高考物理一轮复习 第七章 恒定电流冲刺训练.docx

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高考物理一轮复习第七章恒定电流冲刺训练

第七章恒定电流

（一）电学实验的3大创新考查角度

在高考中对电学实验一般不直接考查课本上的学生实验，而是在学生实验的基础上进行创新，比如常常在实验原理、实验器材、数据处理等方面加以改进；学生应以常规实验为依据，从实验电路图入手，结合实验的具体要求进行推理分析。

角度一

对实验原理的创新考查

在高考的电学实验中，并不仅仅测量电阻的阻值或测定电源的电动势和内阻，有时可能会测定二极管的导电特性、电容器的充、放电规律等。

处理此类问题时，首先要掌握被测实验器材的电学特性，其次要熟练把握控制电路、测量电路的特点。

[典例1]　二极管具有独特的单向导电性，当在二极管两极之间所加正向电压小于某值时，二极管的电阻很大（1×106Ω，甚至更大），而当正向电压超过某值时，二极管的电阻随两端电压的升高而急剧减小。

为了探究二极管的导电特性：

（1）实验小组先用多用电表判断二极管的极性。

步骤如下：

A．将多用电表置于欧姆表“×100”挡，短接红、黑表笔，调整________，使指针指向表盘右侧“0”位置；

B．将二极管串接在两表笔之间，多用电表示数如图甲中a所示；

C．将二极管两极对调，多用电表示数如图甲中b所示，则此时与红表笔接触的是二极管的________（填“正”或“负”）极。

（2）实验小组设计了如图乙所示的实验电路，通过实验测得相关数据如下表。

正向电压

U/V

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.55

0.60

0.65

0.68

0.70

正向电流

I/mA

0

0

0

0.02

0.26

0.56

1.13

1.79

2.37

3.00

①由二极管的特性和表中数据可知，当电压表示数为0～0.30V时，图乙中开关S一定接在位置________；

②根据表中数据，在图丙中作出二极管的伏安特性曲线（要求保留所描的点迹），由图线可知，二极管是________（填“线性”或“非线性”）元件。

（3）若此二极管为发光二极管，正常发光时通过的电流为3.00mA，若用1.5V的电源供电，则应该给二极管________（填“串”或“并”）联一个约________Ω的电阻。

[解析]　

（1）A.欧姆表选挡后要进行欧姆调零，即短接两表笔，调整欧姆调零旋钮，使指针指在表盘右侧“0”位置；

C．步骤B中欧姆表示数很大，而步骤C中示数很小，由题中所给条件知，当示数很小时红表笔所接为二极管负极。

（2）①题图乙的设计为伏安法测电阻的内接法和外接法可以互换的电路，当开关S接位置1时为电流表内接法，接位置2时为电流表外接法。

由表中数据可知，当电压表示数为0～0.3V时电流表示数为0，故电流表内接，开关S接在位置1。

②描点作图如图所示，由图线可知二极管是非线性元件。

（3）发光二极管正常工作时两端电压为0.7V，电源电动势高于0.7V，应串联一个电阻，阻值R＝

＝

Ω≈267Ω。

[答案]　

（1）A.欧姆调零旋钮　C．负　

（2）①1　②见解析图　非线性　（3）串　267

[题后悟通]

本例源于教材中某晶体二极管的伏安特性曲线图，如果在平时的学习中阅读过教材里的相关内容，审题就轻松得多。

虽然二极管具有单向导电性，但仍需要正向电压高于一定值，二极管才会有正向电流。

[对点训练]

1．（2016·全国丙卷）某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验。

两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁（未画出）的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的正下方，一金属棒属于导轨上且与两导轨垂直。

