高考物理二轮复习板块一专题突破复习专题六物理实验第二讲电学实验学案.docx

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高考物理二轮复习板块一专题突破复习专题六物理实验第二讲电学实验学案

第二讲　电学实验

[知识建构]

[高考调研]

1.考查方法：

高考对学生实验的考查，主要有以下5个实验：

①测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）．②测绘小灯泡的伏安特性曲线．③测定电源的电动势和内阻．④练习使用多用电表．⑤传感器的简单使用．但高考出题方向是基本实验的变形及创新．

2.常用的思想方法：

①等效替代法．②半偏法．③图象法．④试触法．

[答案]　

（1）以下三种情况必须采用分压接法：

①要使待测元件的电压（或电流）从零（或很小值）开始连续调节，必须采用分压接法；

②如果实验所提供的电压表、电流表或电阻元件允许的最大电流（或电压）较小，采用限流接法时，实际电流（或电压）都会超过允许的最大电流（或电压），为了保护电表或电阻元件免受损坏，必须采用分压接法；

③若所用的滑动变阻器阻值远小于待测电阻阻值，采用限流式接法时电流变化不大，必须采用分压接法．

（2）伏安法、安安法、伏伏法、半偏法、等效替代法．

（3）测电源电动势和内阻方法拓展

（4）多用电表欧姆挡使用步骤及方法

考向一　电学测量类仪器的使用与读数

[归纳提炼]

1．电流表、电压表、欧姆表的对比

2.多用电表的使用方法

（1）选倍率，一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率，如估计值为200Ω就应该选×10的倍率．

（2）进行欧姆调零．

（3）将红黑表笔接被测电阻两端进行测量．

（4）将指针示数乘以倍率，得测量值．

（5）测量结束后，将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡．

[熟练强化]

角度一　电流表及电压表的读数

1．

（1）电流表量程一般有两种：

0～0.6A,0～3A；电压表量程一般有两种：

0～3V,0～15V，如图甲所示．

①接0～3V量程时读数为________V.

②接0～15V量程时读数为________V.

③接0～3A量程时读数为________A.

④接0～0.6A量程时读数为________A.

（2）完成下列读数（如图乙所示）．

a．________mm　b．________mm　c．________mm

d．________mm　e．________mm.

[答案]　

（1）①1.90　②9.5　③0.80　④0.16

（2）a.0.482（0.481～0.483）　b．0.532（0.531～0.533）　c．4.076（4.075～4.077）　d．5.663（5.661～5.665）　e．11.14

角度二　多用电表的读数问题

2．如下图所示为多用电表的刻度盘．若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻时，表针如下图所示，则：

（1）所测电阻的阻值为________Ω；如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104Ω的电阻，为了使测量结果比较精确，应选用的欧姆挡是________（选填“×10”、“×100”或“×1k”）．

（2）用此多用电表进行测量，当选用量程为50mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________mA；当选用量程为250mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________mA.

（3）当选用量程为10V的电压挡测量电压时，表针也指于图示位置，则所测电压为________V.

[解析]　

（1）欧姆表读数：

对应最上一行刻度值为15，倍率为“×100”，读数为1.5×103Ω；测2.0×104Ω电阻时应选“×1k”的欧姆挡．

（2）选50mA直流电流挡，则每一大格表示10mA，每一小格表示1mA，测量的精确度为1mA，应估读到0.1mA（此时为1/10估读），指针对应的读数为30.7mA；选择量程为250mA的电流挡，则每一大格表示50mA，每一小格表示5mA，测量的精确度为5mA，应估读到1mA（此时为1/5估读），指针对应的读数为153mA.（3）选择10V电压挡，则每一大格表示2V，每一小格表示0.2V，测量的精确度为0.2V，应估读到0.1V（此时应为1/2估读），指针对应的读数为6.1V.

