高二上学期期末考试物理复习学案4电学实验一.docx
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高二上学期期末考试物理复习学案4电学实验一
第4讲 电学实验
（一）
考
点
导
航
1．掌握电学基本仪器的使用及读数。
2．电学实验以及相关电路的设计，几乎是每年高考必考的内容.，也是每年保送题的必考内容。
1、测定金属丝的电阻率
1．螺旋测微器：
⑴构造：
如图所示是常用的螺旋测微器．它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，旋钮D、微调旋钮D′和可动刻度E、测微螺杆F连在一起，通过精密螺纹套在B上．
⑵原理：
测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退mm.即螺旋测微器的精确度为0.01mm.读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺．
⑶读数：
测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出．测量值（mm）=固定刻度数（mm）（注意半毫米刻度线是否露出）+可动刻度数（估读一位）×0.01（mm）．螺旋测微器需要估读，记录数据的最后一位数字为估计数字，读数和记数时估计位为有效数字的最后一位，如图所示，固定刻度示数为2.0mm，不足半毫米从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：
2.0mm+15.0×0.01mm
=mm．
2．游标卡尺：
⑴构造：
如图所示，主尺、游标尺（主尺和游标尺上各有一个内外测量爪）、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉．
⑵用途：
测量厚度、、深度、、外径．
⑶原理：
利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成．不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1mm．常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，其读数见下表：
刻度格数（分度）
刻度总长度
每小格与1mm的差值
精确度（可准确到）
10
9mm
0.1mm
0.1mm
20
19mm
0.05mm
0.05mm
50
49mm
0.02mm
0.02mm
⑷读数：
若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为（x+K×精确度）mm．游标卡尺的读数应注意：
①看清精确度：
例如图所示．
②区分零刻度与标尺最前端
3．伏安法测电阻：
⑴电流表、电压表的连接
电流表内接法
电流表外接法
电路图
误差原因
电流表分压U测＝
电压表分流I测＝
电阻的测量值
R测=U测/I测=＞Rx
测量值大于真实值
R测=U测/I测=＜Rx
测量值小于真实值
适用条件
RARx
RVRx
口诀
大内大：
大电阻用内接法测量，测量值偏大
小外小：
小电阻用外接法测量，测量值偏小
⑵伏安法测电阻的电路选择：
①阻值比较法：
先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法；②临界值计算法：
RV/Rx>Rx/RA时，用电流表外接法；Rx/RA>RV/Rx时，用电流表内接法；③实验试探法：
按图接好电路，让电压表接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法．
4．探究决定导线电阻的因素
⑴实验目的：
①掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法；②掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法；③学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率．
⑵实验原理：
由R=ρl/S得ρ=，因此，只要测出金属丝的长度l，横截面积S和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ．把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R（R=U/I）．电路原理如图所示．用毫米刻度尺测量金属丝的长度l，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积S；将测量的数据代入公式ρ=RS/l求金属丝的电阻率．
⑶实验器材：
被测金属丝、、、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干．
⑷实验步骤：
①直径测定：
用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S=；②电路连接：
按实验电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路；③长度测量：
用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l；④U、I测量：
把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S；⑤拆去实验线路，整理好实验器材．
⑸数据处理：
①在求Rx的平均值时可用两种方法：
用Rx=U/I分别算出各次的数值，再取平均值；用U－I图线的斜率求出．②计算电阻率：
将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式ρ=RS/l=．
⑹误差分析：
①金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一；②采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值真实值，使电阻率的测量值；③金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差；④由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率，造成测量误差．
⑺注意事项：
①本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表接法；②实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属导线的两端；③测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线连接入电路
的之间的长度，亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值；④测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值；⑤闭合开头S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置；⑥在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I不宜过大（电流表用0～0.6A量程），通电时间不宜过，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大；⑦求R的平均值时可用两种方法：
第一种是用R=U/I算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象（U–I图线）来求出．若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑．
2、描绘小灯泡的伏安特性曲线
1．实验目的：
描绘小电珠的伏安特性曲线；分析伏安特性曲线的变化规律．
2．实验原理：
用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组（U，I）值，在U–I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来．电流表外接：
因为小电珠的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；滑动变阻器采用式：
使电压能从零开始连续变化．
3．实验器材：
小电珠（3.8V0.3A）或（2.5V0.6A）一个、电压表（0～3V～15V）与电流表（0～0.6A～3A）各一个、滑动变阻器（最大阻值20Ω）一个、学生低压直流电源（或电池组）、开关一个、导线若干、、铅笔．
4．实验步骤：
⑴确定电流表、电压表的量程，采用电流表接法，滑动变阻器采用式接法，按图中的原理图连接好实验电路．
⑵把滑动变阻器的滑片调节到图中最端，接线经检查无误后，闭合开关S．
⑶移动滑动变阻器滑片位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S．
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
U/V
I/A
⑷拆除电路，整理仪器．
5．数据处理：
⑴在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，建立坐标系．
⑵在坐标纸上描出各组数据所对应的点（坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜）．
⑶将描出的点用的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线．
6．误差分析：
由于电压表、电流表不是理想电表，电表对电路的影响会带来误差；电流表、电压表的带来误差，要严格按照读数规则读数；在坐标纸上描点、作图带来误差．
7．注意事项：
⑴电路的连接方式：
①电流表应采用接法：
因为小电珠（3.8V,0.3A）的电阻很小，与0～0.6A的电流表串联时，电流表的影响很大．②滑动变阻器应采
用式连接：
目的是使小电珠两端的电压能从开始变化．
⑵闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为的一端，使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝．
⑶I–U图线在U0=1.0V左右将发生明显弯曲，故在U=1.0V左右绘点要密，以防出现较大误差．
⑷电流表选择0.6A量程，电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定，即使用的若是“3.8V0.3A”的小电珠，选用电压表的15V量程；若使用“2.5V0.6A”的小电珠，则选用电压表的3V量程．
⑸当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录I后马上断开开关．
⑹误差较大的点要舍去，I–U图线应是平滑曲线而非折线．
〖考点1〗读数问题
例1．⑴如图（甲）所示的两把游标卡尺，它们的游标尺自左至右分别为9mm长10等分、19mm长20等分，它们的读数依次为________mm，________mm.
