【物理】2019届二轮复习　电学创新实验学案（全国通用）

【物理】2019届二轮复习　电学创新实验学案（全国通用）

‎2019届二轮复习 　电学创新实验 学案（全国通用）‎ ‎ 全国高考卷的实验题经常出现电学创新实验,该类实验的特点是题目 于教材,但又高于教材,需要考生学会迁移应用,准确理解实验创新点.‎ 一般电学创新实验有两个大方向:1.实验原理的拓展与创新,实验的基本原理和思想方法是考查的核心,要解决此类实验问题,应摒弃简单地背诵实验而向分析理解实验转变.2.实验器材的创新与使用,试题的创新点有时是改变实验器材,或者将一个“全新”的元件引入实验中进行应用或研究,注重考查考生的知识迁移能力和解决实际问题的能力.‎ 考点一　实验原理的拓展与创新 知识梳理 实验原理的创新方法通常有:‎ ‎1.转换法:将无法(或不易)测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量,然后再求待测物理量,这种方法叫转换测量法(简称转换法).如在“测量金属电阻率”的实验中,虽然无法直接测量电阻率,但通过测金属丝的长度和直径,并将金属丝接入电路测出其电阻,可以计算出它的电阻率.‎ ‎2.替代法:用一个标准的已知量替代被测量,通过调整标准量,使整个测量系统恢复到替代前的状态,则被测量等于标准量.‎ ‎3.控制变量法:研究一个物理量与其他几个物理量的关系时,要使其中一个或几个物理量不变,分别研究这个物理量与其他各物理量的关系,然后再归纳总结.如“探究电阻的决定因素”实验.‎ 题组演练 ‎1.利用如图13-1所示的电路可以较为准确地测量电源的电动势.图中a为标准电源,其电动势为Es,b为待测电源,E为工作电源,R为滑动变阻器,G为零刻度在中央的灵敏电流计,AB为一根粗细均匀的金属丝,滑片C可在金属丝上移动,A、C之间的长度可用刻度尺量出.‎ 图13-1‎ 实验步骤如下:‎ ‎(1)按图连接好电路;‎ ‎(2)调整滑动变阻器的滑片至合适位置,闭合开关S1;‎ ‎(3)将S2接1,调节滑片C使电流计示数为零,记下　　　　; ‎ ‎(4)将S2接2,重新调整C位置,使　　　　,并记下　　　　; ‎ ‎(5)断开S1、S2,计算待测电源的电动势的表达式为Ex=　　　　. ‎ ‎2.某同学用图13-2中所给器材进行与安培力有关的实验.两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行,足够大的电磁铁(未画出)的N极位于两导轨的正上方,S极位于两导轨的正下方,一金属棒(电阻不计)置于导轨上且与两导轨垂直.‎ 图13-2‎ ‎(1)在图中画出连线,完成实验电路.要求滑动变阻器以限流方式接入电路,且在开关闭合后,金属棒沿箭头所示的方向移动.‎ ‎(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度,有人提出以下建议:‎ A.适当增加两导轨间的距离 B.换一根更长的金属棒 C.适当增大金属棒中的电流 其中正确的是　　　　. ‎ ‎3.导电玻璃是制造LCD的主要材料之一.为测量导电玻璃的电阻率,某小组同学选取长度L=25.00 cm、直径d=0.900 mm的圆柱体导电玻璃进行实验,用欧姆表粗测该导电玻璃的电阻Rx,发现其电阻约12.0 Ω.‎ 图13-3‎ ‎(1)为精确测量Rx的阻值,该小组设计了如图13-3所示的实验电路.可供使用的主要器材如下:‎ 电源E(电动势为4.5 V,内阻约1 Ω);‎ 定值电阻R0(阻值为20 Ω);‎ 电压表V1(量程0 3 V,内阻约3 Ω);‎ 电压表V2(量程0 15 V,内阻约15 Ω);‎ 电流表A1(量程0 200 mA,内阻约1.5 Ω);‎ 电流表A2(量程0 3 A,内阻约0.5 Ω);‎ 滑动变阻器R1(阻值范围0 1 Ω);‎ 滑动变阻器R2(阻值范围0 20 Ω).‎ ‎①图中电压表应选用　　　　;电流表应选用　　　　;滑动变阻器应选用　　　　.(填器材代号) ‎ ‎②该小组进行了如下操作:‎ A.将滑动变阻器的滑片移到最右端,将S1拨到位置1,闭合S2,调节滑动变阻器,读出电流表和电压表的示数分别为0.185 A和2.59 V;‎ B.将滑动变阻器的滑片移到最右端,将S1拨到位置2,调节滑动变阻器,读出电流表和电压表的示数分别为0.125 A和2.65 V;‎ C.将滑动变阻器的滑片移到最右端,断开S1、S2.