2020届高考物理二轮复习 第一部分 专题六 实验 第15讲 电学实验课件

第15讲电学实验构建网络·重温真题1．电学实验知识框架2．洞悉重要电学实验的考点1．(2019·天津高考)现测定长金属丝的电阻率。(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示，其读数是________mm。(2)利用下列器材设计一个电路，尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻Rx约为100Ω，画出实验电路图，并标明器材代号。电源E(电动势10V，内阻约为10Ω)电流表A1(量程0～250mA，内阻R1＝5Ω)电流表A2(量程0～300mA，内阻约为5Ω)滑动变阻器R(最大阻值10Ω，额定电流2A)开关S及导线若干(3)某同学设计方案正确，测量得到电流表A1的读数为I1，电流表A2的读数为I2，则这段金属丝电阻的计算式Rx＝________。从设计原理看，其测量值与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“相等”)。答案(1)0.200(0.196～0.204均可)(2)图见解析(3)I1R1I2－I1相等解析(1)d＝20.0×0.01mm＝0.200mm。(2)本题要测量金属丝的电阻，无电压表，故用已知内阻的电流表A1充当电压表，由于电流表A1的满偏电压UA1＝ImR1＝1.25V，比电源电动势小得多，故电路采用分压式接法，电路图如图所示。(3)当电流表A1、A2读数分别为I1、I2时，通过Rx的电流为I＝I2－I1，Rx两端电压U＝I1·R1，故Rx＝UI＝I1R1I2－I1。不考虑读数误差，从设计原理看，测量值等于真实值。2．(2019·全国卷Ⅰ)某同学要将一量程为250μA的微安表改装为量程为20mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1200Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图a所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。(1)根据图a和题给条件，将图b中的实物连线。(2)当标准毫安表的示数为16.0mA时，微安表的指针位置如图c所示。由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是________。(填正确答案标号)A．18mAB．21mAC．25mAD．28mA(3)产生上述问题的原因可能是________。(填正确答案标号)A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1200ΩB．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1200ΩC．R值计算错误，接入的电阻偏小D．R值计算错误，接入的电阻偏大(4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k＝________。答案(1)图见解析(2)C(3)AC(4)9979解析(1)微安表改装为大量程的电流表，应并联电阻R，实物连线如图所示。(2)串联电路中电流处处相等，毫安表示数为16.0mA时，对应微安表的示数为160μA，根据比例关系得，当微安表指针指到满量程250μA时，毫安表的示数应为25mA，即为改装后电表的量程，C正确。(3)根据IgRg＝(I－Ig)R，得I＝IgRgR＋Ig。产生上述问题的原因可能是微安表内阻测量错误，实际内阻大于1200Ω，或者并联的电阻R值计算错误，接入的电阻偏小，A、C正确。(4)设微安表的满偏电压为U，则对并联的电阻R有U＝(25－0.25)×10－3A×R对并联的电阻kR有U＝(20－0.25)×10－3A×kR解得k＝9979。3．(2019·全国卷Ⅱ)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，图中和为理想电压表；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U­t关系曲线。回答下列问题：(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________(填“变大”或“变小”)，电压表示数________(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动，以使示数仍为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2位有效数字)。答案(1)5.00变小增大B(2)2.8解析(1)、是理想电压表，则R0与硅二极管串联，电流相等，R0两端电压U1＝IR0＝50.0×10－6×100V＝5.00×10－3V＝5.00mV。由U­t图象知，当控温炉内温度t升高时，U变小，又I＝50.0μA不变，故硅二极管正向电阻变小；当控温炉内温度升高时，硅二极管电阻变小，反过来影响电路中电流，由闭合电路欧姆定律知，电路中电流增大，示数增大；要保持示数不变，需增大滑动变阻器的阻值，即将滑片向B端移动。(2)由U­t图象的斜率可知：ΔUΔt＝0.44－0.3080－30V/℃＝2.8×10－3V/℃。4．(2019·全国卷Ⅲ)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。