2019版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題六 物理實(shí)驗(yàn) 第16講 電學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)案.docx
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第16講電學(xué)實(shí)驗(yàn) 主干體系知識 核心再現(xiàn)及學(xué)科素養(yǎng) 分壓式電路與限流式電路的區(qū)分與選擇 1.控制電路的比較 比較項(xiàng)目 限流式接法 分壓式接法 電路 電壓調(diào)節(jié)的范圍(不計(jì)內(nèi)阻時(shí)) E～E 0～E 電能損耗 節(jié)能 耗能 2.控制電路的選擇 (1)從節(jié)能的角度考慮，優(yōu)先選用限流式． (2)以下三種情況必須用分壓式：①要求待測電路的U、I從0變化；②R滑?Rx；③選用限流式，Ux、Ix過大(超過電流表量程，燒壞電表、電源或用電器等). 1．(2018全國Ⅰ卷，23)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖(a)所示的電路探究在25 ℃～80 ℃范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性．所用器材有：置于溫控室(圖中虛線區(qū)域)中的熱敏電阻RT，其標(biāo)稱值(25 ℃時(shí)的阻值)為900.0 Ω；電源E(6 V，內(nèi)阻可忽略)；電壓表○V(量程150 mV)；定值電阻R0(阻值20.0 Ω)，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)；電阻箱R2(阻值范圍0～999.9 Ω)；單刀開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2. 圖(a) 實(shí)驗(yàn)時(shí)，先按圖(a)連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0 ℃.將S2與1端接通，閉合S1，調(diào)節(jié)R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值U0；保持R1的滑片位置不變，將R2置于最大值，將S2與2端接通，調(diào)節(jié)R2，使電壓表讀數(shù)仍為U0；斷開S1，記下此時(shí)R2的讀數(shù)．逐步降低溫控室的溫度t，得到相應(yīng)溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0 ℃.實(shí)驗(yàn)得到的R2－t數(shù)據(jù)見下表. t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 回答下列問題： (1)在閉合S1前，圖(a)中R1的滑片應(yīng)移動(dòng)到________(填“a”或“b”)端． (2)在圖(b)的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出R2－t曲線． 圖(b) 圖(c) (3)由圖(b)可得到RT在25 ℃～80 ℃范圍內(nèi)的溫度特性．當(dāng)t＝44.0 ℃時(shí)，可得RT＝________Ω. (4)將RT握于手心，手心溫度下R2的相應(yīng)讀數(shù)如圖(c)所示，該讀數(shù)為________Ω，則手心溫度為________℃. 解析 (1)閉合開關(guān)S1前，應(yīng)讓滑片移動(dòng)到b端，使滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最大． (3)由圖象可知t＝44.0 ℃時(shí)，電阻的阻值為450 Ω. (4)由圖(c)可得電阻箱阻值為620.0 Ω，由圖象可得溫度約為33.0 ℃. 答案 (1)b (2)如圖所示 (3)450 (4)620.0 33.0 2．(2018全國Ⅱ卷，22)某同學(xué)組裝一個(gè)多用電表．