高考物理二轮复习 专题突破6 物理实验 第2讲 电学实验.docx

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高考物理二轮复习专题突破6物理实验第2讲电学实验

第2讲　电学实验

1．（2016·全国卷Ⅲ，22）某同学用图1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，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。

图1

（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）实物连线如图所示。

（2）根据公式F＝BIL可得，适当增加导轨间的距离或者增大电流，可增大金属棒受到的安培力，根据动能定理得，Fs－μmgs＝

mv2，则金属棒离开导轨时的动能变大，即离开导轨时的速度变大，A、C正确；若换用一根更长的金属棒，但金属棒切割磁感线的有效长度即导轨间的宽度不变，安培力F不变，棒的质量变大，速度v＝

变小，B错误。

答案　

（1）见解析图　

（2）AC

2．（2016·全国卷Ⅱ，23）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2（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）

图2

（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．100μAB．250μA

C．500μAD．1mA

解析　

（1）本实验测电压表的内阻，实验中电压表示数变化不大，则接入电阻箱后电路的总电阻变化不大，故需要滑动变阻器的最大阻值较小，故选R1可减小实验误差。

（2）滑动变阻器为分压式，连接实物电路如图所示：

（3）电压表和电阻箱串联，两端电压分别为2.00V和0.50V，则RV＝4R＝2520Ω。

（4）电压表的满偏电流Ig＝

＝

A≈1mA，故选项D正确。

答案　

（1）R1　

（2）见解析图　（3）2520　（4）D

3．（2016·全国卷Ⅰ，23）现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警。

提供的器材有：

热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警），电阻箱（最大阻值为999.9Ω），直流电源（输出电压为U，内阻不计），滑动变阻器R1（最大阻值为1000Ω），滑动变阻器R2（最大阻值为2000Ω），单刀双掷开关一个，导线若干。

在室温下对系统进行调节，已知U约为18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60℃时阻值为650.0Ω。

（1）完成待调节的报警系统原理电路图的连线。

图3

（2）电路中应选用滑动变阻器________（填“R1”或“R2”）。

（3）按照下列步骤调节此报警系统：

①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是_________________________________________________________。

②将开关向________（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至____________________________________________________________________。

（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。

解析　

（1）热敏电阻工作温度达到60℃时，报警器报警，故需通过调节电阻箱使其电阻为60℃时的热敏电阻的阻值，即调节到阻值650.0Ω，使报警器能正常报警，电路图如答案图。

（2）U＝18V，当通过报警器的电流10mA≤Ic≤20mA，故电路中总电阻R＝

，即900Ω≤R≤1800Ω，故滑动变阻器选R2。

（3）热敏电阻为650.0Ω时，报警器开始报警，电阻箱的阻值也应为650.0Ω，实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直到报警器开始报警。

为防止通过报警器电流过大，造成报警器烧坏，应使滑动变阻器的滑片置于b端。

答案　

（1）如图所示

（2）R2

（3）①650.0　b　接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏

②c　报警器开始报警

[备考指导]

【考情分析】

2014

卷ⅠT23：

安阻法测电源的电动势E和内阻r

卷ⅡT22：

伏安法测电阻

2015

卷ⅠT23：

改装和校准毫安表

卷ⅡT23：

半偏法测量电压表的内阻

2016

卷ⅠT23：

实验电路的设计，器材的选择及过程分析

卷ⅡT23：

电压表内阻的测量，实物连线

卷ⅢT22：

实物连线，安培力作用下导体的运动

电学实验每年必考。

【备考策略】

（1）掌握基本仪器的原理和使用。

（2）掌握基本的实验目的、原理和实验思想，如伏安法测电阻，电流表的内、外接法及滑动变阻器的连接方式。

（3）掌握处理实验数据的基本方法，如图象法、平均值法等。

　基本仪器使用与读数

[规律方法]

电学实验中的“两尺”与“三表”

