2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí)講義 第7章 加強(qiáng)1講 電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的處理.doc

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2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí)講義 第7章 加強(qiáng)1講 電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的處理 一、明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模畬忣}時(shí)要看清題目要求測定什么物理量，驗(yàn)證、探究什么物理規(guī)律，或者要求設(shè)計(jì)達(dá)到何種標(biāo)準(zhǔn)的電路． 二、測量電路的選擇 三、控制電路的選擇：控制電路即滑動(dòng)變阻器在電路中的連接，常有兩種不同的形式，圖7－7－3甲為限流式，圖乙為分壓式． 甲　　　　　　　　乙 圖7－7－3 在具體實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器是采用分壓式還是限流式，可按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷： 1．負(fù)載電阻的阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器總電阻R，需用分壓式電路． 2．要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，需用分壓式電路． 3．負(fù)載電阻的阻值Rx小于滑動(dòng)變阻器的總電阻R或相差不多，并且電壓、電流表示數(shù)變化不要求從零起調(diào)，可采用限流式． 4．兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃ㄏ牡目偣β瘦^?。? 四、實(shí)驗(yàn)器材的選擇 1．安全因素 通過電源、電表、電阻的電流不能超過允許的最大電流． 2．誤差因素 選擇電表時(shí)，保證電流和電壓均不超過其量程．使指針有較大偏轉(zhuǎn)(一般取滿偏度的～)；使用歐姆表選擋時(shí)讓指針盡可能在中值刻度附近． 3．便于操作 選滑動(dòng)變阻器時(shí)，在滿足其他要求的前提下，可選阻值較小的． 4．實(shí)驗(yàn)的實(shí)際要求． 　中國機(jī)器人農(nóng)民發(fā)明家吳玉祿(被譽(yù)為中國的特斯拉)只有小學(xué)文化，為了給他的機(jī)器人吳老二找一個(gè)可充電電池．他在廢品站找到了一個(gè)像電池一樣有兩個(gè)電極的裝置，上面標(biāo)有“TNT”字樣，他高興地拿回去充電，結(jié)果差點(diǎn)丟了性命．如果你是他的兒女，為了安全起見，你能給他提出一些建議或幫助嗎？ (1)經(jīng)上網(wǎng)查找這是只工業(yè)電雷管，由電能轉(zhuǎn)化成熱能而引發(fā)爆炸的，利用了電流的熱效應(yīng)．給你一個(gè)多用電表你會(huì)選擇________(直流電流、直流電壓、歐姆)擋來判斷它是否為電池，可保證既安全又方便． (2)經(jīng)核實(shí)該電雷管全電阻阻值為6 Ω，其中電熱絲阻值為5 Ω，引腳線長2 m，阻值為1 Ω，當(dāng)通以0.45 A電流時(shí)約6 s鐘爆炸，若吳玉祿用5.4 V的電壓給它充電時(shí)理論上約________s鐘爆炸． (3)某興趣小組發(fā)揚(yáng)吳玉祿精神，用伏安法設(shè)計(jì)了一實(shí)驗(yàn)精確測量上述單只電雷管電阻的電路，準(zhǔn)備了以下實(shí)驗(yàn)器材：待測電雷管Rx，炸藥桶(保護(hù)作用，防爆破) 電流表A1：量程0.5 A、內(nèi)阻約0.5 Ω 電流表A2：量程30 mA，內(nèi)阻約30 Ω 電壓表V1：量程30 V、內(nèi)阻約10 kΩ 電壓表V2：量程2 V、內(nèi)阻約3 kΩ 滑動(dòng)變阻器R：0～10 