创新方案版高考一轮73电学设计性实验的处理方法教学案含答案Word文件下载.docx

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该同学选择“×

100”倍率，用正确的操作步骤测量时。

发现指针偏转角度太大（指针位置如图中虚线所示）。

为了较准确地进行测量，请你补充完整下列依次应该进行的主要操作步骤：

a、____________________________________________________________；

b、两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在零处；

c、重新测量并读数，若这时刻度盘上的指针位置如图中实线所示，测量结果是________。

（2）该同学用伏安法继续测定这只电阻的阻值，除被测电阻外，还有如下实验仪器：

A、直流电源（电压3V，内阻不计）

B、电压表

（量程0～5V，内阻约为5kΩ）

C、电压表

（量程0～15V，内阻约为25kΩ）

D、电流表

（量程0～25mA，内阻约为1Ω）

E、电流表

（量程0～250mA，内阻约为0.1Ω）

F、滑动变阻器一只，阻值0～201Ω

G、开关一只，导线若干

在上述仪器中，电压表应选择________（选填“

”或“

”），电流表应选择________（选填“

”），请在方框内画出电路原理图（电表用题中所给的符号表示）。

[解析]　

（1）电阻表指针偏转角度太大，说明电阻太小，电阻表选择的倍率偏大，因此应选用较小的倍率，将“×

100”挡换为“×

10”；

欧姆挡的读数为指针所指的刻度乘以倍率即电阻为12×

10Ω＝120Ω。

（2）由于电源电动势只有3V，所以选择量程为0～5V的电压表

；

因电路中最大电流约为Im＝

＝25mA，所以选用量程0～25mA的电流表

由于滑动变阻器最大阻值小于待测电阻的阻值，所以控制电路应选用分压接法，因待测电阻远大于电流表内阻，应选用电流表内接法，电路如图所示。

[答案]　

（1）a.换用倍率“×

10”挡　c、120Ω　

（2）

　见解析图

1、现有一量程为3V的电压表，内阻约为5kΩ～6kΩ。

为了较准确地测量其内阻，在没有电流表的情况下，某同学设计了如图甲所示的实验电路，按此电路可以测出电压表的内阻。

（1）试根据如图甲所示的电路图，完成如图乙所示的实物电路的连线。

（2）若电源E、滑动变阻器R2、电阻箱R1各有两组可供选择：

电源E：

a、电动势2.0V，有内阻

b、电动势5.0V，有内阻

滑动变阻器R2：

a、最大阻值20Ω

b、最大阻值1700Ω

电阻箱R1：

a、0～999.9Ω

b、0～9999.9Ω

为了减小实验误差，电源E应选________（填序号“a”或“b”，下同），滑动变阻器R2应选________，电阻箱R1应选________。

（3）该同学在开关都断开的情况下，检查电路连接无误后，接通电路前应将滑动变阻器的滑动头P置于________端。

后续必要的实验操作步骤依次是：

________、________、________、________、________。

最后记录R1的阻值并整理好器材。

（请按合理的实验顺序，选填下列步骤前的字母）

A、闭合开关S1

B、闭合开关S2

C、断开开关S1

D、断开开关S2

E、调节R2的阻值，使电压表指针偏转到满刻度

F、调节R2的阻值，使电压表指针偏转到满刻度的一半

G、调节R1的阻值，使电压表指针偏转到满刻度的一半

H、调节R1的阻值，使电压表指针偏转到满刻度

（4）按正确的实验步骤操作完成后，如果所得R1的阻值为5400.0Ω，则图甲中被测电压表V的内阻RV的测量值为________Ω，该测量值________实际值（选填“略大于”、“略小于”或“等于”）。