（1）游标卡尺

游标尺

刻度格数

游标尺刻度总长度（mm）

游标尺每小格与1mm相差（mm）

精确度（mm）

测量结果（游标尺上第n条刻度线与主尺上某刻度线对齐）（mm）

10

9

0.1

0.1

主尺上读的毫米数＋0.1n

20

19

0.05

0.05

主尺上读的毫米数＋0.05n

50

49

0.02

0.02

主尺上读的毫米数＋0.02n

【特别提醒】　①读数最后的“0”不能丢。

如20分度的游标卡尺上偶数条刻度线与主尺上的某一刻度线对齐或50分度的游标尺上“5”的整数倍条刻度线与主尺上的某一刻度线对齐等。

②读数时两次单位要统一，都用mm，最后根据题目要求转换单位。

③游标卡尺不需要估读。

（2）螺旋测微器（千分尺）

读数方法：

①测量值＝固定刻度读数＋0.01mm×可动刻度读数（一定要估读）。

②读数时，要注意固定刻度上半毫米刻度线是否已经露出。

（3）电流表和电压表

量程

精确度

读数规则

电流表0～3A

0.1A

与刻度尺一样，采用

估读，读数规则较简单，只需要精确值后加一估读数即可

电压表0～3V

0.1V

电流表0～0.6A

0.02A

估读位与最小刻度在同一位，采用

估读

电压表0～15V

0.5V

估读位与最小刻度在同一位，采用

估读

（4）多用电表（欧姆表）

①使用

a．机械调零：

检查表针是否停在左端的“0”位置；

b．选取适当倍率挡；

c．欧姆调零：

两表笔相接，检查表针是否停在右端的“0”位置；

d．把两表笔分别与待测电阻两端相接，欧姆表的读数乘以倍率即被测电阻的阻值；

e．实验结束后，将表笔拔出，并将选择开关旋至OFF挡或交流电压最高挡。

②注意事项

a．测量电阻时，待测电阻要与其他电路元件断开，两手不要接触待测电阻两端；

b．选择好倍率挡后要进行欧姆调零，且每换一次倍率挡要“调零”一次；

c．测量电阻时，若指针偏角过小，换较大倍率挡；若指针偏角过大，换较小倍率挡；

d．读数＝示数×倍率。

【特别提醒】　

（1）电流的流向一定是“红进黑出”；

（2）欧姆表的中值电阻为R中＝

。

[精典题组]

1．下面各图均是用游标卡尺测量时的示意图，图4甲中游标卡尺为50分度游标卡尺，图乙为20分度游标卡尺，图丙为10分度游标卡尺，它们的读数分别为____________；____________；____________。

图4

解析　在图甲中，主尺读数为42mm，游标尺上第5条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于卡尺是50分度的，所以读数为42mm＋5×0.02mm＝42.10mm；在图乙中，主尺读数为63mm，游标尺上第6条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于卡尺是20分度的，所以读数为63mm＋6×0.05mm＝63.30mm；在图丙中，主尺读数为29mm，游标尺上第8条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于卡尺是10分度的，所以读数为29mm＋8×0.1mm＝29.8mm。

答案　42.10mm　63.30mm　29.8mm

2．如图5所示为电压表和电流表的刻度盘示意图，指针位置分别如图甲、乙所示。

（1）若使用的是0～3V量程的电压表，读数为________V。

若使用的是0～15V量程的电压表，读数为________V。

（2）若使用的是0～0.6A量程的电流表，读数为________A。

若使用的是0～3A量程的电流表，读数为________A。

图5

解析　对于电压表，当选取0～3V量程时，每小格为0.1V，读数为1.68V，当选取0～15V量程时，每小格为0.5V，读数为8.4V；对于电流表，当选取0～0.6A量程时，每小格为0.02A，读数为0.46A，当选取0～3A量程时，每小格为0.1A，读数为2.30A。

答案　

（1）1.68　8.4　

（2）0.46　2.30

3.某中学的实验小组的成员在应用多用电表测电阻。

（1）多用电表的表盘如图6所示，其中表盘上的三个重要的部件用三个字母A、B、C标记了出来。

该小组的成员在测量电阻时的操作过程如下：

图6

①在测量电阻前，首先进行的操作应是机械调零，要调节部件________（填“A”“B”或“C”），使多用电表的指针指在表盘最________（填“左”或“右”）端的零刻度线位置；

②将旋钮C调节到“×100”的挡位；

③将红表笔插到________（填“＋”或“－”）孔，黑表笔插到________（填“＋”或“－”）孔，将两表笔短接，调节部件________（填“A”“B”或“C”），使多用电表的指针指在表盘最________（填“左”或“右”）端的零刻度线位置；

