高考物理二轮复习-第13讲-电学创新实验课件

专题五第13讲电学创新实验高频考点探究教师备用习题··PART5全国高考卷的实验题经常出现电学创新实验，该类实验的特点是题目来源于教材，但又高于教材，需要考生学会迁移应用，准确理解实验创新点．一般电学创新实验有两个大方向：1.实验原理的拓展与创新，实验的基本原理和思想方法是考查的核心，要解决此类实验问题，应摒弃简单地背诵实验而向分析理解实验转变.2.实验器材的创新与使用，试题的创新点有时是改变实验器材，或者选用一个“全新”的元件引入实验中进行应用或研究，注重考查考生的知识迁移能力和解决实际问题的能力．怎么考？考点一实验原理的拓展与创新高频考点探究【知识梳理】实验原理的创新方法通常有：1．转换法：将无法(或不易)测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量，然后再求待测物理量，这种方法叫转换测量法(简称转换法)．如在“测量金属电阻率”的实验中，虽然无法直接测量电阻率，但通过测金属丝的长度和直径，并将金属丝接入电路测出其电阻，可以计算出它的电阻率．2．替代法：用一个标准的已知量替代被测量，通过调整标准量，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测量等于标准量．3．控制变量法：研究一个物理量与其他几个物理量的关系时，要使其中一个或几个物理量不变，分别研究这个物理量与其他各物理量的关系，然后再归纳总结．如“探究电阻的决定因素”实验．【题组演练】1．利用如图13­1所示的电路可以较为准确地测量电源的电动势．图中a为标准电源，其电动势为Es，b为待测电源；E为工作电源，R为滑动变阻器，G为零刻度在中央的灵敏电流计，AB为一根粗细均匀的金属丝，滑片C可在金属丝上移动，A、C之间的长度可用刻度尺量出．图13­1实验步骤如下：(1)按图连接好电路；(2)调整滑动变阻器的滑片至合适位置，闭合开关S1；(3)将S2接1，调节滑片C使电流计示数为零，记下________；(4)将S2接2，重新调整C位置，使________，并记下________；(5)断开S1、S2，计算待测电源的电动势的表达式为Ex＝________．【答案】(3)A、C间的长度L1(4)电流计示数为零A、C间的长度L2(5)L2L1Es【解析】(5)要使G中电流为零，则应使AC段的电压恰好等于下方接入电源的电动势，设AB上单位长度的电阻为r，则有：I0L1r＝Es，I0L2r＝Ex，联立解得：Ex＝L2L1Es.2．某实验小组为了研究小灯泡的伏安特性曲线，先按照图13­2甲所示的电路图连接电路，实验过程中操作规范，测量准确，得到一系列数据，如图乙中的散点．该实验小组对实验进行了改进，如图丙所示，将小灯泡L的玻璃罩敲碎，灯丝保存完好，仍然置于灯座上，取一个大小合适的玻璃杯，将灯座倒扣在杯沿上，在玻璃杯里慢慢加水，使得突出的灯丝刚好完全没入水中，电路的其余部分均不接触水，再将该灯座接到图甲中小灯泡L处，这样接通电路以后，灯丝不至于热到发光，温度可以基本控制在25℃.实验过程中操作规范，测量准确，得到一组数据，如图丁中的一组散点．已知水的电阻远大于灯丝的电阻．(1)请在图乙上描绘小灯泡的伏安特性曲线K1；曲线K1表明，随着电压升高，小灯泡的电阻________(选填“越来越小”“基本不变”或“越来越大”)．(2)请在图丁上描绘小灯泡灯丝的伏安特性曲线K2；曲线K2表明，随着电压升高，水中灯丝电阻________(选填“越来越小”“基本不变”或“越来越大”)．(3)两次实验表明，在同样的电压值下，曲线K1的电流值基本都远远小于曲线K2的电流值，其原因是______________________．图13­2【答案】(1)如图甲所示越来越大(2)如图乙所示基本不变(3)描绘曲线K2时灯丝保持恒温，而描绘曲线K1时灯丝的温度发生变化，且一直高于描绘曲线K2时灯丝的温度【解析】(1)用平滑的曲线将各点相连，如图甲所示；因I­U图像中图像的斜率表示电阻的倒数，故由图甲可知，电阻越来越大．(2)同理作出图像如图乙所示，由图乙可知，电阻基本保持不变．