【物理】2019届二轮复习 电学基本实验学案（全国通用）
2019届二轮复习 电学基本实验 学案（全国通用）
考点一 基本器材的使用与读数
知识梳理
1.电流表、电压表的读数方法
电流表
电压表
符号
参数
量程:0 0.6 A,0 3 A
内阻:小于1 Ω
量程:0 3 V,0 15 V
内阻:3 Ω,15 Ω
(续表)
电流表
电压表
读数方法
视线垂直于刻度盘表面,0 3 A量程估读到最小刻度的,0 0.6 A量程估读到最小刻度的
视线垂直于刻度盘表面,0 3 V量程估读到最小刻度的,0 15 V量程估读到最小刻度的
2.应用多用电表测电阻
(1)机械调零:检查表针是否停在左端的“0”位置;
(2)选取适当倍率挡;
(3)欧姆调零:两表笔短接,检查表针是否停在右端的“0”位置;
(4)把两表笔分别与待测电阻两端相接,欧姆表的读数乘倍率即为被测电阻的阻值;
(5)实验结束后,将表笔拔出,并将选择开关旋至OFF挡或交流电压最高挡.
题组演练
1.“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,得到了两组电流表与电压表的示数如图12-1中的①、②、③、④所示,电流表量程为0 0.6 A,电压表量程为0 3 V.图中所示读数为:① 、② 、③ 、④ .两组数据得到的电阻分别为 和 .
图12-1
2.小明同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,为了更准确地选取电压表和电流表的量程,决定先用多用电表测量小灯泡的阻值.
(1)在使用前发现电表指针位置如图12-2甲所示,该同学应该调节 (选填“①”或“②”).
(2)小明使用多用电表欧姆挡的“×10”挡测量小灯泡阻值,读数如图乙所示,为了更准确地进行测量,小明应该旋转开关至 (选填“×100”或“×1”)挡,两表笔短接并调节 (选填“①”或“②”).
(3)按正确步骤测量时,指针指在如图丙所示位置,则小灯泡阻值的测量值为 Ω.
图12-2
3.某同学在“测量一只小灯泡电阻”的实验中,连接了如图12-3所示的实物图.闭合开关,发现灯泡不亮,电流表的示数为零.
图12-3
(1)他借助多用电表检查小灯泡.先断开开关,把多用电表的选择开关旋到“×1”挡,再进行 调零;将红、黑表笔分别接触①、②接线柱,多用电表的表盘如图12-4所示,说明小灯泡正常,此时的电阻为 Ω.
图12-4
(2)他将多用电表选择开关旋于某直流电压挡,将红、黑表笔分别接触②、③接线柱;闭合开关,发现多用电表的示数约等于电源电动势,说明②、③接线柱间的导线出现了 (选填“断路”或“短路”).
(3)故障排除后,为了使电流表的示数从零开始调节,要在 (选填“①、④”或“③、④”)接线柱间再连接一根导线,并在闭合开关前把滑动变阻器的滑片置于最 (选填“左”或“右”)端.
归纳
使用多用电表时的注意事项
(1)测量电阻时,待测电阻要与其他电路元件断开,两手不要接触待测电阻两端;
(2)选择好倍率挡后要进行欧姆调零,且每换一次倍率挡要“调零”一次;
(3)测量电阻时,若指针偏角过小,应换较大倍率挡;若指针偏角过大,应换较小倍率挡;
(4)读数=示数×倍率;
(5)电流的流向一定是“红进黑出”;
(6)欧姆表的中值电阻为R中=.
考点二 以测电阻为核心的电学实验
知识梳理
1.最常用的测量电阻方法
(1)伏安法:有电压表、电流表且电表量程恰当时选择“伏安法”.
(2)安安法:电压表不能用或没有电压表的情形下,若知道电流表内阻,可以将电流表当作电压表使用,即选择“安安法”.
(3)伏伏法:电流表不能用或没有电流表的情况下,若知道电压表内阻,可以将电压表当作电流表使用,即选择“伏伏法”.
(4)伏安加R法:在运用伏安法测电阻时,由于电压表或电流表的量程太小或太大,为了满足安全、精确的要求,需加保护电阻,“伏安加R法”又叫作“加保护电阻法”.
