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第15讲电学实验-2-知识脉络梳理规律方法导引-3-知识脉络梳理规律方法导引1.知识规律(1)电流表、电压表、欧姆表的比较仪器极性量程选择读数电流表有正、负极的电表,电流由电表的正极流入,负极流出使指针指示超过满偏刻度的13的位置3V和3A量程估读到最小分度的110;15V量程估读到最小分度的15;0.6A量程估读到最小分度的12电压表欧姆表使指针尽量指在表盘的中间位置左右表盘读数乘以相应挡位的倍率-4-知识脉络梳理规律方法导引(2)电学仪器的选择①电源的选择:一般可以根据待测电路的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。②电表的选择:一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表;根据待测电流的最大电流选择电流表;选择的电表的量程应使电表的指针偏转的幅度较大,一般应使指针能达到半偏以上,以减小读数的偶然误差,提高精确度。(3)分压式和限流式的选择①从节能的角度考虑,优先选用限流式。②以下三种情况必须用分压式:要求待测电路的U、I从0变化;R滑≪Rx;选用限流式时,Ux、Ix过大(超过电表量程,烧坏电表、电源或用电器等)。-5-知识脉络梳理规律方法导引2.思想方法(1)物理思想:等效思想、控制变量思想。(2)物理方法:等效替代法、控制变量法、累积法。-6-命题热点一命题热点二命题热点三以测电阻为核心的实验主要考查仪器的选择、实验操作及欧姆定律。例1(1)用多用电表欧姆挡粗略测量某元件的电阻,选用×1挡,测量结果如图甲所示,则测得的电阻为Ω;甲-7-命题热点一命题热点二命题热点三(2)为描绘该元件的U-I图线,提供了如下器材:A.电流表A(量程0.6A,内阻约0.9Ω)B.电压表V(量程3V,内阻约3kΩ)C.滑动变阻器R1(10Ω,2A)D.滑动变阻器R2(1000Ω,1A)E.电源E(电动势6V,内阻约0.1Ω)F.开关S及导线若干-8-命题热点一命题热点二命题热点三①实验中滑动变阻器应该选择(填写器材序号即可),以保证实验过程中调节方便。②设计合适电路,在虚线框内画出实验电路图。-9-命题热点一命题热点二命题热点三③如图乙所示中Ⅰ、Ⅱ图线,一条为元件真实的U-I图线,另一条是本次实验中测得的U-I图线,其中是本次实验中测得的图线。乙-10-命题热点一命题热点二命题热点三思维导引-11-命题热点一命题热点二命题热点三答案:(1)13.0(2)①C②如图所示③Ⅱ解析:(1)从多用电表指针位置可以读出示数为13.0(读成13也可),乘以倍率,即可测得该元件的电阻为13.0Ω(13Ω也可);(2)由于该元件电阻较小,所以电流表选用外接法,描绘该元件伏安特性曲线,电压从零开始,且要测量多组数据,故滑动变阻器选用小阻值R1且采用分压式接法,选用C;由于电压表的分流,所以实验中测得的U-I图线要比该元件真实的图线低一些,应选图线Ⅱ。-12-命题热点一命题热点二命题热点三例2(2017·全国卷Ⅰ)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,在虚线框内画出实验电路原理图。-13-命题热点一命题热点二命题热点三(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图甲所示。甲乙由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻(填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率(填“增大”“不变”或“减小”)。-14-命题热点一命题热点二命题热点三(3)用另一电源E0(电动势4V,内阻1.00Ω)和题给器材连接成图乙所示的电路,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)思维导引-15-命题热点一命题热点二命题热点三答案:(1)如图所示(2)增大增大(3)0.391.17-16-命题热点一命题热点二命题热点三解析:(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。(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=ρ,故电阻率增大。𝑙𝑆-17-命题热点一命题热点二命题热点三(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。-18-命题热点一命题热点二命题热点三规律方法(1)仪表选择的三个主要原则:安全性(量程不能太小)、准确性(量程不能太大)、方便性(滑动变阻器要方便调节)。(2)测量电路设计。项目内接法外接法计算法RxR𝐴R𝑉Rx或Rx2RARVRxR𝐴R𝑉Rx或Rx2RARV-19-命题热点一命题热点二命题热点三项目内接法外接法试触法若不知Rx的大概阻值,可采用“试触法”,将电路按如图所示连接,空出电压表的一个接头,然后将该接头分别与a、b接触一下若电流表“相对变化”明显,说明电压表分流作用较大,应采用电流表内接法若电压表“相对变化”明显,说明电流表分压作用较大,应采用电流表外接法-20-命题热点一命题热点二命题热点三(3)控制电路设计。以小控大用分压,相差无几用限流,即当滑动变阻器的阻值较小时,常采用分压式接法;当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时,常采用限流式接法。另外滑动变阻器必须接为分压式的情况有三种:①电压要求从零开始变化;②滑动变阻器阻值太小,不能起到限流的作用;③限流式不能获取有区分度的多组数据。若两种接法均可,则采用限流式,因为限流式损耗功率小。(4)电表有时可反常规使用:已知内阻的电压表可当电流表使用,已知内阻的电流表可当电压表使用。(5)定值电阻的常见用途:保护电路、分压或分流。