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单元综合专题(八)电学实验方法综合专题专题综述电学实验是高考必考的热点内容，命题思路是：以教材中的四个电学实验为基础，运用其中的实验方法，处理新情景下的电学实验问题，考查学生对实验方法的迁移能力．高中电学实验方法归纳如下：一、电学仪表的使用及读数的方法电学常用仪器螺旋测微器、游标卡尺、电压表、电流表、电阻箱、欧姆表．仪表读数的“五个要点”量程、准确度、倍率、刻度值、估计值．仪表读数的原则仪表的最小刻度是1、0.1、0.01时，要估读到最小刻度的下一位，最小刻度不是1、0.1、0.01时，估读到最小刻度的所在位．仪表读数的注意事项(1)螺旋测微器读数：读固定刻度数注意半毫米刻度线是否露出，读可动刻度数要估读一位．(2)游标卡尺读数：注意游标尺的格数及对应的准确度，游标卡尺不需要估读．(3)电阻箱读数：每个旋钮对应的数值与其倍率的乘积，由大到小依次相加即为电阻值．注意电阻箱的读数不用估读．(4)欧姆表读数：阻值等于表盘上的刻度值乘以倍率，按高考题的要求，欧姆表的读数仍要按读数原则估读．二、连接电路与选取器材的方法选择电学仪器的三个因素(1)安全因素：通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的最大电流．(2)误差因素：电压表、电流表在使用时，其指针应偏转到满偏刻度的13以上；使用欧姆表选挡时让指针尽可能在中值刻度附近．(3)方便因素：选用滑动变阻器时，既要满足对电路的调节要求，又要便于操作，使其大部分电阻线都被用到．实物图连接的注意事项(1)画线从电源正极开始，先将主电路中串联的元件依次连接；再连接要并联的元件．(2)注意使电流从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出．(3)连线时要将导线接在接线柱上，两条导线不能交叉．三、处理实验数据的方法实验数据的处理方法图像法、平均值法、列表比较法、解析法、逐差法，电学实验考查的重点是图像法．图像法处理数据的三个环节(1)由数据绘出图像：绘图时要注意纵、横轴代表的物理量及其单位、标度、原点的选取．如果坐标系没有给出原点坐标和标度值，要使图线尽量分布在坐标纸的中央区域．(2)由图像求解物理量：通过图像对应的函数关系式，确定图像的斜率和截距的物理含义，进而求解相关物理量．(3)由图像探究物理量的关系：当图像不是直线时，可试图变换某一物理量的呈现形式，使曲线转化为直线，从而利用斜率、截距找到某些物理量．四、控制电路的两种方法两种控制电路—限流和分压两种控制电路的选择(1)要求电压调节范围大，从零开始调节，用分压电路．(2)变阻器的阻值远小于被调节电阻时，用分压电路．(3)用限流法不能把电流控制在量程内，用分压电路．(4)两种电路均可时，限流电路优先，因为限流电路简单，耗电少．五、应用定值电阻的方法保护电路．扩大电压表和电流表的量程．配合电流表测电压或配合电压表测电流．充当电源内阻．六、电表改装和互换的方法当电表的量程较小，而内阻已知时，可以用定值电阻改装扩大量程．已知内阻的电流表可以当电压表使用，已知内阻的电压表也可以当电流表使用．七、测电源电动势和内阻的三种方法方法伏安法安阻法伏阻法电路图关系式U＝E－Ir1I＝1ER＋rE1U＝rE·1R＋1E图像图像含义纵轴截距为E，斜率的绝对值为r纵轴截距为rE，斜率为1E纵轴截距为1E，斜率为rE八、测量电阻的八种方法最直接的测电阻方法——多用电表测量法直接用欧姆表测量电阻简单快捷，但由于欧姆表的刻度不均，误差较大，只能粗略测量电阻．最基础的测电阻方法——伏安法电流表外接法和内接法电路：最精确的测电阻方法——等效替代法电路如图：最灵活的测电阻方法(1)——安安法电路如图：最灵活的测电阻方法(2)——伏伏法电路如图：测电流表内阻的专用方法——电流半偏法电路如图：测电压表内阻的专用方法——电压半偏法电路如图：利用比例关系测电阻的方法——电桥法电路如图所示：实验中调节电阻箱R3，当电流计读数为零时，A、B两点的电势相等，R1和R3两端的电压相等，设为U1.