注意:电表的“三用”:如果知道电表的内阻,电流表、电压表就既可以测电流,也可以测电压,还可以作为定值电阻来用,即“一表三用”.
2.最为精确的测量电阻方法——等效替代法
(1)电流等效替代
图12-5
(2)电压等效替代
图12-6
3.测量电表内阻最常用的方法——半偏法
(1)用半偏法测电流表内阻,如图12-7所示,电阻箱应和电流表并联,然后与滑动变阻器串联,R测
R真.
图12-8
4.最独特的测量方法——电桥法测电阻
在电阻的测量方法中,有一种很独特的测量方法,那就是电桥法.其测量电路如图12-9所示,实验中调节电阻箱R3,当A、B两点的电势相等时,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.
图12-9
根据欧姆定律有=,=,解得R1Rx=R2R3,这就是电桥平衡的条件,由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值.
题组演练
1.某同学用伏安法测量一未知电阻Rx的阻值.
(1)该同学用电流表内接法和外接法分别进行实验,并将得到的电流、电压数据描到U-I图上,由电流表外接法得到的图线是图12-10甲中的 (选填“a”或“b”).
(2)请用图甲中的数据,求出用电流表外接法时Rx的测量值为 ,其测量值与真实值相比 (选填“偏大”或“偏小”).
(3)图乙是用电流表外接法已部分连接好的实物电路,请结合甲图信息补充完整实物接线.
图12-10
2.小明利用实验室提供的器材测量某种电阻丝材料的电阻率,所用电阻丝的电阻约为20 Ω.他首先把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上,在电阻丝上夹一个与接线柱c相连的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度.可供选择的器材还有:
电池组E(电动势为3.0 V,内阻约1 Ω);
电流表A1(量程0 100 mA,内阻约5 Ω);
电流表A2(量程0 0.6 A,内阻约0.2 Ω);
电阻箱R(0 999.9 Ω);
开关、导线若干.
小明的实验操作步骤如下:
A.用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径;
B.根据所提供的实验器材,按图12-11甲连接好实验电路;
C.调节电阻箱使其接入电路中的阻值较大,闭合开关;
D.将金属夹夹在电阻丝上某位置,调整电阻箱接入电路中的阻值,使电流表满偏,记录电阻箱的阻值R和接入电路的电阻丝长度L;
E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置,调整电阻箱接入电路中的阻值,使电流表再次满偏.重复多次,记录每一次电阻箱的阻值R和接入电路的电阻丝长度L;
F.断开开关.
图12-11
(1)小明某次用螺旋测微器测量电阻丝直径时其示数如图乙所示,则该电阻丝直径的测量值d= mm.
(2)实验中电流表应选择 (选填“A1”或“A2”).
(3)小明用记录的多组电阻箱的阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据,绘出了如图丙所示的R-L关系图线,图线在R轴的截距为R0,在L轴的截距为L0,再结合测出的电阻丝直径d,可求出这种电阻丝材料的电阻率ρ= (用给定的物理量符号和已知常数表示).
(4)若本实验中的操作、读数及计算均正确无误,那么由于电流表内阻的存在,对电阻率的测量结果是否会产生影响?若有影响,请说明测量结果将偏大还是偏小.(不要求分析过程,只回答出结果即可)
答: .
3.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,选用的小灯泡规格为“3.8 V,0.3 A”.
(1)除了导线和开关外,有以下一些器材可供选择:
电流表A1(量程0 3 A,内阻约0.1 Ω);
电流表A2(量程0 0.6 A,内阻约0.3 Ω);
电压表V(量程0 5 V,内阻约5 Ω);
滑动变阻器R1(阻值范围0 10 Ω);
滑动变阻器R2(阻值范围0 2 Ω);
电源E(电动势为4 V,内阻约为0.04 Ω).
为了调节方便,测量准确,实验中电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 .(填器材的符号)
(2)为尽量精准地描绘小灯泡的伏安特性曲线,应选用的实验电路为图12-12中的 .
图12-12
(3)某同学记录了多组数据,并且将这些数据的对应点标在了图12-13的坐标纸上,请根据这些点在图中画出I-U图线.
图12-13
(4)从图线可知,当灯泡两端电压为2.6 V时,小灯泡的功率等于 W(保留两位有效数字).