可選用的器材有：微安表頭(量程100 μA，內(nèi)阻900 Ω)；電阻箱R1(阻值范圍0～999.9 Ω)；電阻箱R2(阻值范圍0～99 999.9 Ω)；導(dǎo)線若干． 要求利用所給器材先組裝一個(gè)量程為1 mA的直流電流表，在此基礎(chǔ)上再將它改裝成量程為3 V的直流電壓表．組裝好的多用電表有電流1 mA和電壓3 V兩擋． 回答下列問題： (1)在虛線框內(nèi)畫出電路圖并標(biāo)出R1和R2，其中*為公共接線柱，a和b分別是電流擋和電壓擋的接線柱． (2)電阻箱的阻值應(yīng)取R1＝________Ω，R2＝________Ω.(保留到個(gè)位) 解析 (1)如圖所示． (2)接a時(shí)改裝成量程為1 mA的電流表，有 IgRg＝(I－Ig)R1 解得R1＝100 Ω 接b時(shí)改裝成量程為3 V的電壓表，有 U＝IgRg＋I(xiàn)R2 解得R2＝2 910Ω. 答案 (1)見解析 (2)100 2 910 3．(2018全國卷Ⅲ，23)一課外實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的電路測量某待測電阻Rx的阻值．圖中R0為標(biāo)準(zhǔn)定值電阻(R0＝20.0 Ω)； 可視為理想電壓表；S1為單刀開關(guān)，S2為單刀雙擲開關(guān)；E為電源；R為滑動(dòng)變阻器．采用如下步驟完成實(shí)驗(yàn)： (1)按照實(shí)驗(yàn)原理線路圖(a)，將圖(b)中實(shí)物連線． (2)將滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)端置于適當(dāng)?shù)奈恢?，閉合S1. (3)將開關(guān)S2擲于1端，改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)端的位置，記下此時(shí)電壓表 的示數(shù)U1；然后將S2擲于2端，記下此時(shí)電壓表 的示數(shù)U2. (4)待測電阻阻值的表達(dá)式Rx＝________(用R0、U1、U2表示)． (5)重復(fù)步驟(3)，得到如下數(shù)據(jù). 1 2 3 4 5 U1/V 0.25 0.30 0.36 0.40 0.44 U2/V 0.86 1.03 1.22 1.36 1.49 3.44 3.43 3.39 3.40 3.39 (6)利用上述5次測量所得的平均值，求得Rx＝________Ω.(保留1位小數(shù)) 命題點(diǎn) 部分電路歐姆定律，串聯(lián)電路的特點(diǎn)． 解析 (1)根據(jù)原理圖，沿電流的流向依次連接． ①先將E、R、S1連接起來，組成閉合回路． ②將R0、Rx與R連接起來． ③將 、S2與Rx連接起來． (4)由于 為理想電壓表，故S2接1、或接2時(shí)流過R0、Rx的電流相等． 根據(jù)部分電路歐姆定律和串聯(lián)電路的特點(diǎn)得 ＝ 解得Rx＝R0 (6)將各次的代入Rx＝R0得 Rx1＝48.8 Ω Rx2＝48.6 Ω Rx3＝47.8 Ω Rx4＝48.0Ω Rx5＝47.8 Ω 然后求平均值，即Rx＝＝48.2 Ω. 答案 (1)實(shí)物連線如圖 (4)R0 (6)48.2 [考情分析] 電學(xué)實(shí)驗(yàn)題在高考試題中每年都出現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)原理、儀器的選擇、電路的分析是高考的重點(diǎn)． 在2019年的備考過程中要：(1)掌握基本儀器的原理和使用． (2)掌握基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和?shí)驗(yàn)思想，如伏安法測電阻，電流表的內(nèi)、外接法及滑動(dòng)變阻器的連接方式． (3)掌握處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本方法，如圖象法、平均值法等． 涉及電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)、電路故障分析的實(shí)物圖的連接是2019年命題的重點(diǎn)． 高頻考點(diǎn)一 電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的讀數(shù)和使用 [備考策略] 1．