‎ 可求得Rx=　　　　Ω. ‎ ‎(2)由以上实验可求得该导电玻璃的电阻率ρ=　　　　Ω·m. ‎ ‎4.现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时,系统报警.提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9 Ω),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1000 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2000 Ω),单刀双掷开关一个,导线若干.‎ 在室温下对系统进行调节.已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω.‎ ‎(1)请完成图13-4中待调节的报警系统原理电路图的连线.‎ 图13-4‎ ‎(2)电路中应选用滑动变阻器　　　　(选填“R1”或“R2”). ‎ ‎(3)按照下列步骤调节此报警系统:‎ ‎①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为　　　　　　Ω;滑动变阻器的滑片应置于　　　　　　(选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　. ‎ ‎②将开关向　　　　　　　　(选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至 ‎　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　. ‎ ‎(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用.‎ ‎5.某实验小组要精确测定一个额定电压为3 V的LED灯正常工作时的电阻,已知该灯正常工作时电阻大约为300 Ω,电学符号与小灯泡电学符号相同.‎ 实验室提供的器材有:‎ A.电流表A1(量程0 15 mA,内阻RA1约为10 Ω);‎ B.电流表A2(量程0 2 mA,内阻RA2=20 Ω);‎ C.定值电阻R1=10 Ω;‎ D.定值电阻R2=1980 Ω;‎ E.滑动变阻器R(0 20 Ω);‎ F.电压表V(量程0 15 V,内阻RV约为3 Ω);‎ G.蓄电池E(电动势为4 V,内阻很小);‎ H.开关S一个、导线若干.‎ ‎(1)要完成实验,除蓄电池、开关、导线、滑动变阻器外,还需选择的器材有　　　　(填写器材前的字母编号). ‎ ‎(2)在虚线框中画出实验电路图.‎ ‎(3)写出测量LED灯正常工作时的电阻表达式.Rx=　　　　,说明式中题目未给出的各物理量的意义:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　. ‎ 归纳 ‎ ‎1.在解决设计型实验时,要注意条件的充分利用,如对于给定确切阻值的电压表和电流表,电压表可当作电流表使用,电流表也可当作电压表使用,利用这一特点,可以拓展伏安法测电阻的方法,如伏伏法、安安法等.‎ ‎2.对一些特殊电阻的测量,如电流表或电压表内阻的测量,电路设计有其特殊性,即首先要注意到其自身量程对电路的影响,其次要充分利用其“自报电流或自报电压”的功能,因此在测电压表内阻时无需另并联电压表,测电流表内阻时无需再串联电流表.‎ 考点二　实验器材的创新与使用 知识梳理 一般电学实验器材的创新有两方面:‎ ‎1.引用新的器件,如二极管、感光材料、热敏电阻等与实际生产、生活密切相关的常见器件,要求学生多关注一些生活中的传感器;‎ ‎2.改变器材的使用方法,电源进行串联或并联、把电压表当电流表或者改装电压表等.‎ 题组演练 ‎1.某兴趣小组欲通过测定工业污水(含多种重金属离子)的电阻率来判断某工厂废水是否达到排放标准(一般工业废水电阻率的达标值ρ≥200 Ω·m).如图13-5甲所示为该同学所用盛水容器,其左、右两侧面为金属薄板(电阻极小),其余四面由绝缘材料制成,左、右两侧带有接线柱,容器内表面长a=40 cm,宽b=20 cm,高c=10 cm,将水样注满容器后,用多用电表粗测,水样电阻约为2750 Ω.‎ ‎ ‎ 图13-5‎ ‎(1)为精确地测量所取水样的电阻,该小组从实验室中找到如下实验器材:‎ A.电流表(量程0 5 mA,内阻RA为50 Ω);‎ B.