解析：

（1）如图所示。

（2）电压表的量程为3V，电源E应选b，滑动变阻器R2采用分压式接入，选最大阻值较小的a，当电压表半偏时，电阻箱R1与电压表内阻近似相等，则应选b。

（3）接通电路前应将滑动变阻器的滑动头P置于A端，确保开始实验输出电压最小；

实验过程中电压表先满偏，后半偏，起步骤可以为ABEDG或BAEDG。

（4）闭合S2后，R1和电压表各分得的电压为电压表量程的一半，则电压表内阻等于5400.0Ω；

实际上断开S2后，滑动变阻器的输出电压略有增大，则R两端的电压大于

，测量值R大于真实值。

答案：

（1）见解析图　

（2）b　a　b　（3）A端　ABEDG或BAEDG　（4）5400.0　略大于

2、现有以下器材：

电流表

：

量程0.2A，内阻约为0.5Ω；

量程0.02A，内阻约为1Ω；

电压表

量程3V，内阻约为3kΩ；

量程100V，内阻很大；

滑动变阻器R：

0～10Ω；

电阻箱R0：

0～9999.9Ω，0.1A

蓄电池E：

电动势E＝6V，内阻r＝0.1Ω；

开关S及导线若干。

为较准确地测定电阻约为1.2Ω的电阻丝的阻值，已有甲、乙两位同学分别设计了如图甲、乙二个电路图来测量。

（1）甲、乙两电路设计均有不合理之处，请指出存在的问题（各图中至少指出一处问题）

甲图不合理之处_____________________________________________________；

乙图不合理之处_____________________________________________________。

（2）请从所给器材中选择合适器材，设计一个最合理的电路图，画在虚线方框内（图中必须标明所选各器材的符号）。

（1）甲图不合理处：

①电路只能测量一组数据，不能多次测量；

②电路中电流超过电流表量程；

③电压表量程太大，读数误差较大。

乙图不合理处：

①电流表量程太小；

②电压表量程太大；

③滑动变阻器限流接法，使得电压表调节范围太小。

（2）最合理的电路设计：

滑动变阻器采用分压电路，电流表采用外接方式，两个电表均选择合理，R0与Rx必须串联接入电路，如图所示。

见解析

考点二

实验原理迁移的考查

将物理实验和物理原理结合，可设计出测量不同的物理量、探究不同问题的实验方案。

教材中所学过的物理规律、物理公式中只要含有某一物理量，则该规律、公式就可作为研究或测定该物理量的原理基础而进行相应的实验设计。

如用伏安法测电阻，R＝

，也可迁移到测电压表内阻和电流表内阻上去。

[典题2]　某同学在进行扩大电流表量程的实验时，需要知道电流表的满偏电流和内阻。

他设计了一个用标准电流表

来校对待测电流表

的满偏电流和测定

内阻的电路，如图所示。

已知

的量程略大于

的量程，图中R1为滑动变阻器，R2为电阻箱。

该同学顺利完成了这个实验。

（1）实验过程包含以下步骤，其合理的顺序依次为________（填步骤的字母代号）。

A、闭合开关S2

B、分别将R1和R2的阻值调至最大

C、记下R2的最终示数

D、反复调节R1和R2的阻值，使

的示数仍为I1，使

的指针偏转到满刻度的一半，此时R2的最终示数为r

E、闭合开关S1

F、调节R1使

的指针偏转到满刻度，此时

的示数为I1，记下此时

的示数

（2）仅从实验设计原理上看，用上述方法得到的

内阻的测量值与真实值相比________（选填“偏大”、“偏小”或“相等”）。

（3）若要将

的量程扩大为I，并结合上述实验过程中测量的结果，写出需在

上并联的分流电阻RS的表达式，RS＝________。

[解析]　

（1）实验首先要保证

、

不被烧坏，应先将R1、R2的阻值调至最大。

实验中应保持闭合S2与断开S2两种情况下

的示数I1为

的满偏电流Ig2，当闭合S2时，

示数为

＝

，此时流过R2的电流也为

，得R2＝RG2。

综上所述可知步骤为BEFADC。

（2）这种方法测量的

的内阻与真实值相等。

（3）扩大

量程时原理如图所示。

有（I－I1）RS＝I1r，

解得RS＝

。

[答案]　