電流表和電壓表 量程 精確度 讀數(shù)規(guī)則 電流表0～3 A 0.1 A 與刻度尺一樣，采用估讀，讀數(shù)規(guī)則較簡單，只需要精確值后加一估讀數(shù)即可 電壓表0～3 V 0.1 V 電流表0～0.6 A 0.02 A 估讀位與最小刻度在同一位，采用估讀 電壓表0～15 V 0.5 V 估讀位與最小刻度在同一位，采用估讀 2.多用電表使用的幾個(gè)注意事項(xiàng) (1)電流的流向：由于使用多用電表時(shí)不管測量什么，電流都要從電表的“＋”插孔(紅表筆)流入，從“－”插孔(黑表筆)流出，所以使用歐姆擋時(shí)，多用電表內(nèi)部電池的正極接的黑表筆，負(fù)極接的是紅表筆． (2)要區(qū)分“機(jī)械零點(diǎn)”與“歐姆零點(diǎn)”：“機(jī)械零點(diǎn)”在表盤刻度左側(cè)“0”位置，用表盤下邊中間的指針定位螺絲調(diào)整；“歐姆零點(diǎn)”在表盤刻度的右側(cè)電阻刻度“0”位置，用歐姆調(diào)零旋鈕調(diào)整． (3)測電阻時(shí)每變換一次擋位，都要重新進(jìn)行歐姆調(diào)零． (4)選倍率：測量前應(yīng)根據(jù)估計(jì)阻值選用適當(dāng)?shù)膿跷唬捎跉W姆擋的刻度不均勻，使用歐姆擋測電阻時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)過大或過小都有較大誤差，通常只使用表盤中間的一段刻度范圍． (5)測電阻時(shí)要將電阻與其他元件斷開，不要用手同時(shí)接觸多用電表的兩支表筆． (6)多用電表使用完畢應(yīng)將選擇開關(guān)旋至“OFF”擋或交流電壓最高擋． [題組突破] 1－1. (2018江西南昌市NCS0607摸底調(diào)研)一多用電表的簡化電路圖如圖甲所示．已知表頭內(nèi)阻為400 Ω，滿偏電流為2 mA；電池E＝1.5 V，E′＝15 V. (1)若R1＝1 Ω，R2＝99 Ω，當(dāng)選擇開關(guān)置于2時(shí)，多用電表測量的是________(選填“電流”、“電壓”或“電阻”)，其測量的最大值(量程)為________． (2)在(1)的條件下，若R5＝0.92103Ω，R6＝9103Ω，當(dāng)選擇開關(guān)置于6時(shí)，多用電表測量的是________(選填“電流”、“電壓”或“電阻”)，其測量的最大值(量程)為________． (3)在(1)的條件下，當(dāng)選擇開關(guān)置于3時(shí)，多用電表測量的是________(選填“電流”、“電壓”或“電阻”)．現(xiàn)要測量一個(gè)一千多歐的電阻，應(yīng)當(dāng)把選擇開關(guān)置于________(選填“1”、“2”、“3”、“4”、“5”或“6”)，正確測量時(shí)多用電表指針如圖乙所示，則所測電阻的阻值為________Ω. 解析 (1)結(jié)合題圖甲可知，多用電表選擇開關(guān)置于2時(shí)，R1、R2串聯(lián)后與表頭并聯(lián)，此時(shí)多用電表測量的是電流，量程為2 mA＋＝10 mA.(2)當(dāng)選擇開關(guān)置于6時(shí)，多用電表測量的是電壓，此時(shí)表頭與R1、R2可視為一個(gè)新表頭(滿偏電流為10 mA， 內(nèi)阻為80 Ω)，量程為10 mA(80＋920＋9 000)Ω＝100 V．(3)當(dāng)選擇開關(guān)置于3時(shí)，多用電表內(nèi)含電池，測量的是電阻，由第(2)問分析可知，此時(shí)新表頭的滿偏電流為10 mA，內(nèi)阻為80 Ω，若測量一個(gè)一千多歐的電阻，由閉合電路歐姆定律可知電池的電動(dòng)勢應(yīng)選15 V．題圖乙中指針位于表盤刻度中心，此時(shí)所測電阻阻值等于多用電表的內(nèi)阻，滿偏電流為10 mA，電壓為15 V，故多用電表的內(nèi)阻即所測電阻的阻值為1 500 Ω. 答案 (1)電流 10 mA (2)電壓 100 V (3)電阻 4 1 500 1－2.(2018衡中同卷、押題卷(一))某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中組裝了一個(gè)歐姆表，內(nèi)部電路如圖所示．