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第12講 電學(xué)實驗,1.(2013江蘇單科，10)為探究小燈泡的電功率P和電壓U的關(guān)系，小明測量小燈泡的電壓U和電流I，利用P＝UI得到電功率。實驗所使用的小燈泡規(guī)格為“3.0 V，1.8 W”，電源為12 V的電池，滑動變阻器的最大阻值為10 Ω。 (1)準(zhǔn)備使用的實物電路如圖1所示。請將滑動變阻器接入電路的正確位置。(用筆畫線代替導(dǎo)線),圖1,(2)現(xiàn)有10 Ω、20 Ω和50 Ω的定值電阻，電路中的電阻R1應(yīng)選________Ω的定值電阻。 (3)測量結(jié)束后，應(yīng)先斷開開關(guān)，拆除________兩端的導(dǎo)線，再拆除其他導(dǎo)線，最后整理好器材。,(4)小明處理數(shù)據(jù)后將P、U2描點在坐標(biāo)紙上，并作出了一條直線，如圖2所示。請指出圖象中不恰當(dāng)?shù)牡胤健?圖2,(4)由數(shù)據(jù)分析可知，圖線應(yīng)是平滑彎曲的線，且橫坐標(biāo)標(biāo)度取得太大，以至于圖象不能充分占滿坐標(biāo)紙，引起誤差較大。,答案 (1)見解析圖 (2)10 (3)電池 (4)圖線不應(yīng)畫為直線；橫坐標(biāo)的標(biāo)度不恰當(dāng)。,2.(2014江蘇卷，10)某同學(xué)通過實驗測量一種合金的電阻率。 (1)用螺旋測微器測量合金絲的直徑。為防止讀數(shù)時測微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動，讀數(shù)前應(yīng)先旋緊如圖3所示的部件________(選填“A”、“B”、“C”或“D”)。從圖中的示數(shù)可讀出合金絲的直徑為________mm。,圖3,圖4,(2)如圖4所示是測量合金絲電阻的電路，相關(guān)器材的規(guī)格已在圖中標(biāo)出。合上開關(guān)，將滑動變阻器的滑片移到最左端的過程中，發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表的指針只在圖示位置發(fā)生很小的變化。由此可以推斷：電路中________(選填圖中表示接線柱的數(shù)字)之間出現(xiàn)了________(選填“短路”或“斷路”)。 (3)在電路故障被排除后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，讀出電壓表和電流表的示數(shù)分別為2.23 V和38 mA，由此，該同學(xué)算出接入電路部分的合金絲的阻值為58.7 Ω。為了更準(zhǔn)確地測出合金絲的阻值，在不更換實驗器材的條件下，對實驗應(yīng)作怎樣的改進？ 請寫出兩條建議。,答案 (1)B 0.410 (2)7、9 斷路 (3)電流表改為內(nèi)接；測量多組電流和電壓值，計算出電阻的平均值。(或測量多組電流和電壓值、用圖象法求電阻值),3.(2015江蘇單科，10)小明利用如圖5所示的實驗裝置測量一干電池的電動勢和內(nèi)阻。,圖5,(1)圖5中電流表的示數(shù)為________A。,(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器，電壓表和電流表的示數(shù)記錄如下：,請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上作出U－I圖線。,圖6,由圖線求得：電動勢E＝________V；內(nèi)阻r＝________Ω。 (3)實驗時，小明進行了多次測量，花費了較長時間，測量期間一直保持電路閉合。其實，從實驗誤差考慮，這樣的操作不妥，因為_____________________________________________。