（1）在图中画出连线，完成实验电路。

要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动。

（2）为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：

A．适当增加两导轨间的距离

B．换一根更长的金属棒

C．适当增大金属棒中的电流

其中正确的是________（填入正确选项前的标号）。

解析：

（1）实验电路连线如图所示。

（2）为使金属棒获得更大的速度，

则金属棒运动时需要更大的加速度，

根据牛顿第二定律有a＝

，

所以增加磁感应强度、增大电流、增加两导轨间的距离都可以使加速度增大。

故选项A、C正确，选项B错误。

答案：

（1）实验电路连线见解析图　

（2）AC

角度二

对实验器材的创新考查

在测量电表的内阻时，要把电表当作能读数的电阻，充分利用待测电表自身的测量功能，即电流表可测定通过自身的电流，电压表可测定自身两端的电压，不需要其他的电表来测量。

[典例2]　某校进行实验电路设计比赛，实验台上备有下列器材：

A．电压表V1（量程约2V，内阻约1kΩ）

B．电压表V2（量程为6V，内阻为2kΩ）

C．电流计G（量程为3mA，内阻约500Ω）

D．电流表A（量程为0.6A，内阻为0.5Ω）

E．滑动变阻器R1（0～15Ω，0.5A）

F．滑动变阻器R2（0～1kΩ，0.1A）

G．电阻箱R3（0～999.9Ω，0.1A）

H．电阻箱R4（0～9999.9Ω，0.2A）

I．电源（6V,0.5A）

J．开关、导线若干

（1）利用以上器材在图中虚线框内设计最佳测量电路，要求既能确定电压表V1的量程，又能尽量准确地测定其内阻，在图中标明选用器材的符号。

图中滑动变阻器R应选择________（填写元件符号）。

（2）若已知电压表V1量程为2V，则下列实验小组设计的电路图中，能用来测定电压表V1的内阻且设计合理的是________。

[解析]　

（1）分压电路中，在额定电流允许的前提下选择阻值较小的滑动变阻器更方便调节，因此选择R1。

给定器材中电阻箱R4的最大阻值约为电压表V1内阻的10倍，因此最简测量电路为半偏法电路，如图所示。

由于待测电压表V1量程未知，不能读数，要确定V1的量程，需在半偏法电路两端并联电压表V2以便读取总电压U，这样既不影响半偏法实验测量，同时又可以测出测量电路两端电压，保证此电压在调整电阻箱和滑动变阻器时保持不变，以减小实验误差。

（2）若电压表V1量程已知，则可采用伏安法直接测量，电压表额定电流约为IV＝

A＝2mA，可用电流计G测量电流，电压则由V1读取，滑动变阻器阻值R1远小于测量电路总电阻，应采用分压电路，选项A中电路图设计合理；选项B中，滑动变阻器用R2接成限流电路，R2接入电路中的阻值最大时，每1kΩ电阻的电压约为

V＝2.4V，超过V1量程，不合理；选项C中V2与V1串联，可将V2当电流表使用，满偏电流IV2＝

A＝3mA，与电流计G量程相同，且R2接入电路中的阻值最大时，每1kΩ电阻的电压约为

V＝1.5V，设计合理；同理，选项D中V2与V1并联，V2多余且只能测量电压，不能计算V1内阻，设计不合理。

[答案]　

（1）设计电路见解析　R1　

（2）AC

[对点训练]

2．要测量电压表V1的内阻RV，其量程为2V，内阻约为2kΩ。

实验室提供的器材有：

电流表A，量程0.6A，内阻约0.1Ω；

电压表V2，量程5V，内阻为5kΩ；

定值电阻R1，阻值为30Ω；

定值电阻R2，阻值为3kΩ；

滑动变阻器R3，阻值为100Ω，额定电流为1.5A；

电源E，电动势为6V，内阻约0.5Ω；

开关S一个，导线若干。

（1）有人拟将待测电压表V1和电流表A串联接入电压合适的测量电路中，测出V1的电压和电流，再计算出RV。

该方案实际上不可行，其最主要的原因是______________________

________________________________________________________________________。

（2）请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V1内阻RV的实验电路。

要求测量尽量准确，实验须在同一电路中，且在不增减元件的条件下完成。

试画出符合要求的实验电路图（图中电源与开关已连接好），并标出所选元件的相应字母代号。

（3）由上问写出电压表V1内阻RV的表达方式，说明式中各测量量的物理意义。

解析：

（1）由于电压表V1量程为2V，内阻约2kΩ，则流过的电流最大值为1mA，而电流表A的量程为0.6A，电流表的指针几乎不动，无法准确读取电流值。

（2）电压表V2的量程为5V，内阻为5kΩ；电压表V1的量程为2V，内阻约2kΩ，定值电阻R2的阻值为3kΩ；通过对比联想不难设想出：

先将电压表V1与定值电阻R2串联，再与电压表V2并联，此时两个电压表恰好匹配，电路如图所示。

（3）根据U2＝U1＋

R2，得RV＝

。

U1表示电压表V1的电压，U2表示电压表V1和R2串联的总电压。

答案：

（1）电流表A不能准确测量出流过电压表V1的电流

（2）见解析图　（3）见解析

3．实际电压表内阻并不是无限大，可等效为理想电流表与较大的电阻的串联。

现要测量一只量程已知的电压表的内阻，器材如下：

A．待测电压表一只（量程3V，内阻约3kΩ）；

B．电流表一只（量程3A，内阻0.01Ω）；

C．电池组（电动势约为3V，内阻不计）；

D．滑动变阻器一个；

E．变阻箱一个（可以读出电阻值，0～9999Ω）；

F．开关和导线若干。

某同学利用上面所给器材，进行如下实验操作：

（1）该同学设计了如图甲、乙两个实验电路。

为了更准确地测出该电压表内阻的大小，你认为其中相对比较合理的是________（填“甲”或“乙”）电路。

（2）用你选择的电路进行实验时，闭合开关S，改变阻值，记录需要直接测量的物理量：

电压表的读数U和________（填上文字和符号）。

（3）由所测物理量选择下面适当坐标轴，能作出相应的直线图线，计算出电压表的内阻的是（　　）

A．UI　　　　　　　　　　B．U

C.