[答案]　

（1）1.5×103　×1k　

（2）30.7（30.5～30.9都正确）　153（152～154都正确）　（3）6.1

角度三　多用电表的原理与构造

3．（2017·全国卷Ⅲ）图（a）为某同学组装完成的简易多用电表的电路图．图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头Ⓖ的满偏电流为250μA，内阻为480Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连．该多用电表有5个挡位，5个挡位为：

直流电压1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA挡，欧姆×100Ω挡．

（1）图（a）中的A端与________（填“红”或“黑”）色表笔相连接．

（2）关于R6的使用，下列说法正确的是________（填正确答案标号）．

A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置

B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置

C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置

（3）根据题给条件可得R1＋R2＝________Ω，R4＝________Ω.

（4）某次测量时该多用电表指针位置如图（b）所示．若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”相连的，则读数为________；若此时B端是与“5”相连的，则读数为________．（结果均保留3位有效数字）

[解析]　

（1）A端接内置电源正极，故为黑表笔．

（2）R6为欧姆表组成部分，只能在使用欧姆表时进行欧姆调零操作，在其他挡时不起作用，B正确．

（3）当B接2时，为小量程电流表，I2＝1mA，

R1＋R2＝

＝160Ω；

当B接4时为小量程电压表，U4＝1V，Ⓖ与R1、R2并联后为等效表头，R4＝

＝880Ω.

（4）当B接1时，为电流表大量程，Im＝2.5mA，最小刻度为0.05mA，需估读到最小刻度同位，读数为1.47mA（1.47mA、1.48mA都对）；

当B接3时，为欧姆“×100”挡，读数为1100Ω，保留3位有效数字为1.10×103Ω；

当B接5时，为电压表大量程，Um＝5V，最小刻度为0.1V，需估读到最小刻度下一位，读数为2.95V（2.93～2.97V都对）．

[答案]　

（1）黑　

（2）B　（3）160　880

（4）1.47mA（1.47mA、1.48mA都对）　1.10×103Ω　2.95V（±0.02V）

欧姆表使用禁忌

（1）忌不调零就使用多用电表．

（2）忌搞错连接方式．测电压须并联，测电流须串联．

（3）忌搞反直流电流方向．直流电要从正极测试笔插孔流入，从负极测试笔插孔流出．

（4）忌用手接触测试笔的金属杆，特别是在测电阻时，更应注意不要用手接触测试笔的金属杆．

（5）忌用直流电挡位测交流电．

（6）忌用多用电表测不是50Hz的交流电；普通多用电表的交流电挡位是按照50Hz设计的，不能准确测量其他频率的交流电．

（7）忌不进行欧姆调零就用多用电表测电阻值．

（8）忌改换欧姆挡量程后，不重新调零．

（9）忌把电池装反．

（10）忌把电阻同其他电路连在一起进行测量．

（11）忌只看读数不乘倍率．

（12）忌把电池装在多用电表内长期不用．

（13）多用电表不用时，忌把选择开关置于欧姆挡．

考向二　电阻、电阻率的测量

[归纳提炼]

测电阻的几种常用方法

1．伏安法测电阻

用电压表和电流表测出待测电阻Rx的电压U和电流I.

（1）多测几组U、I值，利用Rx＝

求出Rx的平均值．

（2）描绘出U－I图象，利用图线的斜率求出Rx.

2．等效替代法测电阻

实验电路如图所示．

电阻R2保持不变，把待测电阻R和电阻箱R1分别接入电路，如果两次电路中的电流相同，则可以认为待测电阻的阻值R等于此时电阻箱的电阻R1，即R＝R1.

3．用多用电表测电阻

　（2016·全国卷Ⅱ）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．

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．

（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

[思路路线]　

[解析]　

（1）为了使电阻箱调节时，滑动变阻器分得的电压变化很小，分压电路中滑动变阻器的最大阻值越小越好，因此应选用R1.（3）如果认为滑动变阻器分得的电压不变，则调节电阻箱后，电压表两端的电压为2.00V，电阻箱两端的电压为0.5V，根据串联电路的分压原理，

＝

，求得电压表的内阻RV＝4×630.0Ω＝2520Ω.（4）如果此电压表由一个表头与一个电阻串联组成，可知此表头的满偏电流为Ig＝

＝1mA，D项正确．

[答案]　