图12-14
(5)将实验所用小灯泡接入如图12-14所示的电路中,其中A是电流传感器.在开关S闭合前后,结合以上所作的I-U图线,分析判断通过小灯泡的电流随时间变化的图像应该是图12-15中的 .
图12-15
4.某同学利用如图12-16甲所示电路测量量程为0 2.5 V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(最大阻值为99 999.9 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为50 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为5 Ω),直流电源E(电动势为3 V),开关1个,导线若干.
图12-16
实验步骤如下:
①按电路原理图连接实物图;
②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图甲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,使电压表的示数为2.00 V,记下电阻箱的阻值.
回答下列问题:
(1)实验中应选择滑动变阻器 (选填“R1”或“R2”).
(2)根据图甲所示电路将图乙中实物图连线.
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω,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,可推断该表头的满偏电流为 .
A.100 μA B.250 μA
C.500 μA D.1 mA
归纳
1.仪器的选择方法
(1)电源的选择:一般根据待测电阻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;根据待测的最大电流选择电流表;电表的指针摆动的幅度不宜过小,一般应使指针能达到半偏左右.
2.测量电路的选择方法
比较项目
电流表内接法
电流表外接法
电路
误差
电流表的分压
电压表的分流
测量结果
R测=>Rx,偏大
R测=r真
r测r真
题组演练
1.某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻,现备有下列器材:
A.待测干电池一节;
B.电流表1(量程0 0.6 A,内阻RA1=0.3 Ω);
C.电流表2(量程0 0.6 A,内阻约为0.1 Ω);
D.电压表1(量程0 3 V,内阻未知);
E.电压表2(量程0 15 V,内阻未知);
F.滑动变阻器1(0 10 Ω,2 A);
G.滑动变阻器2(0 100 Ω,1 A);
H.开关、导线若干.
“用伏安法测电池电动势和内阻”的实验中,由于电流表和电压表内阻的影响,测量结果存在系统误差,在现有器材的条件下,要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻.
(1)在上述器材中请选择适当的器材:电流表选择 ,电压表选择 ,滑动变阻器选择 .(填写器材前的字母)
(2)实验电路图应选择图12-17中的 (选填“甲”或“乙”).
(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U-I图像,则在修正了实验系统误差后,干电池的电动势E= V,内阻r= Ω.
图12-17
2.现要测量某电源的电动势和内阻,为了测量数据尽可能准确,实验小组反复研究后确定了如图12-18所示电路,可供选用的器材有:
图12-18
待测电源E(电动势约1.5 V,内阻约2 Ω);
灵敏电流计G(量程0 200 μA,内阻为99 Ω);
电阻箱R(0 999.9 Ω);
定值电阻R1=1 Ω;
定值电阻R2=100 Ω;
开关、导线若干.
(1)通过相关计算,应该选择的定值电阻是 (选填“R1”或“R2”).
(2)连接好电路后,将电阻箱调到某一阻值时,通过灵敏电流计的电流为I0,则此时通过电源的电流大小为 .
(3)改变并记录电阻箱的阻值R以及对应状态下通过灵敏电流计的电流I(以A为单位),得到了多组I、R值.某同学用图像法来处理数据,他用横坐标表示R,纵坐标表示,并严格规范地描点作图.若得到的图线斜率大小为 ,纵轴截距大小为a,则该电源的电动势E= ,内阻r= .
3.在“测定电源的电动势和内阻”的实验中,备有下列器材:
A.待测的干电池一节;
B.电流表A1(量程0 3 mA,内阻Rg1=10 Ω);
C.电流表A2(量程0 0.6 A,内阻Rg2=0.1 Ω);
D.滑动变阻器R1(0 20 Ω,1.0 A);
E.电阻箱R0(0 9999.9 Ω);
F.开关和若干导线.
(1)某同学发现上述器材中没有电压表,他想利用其中的一个电流表和电阻箱改装成一个电压表,其量程为0 3 V,并设计了如图12-19所示的甲、乙两个参考实验电路(虚线框内为改装电压表的电路),其中合理的是 (选填“甲”或“乙”)电路;此时R0的阻值应取 Ω.
图12-19
(2)图12-20为该同学根据合理电路所绘出的I1-I2图像(I1为电流表A1的示数,I2为电流表A2的示数).根据该图线可得被测电池的电动势E= V,内阻r= Ω.
