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第二部分高考题型研究02实验题型研究第5讲电学实验创新命题点考生普遍感觉电学实验题比力学实验题难度大一些，分析近几年的高考题可以发现电学实验题的创新幅度小一些．往往是以大纲要求的5个基本实验为原型，从测量对象、实验原理、实验分析与数据处理等方面进行创新演绎．只要考生多从这几个方面学习、思考、研究、巩固，对于电学实验题也可以做到得心应手，“满分”而归．创新点一测量对象的变化电阻的测量贯穿了5个电学实验中，但在实际考查中测量对象往往有以下变化：测直径(D＝1.70cm/圈数)测电阻丝长度(L＝RS/ρ)测量金属薄膜的厚度，膜的厚度为d，根据R＝ρLS，S＝D·dπ，求得d＝ρLπDR测量金属管内径d和外径D用千分尺测量，伏安法测电阻，根据R＝ρLS和S＝π4(D2－d2)求得d＝D2－4ρLπR【例1】(2019年南阳模拟)有一根长陶瓷管，其表面均匀地镀有一层很薄的电阻膜，管的两端有导电箍M和N，如图2—5—1甲所示．用多用电表欧姆挡测得MN间的电阻膜的电阻约为1kΩ.陶瓷管的直径远大于电阻膜的厚度．某同学利用下列器材设计了一个测量该电阻膜厚度d的实验．图2—5—1A．毫米刻度尺B．游标卡尺(20分度)C．电流表A1(量程0～5mA，内阻约10Ω)D．电流表A2(量程0～100mA，内阻约0.6Ω)E．电压表V1(量程5V，内阻约5kΩ)F．电压表V2(量程15V，内阻约15kΩ)G．滑动变阻器R1(阻值范围0～10Ω，额定电流1.5A)H．滑动变阻器R2(阻值范围0～100Ω，额定电流1A)I．电源E(电动势6V，内阻可不计)J．开关一个，导线若干(1)他用毫米刻度尺测出电阻膜的长度为l＝10.00cm，用20分度游标卡尺测量该陶瓷管的外径，其示数如图2—5—1乙所示，该陶瓷管的外径D＝________cm.(2)为了比较准确地测量电阻膜的电阻，且调节方便，实验中应选用电流表________，电压表________，滑动变阻器________．(填写器材前面的字母代号)(3)在方框中画出测量电阻膜电阻的实验电路图．(4)连接好电路后移动滑片，闭合开关．改变滑动变阻器接入电路的电阻，记录多组电压表的读数和电流表的读数，根据数据做出的U－I图象为过原点的一条倾斜直线，计算出图线的斜率为k.若镀膜材料的电阻率为ρ，计算电阻膜厚度d的数学表达式为d＝________(用题目给出的已知量符号或数学常数的符号表示)．【解析】(1)读取游标卡尺的示数，陶瓷管的外径D＝13mm＋8×0.05mm＝13.40mm＝1.340cm.(2)由于电源电压为6V，电阻膜的电阻约为1000Ω，故电路中的电流最大为6mA，所以电流表应该选用C；因电源电动势为6V，故电压表应选E；由于变阻器阻值太小而电阻膜电阻太大，限流式接法无法保护电路，故采用分压式接法，故滑动变阻器应该选用阻值较小的G.(3)由于RVRxRxRA，故电流表应用内接法，又因为变阻器应用分压式接法，电路图如图2—5—2所示．图2—5—2(4)由于U－I图象的斜率为k，则k＝R，由R＝ρlS＝ρlπDd，则d＝ρlkπD.【答案】(1)1.340(2)CEG(3)见解析图(4)ρlkπD【例2】(2019年武汉调研)电阻应变式称重传感器的结构如图2—5—3甲所示，弹性体的一端固定，另一端安装测力钩，在它的上下表面共粘贴4个应变片R1、R2、R3、R4.电阻应变式称重传感器的工作原理如下：弹性体在外力作用下发生弹性形变，使粘贴在其表面的电阻应变片也发生形变，同时引起阻值的变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，从而将外力变换为电信号．测量电路图如图2—5—3乙所示，未发生形变时，应变片的阻值均为R＝800Ω，当弹性体受到向上的拉力作用发生形变时，上表面压缩，R1、R2阻值变小，下表面拉伸，R3、R4阻值增大．