（1）R1

（2）连线如图所示　（3）2520　（4）D

半偏法测电阻

半偏法测电流表内阻

半偏法测电压表内阻

电路图

原理及步骤

原理：

先让电流通过电流表并使其满偏，然后接上电阻箱R2，并调节它使电流表半偏，由于总电流几乎不变，电流表和R2上各有一半电流通过，意味着它们电阻相等，即为电流表的内阻Rg＝R2.步骤：

①先合下S1，调节R1使电流表指针满偏；②再合下S2，保持电阻R1不变，调节R2使电流表指针半偏，记下R2的值，则Rg＝R2

原理：

先调分压使电压表满偏，然后接上电阻箱R2，并调节它使电压表半偏，由于总电压几乎不变，电压表和R2上电流相同，意味着它们电阻相等，即为电压表的内阻RV＝R2.步骤：

①先合下S，调节R2＝0，再调节R1使电压表指针满偏．②保持变阻器电阻R1不变，调节R2使电压表指针半偏，记下R0的值，有RV＝R2.

电阻测量值

测量值小于真实值

测量值大于真实值

适用条件

R1≫R2

R2≫R1

[熟练强化]

迁移一　“桥式电路法”测电阻

1．（2017·全国卷Ⅱ）某同学利用如图（a）所示的电路测量一微安表（量程为100μA，内阻大约为2500Ω）的内阻．可使用的器材有：

两个滑动变阻器R1、R2（其中一个阻值为20Ω，另一个阻值为2000Ω）；电阻箱Rz（最大阻值为99999.9Ω）；电源E（电动势约为1.5V）；单刀开关S1和S2.C，D分别为两个滑动变阻器的滑片．

（1）按原理图（a）将图（b）中的实物连线．

（2）完成下列填空：

①R1的阻值为________Ω（填“20”或“2000”）．

②为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图（a）中的滑动变阻器的________端（填“左”或“右”）对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近．

③将电阻箱Rz的阻值置于2500.0Ω，接通S1.将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置．最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势________（填“相等”或“不相等”）．

④将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2601.0Ω时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变．待测微安表的内阻为________Ω（结果保留到个位）．

（3）写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：

________________

____________________.

[解析]　

（2）R1起分压作用，应选用最大阻值较小的滑动变阻器，即R1的电阻为20Ω，为了保护微安表，闭合开关前，滑动变阻器R1的滑片C应移到左端，确保微安表两端电压为零；反复调节D的位置，使闭合S2前后微安表的示数不变，说明闭合后S2中没有电流通过，B、D两点电势相等；将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2601.0Ω时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变．说明

＝

，则解得RμA＝2550Ω.（3）要提高测量微安表内阻的精度，可调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程．

[答案]　

（1）连线如图

（2）①20　②左　③相等　④2550

（3）调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程

迁移二　半偏法测电流表内阻

2．某同学要把一个量程为200μA的直流电流计G改装为量程为4V的直流电压表．

（1）他按如图所示的电路，用半偏法测定电流计G的内电阻rg，其中电阻R0约为1kΩ.为使rg的测量值尽量准确，在以下器材中，电源E应选用________，电阻R1应选用________，电阻R2应选用________（选填器材前的字母）．

A．电源（电动势1.5V）

B．电源（电动势6V）

C．电阻箱（0～999.9Ω）

D．滑动变阻器（0～500Ω）

E．电位器（一种可变电阻，与滑动变阻器相当）（0～5.1kΩ）

F．电位器（0～51kΩ）

（2）该同学在开关断开的情况下，检查电路连接无误后，将R2的阻值调至最大．后续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S1

b．闭合S2

c．调节R2的阻值，使电流计指针偏转到满刻度

d．调节R2的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半

e．调节R1的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半

f．调节R1的阻值，使电流计指针偏转到满刻度

（3）如果所得的R1的阻值为300.0Ω，则图中被测电流计G的内阻rg的测量值为________Ω，该测量值________实际值（填“略大于”“略小于”或“等于”）．

（4）给电流计G________联（填“串”或“并”）一个阻值为________kΩ的电阻，就可以将该电流计G改装为量程为4V的电压表．

[解析]　

（1）利用半偏法测量电流计的内阻时，所选滑动变阻器的阻值必须大于电路所需的最小电阻值，根据电源的路端电压等于电源电动势，电路中的最大电流为电流计的满偏电流，则最小电阻值为

Ω＝30kΩ或

Ω＝7.5kΩ，考虑到保护电路电阻R0＝1kΩ，则可知调节滑动变阻器使电流计满偏时滑动变阻器的阻值分别接近29kΩ或6.5kΩ，所以电路图中的滑动变阻器R2不能选择D和E，只能选择F.电流计满偏时，滑动变阻器的阻值越大，实验的误差越小，所以电源应选择电动势为6V的B，而且电位器F的阻值也满足调节所需．R1是用来测量电流计内阻的电阻箱，只能选C.