④完成以上的操作后，将两表笔与被测量的电阻良好接触，多用电表的指针几乎没有发生偏转，为了减小测量的误差，从下列选项中选出正确的操作步骤，并进行正确的排序________，最后测出待测电阻的阻值。

A．用两表笔与待测电阻相接触

B．将两表笔短接进行欧姆调零

C．将旋钮C调节到“×1”的挡位

D．将旋钮C调节到“×1k”的挡位

（2）该小组的成员将多用电表调节无误后，在进行测量时，如果选用“×100”的挡位测量某电阻的阻值，多用电表表盘的指针如图7所示，则该电阻的阻值为________；如果选用100mA直流电流挡测量电流，指针的偏转如图7所示，则该电流的大小为________；如果选用50V的直流电压挡测量电压，指针的偏转如图7所示，则该电压的大小为________。

图7

解析　

（1）多用电表使用前要进行机械调零，使指针指向左边的零刻度线处，使用中每次换欧姆挡都要进行欧姆调零，使指针指向右边的零刻度线处；由于测量电阻时，指针几乎没有发生偏转，说明需增大倍率，使指针指向中央刻度附近。

（2）若用“×100”挡测电阻，读数为16.0×100Ω＝1600Ω；若用100mA的直流电流挡测电流，读数为4.8×10mA＝48mA；若用50V的直流电压挡测电压，读数为24.0V。

答案　

（1）①A　左　③＋　－　B　右　④DBA　

（2）1600Ω　48mA　24.0V

　以测量电阻为核心的电学实验（含电表的改装）

[规律方法]

1．最常用的电阻测量方法

（1）“伏安法”有电压表、电流表且电表量程恰当时选择“伏安法”。

（2）“安安法”电压表不能用或没有电压表的情形下，若知道电流表内阻，可以将电流表当作电压表使用，即选择“安安法”。

（3）“伏伏法”电流表不能用或没有电流表的情况下，若知道电压表内阻，可以将电压表当作电流表使用，即选择“伏伏法”。

（4）“伏安加R法”在运用伏安法测电阻时，由于电压表或电流表的量程太小或太大，为了满足安全、精确的要求，加保护电阻的方法就应运而生，“伏安加R法”又叫做“加保护电阻法”。

（5）滑动变阻器限流式、分压式接法的选择

①当题中要求负载上电压或电流从零开始调节时，应采用分压式接法；

②当题中要求测量精确度高且调节范围大时，一般用分压式接法；

③当滑动变阻器的总电阻比待测电阻阻值的一半还小时，一般用分压式接法；

④负载电阻的阻值小于滑动变阻器的总电阻或相差不多，且电压、电流不要求从零可调时，一般用限流式接法；

⑤两种接法均可使用时，优先用限流式接法（节能）。

（6）电表的“三用”：

如果知道电表的内阻，电流表、电压表就既可以测电流，也可以测电压，还可以作为定值电阻来用，即“一表三用”。

2．最为精确的电阻测量方法——等效替代法

（1）电流等效替代

图8

（2）电压等效替代

图9

3．电表内阻测量最常用的方法——半偏法

（1）用半偏法测电流表内阻，如图10所示，电阻箱应和电流表并联，然后与大电阻滑动变阻器串联，R测

图10

（2）若测电压表内阻，如图11所示，电阻箱应和电压表串联，然后与小电阻滑动变阻器并联，且R测>R真。

图11

[精典题组]

1．某同学现利用图12甲所示的电路来测量一电阻Rx的阻值。

甲

（1）完成下列实验步骤中的填空：

①闭合开关S1，断开开关S2，调节电阻箱R和滑动变阻器R′，使电流表指针指向一个适当的位置。

记下此时________和电阻箱的阻值R1，此时电阻箱的读数如图乙所示；

②闭合开关S2，保持滑动变阻器的滑片位置不变，然后________________，使________________，记下此时电阻箱的读数R2，此时电阻箱的读数如图丙所示；