RD．UR

（4）设直线图像的斜率为k、截距为b，请写出待测电压表内阻表达式RV＝________。

解析：

（1）题图甲所示电路滑动变阻器与电压表串联接入电路，电源电动势约为3V，电压表内阻约为3kΩ，由于电压表内阻太大，电路电流很小几乎为零，电流表无法准确读数，因此甲电路不合理；由于电阻箱电阻最大阻值为9999Ω，改变电阻箱阻值可以改变电压表示数，测出多组实验数据，因此比较合理的实验电路是图乙。

（2）选用图乙所示实验电路，闭合开关S，改变阻值，记录需要直接测量的物理量：

电压表的读数U和电阻箱阻值R。

（3）由于电源内阻可以忽略不计，由闭合电路欧姆定律可得E＝U＋

R，应用图像法处理实验数据时，应作出

R图像，故选C。

（4）由E＝U＋

R得

＝

＋

R，可知，

R图像的斜率k＝

，截距b＝

，则电压表内阻RV＝

。

答案：

（1）乙　

（2）电阻箱的阻值R　（3）C　（4）

角度三

对数据处理的创新考查

在实验中，对实验数据的处理常用的方法有分式法、列表法、图像法、逐差法等，迅速地进行数据处理可以提高实验的准确程度、减少测量误差、节约解题时间。

[典例3]　太空探测器在探索宇宙过程中，由太阳能电池板给它提供能源。

光明中学物理实验室有一块太阳能电池板，当有光照射它时（作为电源），其路端电压与总电流的关系图像如图甲中的曲线①所示；若没有光照射它时，相当于一个只有电阻的电学器件，无电动势。

物理实验探究小组用“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验方法，探究该太阳能电池板在没有光照射时的伏安特性曲线，利用电压表（内阻约3kΩ）、电流表（内阻约100Ω）测得的多组数据作出的图像如图甲中曲线②所示。

（1）分析曲线②可知，该电池板作为电阻器件时的阻值随通过电流的增大而________（填“增大”或“减小”），若所设计的电路如图乙所示，实验时应将图乙中电压表另一端a接在________点（填“b”或“c”）；

（2）图乙电路中a端接好后还少接了一根导线，请在图乙中画出；

（3）分析曲线①可知，该电池板作为电源时的电动势约为________V，若把它与阻值为1kΩ的定值电阻连接构成一个闭合电路，在有光照射的情况下，该太阳能电池板的效率约为________%（计算结果保留两位有效数字）。

[解析]　

（1）由图线②可知，无光照时太阳能电池板的阻值远大于电流表内阻，所以采用电流表内接法，即a端接b点；

（2）描绘伏安特性曲线要求电压从零开始调节，即滑动变阻器要采用分压式接法，故应该将滑动变阻器右端与电源正极用导线相连，如图（a）所示；

（3）太阳能电池板的电动势由图线①与纵轴的交点直接读出，即2.80V；在图甲中作1kΩ电阻的伏安特性曲线③，如图（b）所示，图线③与图线①的交点即电路的工作点，其坐标为（1.80,1.80），电池板的效率η＝

×100%＝

×100%＝

×100%＝

×100%≈64%。

[答案]　

（1）减小　b　

（2）如解析图（a）所示

（3）2.80　64

[题后悟通]

电源的UI图线与元件的UI图线的交点的纵、横坐标分别是这个电源与该元件组成闭合回路时的路端电压和干路电流，该交点是电路的工作点，即元件接在这个电源两端时正好工作在两端电压为U、通过的电流为I的状态。

凡涉及电路工作状态的问题（如本例求电池板的效率），都可以通过作图确定工作点，快捷地找到元件的工作状态，以达到快速解答的目的。

[对点训练]

