高考课标要求的学生实验专题一.docx
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高考课标要求的学生实验专题一
基本实验要求
规律方法总结
1.实验原理
根据电阻定律公式，知道只要测出金属丝的长度和它的直径d，计算出横截面积S，并用伏安法测出电阻Rx，即可计算出金属丝的电阻率。
2.实验器材
被测金属丝，直流电源（4V），电流表（0～0.6A），电压表（0～3V），滑动变阻器（50Ω），开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。
3.实验步骤
（1）用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d。
（2）接好用伏安法测电阻的实验电路。
（3）用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量三次，求出其平均值l。
（4）把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置。
（5）闭合开关，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，填入记录表格内。
（6）将测得的Rx、l、d值，代入公式ρ＝Rx
＝
中，计算出金属丝的电阻率。
1.注意事项
（1）先测直径，再连电路：
为了方便，测量直径应在金属丝连入电路之前进行。
（2）电流表外接法：
本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法。
（3）电流控制：
电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大。
2.误差分析
（1）若为内接法，电流表分压.
（2）若为外接法，电压表分流.
（3）长度和直径的测量。
3.实验拓展:
（1）原理上：
用等效替代法测电阻
如图所示：
（2）所测物体形状上：
如很长的金属丝、管状金属等，注意式中的S（横截面积）。
例题1为测量某一玩具电动机
中导线圈导线的电阻率，某实验小组的部分实验方案如下：
图甲图乙
（1）用螺旋测微器测得与导线圈导线同种规格的导线的直径d如图甲所示，则d＝____0.153____mm。
（2）用多用电表测量电动机中导线圈导线的电阻Rx：
选择“×1Ω”欧姆挡，并按正确步骤操作后，指针的位置如图乙所示（此过程电动机不转动），则Rx＝____25____Ω。
（3）为了提高精确度，该小组同学又用以下仪器再次测量导线圈导线的电阻Rx：
电流表A1（0～3A、约5Ω）；滑动变阻器R1（0～1kΩ）；
电流表A2（0～30mA、约10Ω）；滑动变阻器R2（0～50Ω）；
定值电阻R0＝60Ω；电源（4V、约1Ω）及开关等，导线若干.
①实验小组为使测量过程中电动机不转动而采用了如图丙所示的电路图，应选择的电流表是___A2_____，滑动变阻器是___R2_____；（填写符号）
图丙
②按照实验要求，多用电表已选择“直流电压2.5V”挡作为电压表使用，请依据图丙将图丁所示的实验电路的实物图用笔画线代替导线将欠缺的两处补充完整；
图丁
③下图是该实验小组用测得的数值描绘出的图象，其斜率表示的是________（填选项）.
A.导线圈的电阻
B.导线圈的电阻与R0阻值之和
思路分析：
（1）螺旋测微器的读数：
d＝0.01mm×15.5＝0.155mm。
（2）多用电表的读数乘以倍率即为待测电阻的阻值，即Rx＝25×1Ω＝25Ω。
（3）①选择电流表时需先估算电路中的电流.设电动机和定值电阻R0串联的电压为电源电动势。
则
I＝
A≈0.047A＝47mA
实际实验时可通过滑动变阻器调节电压使流过电流表的电流不超过30mA，所以电流表选A2。
滑动变阻器应选择便于调节的R2。
②由于电流表A2的电阻较大，为减小实验误差，应采用电流表外接法。
为有效地控制电路中的电压和电流，应采用滑动变阻器分压电路，所以电路图连接如图所示。
③u-I图象的斜率表示电压表所测部分电路的总电阻，所以选B。
答案：
（1）0.155（±0.003范围内均可）
（2）25 （3）①A2 R2 ②见解析图 ③B
例题2为了测量一微安表头A的内阻，某同学设计了如图所示的电路。
图中A0是标准电流表，R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱，S和S1分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关，E是电池。
完成下列实验步骤中的填空：
（1）将S拨向接点1，接通S1，调节_滑动变阻器_______，使待测微安表表头指针偏转到适当位置，记下此时___标准电流表_____的读数I；
（2）然后将S拨向接点2，调节____RN___，使________，记下此时RN的读数；
（3）多次重复上述过程，计算RN读数的________，即为待测微安表表头内阻的测量值。
思路分析：
本题解题方法为等效替代法。
当S接1与接2时通过电路的电流I相同，可知待测微安表表头的内阻与RN的电阻相同。
答案：
（1）R0 标准电流表（或A0）
（2）RN 标准电流表（或A0）的读数仍为I （3）平均值
【易错警示】游标卡尺的读数应注意以下几点：
（1）看清精确度
例如（图1）
图1
易错读成（11＋4.0×0.1）mm＝11.40mm。
正确读数为11.4mm，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零。
例如（图2）
图2
易错读成（10＋12×0.05）mm＝10.6mm，正确读数为10.60mm。
（2）主尺上的单位为厘米
主尺上标识的1、2、3等数字通常是指厘米，读数时应将毫米和厘米分清，游标卡尺主尺上的最小刻度是1mm.
