届高考物理二轮复习提优专题十三 电学实验14《.docx

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届高考物理二轮复习提优专题十三电学实验14《

能力提升

基本仪器的使用与选择

1.基本仪器的使用

（1）电压表应并联、电流表应串联在电路中，且电流应由正极流入、负极流出.

（2）开始实验前，变阻器的触头位置应保证电路中用电器的安全，即保证电路中流过的电流最小或加在用电器两端的电压最小.

（3）多用电表使用前应检查指针是否停在表盘刻度左端的零刻度位置.若不指零，要用小螺丝刀进行机械调零;红、黑表笔要分别插入“+”、“-”插孔;根据测量项目，将选择开关置于相关区域的适当量程上.

用多用电表测电阻:

机械调零第一步，断开表笔调螺母;指针指向∞时，根据阻值来选挡;接着先行电调零，短接表笔指0Ω;测时双手勿触阻;测量阻值高精度，中值附近去读数;以后每次换挡后，均要重新电调零;勿忘得数乘倍率，用完拨回“OFF”挡.长期不用，还应把表内电池取出.

2.基本仪器的选择

（1）可行性原则:

要根据实验要求和实际条件选用合适的仪器使实验切实可行，以达到目的.

（2）安全性原则:

选择电表时应考虑其量程不小于或接近用电器的最大允许电流或电压，另外，电路中的控制器材（如滑动变阻器、保护电阻等）应能够将电压、电流控制在安全范围以内，否则将烧坏用电器或测量电表.

（3）准确性原则:

根据实验的需要，选取精度合适的测量仪器.如电压表、电流表测量时，应使表针在

至满偏范围内读取测量值，指针偏角太小读数误差会很大.

（4）可操作性原则:

实验时要调节方便，易于操作.比如滑动变阻器，如果是用分压法连入电路的，则应选用小阻值的滑动变阻器;如果是用限流式接法，则应使其总阻值大于待测电阻（或用电器）的电阻，以便电流有较大的调节范围.

此外，还应考虑实验的实际要求.如电压从零开始变化，所给电源应与用电器匹配等.

例1　（2014·海安中学）在“测量铅笔芯的电阻率”的实验中，取一支4B铅笔，去掉两端笔芯外的木质部分，不损伤笔芯，安放在接线支座上.

（1）用刻度尺量得笔芯长度L=20.0cm，用螺旋测微器测得笔芯的直径如图甲所示，则笔芯的直径为d=　　　　mm.

甲

（2）甲同学选用欧姆表“×10挡”测量笔芯的电阻，进行了正确的操作后，多用电表指针偏转很大，如图乙所示，甲同学认为应该调整欧姆表倍率，下列说法中正确的是　　　　.

乙

A.应该换用“×100挡”倍率

B.应该换用“×1挡”倍率

C.换倍率后必须重新进行欧姆调零

D.换倍率后没有必要重新进行欧姆调零

（3）乙同学采用实验室提供的下列器材测定铅笔芯电阻:

A.待测笔芯

B.电流表（0~0.6A，0~3A，内阻分别约为1Ω，0.5Ω）

C.电压表（0~3V，0~15V，内阻分别约为6kΩ，30kΩ）

D.滑动变阻器（0~10Ω）

E.电源（3V）

F.开关、导线若干

请根据实验要求在图丙中用笔画线代替导线（只配有两根导线）完成实物电路的连接.

丙

（4）实验测量过程中某次电压表、电流表指针偏转如图丁所示，则电压表读数U=　　　　V，电流表读数I=　　　　A，计算得到铅笔芯电阻R=　　　Ω.（电阻计算结果保留两位有效数字）

丁

思维轨迹:

解析:

（1）螺旋测微器的读数为1mm+20.0×0.01mm=1.200mm.

（2）选用欧姆表“×10挡”测量笔芯的电阻，进行了正确的操作后，多用电表指针偏转很大，说明所选倍率太大，为准确测量电阻阻值应换小挡倍率，换用“×1挡”，换挡后要重新进行欧姆调零，故选BC.

（3）由题意可知，待测电阻阻值很小，约为几欧姆，小于滑动变阻器最大阻值，滑动变阻器可以采用限流接法，电压表内阻远大于待测电阻阻值，电流表应采用外接法，实物电路图如图所示.