4．（2016·全国甲卷）某同学利用图（a）所示电路测量量程为2.5V的电压表

的内阻（内阻为数千欧姆），可供选择的器材有：

电阻箱R（最大阻值99999.9Ω），滑动变阻器R1（最大阻值50Ω），滑动变阻器R2（最大阻值5kΩ），直流电源E（电动势3V），开关1个，导线若干。

（a）

实验步骤如下：

①按电路原理图（a）连接线路；

②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图（a）中最左端所对应的位置，闭合开关S；

③调节滑动变阻器，使电压表满偏；

④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00V，记下电阻箱的阻值。

回答下列问题：

（1）实验中应选择滑动变阻器______（填“R1”或“R2”）。

（2）根据图（a）所示电路将图（b）中实物图连线。

（b）

（3）实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为________Ω（结果保留到个位）。

（4）如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________（填正确答案标号）。

A．100μA　　　　　　　　　B．250μA

C．500μAD．1mA

解析：

（1）滑动变阻器R1的阻值较小，在分压电路中便于调节，故实验中应选择滑动变阻器R1。

（2）实物图连线如图所示。

（3）电阻箱阻值为0时，

电压表满偏电压Ug＝2.5V，

电阻箱阻值R＝630.0Ω时，

电压表的示数UV＝2.00V，

此时电阻箱两端的电压UR＝Ug－UV＝0.5V，

根据串联电路电压与电阻成正比可得

＝

，

故Rg＝

R＝

×630.0Ω＝2520Ω。

（4）电压表的满偏电流为Ig，则IgRg＝Ug，

故Ig＝

＝

A≈1mA，选项D正确。

答案：

（1）R1　

（2）见解析图　（3）2520　（4）D

第七章冲刺985深化内容

（二）实验压轴题的5大命题点及破解策略

对实验压轴题考生们最感头痛，很难拿到高分，其根本原因是试题考查的知识面广，涉及的实验方法也千变万化，所以对考生的能力要求也就很高。

实验压轴题考查的热点主要有基本仪器的选择和使用、实验原理与操作步骤、数据处理、误差分析等，所以对实验压轴题的破解方法就是要在熟悉（用足够的时间和精力）考纲规定的所有实验仪器的原理、正确使用方法的基础上，对探究性实验的思想方法（等效法、累积法、控制变量法、转换法、模拟法、留迹法等）进行深入研究，掌握这些原理、方法所引起的系统误差的根源，同时还要掌握一些处理数据的方法与技巧，如作图法及数形结合方法等。

一、实验电路及器材的选取——首先考虑安全性与准确性

选择电学实验仪器要遵循安全性原则（不使电学元件受损）和准确性原则（尽量减小误差）。

比如选择电表时，首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后再合理选择量程使指针有较大偏转（要达到满偏的1/3），以尽量减小测量的相对误差。

而一些实验压轴题的难点往往就放在对安全性原则和准确性原则的理解上。

实际上在选取电表时要灵活运用以上两个原则。

当遇到某一待测电阻不需要一定达到某一电压或电流的情况时，即使电源电动势较大，待测电阻的最大电流或最大电压也较大，超过了比较小的电表的量程，但此时如果用较大量程的电表读数又会小于1/3量程，那么在滑动变阻器控制电压或电流保证安全的情况下，我们还是要选取较小量程的电表进行测量以便减小误差。

[典例1]　某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值。

现有电源（4V，内阻可不计）、滑动变阻器（0～50Ω，额定电流2A）、开关和导线若干，以及下列电表：

A．电流表（0～3A，内阻约0.025Ω）

B．电流表（0～0.6A，内阻约0.125Ω）

C．电压表（0～3V，内阻约3kΩ）

D．电压表（0～15V，内阻约15kΩ）

为减小测量误差，在实验中，电流表应选用________，电压表应选用________（选填器材前的字母）；实验电路应采用图中的________（选填“甲”或“乙”）。

[解析]　电压表选C，理由是有滑动变阻器限压作为安全保障，且15V量程太大，读数误差太大；电流表选B，理由是若电压表满偏，此时电路中电流最大，其最大电流为Im＝

＝

＝0.6A；电流表外接法选图甲，理由是Rx<

≈20Ω，即待测电阻属于小电阻，适合采用电流表外接法。

[答案]　B　C　甲

[题后悟通]

不仅电学仪器的选取具有技巧性，电路的选取也需要掌握一定的技巧。

电路的选取重点表现在两个方面：

一是电流表的内接还是外接；二是滑动变阻器是串联限流使用还是并联分压使用。

判断电流表的内接还是外接有两种方法：

一是比值法；二是试触法。

滑动变阻器是串联限流使用还是并联分压使用首先要看实验要求，有没有明显的语言暗示，若存在以下语言暗示，滑动变阻器要并联分压使用：

①要求电压或电流从零开始变化；②要求多测量几组数据；③要求电压或电流变化范围足够大；④虽没有文字暗示，但在表格中给出了一系列的数据，应依据数据中电压（或电流）的变化范围特点来判断，如果电压变化范围大，则滑动变阻器应并联分压使用。

