气，其阻值会变化.他们对此现象进行探究，在控制电阻丝两端的电压为10V的条件下，得到电阻丝的电阻随风速(用风速计测)的变化关系如图所示.由图可知当风速增加时，会         (选填“增大”或“减小”)．在风速增加过程中，为保持电阻丝两端电压为10V，需要将滑动变阻器的滑片向      端调节(选填“M”或“N”).④为了通过电压表的示数来显示风速，同学们设计了如图所示的电路.其中为两只阻值相同的电阻，为两根相同的电阻丝，一根置于气流中，另一根不受气流影响，V为待接入的理想电压表.如果要求在测量中，风速从零开始增加，电压表的示数也从零开始增加，则电压表的“+”端和“—”端应分别连接到电路中的      点和      点(在“a”“b”“c”“d”中选填).【解析】  ①电流表有较大内阻，选择内接法会使电阻的测量值偏大，而电压表为理想电压表，故选择电流表外接法可以减小电阻的测量误差，故选接c点．②由部分电路的欧姆定律知图象的斜率代表电阻，求得．③有图知风速增大后，代表电阻的纵坐标数值在减小；减小，导致总电阻减小，总电流增大，使得并联部分的电压减小，向M端滑动可使并联部分的电压重新增大为10V．④当风速为零时，电压表的示数也为零，电路的b和d两点构成电桥，满足；而下端的减小后，即有，故电压表的正接线柱接在b点，负接线柱接在d点【答案】  ① c；② 4.1 (4.0～4.2);③减小，M；④ b，d7．(2022•湖南师范大学附属中学第四次月考)目前国际公认的酒驾标准是“0.2mg/mL≤酒精气体浓度<0.8mg/mL”，醉驾标准是“酒精气体浓度>0.8mg/mL”。现要组装一个酒精测试仪，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，此传感器的电阻Rx随酒精气体浓度的变化而变化，规律如图甲所示。提供的器材有：A．二氧化锡半导体型酒精传感器RxB．直流电源(电动势为4V，内阻不计)C．电压表(量程为3V，内阻非常大，作为浓度表使用)D．电阻箱(最大阻值为999.9Ω)E．定值电阻R1(阻值为50Ω)F．定值电阻R2(阻值为10Ω)G．单刀双掷开关一个，导线若干(1)图乙是酒精测试仪电路图；(2)电路中R应选用定值电阻___________(填R1或R2)；(3)为便于识别，按照下列步骤调节此测试仪：①电路接通前，先将电阻箱调为30.0Ω，然后开关向_______(填“c”或“d”)端闭合，将电压表此时指针对应的刻度线标记为_________mg/mL；②逐步减小电阻箱的阻值，电压表的示数不断变大按照甲图数据将电压表上“电压”刻度线标为“酒精浓度”③将开关向另一端闭合，测试仪即可正常使用。(4)某同学将调适好的酒精测试仪靠近酒精瓶口，发现电压表指针满偏，则测量的酒精浓度_________(填“有”或“没有”)达到醉驾标准。【解析】  (2)[1]由题图甲可知，实验中当Rx取10Ω时电路中电流最大，R两端电压最大，为，解得，所以电路中R应选用定值电阻R2。(3)[2]本实验中用电阻箱的阻值替代传感器的阻值，所以将电阻箱调为30.0Ω，然后开关应向c端闭合。[3]由题图甲可知，Rx=30Ω时，酒精气体浓度为0.2mg/mL，所以应将电压表此时指针对应的刻度线标记为0.2mg/mL。(4)[4]电压表满偏时，有，解得，由题图甲可知此时测量的酒精浓度大于0.8mg/mL，达到了醉驾标准。【答案】  ①R2    ②c    ③0.2    ④有8．(2022•黑龙江省大庆一中高三(下)第二次月考)为了研究小灯泡的电阻随温度变化的规律，某同学设计了如图甲所示的电路，电路中选用的小灯泡的额定值为“2.8V   0.28A”．    (1)实验室提供的滑动变阻器有R1(50Ω，1.5A)、R2(5Ω，2A)，本实验应选用___________(填“R1”或“R2”)(2)根据设计的电路图，连接好乙图中的电路图．_____________________(3)在某次测量中，电压表的示数如图丙所示，其读数为___________V．(4)根据测得的电压、电流值，作出U－Ⅰ图像如图丁实线所示，由图像可得，小灯泡正常发光时的电流为___________(保留三位有效数字)，这个电流值与额定电流有差别的原因是___________．(5)图中a为电压为1.00V时图线上的点的割线，b为该点的切线，要求图线上该点对应的灯泡的电阻，应求___________(填“a”或“b”)的斜率，由图线可以分析：小灯泡的电阻随温度的升高而______．【解析】  (1)由于滑动变阻器的分压接法，为了使调节时电压表的示数变化尽可能趋于均匀，滑动变阻器应该选择阻值较小的R2；(2)实物连线如图；(3)电压表读数为2.40V；(4)由图像可知小灯泡正常发光时的电流约为283mA=0.283A(0.282-0.284A)这个电流值比额定电流值大的原因是电压表的分流作用；(5)根据R=U/I可知，要求图中电压为1.00V时图像上的点对应的电阻，应求割线a的斜率；随温度升高，割线的斜率越来越大，灯泡的电阻越来越大.【答案】  ①    ②    ③    ④均可得分    ⑤电压表有分流作用    ⑥    ⑦增大