(3)由两I­U图像可知，在同样的电压下，曲线K1的电流值基本都远小于曲线K2的电流值，即曲线K1对应的电阻值明显大于曲线K2对应的电阻值，原因是描绘曲线K2时灯丝保持恒温，而描绘曲线K1时灯丝的温度高于描绘曲线K2时灯丝的温度，而金属导体的电阻随温度的升高而增大．3．某兴趣小组欲通过测定工业污水(含多种重金属离子)的电阻率来判断某工厂废水是否达到排放标准(一般工业废水电阻率的达标值ρ≥200Ω·m)．图13­3为该同学所用盛水容器，其左、右两侧面为金属薄板(电阻极小)，其余四面由绝缘材料制成，左、右两侧带有接线柱，容器内表面长a＝40cm，宽b＝20cm，高c＝10cm，将水样注满容器后，用多用电表测出水样电阻约为2750Ω.图13­3(1)为精确地测量所取水样的电阻，该小组从实验室中找到如下实验器材：A．电流表(量程5mA，内阻RA为50Ω)B．电压表(量程15V，内阻RV约为10kΩ)C．滑动变阻器(0～20Ω，额定电流1A)D．电源(12V，内阻约10Ω)E．开关一只、导线若干请在图13­4甲实物图中完成电路连接．图13­4(2)正确连接电路后，闭合开关，测得一组U、I数据；再调节滑动变阻器，测出一系列数据如下表所示，请在如图乙所示的坐标纸中作出U­I关系图线．U/V2.03.86.88.010.211.6I/mA0.731.362.202.893.664.15(3)由以上测量数据可以求出待测水样的电阻率约为________Ω·m.据此可知，所得水样________(选填“达标”或“不达标”)．【答案】(1)如图甲所示(2)如图乙所示(3)137(134～140均可)不达标【解析】(1)因为要精确测量电阻值，需要电路中电压有较大的变化范围，而滑动变阻器阻值比待测电阻小得多，所以连线时滑动变阻器要用分压式接法；又电流表内阻已知，则采用电流表内接法，电路连接如图甲所示．(3)由图线斜率可知，总电阻约为2791Ω，又R＝R总－RA＝2741Ω，根据电阻定律R＝ρlS，代入数据得ρ≈137Ω·m200Ω·m，故不达标．4．某实验小组设计了如图13­5甲的电路，其中RT为热敏电阻，电压表量程为3V，内阻RV约为10kΩ，电流表量程为0.5A，内阻RA＝4.0Ω，R为电阻箱．图13­5(1)该实验小组首先利用该电路进行“描绘热敏电阻的伏安特性曲线”的实验．闭合开关，调节电阻箱，记录不同情况下电压表的示数U1、电流表的示数I和电阻箱的阻值R，在I­U坐标系中，将各组U1、I的数值标记在相应位置，描绘出热敏电阻的部分伏安特性曲线，如图乙中曲线所示．为了完成该实验，应将导线c端接在________(选填“a”或“b”)点．(2)利用(1)中记录的数据，通过分析计算可得外电路的电压U2，U2的计算式为________(用U1、I、R和RA表示)．(3)实验小组利用(2)中的公式，计算出各组的U2，将U2和I的数据也描绘在I­U坐标系中，如图乙中直线所示．根据图像分析可知：电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(4)实验中，当电阻箱的阻值调到6Ω时，热敏电阻消耗的电功率P＝________W．(计算结果保留两位有效数字)【答案】(1)a(2)U2＝U1＋I(R＋RA)(3)6.05.0(4)0.58(0.53～0.62均可)【解析】(1)利用伏安法测电阻，由图像可知热敏电阻的阻值远小于电压表内阻，所以采用电流表外接法，故导线c应接在a点．(2)根据串联电路规律可知，外电路电压U2＝U1＋I(R＋RA)．(3)电源两端的电压利用欧姆定律可知，利用电源的伏安特性曲线可知电动势和内电阻．电源的电动势为6.0V，内阻为r＝6.0－4.00.4Ω＝5.0Ω.(4)把电流表、电阻箱、电源作为等效电源，等效电源内阻r0＝(5.0＋4.0＋6.0)Ω＝15Ω；在I­U坐标系中作U＝6V－15Ω·I图线，如图所示，其与热敏电阻的伏安特性曲线的交点坐标为(2.5，0.23)．所以热敏电阻的电功率为0.58W.5．