（2）实验步骤为：

第一步，闭合S2（b）；第二步，调节R2的阻值，使电流计满偏（c）；第三步，闭合S1（a）；第四步，调节R1的阻值，使电流计半偏（e）；第五步，读出R1的示数，此即待测电流计的内阻．

（3）R1的示数即待测电流计的内阻，为300.0Ω.闭合S1后，电路中的总电阻减小，当电流计半偏时，干路电流大于电流计的满偏电流，流过电阻箱的电流大于流过电流计的电流，所以电阻箱的阻值略小于被测电流计的内阻．

（4）给电流计串联一个电阻可以改装成电压表，可得改装后电压表的内阻为RV＝

＝

Ω＝20kΩ，则串联电阻的大小为20kΩ－0.3kΩ＝19.7kΩ.

[答案]　

（1）B　C　F　

（2）b　c　a　e　（3）300.0　略小于　（4）串　19.7

迁移三　伏安法测电阻

3．（2016·浙江卷）某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3V、内阻约为3kΩ的电压表和量程为0.6A、内阻约为0.1Ω的电流表．采用分压电路接线，图1是实物的部分连线图，待测电阻为图2中的R1，其阻值约为5Ω.

（1）测R1阻值的最优连接方式为导线①连接________（填a或b）、导线②连接________（填c或d）．

（2）正确接线测得实验数据如表，用作图法求得R1的阻值为________Ω.

U/V

0.40

0.80

1.20

1.60

2.00

2.40

I/A

0.09

0.19

0.27

0.35

0.44

0.53

（3）已知图2中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R2的边长是R1的

，若测R2的阻值，则最优的连线应选________（填选项）．

A．①连接a，②连接cB．①连接a，②连接d

C．①连接b，②连接cD．①连接b，②连接d

[解析]　

（1）因电压表的内阻远大于待测电阻R1的阻值，则电流表采用外接法，而滑动变阻器应采用分压式接法，故测R1阻值的最优连接方式为导线①连接a，导线②连接d；

（2）建立坐标系描点连线如图所示，则R1＝

＝

Ω≈4.5Ω；

（3）根据电阻定律可得，R＝ρ

＝

，故R2＝R1，要测R2的阻值，与测量R1一样，最优的连线应①连接a，②连接d，选项B正确．

[答案]　

（1）a　d

（2）见解析图　4.5（4.4～4.7）　（3）B

考向三　描绘小灯泡的伏安特性曲线

[归纳提炼]

1．小灯泡电阻较小，为了减小误差，电流表采用外接法，为了使小灯泡两端的电压能从零开始连续变化，滑动变阻器应采用分压接法．

2．实验过程中为了减小误差，电压表量程要进行变换．U≤3V时，采用0～3V量程；U>3V时，采用0～15V量程．

3．闭合开关前，滑动变阻器滑动触头应移到使开关闭合时小灯泡两端的电压为零的位置．

4．画U－I图线时，要用平滑曲线连接，舍弃偏离较远的点．

　（2017·全国卷Ⅰ）某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：

小灯泡L（额定电压3.8V，额定电流0.32A）；电压表

（量程3V，内阻3kΩ）；电流表Ⓐ（量程0.5A，内阻0.5Ω）；固定电阻R0（阻值1000Ω）；滑动变阻器R（阻值0～9.0Ω）；电源E（电动势5V，内阻不计）；开关S；导线若干．

（1）实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．

（2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图（a）所示．由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________（填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率________（填“增大”“不变”或“减小”）．

（3）用另一电源E0（电动势4V，内阻1.00Ω）和题给器材连接成图（b）所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为________W．（结果均保留2位小数）