,解析 (1)由實驗裝置圖可知，電流表使用0.6 A量程，所以讀數(shù)為0.44 A；(2)描點畫圖，如圖所示，根據(jù)U＝－Ir＋E可得電動勢為E＝1.60 V；圖線的斜率絕對值等于內(nèi)阻r＝1.22 Ω (3)干電池長時間使用后，電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生變化，導(dǎo)致實驗誤差增大。,答案 (1)0.44 (2)U－I圖象見解析圖 1.60(1.58～1.62都算對) 1.22(1.18～1.26都算對) (3)干電池長時間使用后，電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生變化，導(dǎo)致實驗誤差增大,主要題型：填空題 知識熱點 (1)分析近幾年的高考，考查的方向基本不變，主要體現(xiàn)在①基本儀器的使用及讀數(shù)。②電表的改裝、儀器的選擇。③以測量電阻、電源電動勢為核心的電學(xué)實驗。④實驗原理的理解、實驗數(shù)據(jù)的分析以及實驗的設(shè)計方面。 (2)基本儀器的使用仍是今后高考中考查的熱點，同時注重對實驗操作過程的考查和創(chuàng)新設(shè)計實驗的考查。,考向一 基本儀器的讀數(shù)及多用電表的使用,1.(2015山東省濟南市重點中學(xué)二模)某同學(xué)要測量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻率ρ，首先用游標(biāo)為20分度的游標(biāo)卡尺測量其長度如圖7甲，由圖甲可知其長度為________mm；用螺旋測微器測量其直徑如圖乙，由圖乙可知其直徑為________mm；用多用電表的電阻“10”擋，按正確的操作步驟測此圓柱體的電阻，表盤的示數(shù)如圖丙，則該電阻的阻值約為________Ω。,丙,圖7,解析 游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為(50＋0.055)mm＝50.25 mm，螺旋測微器的讀數(shù)為(4.5＋0.0120.0)mm＝4.700 mm，多用電表的讀數(shù)為1910 Ω＝190 Ω。 答案 50.25 4.700 190,2.(2015海南單科，11)某同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度，測量結(jié)果如圖8(a)和(b)所示。該工件的直徑為________cm，高度為________mm。,圖8,答案 1.220 6.860,3.某實驗小組現(xiàn)在要測量一根金屬絲的電阻率，該金屬絲的橫截面是“外方內(nèi)圓”，實驗電路如圖9乙所示，請完成以下問題。 (1)游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)如圖丙所示，要測該金屬絲的內(nèi)徑D(如圖9甲所示)，必須用其中________進行測量(填“A”、“B”或“C”)，圖中的讀數(shù)為________mm。,甲 乙 丙 圖9,(2)用螺旋測微器測金屬絲橫截面的邊長，示數(shù)如圖10，則邊長a＝________mm。 (3)圖9乙中閉合開關(guān)前應(yīng)將滑動變阻器的滑片移至最________(填“左”或“右”)端。 (4)實驗中電壓表和電流表的示數(shù)如圖11所示，則金屬絲兩端的電壓U＝________V，流過金屬絲的電流I＝______A。,圖10 圖11,答案 (1)B；4.20 (2)14.982 (3)左 (4)2.28；0.42,(2)多用電表的使用問題，在弄清其基本原理的基礎(chǔ)上，會選擇測量項目及量程、擋位，能區(qū)分機械調(diào)零和歐姆調(diào)零的區(qū)別，掌握測量電阻的步驟，此外，會看多用電表表盤，最上排不均勻刻度為測電阻時讀數(shù)刻度，讀出表盤刻度后應(yīng)乘以擋位倍率；中間刻度是均勻的，為測量電壓和電流的讀數(shù)刻度，下面三排數(shù)字均為方便讀數(shù)所標(biāo)注；最下排刻度專為測量2.5 V以下交流電壓所用，一般較少使用。