2012届高考物理二轮复习课件：电学实验

实验原理1．根据电阻定律R＝ρlS，得出ρ＝RSl，因此可以用伏安法测电阻R，再测出导线横截面积S和长度l，就可以求出电阻率．2．螺旋测微器原理与读数方法(1)螺旋测微器又称千分尺，可以精确到0.01mm.(2)螺旋测微器读数时，先读主尺，读主尺时要注意半毫米刻度线，再读螺旋尺，螺旋尺的最小刻度是0.01mm，注意要估读到0.001mm.如图螺旋测微器读数为0．5mm＋40.0×0.01mm＝0.900mm.主干整合1．用伏安法测电阻时电路选择方法(1)电流表内接、外接的选择：①当RVRXRXRA时，用电流表内接法．如果被测电阻很大，例如几千欧，可直接选择内接，如图甲．②当RVRXRXRA时，用电流表外接法，如果被测电阻很小，例如几欧，可直接选择外接．如图乙．(2)滑动变阻器两种接法的选择通常情况下(满足安全条件)，由于限流电路连接简单，耗能较小，一般优先考虑用限流接法．在下列情况下必须采用分压接法①要使某部分电路的电压或电流从零开始连续调节．②如果实验所提供的电表量程或电阻元件允许的最大电流很小，采用限流接法时，无论怎样调节，电路中的实际电流(电压)都会超过电表量程或电阻元件允许的最大电流(电压)，为了保护电表或电阻元件，必须采用分压接法．③若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，采用限流接法时，即使变阻器的滑动片从一端滑至另一端，待测电阻上的电流(电压)变化范围不够大，不利于多次测量求平均值或用图象法处理数据，因此要采用分压接法．2．数据处理(1)金属丝长度、直径的测定及电阻的测量，都应采用多次测量求平均值的方法．(2)金属丝电阻的测定也可采用图象法处理数据，即根据实验测得的多组U、I值，在U－I坐标系中描点画图．在U－I坐标系中描出诸点后，作出过原点且尽可能多地通过描出点的直线(不在直线上的点应尽可能地对称分布在直线两侧)，即为待测电阻的U－I图线，其斜率即为待测电阻阻值R＝ΔUΔI.[例1](2011·浙江)在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”实验中，为了探究3根材料未知，横截面积均为S＝0.20mm2的金属丝a、b、c的电阻率，采用如图所示的实验电路，M为金属丝c的左端点，O为金属丝a的右端点，P是金属丝上可移动的接触点．在实验过程中，电流表读数始终为I＝1.25A.电压表读数U随OP间距离x的变化如下表：(1)绘出电压表读数U随OP间距离x变化的图线；(2)求出金属丝的电阻率ρ，并进行比较．x/mm600700800900100012001400U/V3.954.505.105.906.506.656.82x/mm1600180020002100220023002400U/V6.937.027.157.858.509.059.75[解析](1)(2)ρ＝USIlρa＝6.5－3.9×0.20×10－61.25×100－60×10－2Ω·m＝1.04×10－6Ω·mρb＝7.1－6.5×0.20×10－61.25×200－100×10－2Ω·m＝9.6×10－4Ω·mρc＝9.7－7.1×0.20×10－61.25×240－200×10－2Ω·m＝1.04×10－6Ω·m通过计算可知，金属丝a与c电阻率相同，远大于金属丝b的电阻率．电阻率的允许范围ρa：0.96×10－6～1.10×10－6Ω·mρb：8.5×10－4～1.10×10－7Ω·mρc：0.96×10－6～1.10×10－6Ω·m[答案]见解析(2011·北京海淀模拟)有一根细长而均匀的金属管线样品，长约为60cm，电阻大约为6Ω，横截面如图1所示．(1)用螺旋测微器测量金属管线的外径，示数如图2所示，金属管线的外径为________mm；现有如下器材A．电流表(量程0.6A，内阻约0.1Ω)B．电流表(量程3A，内阻约0.03Ω)C．电压表(量程3V，内阻约3kΩ)D．滑动变阻器(1750Ω，0.3A)E．滑动变阻器(15Ω，3A)F．蓄电池(6V，内阻很小)G．开关一个，带夹子的导线若干(2)要进一步精确测量金属管线样品的阻值，电流表应选________，滑动变阻器应选________．(只填代号字母)(3)请将图3所示的实际测量电路补充完整．(4)已知金属管线样品材料的电阻率为ρ，通过多次测量得出金属管线的电阻为R，金属管线的外径为d，要想求得金属管线内形状不规则的中空部分的截面积S，在前面实验的基础上，还需要测量的物理量是________．计算中空部分截面积的表达式为S＝________.[答案](1)1.125±0.001(2)AE(3)如图所示(4)管线长度Lπd24－ρLR[解析](1)螺旋测微器的读数：1mm＋12.5×0.01mm＝1.125mm；(2)没有要求待测电阻阻值从0开始调节，限流式接法简单，故滑动变阻器采用限流式接法，滑动变阻器“E”的阻值是待测阻值的2.5倍，选择“E”即可；电路中的最大电流I＝ERx＝1A，考虑到还有滑动变阻器的调节作用，电流表应选择“A”即可．(4)R＝ρLS截，其中S截＝π(d2)2－S，解得S＝πd24－ρLR.实验原理1．阻值恒定的电阻的伏安特性曲线是直线，而小电珠的灯丝的电阻随温度的升高而增大，故伏安特性曲线为曲线．2．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)值后，在U－I坐标系中描出对应点用一条平滑的曲线将这些点连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线．主干整合1．电路设计(如图)(1)本实验中，电珠两端的电压要求从零开始变化，因此，滑动变阻器采用分压式接法．(2)本实验中，被测小电珠电阻一般很小(几欧或十几欧)，因此电路采用电流表外接法．2．注意问题(1)闭合电键前，应调节滑动变阻器的滑片，使开关闭合时，电珠两端电压最小．(2)调节电珠两端电压时不能超过电珠的额定电压．(3)在坐标纸上建立坐标系，横坐标所取的分度比例要适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸，连线一定要用平滑的曲线，不能画成折线．[例2](2011·福建)某同学在探究规格为“6V,3W”的小电珠伏安特性曲线实验中：①在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至________挡进行测量．