⑵使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径，示数如图（乙）所示，则a、b金属丝的直径分别为________mm，________mm.
〖考点2〗器材、电路的选择及实物连线
例2．在“测定金属导体的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5Ω，实验室备有下列实验器材：
A．电压表V1：
量程0～3V，内阻约为15kΩ
B．电压表V2：
量程0～15V，内阻约为75kΩ
C．电流表A1：
量程0～3A，内阻约为0.2Ω
D．电流表A2：
量程0～0.6A，内阻约为11Ω
E．变阻器R1：
0～100Ω，0.6A
F．变阻器R2：
0～2000Ω，0.1A
G．电池组E：
电动势为3V，内阻约为0.3Ω
H．开头S，导线若干
⑴为减小实验误差，应选用的实验器材有（填代号）
⑵为减小实验误差，应选用图甲中________（填a或b）为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把图乙中的实物图用线连接起来；
⑶若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图丙所示，则金属丝的直径为________mm，电阻值为________Ω．
〖考点3〗伏安法测电阻（或电阻率）
例3．在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准．待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm．
⑴用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图所示，其读数应为_______
_mm（该值接近多次测量的平均值）．
⑵用伏安法测金属丝的电阻Rx．实验所用器材为：
电池组（电动势3V，内阻约1Ω），电流表（内阻约0.1Ω）、电压表（内阻约3kΩ）、滑动变阻器R（0～20Ω，额定电流2A）、开关、导线若干．某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.10
0.30
0.70
1.00
1.50
1.70
2.30
I/A
0.020
0.060
0.160
0.220
0.340
0.460
0.520
由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图中的________图（选填“甲”或“乙”）．
⑶上图是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端．请根据⑵所选的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏．
⑷这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点．请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出UI图线，由图线得到金属丝的阻值Rx=________Ω（保留两位有效数字）．
⑸根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________（填选项前的符号）
A．1×10－2Ω·mB．1×10－3Ω·mC．1×10－6Ω·mD．1×10－8Ω·m
⑹任何实验测量都存在误差．本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的选项是________（有多个正确选项）
A．用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差
B．由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差
C．若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差
D．用UI图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差
〖考点4〗“替代法”测电阻
例4．为了测量一微安表头A的内阻，某同学设计了如图所示的电路．图中A0是标准电流表，R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱，S和S1分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关，E是电池．完成下列实验步骤：
⑴将S拨向接点1，接通S1，调节________，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时________的读数I；
⑵然后将S拨向接点2，调节________，使________，记下此时RN的读数；
⑶多次重复上述过程，计算RN读数的________，此即为待测微安表头内阻的测量值．
〖考点5〗实物连线及数据处理
例5．一实验小组准备探
究某种元件Q的伏安特性曲线
，他们设计了如图1甲所示的电路图．
序
号
电压/V
电流/A
1
0
0
2
0.40
0.02
3
0.80
0.05
4
1.20
0.12
5
1.60
0.20
6
2.00
0.31
7
2.40
0.44
⑴请将图乙中的实物连线按电路图补充完整．
⑵考虑电表内阻的影响，该元件电阻的测量值________（选填“大于”、“等于”或“小于”）真实值．
⑶闭合开关S，电流表、电压表均有示数，但无论怎样移动变阻器滑片，总不能将电压表的示数调为零．原因可能是图中的________（选填“a”、“b”、“c”、“d”、“e”或“f”）处接触不良．
⑷
实验测得表格中的7组数据．请在坐标纸上作出该元件的I–U图线．
⑸为了求元件Q在I–U图线上某点的电阻，甲同学利用该点的坐标I、U，由R=U/I求得．乙同学作出该点的切线，求出切线的斜率k，由R=1/k求得．其中________（选填“甲”或“乙”）同学的方法正确．
〖考点6〗实验原理及其操作
例6．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，2.5的小灯泡，导线和开关外，还有：
A．直流电源：
电动势约为5V，内阻可不计B．直流电流表：
量程0～3A，内阻约为0.1Ω
C．直流电流表：
量程0～600mA
，内阻约为5ΩD．直流电压表：
量程0～15V，内阻约为15kΩ
E．直流电压表：