-21-命题热点一命题热点二命题热点三拓展训练1电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下:待测电压表V(量程3V,内阻约为3000Ω),电阻箱R0(最大阻值为99999.9Ω),滑动变阻器R1(最大阻值100Ω,额定电流2A),电源E(电动势6V,内阻不计),开关2个,导线若干。(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整。-22-命题热点一命题热点二命题热点三(2)根据设计的电路,写出实验步骤:。(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV',与电压表内阻的真实值RV相比,RV'(选填“”“=”或“”)RV,主要理由是。-23-命题热点一命题热点二命题热点三答案:(1)实验电路图如图所示(2)移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小;闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针满偏;保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开S2,调节电阻箱R0使电压表的指针半偏;读取电阻箱所示的电阻值,此即为测得的电压表内阻(3)断开S2,调节电阻箱使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大;此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压,故RV'RV-24-命题热点三命题热点一命题热点二以测电源电动势为核心的实验主要考查电路的选择、仪器的选择、线路的连接和数据的处理。例3在测定电池的电动势和内阻的实验中,某同学的实物电路连接如图甲所示。(1)在方框中画出与图甲对应的电路图。甲-25-命题热点三命题热点一命题热点二(2)图乙的-R坐标系中已经标出了该同学所测得的实验数据,请作出这些数据点的拟合直线,并读得该直线的纵截距为A-1,求得其斜率为V-1。乙1𝐼-26-命题热点三命题热点一命题热点二(3)求得电源的电动势是V,内阻是Ω。(结果均保留两位有效数字)思维导引-27-命题热点三命题热点一命题热点二答案:(1)电路图如图所示(2)图像如图所示0.90.67(3)1.51.4-28-命题热点三命题热点一命题热点二解析:(1)根据实物图,画电路图时应注意各用电器的符号,各用电器的连接次序,电表的正、负接线柱等。(2)将各数据点用直线拟合后,由数学方法计算出斜率k=0.67V-1,纵截距b=0.9A-1。(3)由闭合电路欧姆定律得E=I(R+r),可得1𝐼=𝑅𝐸+𝑟𝐸,因此图像斜率为电动势的倒数,纵截距为短路电流的倒数𝑟𝐸,所以电源电动势E=1.5V,r=1.4Ω。-29-命题热点三命题热点一命题热点二规律方法测量电源电动势和内阻的方法拓展测量方案“欧安”法“伏欧”法电路图公式E=I1(R1+r)E=I2(R2+r)E=U1+U1R1·rE=U2+U2R2·r-30-命题热点三命题热点一命题热点二测量方案“欧安”法“伏欧”法图像函数式R=E·1I-r1U=rE·1R+1E图像特征值斜率:E纵截距:-r斜率:rE纵截距:1E-31-命题热点三命题热点一命题热点二拓展训练2某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下器材:一个满偏电流为100μA、内阻为2500Ω的表头,一个开关,两个电阻箱(0~999.9Ω)和若干导线。(1)由于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为50mA的电流表,则应将表头与电阻箱(选填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为Ω。甲-32-命题热点三命题热点一命题热点二(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量,实验电路如图甲所示,通过改变电阻R测相应的电流I,且作相关计算后一并记录如下表。项目123456R/Ω95.075.055.045.035.025.0I/mA15.018.724.829.536.048.0IR/V1.431.401.361.331.261.20-33-命题热点三命题热点一命题热点二①根据表中数据,图乙中已描绘出四个点,请将第5、6两组数据也描绘在图乙中,并画IR-I图线。乙②根据图线可得电池的电动势E=V,内阻r=Ω。-34-命题热点三命题热点一命题热点二答案:(1)并联5.0(2)①如图所示②1.532.0-35-命题热点三命题热点一命题热点二解析:(1)表头改装成大量程的电流表时,应给其并联上一个电阻。由IgRg=(I-Ig)R,解得R=5.0Ω,即将电阻箱阻值调为5.0Ω;(2)①图线如答案图所示;②根据题意,题中(2)的表格中的电压为电阻箱两端电压。改装后的毫安表内阻RA约为5.0Ω,由闭合电路欧姆定律,得E=U+(RA+r)I,整理得U=E-(RA+r)I,结合图像知,图线在纵轴上的截距表示电池的电动势,有E=1.53V,图线的斜率大小表示RA+r的阻值,由图线得斜率大小约为7.0,故r=k-RA=2.0Ω。-36-命题热点三命题热点二命题热点一以多用电表的使用为核心的实验主要考查多用电表的使用方法和读数特点。例4图甲为正在测量中的多用电表表盘,请完成下列问题:(1)如果用直流“50V”挡测量电压,指针位置如图甲所示,读数为V。甲-37-命题热点三命题热点二命题热点一(2)用图甲多用电表测量电阻时,多用电表内部的电路可以等效为一个电池、一个可变电阻和一个表头相串联,如图乙所示,电源电动势E=1.5V,选择开关在“×1”挡,把它的两表笔短接,旋转可变电阻R1的旋钮,当指针指向“0Ω”时,流过多用电表的电流为mA。-38-命题热点三命题热点二命题热点一(3)图乙是测量Rx阻值时的电路,欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小,内阻变大,但此表仍能进行欧姆调零,按正确使用方法再测Rx的值,其测量结果与原结果相比将(选填“变大”“变小”或“不变”)。乙-39-命题热点三命题热点二命题热点一