[思路点拨]　

（1）如何满足0～3.8V的电压测量范围．

（2）根据伏安特性曲线求“工作点”．

[解析]　

（1）要实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，则滑动变阻器需要设计成分压接法；电压表

应与固定电阻R0串联，将量程改为4V．由于小灯泡正常发光时电阻约为12Ω，所以需将电流表外接．

（2）由小灯泡伏安特性曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻增大．根据电阻定律可知，灯丝的电阻率增大．（3）当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0Ω时，流过小灯泡的电流最小，小灯泡的实际功率最小，把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分，在题图（a）中画出等效电源E0′（电动势4V，内阻1.00Ω＋9.0Ω＝10Ω）的伏安特性曲线，函数表达式为U＝4－10I，图线如图中Ⅰ所示，故小灯泡的最小功率为Pmin＝U1I1＝1.75×0.225W≈0.39W．当滑动变阻器接入电路中的阻值最小为零时，流过小灯泡的电流最大，小灯泡的实际功率最大，在题图（a）中画出电源E0（电动势4V，内阻1.00Ω）的伏安特性曲线，函数表达式为U＝4－I，图线如图中Ⅱ所示，故小灯泡的最大功率为Pmax＝U2I2＝3.68×0.318W≈1.17W.

[答案]　

（1）实验电路原理图如图所示

（2）增大　增大

（3）0.39　1.17

小灯泡的电阻随电流的增加而增大，要计算其实际电功率和工作电阻，需要利用图象求解.在灯泡或热敏电阻等伏安特性曲线或相应图象上画出表示电源或等效电源的伏安特性曲线，两图线的交点即为工作点，根据交点对应的纵横坐标值得出灯泡或热敏电阻等两端的电压和通过的电流，利用P＝UI得出实际消耗的电功率.

[熟练强化]

1．（2016·重庆六校联考）某学习小组欲描绘小灯泡的伏安特性曲线，现提供下列器材：

A．电压表V（量程6V，内阻约6kΩ）

B．电流表A（量程0.6A，内阻约10Ω）

C．电阻箱R1（0～999.9Ω）

D．定值电阻R2＝200Ω

E．定值电阻R3＝100Ω

F．滑动变阻器R4（0～10Ω）

G．滑动变阻器R5（0～100Ω）

H．规格为“6V　6W”的待测灯泡

I．电源E（电动势约12V，内阻较小）

J．开关、导线若干

（1）某同学根据实验原理，将电流表的量程由0.6A扩大至1.0A，首先采用了如图1所示的电路测量电流表内阻．闭合开关S1，反复调节电阻箱阻值，当R1＝19.0Ω时，发现闭合和打开开关S2时电压表指针指示值相同，则电流表的内阻RA＝________Ω.若忽略偶然误差，从理论上分析，实验测得的电流表内阻值________（选填“大于”、“小于”或“等于”）真实值．

（2）图2是测量灯泡电流随电压变化的实物电路，请你用笔画线代替导线完成电路连接（要求在闭合开关前，滑动变阻器滑动头置于最左端）．

（3）实验中，滑动变阻器应选择________（选填“R4”或“R5”）．

[解析]　

（1）根据题意可知，当R1＝19.0Ω时，S2闭合的情况下，没有电流通过开关S2（此时，电阻箱R1、定值电阻R2和R3、电流表构成“电桥”），则有

＝

（“电桥原理”），得RA＝

＝

Ω＝9.5Ω.从理论上分析，RA＝

是没有系统误差的，实验测得电流表内阻值等于真实值．

（2）正常工作时灯泡的电阻R0＝

Ω＝6Ω，电流表改装后的内阻RA0＝

Ω＝5.7Ω，则R0≈RA0，所以采用电流表外接法；由于要描绘灯泡的伏安特性曲线，灯泡的电压需要从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法；为保证开关闭合时，灯泡两端的电压最小，灯泡应与滑动变阻器左下接线柱连接．（3）因滑动变阻器采用分压式接法，为便于调节，应选用最大阻值较小的R4.

[答案]　

（1）9.5　等于　

（2）如图所示　（3）R4

2．（2015·福建卷）某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大