(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________(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________、________。(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。答案(1)如图所示900R1(2)455(3)035000.0解析(1)欧姆表内各元件串联，且红表笔接电源负极，黑表笔接电源正极。欧姆表的中值刻度为欧姆表的内阻，即R内＝r＋R0＋RA＋R＝15kΩ，解得R＝900Ω。由于滑动变阻器R2的最大阻值为500Ω，所以滑动变阻器选R1。(2)根据闭合电路欧姆定律，得Ia＝ER内＋Ra和Ib＝ER内＋Rb，代入数据解得Ra＝45kΩ，Rb＝5kΩ。(3)使用欧姆表测量电阻时，首先要进行电阻调零，此时应将红、黑表笔短接，调整滑动变阻器，使欧姆表指针指向0kΩ处。电阻箱的阻值为(0.1×0＋1×0＋10×0＋100×0＋1000×5＋10000×3)Ω＝35000.0Ω。5．(2018·江苏高考)一同学测量某干电池的电动势和内阻。(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处____________；____________。(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的1I数据见下表：R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.261I/A－16.76.05.34.53.8根据表中数据，在答题卡的方格纸上作出R­1I关系图象，由图象可计算出该干电池的电动势为________V；内阻为________Ω。(3)为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱，当电流表的示数为0.33A时，电压表的指针位置如图所示，则该干电池的电动势应为________V；内阻应为________Ω。答案(1)开关未断开电阻箱阻值为零(2)图象如图所示。1．37(1.30～1.44都算正确)1.20(1.0～1.4都算正确)(3)1.37(结果与(2)问第一个空格一致)1.00(结果比(2)问第二个空格小0.2)解析(1)连接电路时电源应与电路断开，所以开关要断开；另一错误是电阻箱接入电路的电阻是零，这样容易烧坏电流表和电源。(2)将数据描点连线，作出一条倾斜的直线。根据闭合电路欧姆定律E＝I(R＋r)得R＝E·1I－r，所以图线的斜率表示电源电动势，E＝8－－1.26.7－0V＝1.37V，截距绝对值表示电源内阻：r＝0.4×3.0Ω＝1.20Ω。(3)用电压表与电流表并联，可测得电流表的内阻RA＝UAIA＝66.0×10－333×10－2Ω＝0.20Ω，考虑电表内阻对实验的影响，则E＝I(R＋RA＋r)，得R＝E·1I－(RA＋r)，所以图线的斜率仍表示电动势，电动势的准确值为1.37V，图线的截距绝对值表示(RA＋r)，所以内阻精确值为r＝(1.20－0.20)Ω＝1.00Ω。6．(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(量程3V，内阻3kΩ)；电流表(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________(填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”)。(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)答案(1)实验电路原理如图所示。(2)增大增大(3)0.391.17解析(1)小灯泡的电压要求从0开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，小灯泡的额定电压超出电压表的量程，需与R0串联后接入电路。电路图如图所示。(2)I­U图象中随着电流的增大，图线的斜率变小，小灯泡的电阻增大。根据电阻定律R＝ρLS，得灯丝的电阻率增大。(3)当R＝0时，电源路端电压与电流的关系图象如图线甲所示。此时小灯泡功率有最大值。当R＝9Ω时，将R看作电源内阻，则等效电源内阻为10Ω，其路端电压与电流的关系图象如图线乙所示。此时小灯泡功率有最小值。取图线甲与小灯泡伏安特性曲线交点：U1＝3.66V，I1＝0.319A，小灯泡的最大功率P1＝U1I1≈1.17W。取图线乙与小灯泡伏安特性曲线交点：U2＝1.77V，I2＝0.222A，小灯泡的最小功率P2＝U2I2≈0.39W。命题特点：1.分析近几年的高考，考查的方向基本不变，主要体现在：(1)基本仪器的使用及读数。(2)电表的改装、仪器的选择。(3)以测量电阻、电源电动势为核心的电学实验。(4)实验原理的理解、实验数据的分析以及实验的设计。2．基本仪器的使用仍是今后高考中考查的热点，同时注重对实验操作过程的考查和创新设计实验的考查。思想方法：等效替代法、半偏法、控制变量法、累积法、图象法。滑动变阻器的接法：分压式、限流式。电流表的接法：内接法、外接法。高考考向1高考考向1电表的改装、多用电表的原理与使用例1(2018·全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表。可用的器材有：微安表头(量程100μA，内阻900Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99999.9Ω)；导线若干。要求利用所给器材先组装一个量程为1mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1mA和电压3V两挡。回答下列问题：(1)