图12-20
4. 物理兴趣小组的同学在实验室测量某种型号的电池的电动势E及内阻r,实验器材有:
A.待测电源E;
B.电压表V(量程0 3 V,内阻很大);
C.电阻箱R(0 99.99 Ω);
D.定值电阻R1=1.2 Ω,R2=2 Ω;
E.单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2;
F.导线若干.
小组的同学经过讨论,最终设计了如图12-21所示的电路,实验主要步骤如下,请完成相关内容:
图12-21
图12-22
(1)请根据图12-21的实物图,在图12-22的虚线框内画出电路图并标上相应的符号(部分已画好);
(2)先闭合S1,将S2切换到a,调节电阻箱,读出其示数R和对应的电压表示数U1;
(3)保持电阻箱示数不变, ,读出电压表的示数U2;
(4)重复步骤(1)、(2),读出多组电压表示数U1、U2,如下表:
组数
1
2
3
4
5
6
U2/V
1.1
1.5
1.8
2.0
2.2
2.6
U1/V
0.15
0.75
1.2
1.5
1.8
2.4
请根据表中数据,在图12-23中描绘出图像;
图12-23
(5)若图像的斜率为 ,在横轴上的截距为b,则电源电动势可表示为E= ,内阻可表示为r= .(用b、 、R1、R2表示)根据(4)所画图像可计算出:电动势和内阻的值分别为E= V,内阻r= Ω.(均保留两位有效数字)
归纳
在高考电学设计性实验中,常以定值电阻的合理使用为背景来命题.求解这类问题的关键是必须弄清定值电阻在设计电路中的主要作用,一般来说,定值电阻有三种作用:
第12讲 电学基本实验
高频考点探究
考点一
1.①0.100 A ②0.240 A ③2.00 V ④0.27 V
8.3 Ω 2.7 Ω
[解析 电流表量程为0 0.6 A时,最小刻度为0.02 A,读数读到小数点后三位,所以①所示读数为0.100 A,②所示读数为0.240 A;电压表量程为0 3 V,最小刻度为0.1 V,应估读到0.01 V,所以③所示读数为2.00 V,④所示读数为0.27 V,根据欧姆定律得R1===8.3 Ω,R2== Ω=2.7 Ω.
2.(1)① (2)×1 ② (3)28.0
[解析 (1)由图甲可知,电表指针没有指在左侧零刻度线处,应进行机械调零,故应调节机械调零旋钮①.
(2)由图乙可知,测量电阻时指针偏角较大,表盘上示数偏小,说明所选挡位太大,应换用小挡位,故选“×1”挡;同时每次换挡后均应进行欧姆调零,故将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮②使指针指到右侧零刻度线处.
(3)由图丙可知,电阻R=28.0×1 Ω=28.0 Ω.
3.(1)欧姆 6.0 (2)断路 (3)③、④ 左
[解析 (1)根据欧姆表的使用方法可知,每次选完挡后应重新进行欧姆调零;欧姆表的读数为R=6.0×1 Ω=6.0 Ω.
(2)将红、黑表笔分别接触②、③接线柱,闭合开关,发现多用电表的示数约等于电源电动势,说明②、③接线柱间的导线出现了断路.
(3)为使电流表的示数从零开始调节,变阻器应采用分压式接法,所以应在③、④接线柱间再连接一根导线;闭合开关前应将滑片置于最左端.
考点二
1.(1)b (2)1.25 Ω 偏小 (3)如图所示
[解析 (1)采用电流表外接法,由于电压表分流作用,测得的电流值会偏大,由图示图像可知,由电流表外接法得到的图线是b.
(2)由图示图像可知,电阻R= = Ω=1.25 Ω;因电流的测量值偏大,故电阻的测量值偏小.
(3)滑动变阻器用分压电路,则电路如图所示.
2.(1)0.732 (2)A1 (3) (4)不产生影响
[解析 (1)由图可知,固定刻度是0.5 mm,可动刻度是23.2×0.01 mm=0.232 mm,金属丝直径d=0.5 mm+0.232 mm=0.732 mm.
(2)如果使用电流表A2,A2满偏时,电路总电阻R总==5 Ω,电阻丝及电阻箱可调节范围过小,因此电流表应选择A1.