（2）在步骤①中电阻箱的读数为R1＝________Ω；在步骤②中电阻箱的读数为R2＝________Ω。

（3）电阻Rx的阻值为Rx＝________Ω。

图12

解析　

（2）由图乙和图丙可知R1＝60Ω，R2＝80Ω。

（3）由于R1加上Rx在电路中所起的作用与R2相同（电流表指针指示同一位置），则有R1＋Rx＝R2，故有Rx＝R2－R1＝80Ω－60Ω＝20Ω。

答案　

（1）①电流表的示数I　②调节电阻箱R的电阻　电流表的读数仍然为I　

（2）60　80　（3）20

2．（2016·福建漳州模拟）待测电阻Rx的阻值约为20Ω，现要测量其阻值，实验室提供器材如下：

A．电流表A1（量程为150mA，内阻约为10Ω）

B．电流表A2（量程为20mA，内阻r2＝30Ω）

C．电压表V（量程为15V，内阻约为3000Ω）

D．定值电阻R0＝100Ω

E．滑动变阻器R1，最大阻值为5Ω，额定电流为1.0A

F．滑动变阻器R2，最大阻值为5Ω，额定电流为0.5A

G．电源，电动势E＝4V（内阻不计）

H．电键S及导线若干

（1）为了使电表调节范围较大，测量准确，测量时电表读数不小于其量程的三分之一，请从所给的器材中选择合适的实验器材：

________________（均用器材前对应的序号字母填写）；

（2）根据你选择的实验器材，请你在虚线框内画出测量Rx的最佳实验电路图并标明元件符号；

（3）待测电阻的表达式为Rx＝_________________________________________，

式中各符号的物理意义为_____________________________________________。

解析　

（1）由于电源电动势为4V，电压表V量程为15V，测量中电压表示数达不到其量程的三分之一，故电压表不能使用；可将电流表A2与定值电阻R0串联当作电压表与电流表A1配合使用，用伏安法测量待测电阻阻值，由于改装的电压表内阻已知，故电流表A1采用外接法，改装的电压表量程为20mA×130Ω＝2.6V，两个滑动变阻器最大阻值均为5Ω，无法起到限流作用，故滑动变阻器采用分压式接法；此时考虑到干路最小电流约为0.8A，故滑动变阻器只能选择R1，经过估算当电流表A1满偏时，电流表A2也正好满偏，非常匹配，满足电表读数不小于其量程的三分之一。

故器材选择ABDEGH。

（2）如图所示

（3）待测电阻Rx＝

，其中，I1、I2分别为A1和A2的示数，R0与r2分别为定值电阻和A2内阻的阻值。

答案　

（1）ABDEGH　

（2）如图所示　（3）

；I1、I2分别为A1和A2的示数，R0与r2分别为定值电阻和A2内阻的阻值

3．在“描绘小灯泡的伏特性曲线”实验中，某同学选中一个标有“2.5V　0.6W”字样的小灯泡，除了导线和开关外，还有下列器材可供选择

电压表V1，（量程15V，内阻约为6kΩ）；

电压表V2（量程3V，内阻约为3kΩ）；

电流表A1（量程300mA，内阻约为1Ω）；

电流表A2（量程150mA，内阻约为2Ω）；

滑动变阻器R1（最大阻值为200Ω）；

滑动变阻器R2（最大阻值为10Ω）；

直流电源E1（电动势为4.5V，r1＝0.8Ω）。

（1）实验中电压表应选________，电流表应选________，滑动变阻器应选________。

（填写器材代号）

（2）以下的四个电路中应选用________选项中的电路图进行实验。

（3）做完上述实验后，该同学接着用

（2）中所选电路分别描绘了三个电学元件的伏安特性曲线，如图13甲所示，图线1、2、3分别是元件1、元件2、元件3的伏安特性曲线，则三个元件中属于线性元件的是元件________（填写元件代号）。