,考向二 以測量電阻為核心的電學(xué)實驗,1.(2015南通市等五市高三模擬)為了描繪小燈泡的伏安特性曲線，實驗室可供選擇的器材如下：,圖12,A.待測小燈泡(6 V 500 mA) B.電流表A(0～0.6 A 內(nèi)阻約0.5 Ω) C.電壓表V(0～3 V 內(nèi)阻5 kΩ) D.滑動變阻器R1(0～1 kΩ 100 mA) E.滑動變阻器R2(0～5 Ω 1.5 A) F.電阻箱R3(0～9 999.9 Ω) G.直流電源E(約6 V，內(nèi)阻不計) H.開關(guān)S，導(dǎo)線若干 (1)將電壓表量程擴大為6 V，與它串聯(lián)的電阻箱的阻值應(yīng)調(diào)為________kΩ。 (2)圖12中畫出了實驗的部分電路，請你補全電路圖；滑動變阻器應(yīng)選用________(填“R1”或“R2”)。,(3)實驗中，變阻器滑動觸頭P在ab間移動時，發(fā)現(xiàn)小燈泡兩端的電壓只能在3.5 V～6.0 V間變化，則電路中出現(xiàn)的故障可能是_______________________________________________________。 (4)排除故障后，測量出多組數(shù)據(jù)，以燈泡兩端的電壓U為橫軸，電流表的示數(shù)I為縱軸，描點作出小燈泡的伏安特性曲線如圖13所示。若電壓表V的實際阻值大于5 kΩ，則小燈泡實際的伏安特性曲線應(yīng)在所畫圖線的________(填“上方”或“下方”)。,圖13,答案 (1)5 (2)電路如圖 R2,(3)ac間斷路 (4)上方,2.(2015鹽城市高三質(zhì)量檢測)實際電流表有內(nèi)阻，可等效為理想電流表與電阻的串聯(lián)。測量實際電流表G1內(nèi)阻r1的電路如圖14甲所示。,圖14,供選擇的儀器如下： ①待測電流表G1(0～5 mA，內(nèi)阻約為300 Ω)； ②電流表G2(0～10 mA，內(nèi)阻約為100 Ω)； ③定值電阻R1(300 Ω)； ④定值電阻R2(10 Ω)； ⑤滑動變阻器R3(0～1 000 Ω)； ⑥滑動變阻器R4(0～20 Ω)； ⑦干電池(1.5 V)； ⑧開關(guān)S及導(dǎo)線若干。 (1)定值電阻應(yīng)選________，滑動變阻器應(yīng)選________。(在空格內(nèi)填寫序號),(2)用連線連接如圖乙所示的實物圖。 (3)測量多組電流表G1、G2的讀數(shù)I1、I2，以I2為縱坐標(biāo)，I1為橫坐標(biāo)，作出相應(yīng)圖線，如圖15所示。根據(jù)I2－I1圖線的斜率k及定值電阻(選定)，寫出待測電流表內(nèi)阻的表達式________________。,圖15,解析 (1)根據(jù)電路的原理圖，定值電阻應(yīng)適當(dāng)大一些，滑動變阻器采用分壓接法時，應(yīng)選用阻值適當(dāng)小一些的，故定值電阻選③，滑動變阻器選⑥。 (2)實物連線如圖所示，連線時要注意電表的正負(fù)接線柱不能接反。,答案 (1)③ ⑥ (2)見解析圖 (3)r1＝(k－1)R1,1.儀器的選擇 (1)電源的選擇：一般根據(jù)待測電阻的額定電流或額定電壓選擇符合需要的直流電源。 (2)電表的選擇：一般根據(jù)電源的電動勢或待測用電器的額定電壓選擇電壓表；根據(jù)待測電流的最大電流選擇電流表；電表的指針擺動的幅度不宜較大，一般應(yīng)使指針能達到半偏左右。,2.電路的選擇 (1)測量電路的選擇,(2)控制電路的選擇： ①從節(jié)能的角度考慮，優(yōu)先選用限流式。 ②以下三種情況必須用分壓式： a.要求待測電路的U、I從0變化。 b.R滑?Rx c.選用限流式時，Ux、Ix過大(超過電流表量程，燒壞電表、電源或用電器等)。,3.伏安法測電阻的常規(guī)設(shè)計實驗 需要一個電流表和一個電壓表，利用歐姆定律求其電阻。