同时R2和Rx两端的电压也相等，设为U2.根据欧姆定律有：U1R1＝U2R2，U1R3＝U2Rx.解得R1R2＝R3Rx，这就是电桥平衡的条件，可求出被测电阻Rx的阻值．1．(2018·天津)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10kΩ)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：A．电压表(量程0～1V，内阻约10kΩ)B．电压表(量程0～10V，内阻约100kΩ)C．电流表(量程0～1mA，内阻约30Ω)D．电流表(量程0～0.6A，内阻约0.05Ω)E．电源(电动势1.5V，额定电流0.5A，内阻不计)F．电源(电动势12V，额定电流2A，内阻不计)G．滑动变阻器R0(阻值范围0～10Ω，额定电流2A)①为使测量尽量准确，电压表选用________，电流表选用________，电源选用________．(均填器材的字母代号)②画出测量Rx阻值的实验电路图．③该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会________其真实值(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是_________________________________________________________________________________________．答案①BCF②如图所示③大于电压表的读数大于待测电阻两端的实际电压解析①因待测电阻阻值较大，为了准确测量，应采用较大的电动势，故选电动势为12V的电源F；电压表选择10V的量程，最大电流I约为：I＝1010000A＝0.001A＝1mA，故电流表选择C；②因给出的滑动变阻器总阻值较小，所以应采用分压接法，同时因待测电阻较大，为了准确测量，电流表选择内接法，故电路图如图所示；③因本实验采用电流表内接法，由于电流表分压影响，电压表测量值将大于真实值，由欧姆定律可知，电阻测量值将大于真实值．2．(2018·福州模拟)某小组通过实验测绘一个标有“5.0V7.5W”某元件的伏安特性曲线，电路图如图甲所示，备有下列器材：A．电池组(电动势为6.0V，内阻约为1Ω)B．电压表(量程为0～3V，内阻RV＝3kΩ)C．电流表(量程为0～1.5A，内阻约为0.5Ω)D．滑动变阻器R(最大阻值10Ω，额定电流1A)E．定值电阻R1(电阻值为3kΩ)F．定值电阻R2(电阻值为1.5kΩ)G．开关和导线若干(1)实验中所用定值电阻应选________(填“E”或“F”)．(2)根据图甲电路图，用笔画线代替导线将图乙中的实物电路连接完整．某次实验时，电压表示数指针位置如图丙所示，则电压表读数是________V；元件两端电压是________V.(3)通过实验数据描绘出该元件的伏安特性曲线如图丁所示，若把两个同样的该元件并联后与电动势为4.5V，内阻为1.5Ω的电源相连接，则此时每个元件的电阻值均为________Ω.(计算结果保留2位有效数字)答案(1)E(2)实物图如图所示，2.20，4.40(3)1.7解析(1)滑动变阻器采用的方法是分压式接法，若选择较小的电阻R2，则电压表打满时，元件两端的电压才是4.5V，调不到元件的额定电压，所以选大电阻R1；(2)按照电路图连接实物图如答案图所示，由刻度盘读得：电压表的计数是2.20V，元件两端的电压为：U＝UV＋UR＝UV＋R1RVUV＝2.20V＋33×2.2V＝4.40V；(3)设元件的电流为I，由闭合电路和部分电路的欧姆定律可得，电源的路端电压为：U＝E－2Ir，即为：U＝4.5－3I在坐标系中描出上述直线的图像如图所示，从交点坐标可以看出此时元件的电流为：I＝0.95A，元件电压为：U＝1.65V，所以元件电阻为：R＝UI＝1.7Ω.3．(2018·广东模拟)图(a)为某同学测量一节干电池的电动势和内电阻的电路图．(1)虚线框内是用毫安表改装成电流表的电路．已知毫安表表头的内阻为10Ω，满偏电流为100mA，电阻R1＝2.5Ω，由此可知，改装后电流表的量程为________A.