已知該同學(xué)選用的電源的電動(dòng)勢E＝1.5 V，內(nèi)阻r＝2 Ω，電流計(jì)滿偏電流Ig＝300 μA，內(nèi)阻rg＝250 Ω，可選用的滑動(dòng)變阻器有兩個(gè)，最大阻值分別為R1＝999 Ω，R2＝9 999 Ω. (1)該同學(xué)應(yīng)選用的滑動(dòng)變阻器為________(選填“R1”或“R2”)． (2)正確進(jìn)行機(jī)械調(diào)零和歐姆調(diào)零后，該同學(xué)進(jìn)行電阻的測量，則A、B間所接的待測電阻Rx與電流計(jì)示數(shù)I間應(yīng)滿足的關(guān)系為Rx＝________(用題中字母表示)． (3)若測量某電阻R0時(shí)，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿偏刻度的處，則R0＝________. (4)若將一個(gè)阻值25 Ω的定值電阻與電流計(jì)并聯(lián)，則改裝后歐姆表的倍率將會(huì)變________(選填“大”或“小”)． (5)若該同學(xué)組裝的歐姆表由于長時(shí)間不用，電源電動(dòng)勢減小，內(nèi)阻增大，使用過程中，發(fā)現(xiàn)該歐姆表依然可以進(jìn)行歐姆調(diào)零，但其測量的結(jié)果比真實(shí)值________(選填“大”或“小”)． 解析 (1)歐姆調(diào)零時(shí)應(yīng)滿足Ig＝，解得R內(nèi)＝5 000 Ω，滑動(dòng)變阻器需調(diào)至R＝(5 000－2－250)Ω＝4 748 Ω，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R2. (2)測R2時(shí)由閉合電路歐姆定律得I＝，待測電阻Rx＝－. (3)電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿偏刻度的處，由閉合電路歐姆定律可知＝，解得R0＝10 000 Ω. (4)將定值電阻與電流計(jì)并聯(lián)后，在歐姆調(diào)零過程中，要使電流計(jì)滿偏，回路中干路電流應(yīng)為電流計(jì)的滿偏電流的11倍，此時(shí)歐姆表內(nèi)阻為之前內(nèi)阻的，倍率變?。? (5)電動(dòng)勢減小后，歐姆表進(jìn)行歐姆調(diào)零時(shí)，內(nèi)阻R內(nèi)＝變小，用歐姆表測電阻時(shí)，電流I＝＝＝，因此內(nèi)阻減小時(shí)，通過電流計(jì)的電流偏小，指針偏左，測得的電阻值偏大． 答案 (1)R2 (2)－ (3)10 000 Ω (4)小 (5)大 1－3.某同學(xué)在測量一只小燈泡電阻的實(shí)驗(yàn)中，連接了如圖甲所示的實(shí)物電路圖．閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表的示數(shù)為零． (1)他借助多用電表檢查小燈泡，先斷開開關(guān)，把多用電表的選擇開關(guān)旋到歐姆擋的“1”擋，再進(jìn)行________調(diào)零；然后將紅、黑表筆分別接觸①、②接線柱，多用電表的表盤恰好如圖乙所示，說明小燈泡正常，此時(shí)的電阻為________Ω. (2)他將多用電表選擇開關(guān)旋于某直流電壓擋，將紅、黑表筆分別接觸②、③接線柱；閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)約等于電源電動(dòng)勢，說明②、③接線柱間的導(dǎo)線出現(xiàn)了________(選填“斷路”或“短路”)． (3)故障排除后，為了使電流表的示數(shù)從零開始，要在________(選填“①、④”或“③、④”)接線柱間再連接一根導(dǎo)線，并在閉合開關(guān)前把滑動(dòng)變阻器的滑片置于最________(選填“左”和“右”)端． 解析 (1)根據(jù)歐姆表的使用方法可知，每次選完擋后應(yīng)重新進(jìn)行歐姆調(diào)零；歐姆表的計(jì)數(shù)為R＝6.01 Ω＝6.0 Ω.(2)將紅、黑表筆分別接觸②、③接線柱，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)約等于電源電動(dòng)勢，說明②、③接線柱間的導(dǎo)線出現(xiàn)了斷路．