量程0～5V，内阻约为10kΩF．滑动变阻器：
10Ω，2A
G．滑动变阻器：
1kΩ0.5A
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据．
⑴实验中电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用______
⑵请按要求将图中所示的器材连成实验电路．
⑶某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图所示．现把实验中使用的小灯泡接到如图所示的电路中，其中电源电动势E=6V，内阻r=1Ω，定值电阻R=9Ω，此时灯泡的实际功率为________W．（结果保留两位有效数字）
1、鉴赏高考
1．（2015课标一23）图（a）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。
（1）己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0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、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（b）的电路可以判断出损坏的电阻。
图（b）中的Rʹ为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图（a）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：
。
2．（2015课标二23）电压表满偏时通过该表的电流是半偏是通过该表的电流的两倍。
某同学利用这一事实测量电压表的内阻（半偏法），实验室提供材料器材如下：
待测电压表
（量程3V，内阻约为3000欧），电阻箱R0（最大阻值为99999.9欧），滑动变阻器R1（最大阻值100欧，额定电流2A），电源E（电动势6V，内阻不计），开关2个，导线若干。
（1）虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整。
（2）根据设计的电路，写出实验步骤：
。
（3）将这种方法测出的电压表内阻记为Rʹv，与电压表内阻的真实值Rv相比，RʹvRv（填“>”“=”或“<”），主要理由是。
3．（2016课标一23）现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，当要求热敏电阻的温度达到或超过60°C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
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
（最大阻值为1000Ω），滑动变阻器
（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，
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的升高而减小，在60°C时阻值为650.0Ω。
（1）在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
（2）在电路中应选用滑动变阻器________（填“
”或“
”）。
（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。
4．（2017课标一23）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
V（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）
2、感悟保送
1．（201416）有一个小灯泡上标有“4V，2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I-U图线。
现有下列器材供选用：
A.电压表（0~5V，内阻约10kΩ）
B.电压表（0~15V，内阻约20kΩ）
C.电流表（0~3A，内阻约1Ω）
D.电流表（0~0.6A，内阻约0.4Ω）
E.滑动变阻器（10Ω，2A）
F.滑动变阻器（500Ω，1A）
G.学生电源（直流6V）、开关、导线若干
（1）实验中所用电压表应选，电流表应选用，滑动变阻器应选用。
（填写器材前的代码）
（2）在虚线框内画出实验电路图，并根据所画电路图进行实物连接。
（3）试将如图所示的器材连成实物电路。
（4）利用实验数据绘出小灯泡的伏安特性曲线如图（乙）所示，分析曲线说明小灯泡电阻变化的特点：
（5）若把电器元件Z和小灯泡接入如图（丙）所示的电路中时，通过Z的电流为0.22A，已知A、B两端电压恒为2.5V，则此时灯泡L的功率约为W（保留两位有效数字）
2．（201516）实验室里有一捆铜导线，某同学在学习了电阻定律之后想通过实验测定这捆导线的实际长度。
（1）该同学想利用伏安法测出这捆铜导线的电阻，为了设计电路，先用多用电表的欧姆挡粗测导线的电阻，采用“×10”挡，调零后进行测量时发现指针偏角非常大，进一步测量应换用挡，调零后测量。
（2）该同学进一步利用如图所示电路测这捆铜导线的电阻Rx，可供使用的器材有：
电流表：
量程0.6A，内阻约0.2Ω，电压表：
量程3V，内阻约9kΩ，滑动变阻器R1:
最大阻值10Ω滑动变阻器R2：
最大阻值100Ω电源：
三节干电池。
开关导线若干。
回答下列问题：
（1）实验中滑动变阻器应选______（填R1或R2），闭合开关S前应将滑片移至_____端（填a或b）。
（2）调节滑动变阻器，当电压表读数为1.7V时，电流表读数为0.50A，则这捆导线电阻测量值为Ω，由于实验中所用电表不是理想电表，电阻测量值比真实值偏
（3）该同学刮去一小段铜导线的包皮，用螺旋测微器测量铜芯的直径。
为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧如图所示的部件（选填“A”、“B”、“C”或“D”）。
从图中的示数可读出铜芯的直径为mm。
（4）该同学查得铜的电阻率为
，再利用上面所测的数值，可算出这捆导线实际长度为m（结果保留三位有效数字）。
2016年题组
1．某学习小组用伏安法测量一未知电阻Rx的阻值，给定器材及规格为：
电流表A（量程为0～5mA，内阻约为10Ω）
电压表V（量程
为0～3V，内阻约为3kΩ）
最大阻值约为100Ω的滑动变阻器
电源E（电动势约3V）
开
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