[对点训练]

1．某同学测量阻值约为25kΩ的电阻Rx，现备有下列器材：

A．电流表（量程100μA，内阻约2kΩ）；

B．电流表（量程500μA，内阻约300Ω）；

C．电压表（量程15V，内阻约100kΩ）；

D．电压表（量程50V，内阻约500kΩ）；

E．直流电源（20V，允许最大电流1A）；

F．滑动变阻器（最大阻值1kΩ，额定功率1W）；

G．开关和导线若干。

电流表应选_______，电压表应选_______。

（填字母代号）

该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题：

①________________________________________________________________________

②________________________________________________________________________

解析：

合理选择实验器材，先选必要器材，再根据要求满足安全性、准确性，方便操作是选择待选器材的原则。

电流表的接法要求大电阻内接法，小电阻外接法。

滑动变阻器是小电阻控制大电阻，用分压式接法。

电阻上最大电流I＝

＝800μA，故电流表应选择B；因直流电源的电压是20V，故量程是50V的电压表的使用效率偏低，应选择电压表C；①因待测电阻约为25kΩ，为大电阻，故用电流表内接法；②因是小电阻控制大电阻，若滑动变阻器用限流式接法，控制的电压变化范围太小，则应用分压式接法。

答案：

见解析

二、系统误差的分析——多数情况下从实验方法上找根源

尽量减小误差是物理实验的基本原则，所以误差分析作为实验题的难点是近年来命题的热点方向之一。

物理学中把测量误差按其产生的原因与性质分为系统误差和偶然误差，其中又以寻找系统误差产生的根源作为考查重点。

产生系统误差的原因主要有两类：

①由仪器本身存在一定的缺陷或不精密造成的，如仪器零点不准、仪器水平或铅直未调整等；②实验方法不完善或这种方法所依据的理论本身具有近似性，例如用单摆测量重力加速度时忽略空气对摆球的阻力的影响，测量电阻时不考虑电表内阻的影响等所引入的误差。

这些原因就是我们分析误差的重要依据和突破方向。

[典例2]　为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图所示的装置进行实验。

实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面。

将A拉到P点，待B稳定后静止释放，A最终滑到Q点。

分别测量OP、OQ的长度h和s。

改变h，重复上述实验，分别记录几组实验数据。

（1）实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮。

请提出两个解决方法。

（2）请根据表1的实验数据作出sh关系的图像（见下图）。

表1

h（cm）

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

s（cm）

19.5

28.5

39.0

48.0

56.5

（3）实验测得A、B的质量分别为m＝0.40kg、M＝0.50kg。

根据sh图像可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数μ＝________（结果保留一位有效数字）。

（4）实验中，滑轮轴的摩擦会导致μ的测量结果________（选填“偏大”或“偏小”）。

[解析]　

（1）实验开始时发现A释放后会撞到滑轮，主要是加速度过大或加速时间过长，可以通过减小B的质量或增大A的质量来减小加速度，通过增加细线的长度或降低B的起始高度来缩短加速时间。

（2）sh图像如图所示。

（3）本实验测动摩擦因数的原理是动能定理，对m和M从P到O点的过程中：

Mgh－μmgh＝

（M＋m）v2，对m从O到Q点的过程中：

－μmgs＝－

mv2

求得s＝

h，所以图像的斜率k＝

，

即k＝

＝

，解得μ＝0.4。

（4）本实验测动摩擦因数的原理是动能定理，如果考虑克服滑轮摩擦做功W，则Mgh－μmgh－W＝

（M＋m）v2，－μmgs＝－

mv2，求得μ＝

，从这个表达式可以看出，如果忽略克服滑轮摩擦做功，则动摩擦因数偏大。

[答案]　

（1）减小B的质量（或增大A的质量）　增加细线的长度（或降低B的起始高度）　

（2）见解析图

（3）0.4　（4）偏大

[题后悟通]

由此例可以看出，判断实验误差导致实验值偏大或偏小，只能从实验方法和原理上去寻找根源，所以弄清实验原理和方法，然后依据物理规律做适当推理，最后写出测量值的表达式，误差分析就非常明了了。

[对点训练]

2．为了测量一电阻的阻值Rx，现实验室提供了以下器材：

蓄电池E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，电阻箱RP，开关S1、S2，导线若干。

某活动小组设计了如图甲所示的电路。

实验的主要步骤：

a