但有時題目中缺少電壓表或缺少電流表，或電壓表、電流表的量程不符，這時可以把已知內(nèi)阻的電流表當(dāng)作電壓表來使用，把已知內(nèi)阻的電壓表當(dāng)作電流表來使用，甚至可以把已知內(nèi)阻的電流表(或電壓表)和電阻箱改裝成符合要求的電壓表(或電流表)。 4.定值電阻作為保護電阻，是定值電阻最常見的應(yīng)用 近幾年考題當(dāng)中，經(jīng)常出現(xiàn)用阻值已知的定值電阻(或電阻箱)充當(dāng)電壓表，或用阻值已知的定值電阻(或電阻箱)充當(dāng)電流表。,考向三 以測電源電動勢為核心的電學(xué)實驗,1.[2015四川理綜，8(2)]用實驗測一電池的內(nèi)阻r和一待測電阻的阻值Rx。已知電池的電動勢約6 V，電池內(nèi)阻和待測電阻阻值都為數(shù)十歐?？蛇x用的實驗器材有： 電流表A1(量程0～30 mA)； 電流表A2(量程0～100 mA)； 電壓表V(量程0～6 V)； 滑動變阻器R1(阻值0～5 Ω)； 滑動變阻器R2(阻值0～300 Ω)； 開關(guān)S一個，導(dǎo)線若干條。,某同學(xué)的實驗過程如下： Ⅰ.設(shè)計如圖16所示的電路圖，正確連接電路。,圖16,Ⅱ.將R的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)，逐次調(diào)小R的阻值，測出多組U和I的值，并記錄。以U為縱軸，I為橫軸，得到如圖17所示的圖線。,圖17,Ⅲ.斷開開關(guān)，將Rx改接在B、C之間，A與B直接相連，其他部分保持不變。重復(fù)Ⅱ的步驟，得到另一條U－I圖線，圖線與橫軸I的交點坐標(biāo)為(I0，0)，與縱軸U的交點坐標(biāo)為(0，U0)。 回答下列問題： ①電流表應(yīng)選用________，滑動變阻器應(yīng)選用________； ②由圖17的圖線，得電源內(nèi)阻r＝________Ω； ③用I0、U0和r表示待測電阻的關(guān)系式Rx＝________，代入數(shù)值可得Rx； ④若電表為理想電表，Rx接在B、C之間與接在A、B之間，滑動變阻器滑片都從最大阻值位置調(diào)到某同一位置，兩種情況相比，電流表示數(shù)變化范圍________，電壓表示數(shù)變化范圍________。(選填“相同”或“不同”),解析 ①因為電源電動勢約為6 V，待測電阻以及電源的內(nèi)阻都數(shù)十歐，估算出電流約為100毫安，因此電流表選擇A2；由于滑動變阻器為限流式，因此應(yīng)選擇較大的滑動變阻器，或者根據(jù)題圖中(20 mA，5.5 V)來判斷此時內(nèi)阻分壓約為0.5 V，那么根據(jù)串聯(lián)電路的電壓關(guān)系，此時滑動變阻器和定值電阻阻值和為幾百歐姆，因此選R2；,2.某同學(xué)現(xiàn)用如圖18甲所示的原理圖來測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻。圖中兩電壓表均視為理想電壓表，實驗中定值電阻的阻值R0＝10 Ω，試分析下列問題： (1)實驗前該同學(xué)利用多用電表的直流電壓擋的“2.5 V”擋粗測該電源的電動勢，測得的結(jié)果如圖乙所示，則多用電表測得的電動勢為E＝________V。,圖18,(2)根據(jù)電路圖請將圖19甲中的實物圖連接好。,圖19,(3)實驗中所作U1－U2圖象如圖乙所示，則圖象在橫軸上的截距所表示的物理意義是________。 (4)依據(jù)圖線求得該電源的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 解析 (1)用多用電表測得的電源的電動勢為E＝1.5 V。 (2)所連的實物圖如答案圖所示。由多用電表的測量結(jié)果可知電壓表的量程選0～3 V。 (3)根據(jù)電路圖可知圖象在橫軸上的截距表示電阻箱的阻值調(diào)到了零的狀態(tài)時電壓表V2的示數(shù)。,答案 (1)1.5 (2)如圖所示 (3)見解析 (4)1.5；5.0,1.電源電動勢和內(nèi)阻的測量方法,任何一種實驗方法。