然后他用如图乙所示的电路给三个元件分别供电，并测出给元件1和元件2供电时的电流和电压值，分别标在图甲上，它们是A点和B点。

已知R0＝8.8Ω，则该电源的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω。

这个电源给元件3供电时，元件3的电功率P＝________W。

图13

解析　

（1）因灯泡的额定电压为2.5V，故电压表选用量程为3V的V2。

灯泡的额定电流I＝

＝0.24A，可知应选择量程为300mA的电流表A1。

从测量的精确度以及操作的方便性考虑，滑动变阻器选择最大阻值为10Ω的R2。

（2）因为电压、电流需从零开始测起，所以滑动变阻器采用分压式接法，灯泡的电阻大约为R＝

＝10.4Ω，远小于电压表内阻，属于小电阻，电流表采用外接法误差较小。

故选用A选项中的电路图进行实验。

（3）在图甲中，只有图线1为直线，故线性元件为元件1。

将电阻R0等效到电源的内部，连接A、B两点并延长至与横轴和纵轴相交，该图线为电源外电压与电流的关系图线。

如图所示，当电流为0时，外电压为3.0V，知电源的电动势为3.0V，内阻r＝

Ω－8.8Ω＝1.2Ω。

此时元件3的电流I＝0.2A，两端电压U＝1.0V，则元件3的电功率为P＝UI＝0.2W。

答案　

（1）V2　A1　R2　

（2）A　（3）1　3.0　1.2　0.2

　以测量电源电动势和内阻为核心的电学实验

[规律方法]

1．电源电动势和内阻的测量方法

任何一种实验方法。

一定要紧扣闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，而最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I，这也是命题专家命题时的入手点。

2．数据处理

利用图象得出电动势和内阻是常见的方法，对于不同的电路设计，在作图象时都要画出倾斜直线，即得到有关电动势和内阻的一次函数关系，再利用图象中的斜率与截距求解。

当电流表或电压表量程不符合实验要求时，要考虑改装电表进行测量，所以有时也会用两个电流表或两个电压表来进行测量。

[精典题组]

1．某物理兴趣实验小组的同学为了测量电动势约为3V的某电源的电动势和内阻，实验室可供选择的实验器材如下。

A．电压表V1（0～3V，RV1＝10kΩ）

B．电压表V2（0～15V，RV2＝50kΩ）

C．电流表A1（0～3mA，Rg＝100Ω）

D．电流表A2（0～3A，内阻约为0.5Ω）

E．滑动变阻器R1（0～10Ω）

F．滑动变阻器R2（0～1000Ω）

G．定值电阻R3＝0.5Ω

H．定值电阻R4＝10Ω

I．开关S以及导线若干

回答下列问题：

（1）在设计本实验时，为了减小实验误差，电压表应选________（填器材前的序号），为了操作方便，滑动变阻器应选________（填器材前的序号），通过分析可知电流表A1的量程太小、电流表A2的量程太大，该小组的同学想将电流表A1改装成量程合适的电流表，则应将电流表A1与定值电阻________（填器材前的序号）________（填“串”或“并”）联，改装后的电流表的量程应为________A；

（2）请设计合适的电路图测量电源的电动势和内阻，画在如图14甲所示的虚线框内；

图14

（3）该实验小组的同学利用所设计的电路得到多组数据，以电流表A1的示数为横坐标、电压表的示数为纵坐标建立坐标系，并将各组数据描绘在该坐标系中，得到的U－I图象如图乙所示，则该电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。

（结果保留两位小数）

解析　

（1）电源的电动势约为3V，电压表应选A，为方便实验操作，滑动变阻器应选E，它的阻值范围是0～10Ω，电路中最小电流约为0.3A，为了扩大电流表A1的量程，应与A1并联一个小电阻R3，改装电流表的满偏电流I＝Ig＋

＝0.003A＋

A＝0.603A；

（2）电路图如图所示；

（3）分析可知，改装后电流表的量程是电流表A1量程的201倍，图线在纵轴上的截距等于电源的电动势，由题图乙读出电源的电动势为E＝2.96V，图线斜率的绝对值表示电源内阻r，故r＝

Ω＝1.67Ω。

答案　

（1）A　E　G　并　0～0.603　

（2）如图所示　

（3）2.96　1.67

2．小明利用如图15甲所示的电路，完成了对电动势约为1.5V、内阻约为几欧姆的电源的电动势和内阻的测定。

其中R为电阻箱，R0为阻值为150Ω的定值电阻。

小明连接好电路后，通过调节电阻箱的阻值，读出了8组电压表的读数以及相对应的电阻箱的阻值，并以电压的倒数

为纵坐标、电阻箱的阻值R为横坐标，把记录的数据描绘在了坐标系中，如图乙所示。

图15

（1）如果电源的电动势用E表示、电源的内阻用r表示，