Ω 電阻箱R0：0～999.9 Ω，0.1 A 干電池E：電動(dòng)勢E＝1.5 V，內(nèi)阻r約0.1 Ω 電鍵S及導(dǎo)線若干 ①請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)較合理的電路原理圖，畫在規(guī)定的虛線框內(nèi)，要求通過電雷管的電流不超過27 mA，電壓能從零調(diào)節(jié)，盡可能減小誤差． ②寫出Rx的計(jì)算公式Rx＝________；說明公式中各物理量的意義：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 【解析】　(1)由直流電壓擋的內(nèi)阻較大，如是電池，能顯示電壓，電流較??；如是TNT，直流電壓擋不會(huì)給它供電，也是安全的；如用歐姆擋測試，多用電表內(nèi)部電池會(huì)給TNT供電，可能有危險(xiǎn)；所以應(yīng)選直流電壓擋． (2)由焦耳定律：IRt1＝()2Rt′，解得t′＝1.5 s. (3)①由于要求電雷管的電流不超過27 mA，因此電流表應(yīng)選A2，且應(yīng)給待測電雷管串聯(lián)電阻箱作限流電阻．電壓表V1量程過大，應(yīng)選V2，且電流表應(yīng)外接，滑動(dòng)變阻器應(yīng)用分壓式，電路圖如圖所示． ②由歐姆定律知Rx＝－R0，其中，U為電壓表示數(shù)，I為電流表示數(shù)，R0為電阻箱讀數(shù)． 【答案】　(1)直流電壓　(2)1.5　(3)①見解析圖?、冢璕0，其中U為電壓表示數(shù)，I為電流表示數(shù)，R0為電阻箱讀數(shù) 考點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理方法的遷移運(yùn)用 一、實(shí)驗(yàn)方法遷移 基本的實(shí)驗(yàn)方法包括：實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)方法、實(shí)驗(yàn)誤差的控制方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，將基本的實(shí)驗(yàn)方法和物理原理合理遷移，可設(shè)計(jì)出測量不同的物理量、可探究不同問題的實(shí)驗(yàn)方案．教材中所學(xué)過的物理規(guī)律、物理公式中只要含有某一物理量，則該規(guī)律、公式就可作為研究或測定該物理量的原理基礎(chǔ)而進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)．如用伏安法測電阻，R＝，也可遷移到測電壓表內(nèi)阻和電流表內(nèi)阻上去． 二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的遷移 數(shù)據(jù)探究性實(shí)驗(yàn)的主要功能是通過實(shí)驗(yàn)提供的數(shù)據(jù)信息，分析各數(shù)據(jù)中的內(nèi)在聯(lián)系，找出數(shù)據(jù)中所包含的物理規(guī)律．常用的數(shù)據(jù)處理方法(如平均值法、圖象法、逐差法、比較法等)和誤差分析方法應(yīng)該掌握． 　常用的電流表有內(nèi)阻，現(xiàn)要測量電流表G1的內(nèi)阻r1，電路如圖7－7－4所示．供選擇的儀器如下： 圖7－7－4 A．待測電流表G1(0～5 mA，內(nèi)阻約300 Ω) B．電流表G2(0～10 mA，內(nèi)阻約100 Ω) C．定值電阻R1(30 Ω) D．定值電阻R2(300 Ω) E．定值電阻R3(3 kΩ) F．滑動(dòng)變阻器R4(0～20 Ω) G．電源(電動(dòng)勢6.0 V，內(nèi)阻不計(jì)) H．開關(guān)S及導(dǎo)線若干 (1)電路中與電流表G1并聯(lián)的電阻應(yīng)選________，保護(hù)電阻應(yīng)選用________(請(qǐng)?zhí)顚懫鞑那暗淖帜感蛱?hào))． (2)根據(jù)電路圖在圖7－7－5中連接實(shí)物圖，要求閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P處于正確位置． 