一定要緊扣閉合電路歐姆定律E＝U＋Ir，而最關(guān)鍵的是看電路中如何測量出路端電壓U和電路中的總電流I，這也是命題專家命題時的入手點。,2.數(shù)據(jù)處理 利用圖象得出電動勢和內(nèi)阻是常見的方法，對于不同的電路設(shè)計，在作圖象時都要畫出傾斜直線，即得到有關(guān)電動勢和內(nèi)阻的一次函數(shù)關(guān)系，再利用圖象中的斜率與截距求解。當(dāng)電流表或電壓表量程不符合實驗要求時，要考慮改裝電表進行測量，所以有時也會用兩個電流表或兩個電壓表來進行測量。,高頻考點十三 探究設(shè)計型電學(xué)實驗,高考中電學(xué)實驗要拿到滿分，需要考生應(yīng)注意以下“三”個方面： 第一：認(rèn)真完成課本上的每一個實驗。知道每一個實驗的目的，掌握每一個實驗的原理，熟悉實驗中的每一個實驗步驟，領(lǐng)會每一個實驗步驟的作用，學(xué)會每一個實驗儀器的使用，學(xué)會每一個實驗的處理方法，弄清每一個實驗誤差的來源等。,第二：對于給出實驗電路圖的創(chuàng)新性實驗，要注意從原理出發(fā)，理解實驗方法，找出圖象中兩個物理量之間的關(guān)系，理想圖象中圖線的斜率和截距的物理意義。 第三：對于設(shè)計性實驗，要注意從原理出發(fā)找方法，選器材，定方案。高考中，對設(shè)計性實驗的考查，一般不直接采用課本上的設(shè)計方案，但是其設(shè)計技能均取材于課本中的必考實驗，因此考生要對課本上的每一個實驗做到心中有數(shù)。,(8分)[2015廣東理綜，34(2)]某實驗小組研究兩個未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括電壓表(內(nèi)阻約為3 kΩ)、電流表(內(nèi)阻約為1 Ω)、定值電阻等。,(a),①使用多用電表粗測元件X的電阻。選擇“1”歐姆檔測量，示數(shù)如圖20(a)所示，讀數(shù)為________Ω。據(jù)此應(yīng)選擇圖20中的 ________(填“b”或“c”)電路進行實驗。 ②連接所選電路，閉合S；滑動變阻器的滑片P從左向右滑動，電流表的示數(shù)逐漸________(填“增大”或“減小”)；依次記錄電流及相應(yīng)的電壓；將元件X換成元件Y，重復(fù)實驗。,圖20,③圖21(a)是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的U－I圖線，由圖可判斷元件________(填“X”或“Y”)是非線性元件。 ④該小組還借助X和Y中的線性元件和阻值R＝21 Ω的定值電阻，測量待測電池的電動勢E和內(nèi)阻r，電路如圖(b)所示。閉合S1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00 V；斷開S2，讀數(shù)為1.00 V，利用圖21(a)可算得E＝________V，r＝________Ω(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字，視電壓表為理想電壓表)。,圖21,答案 ①10 b(2分) ②增大(1分) ③Y(1分) ④3.2 0.50(4分),(8分)為測定電源的電動勢和內(nèi)阻，實驗室提供了如下器材：,圖22,A.電源(電動勢約為9 V) B.電壓表(視為理想電壓表，量程0～3 V) C.電阻箱R(0～999.9 Ω) D.定值電阻R0(銘牌上的數(shù)字模糊，末位只顯示數(shù)字“0”) E.開關(guān)、導(dǎo)線若干 (1)用歐姆表(1 Ω)測定定值電阻R0，歐姆表的指針如圖22所示，則R0＝________Ω；,圖23 圖24,解析 (1)歐姆擋為“1”，故R0＝10.01 Ω＝10.0 Ω。 (2)因電壓表的量程為3 V，R0只有10 Ω，為保護電路并完成測量，電壓表測量R0兩端電壓，電路圖設(shè)計如圖所示。,答案 (1)10.0(2分) (2)實驗電路圖如見解析圖所示(2分) (3)9.0 V(2分) 2.0 Ω(2分),