例如（图3）
图3
易错读成（5＋4×0.05）mm＝5.20mm
正确读数为（50＋4×0.05）mm＝50.20mm
（3）区分零刻度与标尺最前端
例如（图4）
图4
易错读成（13＋10×0.05）mm＝13.50mm
正确读数为（14＋10×0.05）mm＝14.50mm
注：
螺旋测微器的可动刻度需要估读，主尺单位为毫米。
满分训练：
用游标卡尺测一根金属管的内径和外径时，卡尺上的游标位置分别如图（a）、（b）所示。
这根金属管内径读数是2.37cm，外径读数是3.00cm，管壁的厚度是cm。
思路分析：
内径为：
D1=2.37cm外径为：
D2=3.00cm厚度：
d=
答案：
2.373.000.315
（答题时间：
30分钟）
1.图甲为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的____A____（填“A”“B”或“C”）进行测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为__11.30______mm。
2.在“测定金属丝的电阻率”的实验中，以下操作错误的是（ AB ）
A.用米尺测量金属丝的全长，且测量三次，算出其平均值，然后再将金属丝接入电路中
B.用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值
C.用伏安法测电阻时采用电流表内接法，多次测量后算出平均值
D.实验中应保持金属丝的温度不变
3.现要测量一待测电阻的阻值，所用器材如下：
标准电流表A1（量程250mA，内阻r1＝5Ω）；
电流表A2（量程300mA，内阻r2约为5Ω）；
待测电阻R1（阻值约为100Ω）；
滑动变阻器R2（最大阻值10Ω）；
电源E（电动势约为6V，内阻r约为1Ω）；
单刀单掷开关，导线若干。
利用以上器材，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号。
要求：
方法简捷，能测量多组数据。
4.在“测定金属丝的电阻率”的实验中，若待测金属丝的电阻约为5Ω，要求测量结果尽量准确，提供以下器材供选择：
A.电池组（3V，内阻1Ω）
B.电流表（0～3A，内阻0.0125Ω）
C.电流表（0～0.6A，内阻0.125Ω）
D.电压表（0～3V，内阻4kΩ）
E.电压表（0～15V，内阻15kΩ）
F.滑动变阻器（0～20Ω，允许最大电流1A）
G.滑动变阻器（0～2000Ω，允许最大电流0.3A）
H.开关、导线若干
（1）实验时应从上述器材中选用_ACDFH_______（填写仪器前的字母代号）；
（2）测电阻时，电流表、电压表、待测金属丝电阻Rx在组成测量电路时，应采用电流表___外_____（选填“外”或“内”）接法，待测金属丝电阻的测量值比真实值偏___小_____（选填“大”或“小”）；
（3）若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图所示，则读数为__0.900______mm；
（4）若用L表示金属丝的长度，d表示直径，测得电阻为R，请写出计算金属丝电阻率的表达式ρ＝________.