某实验小组要精确测定一个额定电压为3V的LED灯正常工作时的电阻，已知该灯正常工作时电阻大约为300Ω，电学符号与小灯泡电学符号相同．实验室提供的器材有：A．电流表A1(量程为15mA，内阻RA1约为10Ω)B．电流表A2(量程为2mA，内阻RA2＝20Ω)C．定值电阻R1＝10ΩD．定值电阻R2＝1980ΩE．滑动变阻器R(0～20Ω)F．电压表V(量程为15V，内阻RV约为3kΩ)G．蓄电池E(电动势为4V，内阻很小)H．开关S一个、导线若干(1)要完成实验，除蓄电池、开关、滑动变阻器外，还需选择的器材有________(填写器材前的字母编号)．(2)画出实验电路图．(3)写出测量LED灯正常工作时的电阻表达式Rx＝________，说明式中题目未给出的各物理量的意义：__________________________________________．【答案】(1)ABD(2)如图所示(3)I2（R2＋RA2）I1－I2I1、I2分别为电流表A1、A2的读数【解析】(1)要精确测定额定电压为3V的LED灯正常工作时的电阻，需测量LED灯两端的电压和通过LED灯的电流，由于电压表V的量程偏大，测量误差较大，不能用电压表V测量LED灯两端的电压，可以将电流表A2与定值电阻R2串联改装为电压表测量电压；LED灯正常工作时的电流在10mA左右，可以用电流表A1和改装后的电压表测量通过LED灯的电流．(2)因为滑动变阻器阻值远小于LED灯的电阻，所以滑动变阻器采用分压式接法．电路图如图所示．(3)根据闭合电路欧姆定律知，LED灯两端的电压U＝I2(R2＋RA2)，通过LED灯的电流I＝I1－I2，所以LED灯正常工作时的电阻Rx＝UI＝I2（R2＋RA2）I1－I2，I1、I2分别为电流表A1、A2的读数．归纳1．在解决设计型实验时，要注意条件的充分利用，如对于给定确切阻值的电压表和电流表，电压表可当作电流表使用，电流表也可当作电压表使用，利用这一特点，可以拓展伏安法测电阻的方法，如伏伏法、安安法等．2．对一些特殊电阻的测量，如电流表或电压表内阻的测量，电路设计有其特殊性，即首先要注意到其自身量程对电路的影响，其次要充分利用其“自报电流或自报电压”的功能，因此在测电压表内阻时无需另并联电压表，测电流表内阻时无需再串联电流表．考点二实验器材的创新与使用【知识梳理】一般电学实验器材的创新有两方面：1．引用新的器件，如二极管、感光材料、热敏电阻等与实际生产、生活密切相关的常见器件，要求学生多关注一些生活中的传感器；2．改变器材的使用方法，电源进行串联或并联、把电压表当电流表或者改装电压表等．【题组演练】1．硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件．某同学用图13­6甲所示电路探究硅光电池的路端电压U与总电流I的关系．图中R0为已知定值电阻．电压表视为理想电压表．(1)请根据图甲，用笔画线代替导线将图乙中的实验器材连接成实验电路．(2)若电压表V2的读数为U0，则I＝________．(3)实验一：用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U­I曲线a，如图丙所示．由此可知电池内阻________(选填“是”或“不是”)常数，短路电流为________mA，电动势为________V.(4)实验二：减小实验一中光的强度，重复实验，测得U­I曲线b，如图丙所示．当滑动变阻器的电阻为某值时，若实验一中的路端电压为1.5V，则实验二中外电路消耗的电功率为________mW.(计算结果保留两位有效数字)图13­6【答案】1．(1)如图所示(2)U0R0(3)不是0.295(0.293～0.297)2.67(2.64～2.70)(4)0.065(0.060～0.070)2．某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度计，他所选用的器材有：灵敏电流表(待改装)，学生电源(电动势为E，内阻不计)，滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性