(填选项前的字母)A．直流电压10VB．直流电流5mAC．欧姆×100D．欧姆×1②该同学采用图甲所示的电路进行测量．图中R为滑动变阻器(阻值范围0～20Ω，额定电流1.0A)，L为待测小电珠，为电压表(量程6V，内阻20kΩ)，为电流表(量程0.6A，内阻1Ω)，E为电源(电动势8V，内阻不计)，S为开关．Ⅰ.在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最________端；(填“左”或“右”)Ⅱ.在实验过程中，已知各元器件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是________点至________点的导线没有连接好；(图甲中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图甲中的数字，如“2点至3点”的导线)Ⅲ.该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而________．(填“不变”、“增大”或“减小”)[解析]①小电珠额定电压下的电阻为R＝U2P＝18Ω，使用多用表直接测量且读数准确应使指针在中值电阻附近读数，故应将选择开关旋至欧姆×1挡．②Ⅰ.滑动变阻器为分压接法，开关S闭合前应使并联部分电压为零，滑片P要置于最左端．Ⅱ.电压表和电流表示数调不到零，说明滑动变阻器串联在电路中，其原因是1、5点间的导线没有接好．Ⅲ.在I－U图象中斜率随电压减小说明电阻增大．[答案]①D②Ⅰ.左Ⅱ.1点至5点(或5点至1点)Ⅲ.增大(2011·广东)在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小电珠(2.5V,0.6W)，滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干．①粗测小电珠的电阻，应选择多用电表________倍率的电阻挡(请填写“×1”、“×10”或“×100”)；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图甲，结果为________Ω.②实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图乙完成实物图丙中的连线．③开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于________端．为使小电珠亮度增加，P应由中点向________端滑动．④下表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图象，必须在相邻数据点________间多测几组数据(请填写“ab”、“bc”、“cd”、“de”或“ef”)数据点abcdefU/V0.000.501.001.502.002.50I/A0.0000.1220.1560.1850.2160.244[答案]①×17.5②见解析③ab④ab[解析]①根据小电珠的规格可算出在额定电压下的阻值约为10Ω，故用多用电表粗测阻值时应使指针在中值电阻附近，误差小，故应选择“×1”倍率，示数为7.5Ω.②③滑动变阻器采用分压式接法，开关闭合前，应使加在小电珠两端的电压最小，并从零开始调节，故应将滑动变阻器的滑片P置于a端；要使小电珠亮度增加，P应由中点向b端滑动．④从表格数据可以看出，ab间的电流变化过大，应在其间多测几组数据，才能获得更准确的图象.实验原理1．实验电路，如图甲：2．根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，列方程组E＝U1＋I1rE＝U2＋I2r3．根据实验数据，画出电路中路端电压和电流的U－I图象，如图乙．主干整合1．测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组，第2和第5为一组，第3和第6为一组，代入公式E＝I1U2－I2U1I1－I2，r＝U2－U1I1－I2分别解出E、r值取平均．2．如果利用图象法，作出U－I图线，如图所示，图线与U轴交点的纵坐标即为电源电动势，图线斜率的绝对值，即为电源内阻．由于电源的内阻很小，即使电流有较大的变化，路端电压变化也很小，为充分利用图象空间，电压轴数据常从某一不为零的数U0开始，但U－I图象在U轴上的截距和图线斜率的意义不变．特别注意此时I轴上截距不是短路电流．[例3](2011·四川)为测量一电源的电动势及内阻①在下列三个电压表中选一个改装成量程为9V的电压表A．量程为1V、内阻大约为1kΩ的电压表B．量程为2V、内阻大约为2kΩ的电压表C．量程为3V、内阻大约为3kΩ的电压表选择电压表________串联________kΩ的电阻可以改装成量程为9V的电压表．②利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号、或与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表)，在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图．③根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50V时、电阻箱的阻值为15.0Ω；电压表示数为2.00V时，电阻箱的阻值为40.0Ω，则电源的电动势E＝________V、内阻r＝________Ω.[解析]①可以将量程为3V的电压表扩大3倍量程即可，由UR0＋RV＝UVRV得，串联电阻的阻值为R0＝U－UVUVRV＝6kΩ.②电路如图[答案]①C6②电路图如解析图所示③7.510③电压表示数为1.50V，路端电压U＝4.50V；电压表示数为2.00V时，路端电压U′＝6.00V，将U＝4.50V，R1＝15.0Ω；U′＝2.00V，R1′＝40.0Ω代入E＝U＋UR1·r，联立方程式解得E＝7.5V，r＝10Ω.(2011·嘉兴模拟)我们知道，将两个金属电极锌、铜插入一个水果中就可以做成一个水果电池(如图所示)．现要测量水果电池的电动势和内阻，两位同学采用不同的方法进行探究．(1)甲同学用量程为0～1V、内阻约10kΩ的电压表测水果电池的电压时读数为0.74V；用欧姆表直接接水果电池的两极