已知每个应变片阻值的变化量ΔR与拉力F的变化规律均为ΔR＝kF，其中k＝5Ω/N；电路中电源电动势E＝8.0V，内阻不计．图2—5—3完成下列填空：(1)当测力钩不受拉力时，图乙中UAB＝________．(2)当向上施加拉力时，UAB________0(选填“”“”或“＝”)．(3)若电压表的示数为1.0V，则该传感器受到的力的大小为________N.【解析】(1)当测力钩不受拉力时，四个电阻的阻值均相等，则题图乙中UAB＝0.(2)当向上施加拉力时，R1、R2阻值变小，R3、R4阻值增大，此时R1两端的电压减小，则A点电势升高；R3两端的电压变大，则B点电势降低；则UAB0.(3)若电压表的示数为1.0V，则弹性体受到向上的拉力，设此时R1和R2分别为800－ΔR，则R3和R4分别为800＋ΔR，通过R1、R3电流相同为I，由电路可知：I(800＋ΔR)－I(800－ΔR)＝1.0V，其中I＝8（800＋ΔR）＋（800－ΔR）A＝1200A，解得ΔR＝100Ω，则根据ΔR＝kF可得受到的力的大小为F＝ΔRk＝1005N＝20N.【答案】(1)0(2)(3)20创新点二实验原理的变化测电阻可以是测量导体的电阻，也可以是电表的内阻，还可以是电源的内阻．不管哪种，理论依据都是欧姆定律或者闭合电路的欧姆定律．下面以测量电阻为例，分析实验原理的变化及创新，注意与伏安法测电阻进行对比．电流表法如果已知的内阻R1，则可测得的内阻R2＝I1R1I2安阻法串联一定值电阻R0后，同样可测得的内阻R2＝I1（R1＋R0）I2电压表法两电表的满偏电流接近时，若已知的内阻R1，则可测出的内阻R2＝U2U1R1伏阻法并联一定值电阻R0后，同样可得的内阻R2＝U2U1R1＋U1R0安安法测得电阻箱R1的阻值及表、表的示数I1、I2，可得Rx＝I2R1I1(电表阻值不计)半偏法断开S2，闭合S1，调节R0，使表满偏为I0；保持R0不变，闭合S2，调节R，使表读数为I02；则RA＝R(电压半偏法同学们自行思考)等效替代法双掷开关分别与1、2相接，调节电阻箱R1保证电流表两次读数相等，则R1的读数即等于待测电阻的阻值【例1】(2019年衡水高三模拟)某实验小组用如图2—5—4甲所示的电路图来测量电流表(量程2mA，内阻约为200Ω)的内阻，除待测电流表、1.5V的电源、开关和导线外，还有下列可供选择的实验器材：图2—5—4A．定值电阻R1B．定值电阻R2C．滑动变阻器R3(最大阻值为20Ω)D．滑动变阻器R4(最大阻值为1000Ω)E．电阻箱Rx(最大阻值为999.9Ω)F．灵敏电流计G(内阻很小可忽略)(1)为确保安全，精准实验．滑动变阻器应选用______(填写器材前对应的字母)．(2)用笔画线代替导线，将实物图2—5—4乙连接成实验电路图．(3)在闭合开关前滑动变阻器的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端，然后闭合开关移动滑动变阻器的滑片使待测表的示数适当后再不移动滑片，只调节Rx，发现当Rx＝400Ω时灵敏电流计的示数正好为零；将电阻箱和待测电流表位置互换，其他不动，再次调节Rx′＝100Ω时灵敏电流计的示数又正好为零，由此可知待测电流表的内阻为________Ω.【解析】(1)分压式接法，选阻值较小的滑动变阻器，故选C.(2)实物图如图2—5—5所示．图2—5—5(3)为确保电路安全，闭合开关前滑片应置于b端，让分压电路的电压为0.当Rx＝400Ω时电流计的示数正好为零，表明R1RA＝R2Rx；将电阻箱和待测电流表位置互换，电流计的示数又正好为零时有R1Rx′＝R2RA，于是有RA＝RxRx′，代入数据得RA＝200Ω.【答案】(1)C(2)见解析图(3)b200【例2】(2019年湖北联考)如图2—5—6所示电路可用来测量电阻的阻值．其中E为电源，R为已知电阻，Rx为待测电阻，V为理想电压表，S0为单刀单掷开关，S1、S2为单刀双掷开关．图2—5—6(1)当S0闭合时，S1、S2均向左闭合，电压表读数为U1；S1、S2均向右闭合，电压表读数为U2.