搜索
第二讲电学实验-2-网络构建-3-策略指导实验原理、仪器的选择、电路的分析是高考对电学实验考查的重点。在2020年的备考过程中要:(1)掌握基本仪器的原理和使用。(2)掌握基本的实验目的、原理和实验思想,如伏安法测电阻,电流表的内、外接法及滑动变阻器的连接方式。(3)掌握处理实验数据的基本方法,如图象法、平均值法等。(4)特别注意下列四个实验:绘制并分析伏安特性曲线、伏安法测电阻(包括电表的内阻)、测定电源的电动势和内阻、多用电表的使用及相关电路实验。-4-高考真题1.(2019全国Ⅱ卷)某小组利用图(a)所示的电路,研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系,图中V1和V2为理想电压表;R为滑动变阻器,R0为定值电阻(阻值100Ω);S为开关,E为电源。实验中二极管置于控温炉内,控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图(b)是该小组在恒定电流为50.0μA时得到的某硅二极管U-t关系曲线。回答下列问题:图(a)-5-图(b)-6-(1)实验中,为保证流过二极管的电流为50.0μA,应调节滑动变阻器R,使电压表V1的示数为U1=mV;根据图(b)可知,当控温炉内的温度t升高时,硅二极管正向电阻(选填“变大”或“变小”),电压表V1示数(选填“增大”或“减小”),此时应将R的滑片向(选填“A”或“B”)端移动,以使V1示数仍为U1。(2)由图(b)可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器,该硅二极管的测温灵敏度为Δ𝑈Δ𝑡=×10-3V/℃(保留两位有效数字)。考点定位:欧姆定律解题思路与方法:结合图象根据欧姆定律求解。-7-答案:(1)5.00变小增大B(2)2.8解析:(1)U1=IR0=50.0×10-3×100mV=5.00mV。从U-t关系曲线可以得出,温度升高时,二极管两端电压变小,二极管正向电阻变小,回路电流变大,电压表V1示数增大,为了保证电流不变,滑动变阻器R的滑片应向B端移动。(2)由题图知,Δ𝑈Δ𝑡=0.44-0.3080-30V/℃=2.8×10-3V/℃。-8-2.(2017全国Ⅰ卷)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A(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(选填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率(选填“增大”“不变”或“减小”)。-9-(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)图(a)图(b)考点定位:研究小灯泡的伏安特性曲线、闭合电路欧姆定律解题思路与方法:将电源和电阻视为整体,利用闭合电路欧姆定律分析第(3)问。-10-答案:(1)见右图(2)增大增大(3)0.391.17解析:(1)由于要求电压调节范围大,故用分压式。电压表量程只有3V,故需串联R0改装为量程为4V的电压表。小灯泡电阻较小(RL𝑅A𝑅V),故用外接法。-11-(2)图中I-U图线上某点与原点连线的斜率代表灯泡在该状态下电阻的倒数。随电流增大,与原点连线的斜率减小,故电阻增大。由R=ρ𝑙𝑆,故电阻率增大。(3)当R=9Ω时灯泡功率最小,将电阻R与电源视为整体。U=E-I(R+r),故U=4V-10Ω·I,作图法找到灯泡功率Pmin=UI≈1.75V×0.225A≈0.39W当R=0时,灯泡功率最大,电源的路端电压与电流的关系U=E-Ir,故U=4V-1Ω·I,作图法找到灯泡功率Pmax=UI=3.65V×0.32A≈1.17W。-12-3.(2016全国Ⅱ卷)某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5V的电压表V的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:电阻箱R(最大阻值99999.9Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5kΩ),直流电源E(电动势3V),开关1个,导线若干。实验步骤如下:①按电路原理图(a)连接线路;②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置,闭合开关S;③调节滑动变阻器,使电压表满偏;④保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00V,记下电阻箱的阻值。-13-回答下列问题:(1)实验中应选择滑动变阻器(选填“R1”或“R2”)。(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。图(a)图(b)-14-(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的内阻为Ω(结果保留到个位)。(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为(填正确答案标号)。A.100μAB.250μAC.500μAD.1mA考点定位:测量电压表的内阻解题思路与方法:电压表和电阻箱串联,利用串联电流的特点分析。-15-答案:(1)R1(2)如图所示(3)2520(4)D-16-解析:(1)滑动变阻器采用分压式接法,滑动变阻器总阻值越小,当被测电路的电阻变化时,分压电路输出电压的影响越小,滑动变阻器应选R1。(2)注意电源的正负极和电表的正负极之间的关系。(3)电压表和电阻箱的分压关系为2∶0.5,当电阻箱阻值为630.0Ω时,电压表内阻应为其阻值的4倍,即2520Ω。(4)电压表的满偏电压为2.5V,电阻为2520Ω,所以满偏电流为Ig=2.5V2520Ω≈1mA,D选项正确。-17-考点一考点二考点三考点四实验仪器的读数与使用(M)归纳总结1.多用电表的读数电流表、电压表的刻度是均匀的,读数时应注意量程;欧姆表的刻度是不均匀的,读数时应乘以倍率。2.多用电表使用的几个注意事项(1)电流的流向:由于使用多用电表时不管测量什么,电流都要从电表的“+”插孔(红表笔)流入,从“-”插孔(黑表笔)流出,所以使用欧姆挡时,多用电表内部电池的正极接的是黑表笔,负极接的是红表笔。