5.实验室有一块量程为500μA、内阻Rg约为200Ω的电流表（也称微安表），需要准确测量它的内阻，一同学根据实验室现有的器材设计了如图甲和乙两种实验电路。
已知实验室中的部分实验器材的规格如下：
电流表（也称毫安表）：
mA（量程1mA，内阻约100Ω）
滑动变阻器A：
R1（20Ω，1A）
滑动变阻器B：
R1（500Ω，0.5A）
变阻箱：
R2（999.9Ω）
直流电源：
E（电动势为3V，内阻很小）
可供选择的不同阻值的定值电阻R3
（1）将图丙所示的实物图按图甲所示的电路连接起来。
（2）在图乙所示的电路中，为了便于实验的调节，滑动变阻器R1应选___R1_____（选填“滑动变阻器A”或“滑动变阻器B”）。
为了保证实验操作过程的安全（即使滑动变阻器R1的阻值调为0，也不会烧坏电流表），并便于实验调节，定值电阻R3的阻值应选________（填选项前的字母）。
A.100ΩB.1kΩC.6kΩD.10kΩ
（3）利用图甲所示的电路，闭合S1之后进行测量时，需要记录的实验数据有（均用设定的字母表示）______________________；用你记录的实验数据的字母表示出测量的结果是____________________。
6.某同学对有故障的电热毯进行探究。
图甲是电热毯的电路示意图，其中电热线和导线通过金属接线片连接。
图乙为实验电路实物图，A、B为测试表笔，电压表内阻很大，可视为理想电表。
图甲
图乙
①请在方框内画出与图乙对应的电路图。
②断开K1，用上述测试电路在1和1′之间检测得知电热线无故障，然后测得电热线的U－I曲线如图丙所示，已知电热线材料的电阻率为2.8×10－7Ω·m，电热线的直径为0.200mm.可求得此电热线的电阻为________kΩ，总长度为________m.（结果均保留两位有效数字）
图丙
③为了进一步检查故障，该同学闭合开关K1和K2，用表笔A和B分别对图甲中所示的各点进行测试，部分测试结果如下表所示.由此测试结果可判断出电路中有断路，位置在________之间（在“1和2”、“1′和2′”、“2和3”、“2′和3′”中选填一项）.
测试点
3和3′
1和1′
1和3
1和2′
2′和3′
电表指针有无偏转
电压表
有
有
无
有
无
电流表
无
有
有
无
有
1.A11.30
解析：
测量内径时应该用游标卡尺上的内测量爪A；游标卡尺的读数＝主尺上的读数＋游标尺上的读数.本题主尺上读数为11mm，游标尺上读数为6×0.05mm＝0.30mm，故读数为11.30mm。
2.AC解析：
实验中应测量金属丝接入电路中的有效长度，而不是全长；金属丝的电阻很小，与电压表内阻相差很大，使金属丝与电压表并联，电压表对它的分流作用很小，应采用电流表外接法，故A、C操作错误。
3.解：
由于A1的内阻已知，可将其当作电压表来用；又给了另一个电流表A2，可把两电流表示数之差当作通过R1的电流，利用欧姆定律测R1的阻值；题目要求能测多组数据，滑动变阻器应接成分压式；实验电路图如图所示：
4.
（1）ACDFH
（2）外 小 （3）0.900 （4）
解析：
（1）电池组电压是3V，流过金属丝的最大电流Im＝
＝0.5A，故电流表选C，电压表选D；滑动变阻器选总阻值小的，便于调节，故选F；另外要选导线、开关。
（2）因为
＝40，
＝800，故电流表选择外接法，外接法测量值偏小。
（3）根据千分尺的读数规则知，读数是0.5mm＋40.0×0.01mm＝0.900mm。
（4）R＝ρ
＝ρ
，解得ρ＝
。
5.