（4）由电路图可知，电压表量程是3V，其读数为1.80V;电流表量程为0.6A，其读数为0.36A，待测电阻阻值R=

=

Ω=5.0Ω.

答案:

（1）1.200　

（2）BC　（3）见解析　（4）1.80　0.36　5.0

变式训练1　（2014·江苏）某同学通过实验测量一种合金的电阻率.

（1）用螺旋测微器测量合金丝的直径.为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧如图甲所示的部件　　　　（填“A”、“B”、“C”或“D”）.从图中的示数可读出合金丝的直径为　　　　mm.

（2）图乙所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出.合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化.由此可以推断:

电路中　　　　（填图中表示接线柱的数字）之间出现了　　　　（填“短路”或“断路”）.

甲乙

（3）在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω.为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，应对实验做怎样的改进?

请写出两条建议.

①　.

②　.

解析:

（1）为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先转动锁紧手柄部件B，合金丝的直径为0mm+0.41mm=0.410mm.

（2）合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化，说明电压表被串联在电路中，致使电流表读数很小，电压表的读数接近电源电动势，因此电路中连接合金丝的接线柱7、9之间应发生了断路.

（3）由于Rx>

，因此应采用电流表的内接法，减小因电表内阻引起的系统误差.另外可采用多次测量求平均值的方法，以减小偶然误差.

答案:

（1）B　0.410　

（2）7和9　断路　（3）电流表改为内接　测量多组电流和电压的值，用平均值法求电阻.

基本实验方法与数据处理

1.实物连线的基本方法:

先图后物、由正到负;先串后并、注意量程;接线到位、不可交叉.

（1）分析各元件的连接方式和控制电路的方式.

（2）画出实验电路图.

（3）画线连接各元件，一般先从电源正极开始，到开关再到滑动变阻器等，按顺序以单线连接的方式将主电路中要串联的元件依次串联起来，然后再将要并联的元件并联到电路中.

（4）电压表应并联在电路中，电流表应串联在电路中，且电流应由正极流入、负极流出.

（5）变阻器的触头位置应保证电路中用电器的安全，即保证电路中流过的电流最小或加在用电器两端的电压最小.

（6）连线不能交叉.

2.电表读数的基本方法:

测量值=最小刻度×小格数+估读值.

量程

最小刻度

（精确度）

读数规则

电流表0~3A

0.1A

与刻度尺一样，采用

估读，读数规则较为简单，只需在精确值后加一估读数值即可

电压表0~3V

0.1V

电流表0~0.6A

0.02A

误差位与最小刻度在同一位，采用

估读，即不足半小格舍去，超过半小格按半格估读，接近满格按满格估读

电压表0~15V

0.5V

误差位与最小刻度在同一位，采用

估读，即按五分之几估读

3.测电阻的方法:

实验电路一般分为电源、控制电路和测量电路三部分.

（1）测量电路的选择

①直接比较法:

当Rx》RA时用内接法如图甲，当Rx《RV时用外接法如图乙.

②临界值计算法:

当Rx>

时，即Rx为大电阻，应采用内接法;当Rx<

时，即Rx为小电阻，应采用外接法.此即所谓的“大内小外”.

③试测判断法:

当Rx、RA、RV的阻值都不明确时可采用此方法.如图丙，设开关S接a、b时，电流表示数分别为Ia、Ib，电压表示数分别为Ua、Ub.

当

>

时，选用内接法.

当

<

时，选用外接法.

丙

（2）控制电路的选择

①当被测电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R时，须用分压式电路.

②当要求被测上的电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调时，须用分压式电路.

③当被测电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不多，并且电压表、电流表示数变化不要求从零调节时，可采用限流式.

④两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法消耗功率较小.

4.数据处理的关键是结合闭合电路欧姆定律找出要求的变量之间的关系，作出图线，从截距、斜率等角度求出答案.

例2　（2014·南师附中）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5V，2.5W”的小灯泡、导线和开关外，还有:

A.直流电源：

电动势约为6V，内阻可不计

B.直流电流表：

量程0~3A，内阻为0.1Ω

C.直流电流表：

量程0~600mA，内阻为5Ω

D.直流电压表：

量程0~15V，内阻为15kΩ

E.直流电压表：

量程0~3V，内阻为6kΩ

F.滑动变阻器：

10Ω，2A

G.滑动变阻器：

1kΩ，0.5A

H.电阻箱一个（符号为

）：

0~9999.9Ω，最小调节量0.1Ω

实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化至额定电压5V，且电表读数相对误差较小.