圖7－7－5 圖7－7－6 (3)補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)步驟： ①按電路圖連接電路； ②閉合開關(guān)S，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P至某一位置，記錄G1、G2的讀數(shù)I1、I2； ③________________________________________________________________________； ④以I1為縱軸，I2為橫軸，作出相應(yīng)圖象如圖7－7－6所示． (4)根據(jù)I1－I2圖線的斜率k及定值電阻，寫出電流表G1內(nèi)阻的表達(dá)式r1＝________. 【解析】　(1)由于G2的量程為0～10 mA，而G1的量程為0～5 mA，則與G1并聯(lián)的電阻分流大約是0～5 mA，應(yīng)與G1的內(nèi)阻相當(dāng)，因此應(yīng)選R2，即D.保護(hù)電阻如過大，則導(dǎo)致G1、G2示數(shù)很小，或指針不偏轉(zhuǎn)，因此應(yīng)選R1，即C. (2) (3)多次移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，記錄相應(yīng)的G1、G2讀數(shù)I1、I2. (4)從電路可知：(I2－I1)R2＝I1r1，即I1＝I2，即＝k，所以r1＝R2. 【答案】　(1)D　C (2)見解析圖 (3)多次移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，記錄相應(yīng)的G1、G2讀數(shù)I1、I2 (4)R2 　(xx東北三校聯(lián)考)某同學(xué)要用電阻箱和電壓表測量某水果電池組的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，考慮到水果電池組的內(nèi)阻較大，為了提高實(shí)驗(yàn)的精確度，需要測量電壓表的內(nèi)阻．實(shí)驗(yàn)中恰好有一塊零刻度在中央的雙向電壓表，該同學(xué)便充分利用這塊電壓表，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)該電壓表的內(nèi)阻的測量，又能利用該表完成水果電池組電動(dòng)勢和內(nèi)阻的測量．他用到的實(shí)驗(yàn)器材有： 待測水果電池組(電動(dòng)勢約4 V，內(nèi)阻約50 Ω)、雙向電壓表(量程為2 V，內(nèi)阻約為2 kΩ)、電阻箱(0～9 999 Ω)、滑動(dòng)變阻器(0～200 Ω)，一個(gè)單刀雙擲開關(guān)及若干導(dǎo)線． 圖7－7－7 (1)該同學(xué)按如圖所示7－7－7電路圖連線后，首先測出了電壓表的內(nèi)阻．請(qǐng)完善測量電壓表內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)步驟． ①將R1的滑動(dòng)觸片滑至最左端，將S撥向1位置，將電阻箱阻值調(diào)為0； ②調(diào)節(jié)R1的滑動(dòng)觸片，使電壓表示數(shù)達(dá)到滿偏； ③保持________不變，調(diào)節(jié)R2，使電壓表的示數(shù)達(dá)到________； ④讀出電阻箱的阻值，記為R2，則電壓表的內(nèi)阻RV＝________. (2)若測得電壓表內(nèi)阻為2 kΩ，可分析此測量值應(yīng)________真實(shí)值．(選填“大于”“等于”或“小于”) (3)接下來測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①將開關(guān)S撥至________(選填“1”或“2”)位置，將R1的滑動(dòng)觸片移到最________端，不再移動(dòng)； ②調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電壓表的示數(shù)達(dá)到一個(gè)合適值，記錄下電壓表的示數(shù)和電阻箱的阻值； ③重復(fù)第二步，記錄多組電壓表的示數(shù)及對(duì)應(yīng)的電阻箱的阻值． (4)若將電阻箱與電壓表并聯(lián)后的阻值記錄為R，作出與圖象，則可消除系統(tǒng)誤差，如圖7－7－8所示，其中截距為b，斜率為k，則電動(dòng)勢的表達(dá)式為________，內(nèi)阻的表達(dá)式為________． 