由此可求出Rx＝________．(2)若电源电动势E＝1.5V，内阻可忽略，电压表量程为1.0V，R＝100Ω，此电路可测量的Rx的最大值为________Ω.(3)若电源内阻可忽略但电压表不能看作理想电表，当S0闭合时，S1、S2均向左闭合，电压表读数为U1′，S1、S2均向右闭合，电压表读数为U2′.则U1′＋U2′________E(选填“”“”或“＝”)，Rx＝________(用U1′、U2′、R表示)．【解析】(1)当S1、S2均向左闭合时，测量的U1是Rx的分压，将S1、S2均向右闭合时，测量的U2是R的分压，Rx与R串联，则有：U1U2＝RxR，解得Rx＝U1U2R.(2)Rx与R串联，所以当电压表测量Rx时达到最大量程时，Rx阻值最大，此时Rx＝U1U2R＝11.5－1×100Ω＝200Ω.(3)当S1、S2均向左闭合时，则有U1′＝ER＋RVRxRV＋Rx×RVRxRV＋Rx，将S1、S2均向右闭合时，则有U2′＝ERx＋RVRRV＋R×RVRRV＋R，故U1′＋U2′＝ERVRx＋RVRRVR＋RxR＋RVRxE；由U1′U2′＝RxR，解得Rx＝U1′U2′R.【答案】(1)U1U2R(2)200(3)U1′U2′R创新点三实验分析与数据处理的变化重视实验广度的拓展，主要体现为重视实验原理的拓展与变化和实验器材的有效重组．原理的变化是创新的热点，还会延伸到数据处理的变化，以安阻法测量电源的电动势和内阻实验为例，就原理E＝I(R＋r＋RA)和数据处理而言，即可演变出很多精彩内容．图2—5—7原理变化数据处理R＋RA＝E1I－r斜率为E纵截距的绝对值为rR＝E1I－(r＋RA)斜率为E纵截距的绝对值为(r＋RA)1I＝1ER＋r＋RAE斜率为1E纵截距为r＋RAE1I＝1E(R＋RA)＋rE斜率为1E纵截距为rE【例1】(2019年河南联考)某实验小组设计如图2—5—8甲所示电路图来测量电源的电动势及内阻，其中待测电源电动势约为2V、内阻较小；所用电压表量程为3V，内阻非常大，可看作理想电压表．图2—5—8(1)按实验电路图在图2—5—8乙中补充完整实物连线．(2)先将电阻箱电阻调至如图2—5—8丙所示，则其电阻读数为________Ω，闭合开关S，将S1打到b端，读出电压表的读数为1.10V；然后将S1打到a端，此时电压表读数如图2—5—8丁所示，则其读数为________V．根据以上测量数据可得电阻R0＝________Ω.(计算结果保留两位有效数字)(3)将S1打到b端，读出电阻箱读数R以及相应的电压表读数U，不断调节电阻箱电阻，得到多组R值与相应的U值，作出1U－1R图如图2—5—8戊所示，则通过图象可以得到该电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(计算结果保留三位有效数字)【解析】(1)电路连接如图2—5—9所示．图2—5—9(2)先将电阻箱电阻调至如题图2—5—9丙所示位置，则其电阻读数为1×10Ω＋1×1Ω＝11Ω.电压表的读数为1.10V；由欧姆定律可知，电流为：I＝1.111A＝0.1A，然后将S1打到a端，此时电压表读数如题图丁所示，电压表量程为3V，最小分度为0.1V，其读数为1.50V．根据以上测量数据可得电阻为：R0＝1.50.1Ω－11Ω＝4.0Ω.(3)在闭合电路中，电源电动势为：E＝U＋I(r＋R0)＝U＋UR(r＋R0)整理得：1U＝1E＋r＋R0E·1R，由题图戊所示图象可知，b＝1E＝0.6，E＝1.67V，图象斜率k＝r＋R0E＝3，电源内阻为：r＝kE－R0＝5Ω－4Ω＝1.00Ω.【答案】(1)见解析图(2)111.504.0(3)1.671.00【例2】(2019年淄博二模)利用图示电路可以较为准确地测量电源的电动势.2—5—10图中a为标准电源(电动势为Es)，b为待测电源(设电动势为Ex)；供电电源的电动势为E，R为滑动变阻器，G为零刻度在中央的灵敏电流计，AB为一根粗细均匀的电阻丝，滑动片C可在电阻丝上移动