（1）如图所示
（2）滑动变阻器B C （3）微安表读数I1、毫安表读数I2、电阻箱读数R2 （I2－I1）R2/I1
解析：
（2）滑动变阻器R1在实验中起调节电流的作用，应选可调阻值范围较大的，以使电路中的电流能够调节到足够小。
由于电源电动势为3V，由闭合电路欧姆定律可得定值电阻R3的阻值应选3kΩ至6kΩ的。
6.①见解析图 ②0.58（0.57～0.59之间） 65（64～66均可） ③1′和2′
解析：
①电路图如图所示
②由题图可求R＝
，由图线斜率可求得R＝0.58kΩ（0.57～0.59kΩ均可），由R＝ρ
，可得l＝65m（64～66m均可）。
③由题表可知，1′和2′之间，电压表有示数，电流表示数为零，说明其间有断路。
描绘小灯泡的伏安特性曲线
一、考点突破：
知识点
考纲要求
题型
说明
描绘小灯泡的伏安特性曲线
1.掌握描绘小灯泡伏安特性曲线的原理；
2.会根据数据画出小灯泡的伏安特性曲线；
3.会利用曲线分析解决实际问题。
实验题
本知识点属于重点实验，是高频考点，主要考查图象分析能力及利用电源的外部曲线和伏安特性曲线确定元件的工作状态及不同状态下的电阻等，属于高考难点。
二、重难点提示：
重点：
1.掌握描绘小灯泡伏安特性曲线的原理；
2.会根据数据画出小灯泡的伏安特性曲线。
难点：
利用曲线分析解决实际问题。
基本实验要求
规律方法总结
1.实验原理
（1）测多组小电珠的U、I，并绘出I－U图象；
（2）由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系。
2.实验器材
小电珠“3.8V,0.3A”、电压表“0～3V～15V”、电流表“0～0.6A～3A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔。
3.实验步骤
（1）画出电路图（如实验原理图甲）。
（2）将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图乙所示的电路。
（3）测量与记录
移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中。
（4）数据处理
①在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系。
②在坐标纸上描出各组数据所对应的点。
③将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线。
1.注意事项
（1）电路的连接方式：
①电流表应采用外接法：
因为小电珠（3.8V,0.3A）的电阻很小，与0～0.6A的电流表串联时，电流表的分压影响很大。
②滑动变阻器应采用分压式接法：
目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化。
（2）闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端，使开关闭合时小电珠的电压能从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。
（3）I－U图线在U0＝1.0V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0V左右绘点要密，以防出现较大误差。
2.误差分析
（1）由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，因此会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流作用，使测得的电流值大于真实值。
（2）测量时读数带来误差。
（3）在坐标纸上描点、作图带来误差。
例题1要测绘一个标有“3V 0.6W”字样小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作。
已选用的器材有：
电池组（电动势为4.5V，内阻约1Ω）；
电流表（量程为0～250mA，内阻约5Ω）；
电压表（量程为0～3V，内阻约3kΩ）；
电键一个、导线若干。
①实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________（填字母代号）。
A.滑动变阻器（最大阻值20Ω，额定电流1A）
B.滑动变阻器（最大阻值1750Ω，额定电流0.3A）
②实验的电路图应选用下列的图________（填字母代号）。
③实验得到小灯泡的伏安特性曲线如下图所示。
如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V、内阻为5Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W。
思路分析：
①测绘小灯泡的伏安特性曲线，要求能较大范围地测量数据，所以控制电路部分应用分压式接法，滑动变阻器应用最大阻值小额定电流大的A。
②因为小灯泡两端的电压由零逐渐增加到3V，故滑动变阻器应采用分压接法。
灯泡的电阻R＝
＝15Ω，额定电流I＝
＝0.2A，由R＝15Ω＜
＝
Ω，依据公式法“大内小外”的原则，可知电流表应采用外接法，故选B。
③在灯泡的I－U图上作出电源的I－U图线，交点坐标即为这个电源给这个灯泡供电时的电压和电流，此时P灯＝IU＝0.1×1W＝0.1W。
答案：
①A ②B ③0.1
例题2物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡，其标称功率值为0.75W，额定电压值已模糊不清。
他们想测定其额定电压值，于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U＝
＝
V＝1.22V。
他们怀疑所得电压值不准确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制灯泡的U－I图线，进而分析灯泡的额定电压。
A.电压表V（量程3V，内阻约3kΩ）
B.电流表A1（量程150mA，内阻约2Ω）
C.电流表A2（量程500mA，内阻约0.6Ω）
D.滑动变阻器R1（0～20Ω）
E.滑动变阻器R2（0～100Ω）