圖7－7－8 【解析】　(1)由題圖可知，將S撥向1位置，滑動(dòng)變阻器R1在電路中為分壓式接法，利用電壓表的半偏法得：調(diào)節(jié)R1使電壓表滿偏，保持R1不變，R2與電壓表串聯(lián)，調(diào)節(jié)R2使電壓表的示數(shù)達(dá)到半偏(或最大值的一半)，電壓表的內(nèi)阻RV與電阻箱示數(shù)R2相同． (2)由閉合電路歐姆定律可知，調(diào)節(jié)R2變大使電壓表達(dá)到半偏的過程中，總電阻值變大，干路總電流變小，由E＝Ir＋U外得：U外變大，由電路知：U外＝U并＋U右，變阻器的滑動(dòng)觸片右側(cè)電壓U右＝IR右變小，則U并變大，電壓表半偏時(shí)，R2上的電壓就會(huì)大于電壓表上的電壓，那么R2的阻值就會(huì)大于電壓表的阻值． (3)測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，利用伏阻法，S撥到2，同時(shí)將R1的滑動(dòng)觸片移到最左側(cè)． (4)由歐姆定律得E＝U＋r，變形得＝＋，＝k，＝b，得E＝，r＝. 【答案】　(1)③R1　半偏(或最大值的一半)?、躌2 (2)大于　(3)①2　左　(4)E＝　r＝ 1．(xx新課標(biāo)全國卷Ⅱ)某同學(xué)用量程為1 mA、內(nèi)阻為120 Ω的表頭按圖7－7－9甲所示電路改裝成量程分別為1 V和1 A的多用電表．圖中R1和R2為定值電阻，S為開關(guān)．回答下列問題： 甲　　　　　　　　　　　乙　　 圖7－7－9 (1)根據(jù)圖甲所示的電路，在圖乙所示的實(shí)物圖上連線． (2)開關(guān)S閉合時(shí)，多用電表用于測量________(選填“電流”“電壓”或“電阻”)；開關(guān)S斷開時(shí)，多用電表用于測量________(選填“電流”“電壓”或“電阻”)． (3)表筆A應(yīng)為________色(填“紅”或“黑”)． (4)定值電阻的阻值R1＝________Ω，R2＝________Ω.(結(jié)果取3位有效數(shù)字) 【解析】　 將表頭改裝成電壓表時(shí)，需串聯(lián)一電阻進(jìn)行分壓，而改裝成電流表時(shí)則需并聯(lián)一電阻分流，因此閉合開關(guān)后，并聯(lián)上R1改裝成一電流表，斷開開關(guān)，表頭與R2串聯(lián)則改裝成一電壓表．多用電表內(nèi)部表頭的正極在右側(cè)，即電流應(yīng)從表筆B流入，從表筆A流出，則表筆A為黑色．當(dāng)斷開S時(shí)，Ig(R2＋r)＝Um，解得R2＝880 Ω.當(dāng)閉合S時(shí)，Ig(R2＋r)＝(I－Ig)R1，解得R1≈1.00 Ω. 【答案】　(1)如圖所示　(2)電流　電壓　(3)黑 (4)1.00　880 2．某同學(xué)將完好的儀器連接成如圖7－7－10所示電路(其中滑動(dòng)變阻器的連線沒有畫出)，用來探究小燈泡電阻與電壓的關(guān)系． 圖7－7－10 (1)閉合開關(guān)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，無論怎樣移動(dòng)滑片P，電壓表和電流表的示數(shù)都不為零，但始終沒有變化．則該同學(xué)把滑動(dòng)變阻器接入電路中的方式可能是________(填寫選項(xiàng)代號(hào))． a．G與C相連，F(xiàn)與H相連 b．G與C相連，D與H相連 c．G與E相連，F(xiàn)與H相連 d．G與E相連，D與H相連 (2)在圖中將滑動(dòng)變阻器正確接入電路中，要求：燈泡兩端的電壓可以從零開始進(jìn)行調(diào)節(jié)． (3)在正確操作下，該同學(xué)得到燈絲兩端電壓U和對(duì)應(yīng)電阻R的數(shù)據(jù)如下表： U/V 1.0 2.0 3.