(2)要区分“机械零点”与“欧姆零点”:“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置,用表盘下边中间的指针定位螺丝调整;“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,用欧姆调零旋钮调整。-18-考点一考点二考点三考点四(3)测电阻时每变换一次挡位,都要重新进行欧姆调零。(4)选倍率:测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡的刻度不均匀,使用欧姆挡测电阻时,指针偏转过大或过小都有较大误差,通常只使用表盘中间的一段刻度范围。(5)测电阻时要将电阻与其他元件断开。测电阻时不要用手接触多用电表的表笔。(6)多用电表使用完毕应将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡。3.欧姆表刻度不均匀的原因当红、黑表笔短接时,调节滑动变阻器R0(即欧姆调零),使灵敏电流计满偏,Ig=𝐸𝑅g+𝑅0+𝑟,中值电阻(欧姆表内阻)R中=Rg+R0+r,当两表笔接入电阻Rx时,I=𝐸𝑅g+𝑅0+𝑟+𝑅𝑥,电阻Rx与电路中的电流相对应,但不是线性关系,故欧姆表刻度不均匀。-19-考点一考点二考点三考点四【典例1】图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池;R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻,R6是可变电阻;表头G的满偏电流为250μA,内阻为480Ω。虚线方框内为换挡开关,A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位,5个挡位为:直流电压1V挡和5V挡,直流电流1mA挡和2.5mA挡,欧姆×100Ω挡。图(a)-20-考点一考点二考点三考点四(1)图(a)中的A端与(选填“红”或“黑”)色表笔相连接。(2)关于R6的使用,下列说法正确的是(填正确答案标号)。A.在使用多用电表之前,调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置B.使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置C.使用电流挡时,调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置(3)根据题给条件可得R1+R2=Ω,R4=Ω。-21-考点一考点二考点三考点四(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示。若此时B端是与“1”相连的,则多用电表读数为;若此时B端是与“3”相连的,则读数为;若此时B端是与“5”相连的,则读数为。(结果均保留3位有效数字)图(b)思维点拨(1)明确欧姆表原理,知道内部电源的正极接黑表笔,负极接红表笔;(2)明确电路结构,知道欧姆挡中所接滑动变阻器只能进行欧姆调零;(3)根据给出的量程和电路进行分析,再结合串并联电路的规律即可求得各电阻的阻值;(4)明确电表的量程,确定最小分度,从而得出最终的读数。-22-考点一考点二考点三考点四答案:(1)黑(2)B(3)160880(4)1.47mA或1.48mA1100Ω2.95V或2.96V解析:(1)根据电流从红表笔进入多用表,结合欧姆挡知,A与黑表笔相连。(2)在使用多用电表之前,调节机械定位螺丝使电表指针指在表盘左端电流“0”位置,A选项错;使用欧姆挡时,将两表笔短接,调整R0进行欧姆调零,B选项正确;电流挡中电路与R6无关,C选项错。(3)当B端接“2”时,电流表的量程为1mA,此时,R1、R2串联后与表头并联,R1+R2承担的电流为I-Ig=0.75mA,由IgRg=(I-Ig)(R1+R2),可得R1+R2=160Ω;当B端接“4”时,电压表量程为1V,表头与R4串联,表头部分承担的电压Ug=IgRg=250×10-6×480V=0.12V,故R4承担的电压为0.88V,所以R4=0.881×10-3Ω=880Ω。-23-考点一考点二考点三考点四(4)B端与“1”连接时,电流表最大量程为2.5mA,表盘上每1小格表示0.05mA,指针约在第29.6格,则电流表读数为1.48mA;B端与“3”连接时,多用表为欧姆表,示数为R=11×100Ω=1100Ω;B端与“5”连接时,多用表为量程5V的电压表,每1小格表示0.1V,则读数为2.96V。-24-考点一考点二考点三考点四1.(2019全国Ⅲ卷)某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准,要求改装后欧姆表的15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度。可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14kΩ),滑动变阻器R1(最大阻值1500Ω),滑动变阻器R2(最大阻值500Ω),电阻箱(0~99999.9Ω),干电池(E=1.5V,r=1.5Ω),红、黑表笔和导线若干。图(a)-25-考点一考点二考点三考点四(1)欧姆表设计将图(a)中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后,滑动变阻器R接入电路的电阻应为Ω;滑动变阻器选(选填“R1”或“R2”)。(2)刻度欧姆表表盘通过计算,对整个表盘进行电阻刻度,如图(b)所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75,则a、b处的电阻刻度分别为、。图(b)-26-考点一考点二考点三考点四(3)校准红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向kΩ处;将红、黑表笔与电阻箱连接,记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值,完成校准数据测量。若校准某刻度时,电阻箱旋钮位置如图(c)所示,则电阻箱接入的阻值为Ω。图(c)-27-考点一考点二考点三考点四答案:(1)连线如图所示900R1(2)455(3)035000.0-28-考点一考点二考点三考点四解析:(1)把图中各元件串联起来,注意电流从红表笔进,从黑表笔出。15kΩ为中值电阻,也是欧姆表内阻,RΩ-R0-r-Rg=15000Ω-14000Ω-1.5Ω-98.5Ω=900Ω,R1最大值为1500Ω,能提供900Ω的电阻,故选R1