(2)实验步骤如下，请完成相应的填空：①将滑动变阻器R的滑片移到________端(选填“A”或“B”)，闭合开关S；②多次调节滑动变阻器的滑片，记下电压表的示数U和毫安表的示数I；某次测量时毫安表的示数如图(b)所示，其读数为________mA.③以U为纵坐标，I为横坐标，作UI图线，如图(c)所示；④根据图线求得电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(结果均保留到小数点后两位)答案(1)0.5(2)①B②68④1.48(1.47～1.49之间均可)0.45(0.43～0.48之间均可)解析(1)根据并联电路基本原理可知，改装后的量程为：I＝0.1×102.5A＋0.1A＝0.5A；内阻R′＝10×2.510＋2.5Ω＝2Ω(2)①实验中应让电阻由最大值开始调节，所以开始时滑片应滑到B端；②电流表量程为100mA，故读数为68mA；④根据改装原理可知，实际电流为电流表读数的5倍，由闭合电路欧姆定律可知：U＝E－5I(r＋R′)由图可知，电源的电动势E＝1.48V；r＋R′＝1.48－0.580×10－3×5＝2.45故r＝2.45Ω－2Ω＝0.45Ω.4．(2018·济南二模)某实验小组要用电阻箱和电压表测量某型号电池组的电动势E和内阻r，为了提高实验的精度，需要测量电压表的内阻．实验室中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表，该同学便充分利用这块表，设计了如图1所示的实验电路，既能实现对该电压表内阻的测量，又能利用该表完成该电池组电动势和内阻的测量．他用到的实验器材有：待测电池组(电动势约4V．内阻约50Ω)、双向电压表(量程为3V．内阻约为2kΩ)、电阻箱R1(0～9999Ω)、滑动变阻器R2(0～200Ω)、一个单刀双掷开关及若干导线．(1)按照图1所示的电路图在图2中画出正确的实物连接图．(2)利用半偏法测出了电压表的内阻，请完善测量电压表内阻的实验步骤：①将R2的滑片滑至最左端，将电阻箱R1阻值调为0，将开关掷向________(填“1”或“2”)位置．②调节R2的滑片，使电压表示数达到满偏；③保持R2不变，调节R1，使电压表的示数达到半偏；④读出电阻箱的阻值，记为R1，则电压表的内阻RV＝R1，若测得电压表内阻为2kΩ，可分析此测量值应________真实值．(填“大于”“等于”或“小于”)(3)接下来测量电源电动势和内阻，实验步骤如下：①将R2的滑片移到最左端，不再移动，将开关拨至________(填“1”或“2”)位置；②调节电阻箱的阻值，使电压表的示数达到一合适值，记录电压表的示数和电阻箱的阻值；③重复第二步，记录多组电压表的示数和对应的电阻箱的阻值．(4)若将电阻箱与电压表并联后的阻值记录为R.作出1R1U图像，如图3所示．其中横轴截距为b，斜率为k，则电动势E的表达式为________，内阻r的表达式为________．(用字母k和b表示)答案(1)如图所示(2)1大于(3)2(4)1bkb解析(1)根据原理图可得出对应的实物图如答案图所示；(2)为了测量电压表内阻，开关应投向1；因为滑动变阻器接入电路的阻值不变，电压表与电阻箱两端电压不变，电压表示数变为满偏电压的一半，则电阻箱分压与电压表分压相等，电压表内阻与电阻箱接入电路的阻值相等，则电压表内阻：RV＝R1.调节电阻箱阻值使电压表示数变为满偏电压的一半时，电路总电阻变大，电路总电流变小，滑动变阻器与电源内阻分压变小，电阻箱与电压表两端总电压变大，当电压表示数变为满偏电压一半时，电阻箱两端电压大于电压表满偏电压一半，电阻箱阻值大于电压表内阻，如果认为电压表内阻等于电阻箱阻值，则电压表内阻的测量值偏大．(3)①测电源电动势与内阻，应将开关S拨至2位置，将R1的滑动触片移到最左端，不再移动．(4)由图示电路图可知，在闭合电路中，电源电动势E＝U＋Ir＝U＋URr，则1U＝1E＋rE·1R，由图示图像可知，图像截距b＝1E，图像斜率k＝rE，则电源电动势E＝1b，电源内阻r＝kb.5．用下列器材测量电流表A1的电阻r1：