(3)為使電流表的示數(shù)從零開始，變阻器應(yīng)采用分壓式接法，所以應(yīng)在③、④接線柱間再連接一根導(dǎo)線；閉合開關(guān)前應(yīng)將滑片置于輸出電壓最小的最左端． 答案 (1)歐姆 6(或6.0) (2)斷路 (3)③、④ 左 [歸納反思] 多用電表使用“五步”法 1．選倍率：一般要選擇比被測電阻的估計(jì)值低一個(gè)數(shù)量級的倍率，如估計(jì)值為200 Ω，就應(yīng)該選“10”的倍率． 2．進(jìn)行歐姆調(diào)零． 3．將紅、黑表筆接被測電阻兩端進(jìn)行測量． 4．將指針示數(shù)乘以倍率，得測量值． 5．測量結(jié)束后，將選擇開關(guān)扳到OFF或交流電壓最高擋． 特別注意：用歐姆擋測電阻時(shí)，如果指針偏轉(zhuǎn)角度太小(即指針?biāo)傅臍W姆刻度值太大)，應(yīng)該適當(dāng)增大倍率重新調(diào)零后再測量；如果指針偏轉(zhuǎn)角度太大(即指針?biāo)傅臍W姆刻度值太小)，應(yīng)該適當(dāng)減小倍率重新調(diào)零后再測量． 高頻考點(diǎn)二 以測電阻為核心的實(shí)驗(yàn)(包含電表的改裝) [備考策略] 1．電學(xué)儀器和電路的選擇原則——安全、準(zhǔn)確、方便 (1)電源的選擇：一般可以根據(jù)待測元件的額定電流或額定電壓選擇符合需要的電源． (2)電表的選擇：一般根據(jù)電源電動(dòng)勢或待測元件的額定電壓選擇電壓表，再估算待測電流的最大值選擇電流表．注意測量時(shí)要使電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大. 電流表內(nèi)接法 電流表外接法 電路 誤差來源 電流表的分壓 電壓表的分流 測量結(jié)果 R測＝Rx＋RA，偏大 R測＝，偏小 適用條件 Rx?RA(測大電阻) 或RA已知 RV?Rx(測小電阻) 或RV已知 “3用電表” 如果知道電表的內(nèi)阻，電流表、電壓表就既可以測電流，也可以測電壓，還要以作為定值電阻來用，即“一表3用” (3)變阻器的選擇：在安全條件下，分壓電路選最大阻值較小、額定電流較大的，限流電路選最大值與待測電阻差不多的. 分壓電路 限流電路 電路 電壓調(diào)節(jié)范圍 0≤U≤E E≤U≤E ①要求待測電壓或電流從0開始變化時(shí)，必須選擇分壓電路； ②要求測量精確度高(或多測量幾組數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)區(qū)分度大)時(shí)，應(yīng)選擇分壓電路； ③雖然沒有明確的要求，但滑動(dòng)變阻器的總電阻比待測電阻阻值小很多時(shí)，應(yīng)選擇分壓電路； ④其他情況優(yōu)先選擇限流電路(節(jié)能). 2.最常用的電阻測量方法——伏安法及其變式 (1)“伏安法”，有電壓表、電流表且電表量程恰當(dāng)時(shí)選擇“伏安法”． (2)“伏伏法”，電流表不能用或沒有電流表的情況下，若知道電壓表內(nèi)阻，可以將電壓表當(dāng)作電流表使用，即選擇“伏伏法”． (3)“安安法”，電壓表不能用或沒有電壓表的情形下，若知道電流表內(nèi)阻，可以將電流表當(dāng)作電壓表使用，即選擇“安安法”． (4)“伏安加R法”，在運(yùn)用伏安法測電阻時(shí)，由于電壓表或電流表的量程太小或太大，為了滿足安全、精確的要求，加保護(hù)電阻的方法就應(yīng)運(yùn)而生，“伏安加R法”又叫做“加保護(hù)電阻法”． 3．最精確的電阻測量方法——等效替代法 電流等效替代 電壓等效替代 4.最專一的電表內(nèi)阻測量方法——半偏法 (1)用半偏法測電流表內(nèi)阻，如圖所示，電阻箱應(yīng)和電流表并聯(lián)，然后與大電阻滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，R測下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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