F.电源E（电动势4.0V，内阻不计）
G.开关S和导线若干
H.待测灯泡L（额定功率0.75W，额定电压未知）
（1）在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图，指出上述器材中，电流表选择________（填“A1”或“A2”）；滑动变阻器选择________（填“R1”或“R2”）。
（2）在实验过程中，该组同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，当电压达到1.23V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70V时，发现灯泡已过亮，便立即断开开关，并将所测数据记录在下边表格中。
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.70
I/mA
80
155
195
227
255
279
310
请你根据表中实验数据在图中作出灯泡的U－I图线。
（3）由图象得出该灯泡的额定电压应为________V；这一结果大于1.23V，其原因是________________________________________________________________________。
思路分析：
（1）根据P＝I2R，估算出灯泡的电流大约是600mA，因此电流表应选A2；本实验要描绘出灯泡的U－I图线，需要测量多组数据，因此滑动变阻器应接成分压式，所以应选阻值较小的R1；小灯泡电阻较小，电流表应外接；
（2）如图所示
（3）由P＝UI＝0.75W，再结合图象可知U额＝2.5V；大于1.23V的原因是灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻。
答案：
（1）电路原理图如图所示 A2 R1
（2）见思路分析图
（3）2.5（2.4～2.6均可） 灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻（或灯泡电阻随温度升高而变大）
【易错警示】确定小灯泡工作状态的易错点
1.灯泡电阻随电压的升高而增大，故计算小灯泡的功率不能一律按额定状态计算其电阻。
2.工作状态的确定要根据电源的外部曲线和灯泡的伏安特性曲线相结合来进行判断。
3.理解伏安特性曲线的物理意义：
实质是在不同的电压下小灯泡对应不同的电阻，即：
是增大的。
满分训练：
下表中的各组数据是某同学在实验中测得的，根据表格中的数据在如图甲所示的坐标纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线。
如图所示
U/V
I/A
0
0
0.5
0.17
1.0
0.30
1.5
0.39
2.0
0.45
2.5
0.49
如图乙所示，将两个这样的小灯泡并联后再与阻值为5Ω的定值电阻R0串联，接在电压恒定为4V的电路上，每个小灯泡的实际功率为________W。
图乙
思路分析：
设小灯泡两端的电压为U，电流为I，根据闭合电路欧姆定律得：
U0＝U＋2IR0，所以U＝－2R0I＋U0，代入数据得U＝－10I＋4，在小灯泡的伏安特性曲线同一坐标系上画出该直线，其交点（U，I）即为小灯泡的实际电压、电流值，可得小灯泡消耗的实际功率P＝UI＝0.3W。
答案：
0.3
如图所示：
（答题时间：
30分钟）
1.下图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡的额定电压为2.5V。
（1）完成下列实验步骤：
①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，______________；
②闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，__________；
③断开开关，……根据实验数据作出小灯泡的伏安特性曲线。
（2）在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。
2.如图甲所示是某实验小组测绘电阻约为10Ω的小电珠的伏安特性曲线的电路图，图乙是他们按照图甲所示的电路图在实物上连线的示意图，教师检查发现有一根导线的一端接错了地方，请你在图乙中的这根连线上画上“×”，并直接在图上画出这根导线的正确连线。
3.有一个小电珠上标有“4V2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个小电珠的U－I图线，有下列器材供选用：
A.电压表（0～5V，内阻10kΩ）
B.电压表（0～10V，内阻20kΩ）
C.电流表（0～0.3A，内阻1Ω）
D.电流表（0～0.6A，内阻0.4Ω）
E.滑动变阻器（5Ω，10A）
F.滑动变阻器（500Ω，0.2A）
（1）实验中电压表应选用________，电流表应选用________。
（用字母表示）
（2）为使实验误差尽量减小，要求小电珠两端的电压从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用________（用字母表示）。
（3）请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把下图所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。
4.某同学通过查阅相关资料得到直流电动机
转动时的U－I特性曲线，如图甲所示，该同学利用图乙所示的实验电路研究该直流电动机的转动情况，电路中使用恒压电源（输出电压值固定），R1是定值电阻（阻值为15Ω），R2是滑动变阻器，
是理想电流表，实验操作步骤如下：
（1）闭合开关S2前，调节滑动变阻器R2，使其接入电路中的阻值________。
（选填“最大”或“最小”）
（2）先闭合开关S1，开关S2保持断开，此时电流表的示数为0.6A，则恒压电源输出电压为________V。
（3）再闭合开关S2，然后缓慢调节滑动变阻器使电动机恰好转动起来，此时电流表的示数为1.8A，直流
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