（1）以上器材中电流表应选用　　　　（填代号），电压表应选用　　　　（填代号），滑动变阻器选用　　　　（填代号）.

（2）在方框中画出实验原理电路图.

（3）某同学通过实验作出小灯泡的伏安特性曲线，如图甲所示.现把两个完全相同的这种小灯泡并联接到如图乙所示的电路中，其中电源电动势E=3V，内阻r=3Ω，则此时灯泡的实际功率为　　　　W.（结果保留两位有效数字）

思维轨迹:

解析:

（1）根据P=UI得灯泡达额定功率时电流为I=

=

A=0.5A，故电流表选C;电压表若选量程0~15V，测量时误差较大，若选量程0~3V，测量时量程偏小，但可以通过串联一个电阻R改装成量程为6V的电压表，则有

=

，得R=4kΩ，故电压表选E;为便于调节，滑动变阻器选用F.

（2）实验原理图，滑动变阻器采用分压式接法，电流表采用外接法，电路如图所示.

（3）设灯泡两端的电压为U，流过每个灯泡的电流为I，则根据闭合电路欧姆定律有E=U+2Ir，即U=3-6I，在小灯泡的伏安特性曲线图中作出U=3-6I，如图所示，交点为（0.30A，1.2V），所以实际功率为P=UI=0.36W.

答案:

（1）C　E　F　

（2）如图　（3）0.36

变式训练2　（2014·徐州三模）某同学利用以下器材测量电源电动势、内阻和定值电阻的阻值.现有器材如下:

A.待测电源（电动势约3V，内阻约1Ω）

B.一个阻值未知的电阻

C.电压表两块（内阻很大，量程3V）

D.电流表（内阻约为5Ω，量程0.6A）

E.滑动变阻器A（0~30Ω，3A）

F.滑动变阻器B（0~200Ω，0.2A）

G.开关一个，导线若干

该同学设计了如图甲的电路图，用U1、U2、I分别表示电表V1、V2、A的读数.将滑动变阻器的滑片移到不同位置时，得到下表所示数据.

I（A）

0.10

0.20

0.25

0.30

0.40

0.45

U1（V）

2.91

2.80

2.76

2.69

2.58

2.55

U2（V）

2.40

1.81

1.49

1.21

0.60

0.29

根据题中所给信息回答下列问题:

（1）滑动变阻器应选择　　　　（填器材代号“A”或“B”）.

（2）根据图甲用笔画线代替导线把图乙中的实物图补充完整.

（3）该同学根据表中数据在图丙中画出了U3-I（U3=U1-U2）图线，请你在图中画出U2-I图线.

（4）根据图线，求出电源电动势E=　　V，内阻r=　　Ω，定值电阻R0=　　Ω.

解析:

（1）本题滑动变阻器采用了限流式接法，由于表格中的电流最大值为0.45A，即流过滑动变阻器的电流最大也为0.45A，因此应选择滑动变阻器A.

（2）所画实物连线图如图甲所示.

（3）所画U2-I图线如上图乙所示.

（4）根据U3-I（U3=U1-U2）图线的斜率求得电阻R0=5.0Ω（4.8~5.5Ω均可），根据U2-I图线的纵截距得到电源电动势为E=3.0V（2.8~3.2V均可），其斜率的绝对值为电源内阻与R0的和，有r=1.0Ω（0.9~1.2Ω均可）.

答案:

（1）A　

（2）图见解析　（3）图见解析　（4）3.0（2.8~3.2均可）　1.0（0.9~1.2均可）　5.0（4.8~5.5均可）

电学实验设计

1.设计的原则:

科学、可靠、方便、准确.

2.设计的思路:

（1）根据题目要求和给出的条件，根据物理规律和原理，设计实验原理，找出实验原理式.

（2）根据设计的实验原理，由公式确定还有哪些待测量（不能太多），根据基本仪器的使用知识和控制电路的作用，设计实验电路.

（3）根据设计的实验电路，明确需要测量的物理量、由待测量选择、确定实验器材.

（4）由实验器材设计、制定实验步骤，进行误差评估，将测量值代入原理式，求出所求的物理量.