（1）BEFADC　

（2）相等　（3）

1、为了测量一个阻值较大的未知电阻，某同学使用了干电池（1.5V），毫安表（1mA），电阻箱（0～9999Ω），开关，导线等器材。

（1）该同学设计的实验电路如图甲所示，实验时，将电阻箱阻值置于最大，断开K2，闭合K1，减小电阻箱的阻值，使电流表的示数为I1＝1.00mA，记录电流值；

然后保持电阻箱阻值不变，断开K1，闭合K2，此时电流示数为I2＝0.8mA，记录电流值。

由此可得被测电阻的阻值为________Ω。

（2）经分析，该同学认为上述方案中电源电动势的值可能与标称值不一致，因此会造成误差。

为避免电源对实验结果的影响，又设计了如图乙所示的实验电路，实验过程如下：

断开K1，闭合K2，此时电流表指针处于某一位置，记录相应的电流值，其大小为I；

断开K2，闭合K1，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数为________，记录此时电阻箱的阻值大小为R0。

由此可测出Rx＝________。

（1）设毫安表内阻为RmA，电流为I时电阻箱的值为R，K2断开、K1闭合时，根据闭合电路的欧姆定律有E＝I1（R＋RmA＋r），K1断开、K2闭合时，E＝I2（Rx＋R＋RmA＋r），联立解得Rx＝

·

E＝375Ω。

（2）依据图乙所示电路测电阻，毫安表起指示作用，用以检测电阻箱代替待测电阻后的电路等效性，根据等效替代法的测量原理，电流表示数仍为I，所以Rx＝R0。

（1）375　

（2）I　R0

2、某同学为了测量电流表

内阻的精确值，有如下器材：

（量程300mA，内阻约为5Ω）；

（量程600mA，内阻约为1Ω）；

（量程15V，内阻约为3kΩ）；

滑动变阻器R1（0～5Ω，额定电流为1A）；

滑动变阻器R2（0～50Ω，额定电流为0.01A）；

电源E（电动势3V，内阻较小）；

定值电阻R0（5Ω）；

单刀单掷开关一个、导线若干。

实验要求待测电流表

的示数从零开始变化，且多测几组数据，尽可能地减小误差。

（1）以上给定的器材中滑动变阻器应选________。

（2）在虚线框内画出测量

内阻的电路原理图，并在图中标出所用仪器的代号。

（3）若选测量数据中的一组来计算电流表

的内阻r1，则r1的表达式为r1＝________；

式中各符号的物理意义是____________________________________。

（1）滑动变阻器要用分压连接法，选最大阻值较小的滑动变阻器R1。

（2）由于电压表的量程太大，所以不能直接用所给的电压表直接测量电压，改用定值电阻R0与

并联来替代电压表的作用，电路如图所示。

（3）通过定值电阻R0的电流为I2－I1，

两端的电压等于R0两端的电压，所以r1＝

R0，I1、I2分别为某次实验时电流表

的示数，R0是定值电阻的电阻值。

（1）R1　

（2）见解析图　（3）

R0　I1、I2分别为某次实验时电流表

的示数，R0是定值电阻的阻值

考点三

实验数据处理方法迁移的考查

数据探究性实验的主要功能是通过实验提供的数据信息，分析各数据中的内在联系，找出数据中所包含的物理规律。

常用的数据处理方法（如平均值法、图象法、逐差法、比较法等）和误差分析方法应该掌握。

[典题3]　某研究性学习小组利用如图甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r。

根据实验数据绘出如图乙所示的R

图线，其中R为电阻箱读数、I为电流表读数，由此可以得到E＝________，r＝________。

[解析]　由闭合电路的欧姆定律有E＝I（R＋r），则R＝

－r。

可知图线的斜率为电动势E，纵轴截距的绝对值为内阻r。

则由图线可得，E＝

V＝2.9V，r＝0.9Ω。

[答案]　2.9V　0.9Ω

1.现有一电动势E约为9V、内阻r约为40Ω的电源，最大额定电流为50mA，现有量程为3V，内阻为2kΩ的电压表和阻值为0～999.9Ω的电阻箱各一只，另有若干定值电阻、开关和导线等器材，为测定该电源的电动势和内阻，某同学设计了如图甲所示的电路进行实验，请回答下列问题：