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 R/Ω 2.1 3.0 3.8 4.4 5.2 5.6 5.9 6.0 ①根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖7－7－11中描出R－U圖線： 圖7－7－11 ②根據(jù)圖線，可以得到燈絲在未通電時(shí)的阻值約為________Ω. 【答案】　(1)bc (2)如圖所示 (3)①如圖所示 ②1.0(0.9～1.2均可) 3．某同學(xué)想利用所學(xué)知識(shí)測量某種圓柱形材料的電阻率，實(shí)驗(yàn)要求必須精確測出該段材料的阻值．除了導(dǎo)線和開關(guān)外，實(shí)驗(yàn)室還備有以下器材可供選用： 電流表A1，量程1 A，內(nèi)阻r1約0.5 Ω 電流表A2，量程30 mA，內(nèi)阻r2約200 Ω 電壓表V1，量程6 V，內(nèi)阻Rv1等于20 kΩ 電壓表V2，量程10 V，內(nèi)阻Rv2約30 kΩ 滑動(dòng)變阻器R1,0～20 Ω，額定電流2 A 滑動(dòng)變阻器R2,0～2 000 Ω，額定電流1 mA 電源E(電動(dòng)勢為12 V，內(nèi)阻r約2 Ω) (1)請(qǐng)選擇合適的器材，設(shè)計(jì)出便于精確測量的電路圖畫在虛線框中，其中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________． (2)若選用其中一組電表的數(shù)據(jù)，設(shè)該段圓柱形材料的長為L，直徑為d，由以上實(shí)驗(yàn)得出這種材料電阻率的表達(dá)式為________，式中符號(hào)的含義為________． 【解析】　(1)由于V1的阻值已知，可當(dāng)電流表使用，故可以采用將待測材料與V1串聯(lián)再與V2并聯(lián)，由于滑動(dòng)變阻器阻值遠(yuǎn)小于待測電阻的阻值，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法，為調(diào)節(jié)方便選用小阻值的R1，電路圖如圖所示． (2)由電路圖知，Rx＝，IV1＝，又Rx＝ρ，聯(lián)立得ρ＝，式中U1表示電壓表V1的示數(shù)，U2表示電壓表V2的示數(shù)． 【答案】　(1)電路圖見解析圖　R1　(2)ρ＝　U1表示電壓表V1的示數(shù)，U2表示電壓表V2的示數(shù) 4. 圖7－7－12 現(xiàn)有一特殊電池，它的電動(dòng)勢E約為9 V，內(nèi)阻r約為40 Ω，已知該電池允許輸出的最大電流為50 mA.為了測定這個(gè)電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，某同學(xué)利用如圖7－7－12所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖中電流表的內(nèi)阻RA已經(jīng)測出，阻值為5 Ω，R為電阻箱，阻值范圍為0～999.9 Ω，R0為定值電阻，對(duì)電路起保護(hù)作用． 圖7－7－13 (1)實(shí)驗(yàn)室備有的定值電阻R0共有以下幾種規(guī)格． A．10 Ω　　　B．50 Ω　　　C．150 Ω　　　D．500 Ω 本實(shí)驗(yàn)選用哪一種規(guī)格的定值電阻最好？________. (2)該同學(xué)接入符合要求的R0后，閉合開關(guān)S，調(diào)整電阻箱的阻值，讀取電流表的示數(shù)，記錄多組數(shù)據(jù)，作出了如圖7－7－13所示的圖線，則根據(jù)該同學(xué)作出的圖線可求得該電池的電動(dòng)勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω. 【解析】　(1)當(dāng)R＝0時(shí)，應(yīng)該有R0＋r＋RA≥ Ω，即R0≥135 Ω時(shí)，可保證電路中電流不超過最大允許電流，R0應(yīng)該選擇C. (2)由E＝I(r＋R0＋RA＋R)，得＝(R＋R0)＋(r＋RA)，結(jié)合圖象可得(r＋RA)＝5 A－1，斜率＝ V－1，解得E＝10 V，r＝45 Ω. 【答案】　(1)C　(2)10　45