近几年江苏高考的要求主要是理解题给的设计性实验方案并能进行推理.

例3　（2014·南通二模）测定电阻的阻值，实验室可提供下列器材:

A.待测电阻R（阻值约10kΩ）

B.滑动变阻器R1（0~1kΩ）

C.电阻箱R0（99999.9Ω）

D.灵敏电流计G（500μA，内阻不可忽略）

E.电压表V（3V，内阻约3kΩ）

F.直流电源E（3V，内阻不计）

G.开关、导线若干

（1）甲同学设计了如图（a）所示的电路，请你指出他的设计中存在的问题:

①　;

②　;

③　.

（2）乙同学用图（b）所示的电路进行实验.

①请在图（d）中用笔画线代替导线，完成乙同学实物电路的连接.

②先将滑动变阻器的滑动头移到　　　　（填“左”或“右”）端，再接通开关S;保持S2断开，闭合S1，调节R1使电流计指针偏转至某一位置，并记下电流I1.

③断开S1，保持R1不变，调整电阻箱R0阻值在10kΩ左右，再闭合S2，调节R0阻值使得电流计读数为　　　　时，R0的读数即为电阻的阻值.

（3）丙同学查得灵敏电流计的内阻为Rg，采用电路（c）进行实验，改变电阻箱R0阻值，读出电流计相应的电流I，由测得的多组数据作出

-R0图象如图（e）所示，图线纵轴截距为m，斜率为k，则电阻的阻值为　　　　.

（d）（e）

思维轨迹:

电路图（b）←替代法测电阻

电路图（c）→闭合电路欧姆定律可得E=I（R0+Rg+R）→变形

=

R0+

→根据

-R0图线的斜率和截距求得R值

解析:

（1）采用了电流表外接，流过电流表的电流等于流过电阻R和流过电压表的电流之和，电压表的电阻并不是远大于电阻R的阻值，所以流过电压表的电流不可以忽略不计;采用了限流式电路，电阻R两端的电压不能从零开始变化，且测量范围较小;通过灵敏电流计的电流超过量程，即使把滑动变阻器的有效阻值调到最大，电路中的最小电流也超过了电流表的量程.

（2）①实物连接如图所示，连接时要注意电流应从电表的“+”进“-”出.

②应先将滑动变阻器移到左端，使得待测电阻两端的电压从零开始变化，调节R0阻值使得电流计读数为I1时，此时的电路和刚才断开S2、闭合S1的电路是等效的，R0的读数即为电阻的阻值.

（3）根据丙图的闭合电路欧姆定律可得E=I（R0+Rg+R），变形得

=

R0+

，根据题目中的纵轴截距和斜率有k=

，m=

，解得R=

-Rg.

答案:

（1）①采用了电流表外接　②采用了限流式电路　③通过灵敏电流计的电流超过量程

（2）①如图

②左　③I1

（3）

-Rg

变式训练3　（2014·南京、盐城一模）

（1）用多用电表欧姆挡粗略测量某元件的电阻，选用“×10挡”，测量结果如图所示，则测得的电阻为　　　　Ω.

（2）为探究该元件的导电性能（电阻随电压变化不太大）.提供了如下器材:

A.电流表A（量程0.6A，内阻约5Ω）

B.电压表V（量程3V，内阻约10kΩ）

C.滑动变阻器R1（10Ω，0.3A）

D.滑动变阻器R2（1000Ω，0.1A）

E.电源（电动势3V，内阻约0.1Ω）

F.开关S及导线若干

①实验中滑动变阻器应该选择　　　　（填写器材序号），以保证实验过程中调节方便.

②在虚线框内画出实验电路图，要求闭合开关前滑动变阻器放置在合适位置.

③如图中Ⅰ、Ⅱ图线，一条为元件真实的U-I图线，另一条是本次实验中测得的U-I图线，其中　　　　是本次实验中测得的图线.

解析:

（1）欧姆表的读数为倍率乘以刻度值，故读数为130Ω;

（2）①因要描绘伏安特性曲线，故滑动变阻器需用分压式接法，为调节方便，滑动变阻器选择C;②该电阻为小阻值电阻，所以测量电路用电流表的外接法，电路图如图所示.

③因采用电流表的外接法，所以电流的测量偏大，故图线Ⅱ是本次实验测得的.

答案:

（1）130　

（2）①C　②图见解析　③Ⅱ