（1）实验室备有以下几种规格的定值电阻R0，实验中应选用的定值电阻是（　　）

A、200Ω　　　B、2kΩ　　　C、4kΩ　　　D、10kΩ

（2）实验时，应先将电阻箱的电阻调到________（选填“最大值”“最小值”或“任意值”），目的是：

__________________________________________________。

（3）该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电压表的示数，根据记录的多组数据，作出如图乙所示的

图线，根据该图线可求得电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。

（保留两位有效数字）

（1）定值电阻的作用是扩大电压表的量程到9V，所以实验中应选用的定值电阻是C。

（2）实验时，应先将电阻箱的电阻调到最大值，目的是保护电源。

（3）由闭合电路欧姆定律E＝3U＋

r，转化成

＋

，

图线截距

＝0.35，解得E＝8.6V，由斜率

，解得r＝36Ω。

（1）C　

（2）最大值　保护电源　（3）8.6　36

2.（2015·

海南高考）某同学利用图甲所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。

实验中使用的器材为：

电池E（内阻很小）、开关S1和S2、电容器C（约100μF）、电阻R1（约200kΩ）、电阻R2（1kΩ）、电压表

（量程6V）、秒表、导线若干。

（1）按图甲所示的电路原理图将图乙中实物图连线。

（2）先闭合开关S2，再断开开关S2；

闭合开关S1，同时按下秒表开始计时。

若某时刻电压表的示数如图丙所示，电压表的读数为________V（保留2位小数）。

（3）该同学每隔10s记录一次电压表的读数U，记录的数据如表所示。

在下面的坐标纸上绘出Ut图线。

已知只有一个数据点误差较大，该数据点对应的表中的时间是________s。

时间t/s

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

电压U/V

2.14

3.45

4.23

4.51

5.00

5.18

（4）电路中C、R2和S2构成的回路的作用是________________________________。

（2）电压表量程为6V，分度值为0.1V，所以读数为3.60V（估读到下一位）。

（3）用平滑的曲线把大部分点拟合在一起，发现电压表示数变化越来越慢，40.0s对应的数据偏离曲线较大（30.0s到40.0s的电压值变化过快，与整条曲线的变化趋势不符）。

（4）实验前电容器不能带电，这个回路使电容器充分放电，不影响后续实验。

（1）见解析图　

（2）3.60　（3）图线略　40.0　（4）实验前使电容器充分放电

　　　　专题突破训练

1、某同学想测量某导电溶液的电阻率，先在一根均匀的长玻璃管两端各装一个电极（接触电阻不计），两电极相距L＝0.700m，其间充满待测的导电溶液。

用如下器材进行测量：

电压表（量程15V，内阻约30kΩ）、电流表（量程300μA，内阻约50Ω）、滑动变阻器（100Ω，1A）、电池组（电动势E＝12V，内阻r＝6Ω）、单刀单掷开关一个、导线若干。

下表是他测量通过管中导电液柱的电流及两端电压的实验数据。

实验中他还用20分度的游标卡尺测量了玻璃管的内径，结果如图乙所示。

U/V

1.0

3.0

5.0

7.0

9.0

11.0

I/μA

22

65

109

155

175

240

根据以上所述请回答下面的问题：

（1）玻璃管内径d的测量值为________cm。

丙

（2）根据表中数据在图丙的坐标中的已描点，请作出UI图象，根据图象求出电阻R＝________Ω（保留两位有效数字）。

（3）计算导电溶液的电阻率表达式ρ＝__________（用R、d、L表示），测量值为________Ω·

m（保留两位有效数字）。

（4）请在虚线框内画出测量导电溶液电阻的电路图，并在图甲中补画出未连接的导线。

（1）玻璃管内径d＝30mm＋0.05mm×

13＝30.65mm＝3.065cm。

（2）根据描点，连线如图甲所示，由图可求出电阻R＝4.6×

104Ω。

（3）由R＝ρ

和S＝

πd2可得ρ＝

，代入数据可求得ρ＝49Ω·

m。

（4）因为

＜

，所以电流表应选内接法；

由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测阻值，故滑动变阻器应用分压式接法，电路图及实物图分别如图乙、丙所示。