(3)由实验步骤可知,外电路电阻不变,由串联电路特点可知,外电路总电阻R总=R+R电阻丝+RA1=R+ρ+RA1=R+ρ+RA1=R+L+RA1,由图像可知,当电阻丝接入电路的长度为零时,电路总电阻R总=R0+RA1,则R+L+RA1=R0+RA1,R=R0-L,图像斜率的绝对值 ==,则电阻率ρ=.
(4)应用图像法处理实验数据,电流表内阻对实验结果没有影响.
3.(1)A2 R1 (2)乙 (3)如图所示 (4)0.68 (5)B
[解析 (1)灯泡的额定电流为0.3 A,为了调节方便,测量准确,实验中电流表应选用A2,滑动变阻器要用分压电路,则选R1.
(2)电流表要外接,滑动变阻器要接成分压电路,故选乙电路.
(3)画出I-U图线如图所示.
(4)由图线可知,当灯泡两端电压为2.6 V时,灯泡的电流为0.26 A,则小灯泡的功率P=IU=0.68 W.
(5)由I-U图线可知,随着电压增大,电阻逐渐变大,灯泡的电流逐渐减小,最后趋于稳定,则电流i随时间t变化的图像为B.
4.(1)R1 (2)如图所示 (3)2520 (4)D
[解析 (1)滑动变阻器R1的阻值较小,在分压电路中便于调节,故实验中应选择滑动变阻器R1.
(2)实物图连线如图所示.
(3)电阻箱阻值为0时,电压表满偏电压Ug=2.5 V,电阻箱阻值R=630.0 Ω时,电压表的示数UV=2.00 V,此时电阻箱两端的电压UR=Ug-UV=0.5 V,根据串联电路电压与电阻成正比可得=,故Rg=R=×630.0 Ω=2520 Ω.
(4)设电压表的满偏电流为Ig,则IgRg=Ug,故Ig== A≈1 mA,选项D正确.
考点三
1.(1)B D F (2)甲 (3)1.5 0.7
[解析 (1)干电池的电动势约为1.5 V,故为了读数准确,电压表应选择D;电池内阻较小,为了准确测量内阻,选择已知内阻的电流表B;滑动变阻器选阻值较小的F.
(2)根据以上分析可知,电流表与电池串联,将电流表内阻等效为电源内阻,故电路图选择甲.
(3)由U-I图可知,电源的电动势E=1.5 V;内阻r=-RA1= Ω-0.3 Ω=0.7 Ω.
2.(1)R1 (2)100I0 (3)(V) -0.99 (Ω)
[解析 (1)由电路图可知,灵敏电流计与定值电阻并联改装为大量程的电流表,而电流计的内阻为99 Ω,为了安全和扩大量程,应该选比电流计内阻小得多的定值电阻来并联,故选R1.
(2)由并联知识可知,电流计两端电压和定值电阻两端电压相等,即RgI0=I'R1,解得I'=99I0,电路中的总电流I总=100I0.
(3)由闭合电路的欧姆定律有E=100I(R+r)+99I,变形为=R+,故斜率大小 =,纵轴截距大小a=,解得电源电动势E=(V),内阻r=-0.99 (Ω).
3.(1)乙 990 (2)1.48 (1.46 1.49均可) 0.84(0.82 0.87均可)
[解析 (1)需要用A2来测量电流,因此需要将A1进行改装,故选乙电路;根据电表的改装原理可知,U=Ig1(Rg1+R0),即3=0.003×(10+R0),解得R0=990 Ω.
(2)根据闭合电路欧姆定律可知,I1×1000=E-I2r,将图像延长,根据纵截距知该电源的电动势为1.48 V,根据斜率可得内阻为0.84 Ω.
4.(1)如图甲所示 (3)将S2切换到b (4)如图乙所示
(5) -R2 3.0(2.8 3.1均可) 0.4(0.3 0.5均可)
[解析 (1)如图甲所示.
(4)如图乙所示.
(5)根据闭合电路欧姆定律可知U2=E-,变形可得U1=U2-E,图像的斜率为 =,横轴截距b=,故电动势为E= ,内阻为r=-R2,结合图像可得E=3.0 V,r=0.4 Ω.