（1）3.065　

（2）见解析图甲4、6×

104（4.4×

104～4.8×

104均正确）

（3）

　49（45～53均正确）　（4）见解析图b、c

2、某金属材料制成的电阻，阻值随温度变化而变化：

为了测量RT在0℃到100℃之间的多个温度下的阻值，某同学设计了如图所示的电路，其中

是量程为3mA、内阻忽略不计的电流表，E为电源（电动势为1.5V，内阻约为1Ω），R1为滑动变阻器，R2为电阻箱，S为单刀双掷开关。

（1）实验室中提供的滑动变阻器有两个：

RA（0～150Ω）、RB（0～500Ω），本实验中滑动变阻器选用________（选填“RA”或“RB”）。

（2）完成下面实验步骤中的填空：

①调节温度，使得RT的温度达到T1；

②将S接1，调节R1，使电流表的指针偏转到适当位置，记下此时电流表的读数I；

③将S接2，调节________，使________，记下此时电阻箱的读数R0；

④则当温度为T1时，电阻RT＝________；

⑤改变RT的温度，在每一温度下重复步骤②③④，即可测得电阻阻值随温度变化的规律。

（3）由上述实验测得的不同温度下RT的电阻值，画出该金属材料制成的电阻RT随温度t变化的图象如图甲所示。

若把该电阻与电池（电动势E＝1.5V，内阻不计）、电流表（量程为5mA、内阻Rg＝100Ω）、电阻箱串联起来，连成如图乙所示的电路，用电阻RT作测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的金属电阻温度计。

若电阻箱取值R＝50Ω，则电流表5mA处对应的温度数值为________℃。

（1）电路最小电阻约为R＝

＝500Ω，RA最大阻值太小，因此滑动变阻器应选择RB。

（3）当电流为5mA时，由闭合电路的欧姆定律得I＝

，RT＝

－R－Rg＝

Ω＝150Ω，由Rt图象，根据数学知识得到RT＝t＋100（Ω），当RT＝150Ω时，t＝50℃。

（1）RB　

（2）R2　电流表读数仍为I　R0　（3）50

3、（2015·

全国新课标Ⅰ）图甲为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路。

甲

乙

（1）已知毫安表表头的内阻为100Ω，满偏电流为1mA；

R1和R2为阻值固定的电阻。

若使用a和b两个接线柱，电表量程为3mA；

若使用a和c两个接线柱，电表量程为10mA。

由题给条件和数据，可以求出R1＝__________Ω，R2＝________Ω。

（2）现用一量程为3mA、内阻为150Ω的标准电流表

对改装电表的3mA挡进行校准，校准时需选取的刻度为0.5mA、1.0mA、1.5mA、2.0mA、2.5mA、3.0mA。

电池的电动势为1.5V，内阻忽略不计；

定值电阻R0有两种规格，阻值分别为300Ω和1000Ω；

滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为750Ω和3000Ω。

则R0应选用阻值为________Ω的电阻，R应选用最大阻值为________Ω的滑动变阻器。

（3）若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图乙的电路可以判断出损坏的电阻。

图乙中的R′为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图甲虚线框内的电路。

则图中的d点应和接线柱________（填“b”或“c”）相连。

判断依据是：

________________________________________________________________。

（1）设使用a和b两接线柱时，电表量程为I1，使用a和c两接线柱时，电表量程为I2，则

使用a和b时：

＋Ig＝I1①

使用a和c时：

＋Ig＝I2②

由①②两式得R1＝15Ω，R2＝35Ω。

（2）校准时电路中的总电阻的最小值为R小＝

Ω＝500Ω，总电阻的最大值为R大＝

Ω＝3000Ω，故R0选300Ω的，R选用最大阻值为3000Ω的滑动变阻器。

（3）d接b时，R1和R2串联，不论是R1还是R2损坏，电表都有示数且示数相同，故应将d接c。

根据d接c时的电路连接情况可知：

闭合开关，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1；

若电表指针不动，则损坏的电阻是R2。

（1）15　35　

（2）300　3000（3）c　闭合开关时，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1；

若电表指针不动，则损坏的电阻是R2

4、（20