电压表(量程0 15 V,内阻RV约为10 Ω);‎ C.滑动变阻器(0 20 Ω,额定电流1 A);‎ D.电源(12 V,内阻约10 Ω);‎ E.开关一只、导线若干.‎ 请在图乙的实物图中完成电路连接.‎ ‎(2)正确连接电路后,闭合开关,测得一组U、I数据;再调节滑动变阻器,测出一系列数据如下表所示,请在如图丙所示的坐标纸中作出U-I图线.‎ U/V ‎2.0‎ ‎3.8‎ ‎6.8‎ ‎8.0‎ ‎10.2‎ ‎11.6‎ I/mA ‎0.73‎ ‎1.36‎ ‎2.20‎ ‎2.89‎ ‎3.66‎ ‎4.15‎ 图13-6‎ ‎(3)待测水样的电阻率约为　　　　Ω·m.据此可知,所得水样　　　　(选填“达标”或“不达标”). ‎ ‎2.某物理学习小组为了测定某太阳能硅光电池组的电动势和内阻,设计了如图13-7所示的电路,在一定光照条件下进行实验.‎ 图13-7‎ ‎(1)请根据图13-7完成图13-8中实物的连线.‎ 图13-8‎ ‎(2)该小组成员将测量出来的数据记录在表格中,请在图13-9中作出该硅光电池组的U-I图线.‎ 组数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ U/V ‎1.77‎ ‎1.75‎ ‎1.70‎ ‎1.65‎ ‎1.54‎ ‎1.27‎ ‎1.00‎ ‎0.50‎ I/μA ‎12‎ ‎30‎ ‎48‎ ‎60‎ ‎68‎ ‎76‎ ‎80‎ ‎86‎ 图13-9‎ ‎(3)由所作的U-I图线可知该硅光电池组的电动势E=　　　　V,电池组的内阻随输出电流的变化而改变,在电流为80 μA时,该电池组的内阻r=　　　　Ω.(均保留两位有效数字) ‎ ‎3.某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度计,他所选用的器材有:灵敏电流表(待改装),学生电源(电动势为E,内阻不计),滑动变阻器,单刀双掷开关,导线若干,导热性能良好的防水绝缘材料,标准温度计,PTC热敏电阻RT(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为RT=a+ t,a>0, >0).设计电路图如图13-10所示,并按如下步骤进行操作.‎ 图13-10‎ ‎(1)按电路图连接好实验器材.‎ ‎(2)将滑动变阻器滑片P滑到　　　　(选填“a”或“b”)端,单刀双掷开关S掷于　　　　(选填“c”或“d”)端,调节滑片P使电流表　　　　,并在以后的操作中保持滑片P位置不动,设此时电路总电阻为R,断开电路. ‎ ‎(3)容器中倒入适量开水,观察标准温度计,每当标准温度计示数下降5 ℃,就将开关S置于d端,并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I,然后断开开关.请根据温度表的设计原理和电路图,写出电流与温度的关系式:I=　　　　(用题目中给定的符号表示). ‎ ‎(4)根据对应温度记录的电流表示数,重新刻制电流表的表盘,改装成温度计.根据改装原理,此温度计表盘刻度线的特点是:低温刻度在　　　　(选填“左”或“右”)侧,刻度线分布是否均匀?　　　　(选填“是”或“否”). ‎ ‎4.材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻现象”,利用这种效应可以测量压力大小,图13-11甲为某压敏电阻在室温下的 -F曲线,其中RF、R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值,为了测量压力F,需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值RF,请按要求完成实验.‎ ‎ ‎ 图13-11‎ ‎(1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路,在图乙的虚线框内画出实验电路原理图(压敏电阻及所受压力已给出,待测压力大小约为0.4×102 0.8×102 N,不考虑压力对电路其他部分的影响).要求误差较小.提供的器材如下:‎ A.压敏电阻(无压力时阻值R0=6000 Ω);‎ B.滑动变阻器R(总电阻约200 Ω);‎ C.电流表A(量程0 2.5 mA,内阻约3 Ω);‎ D.电压表V(量程0 3 V,内阻约3 Ω);‎ E.直流电源E(电动势3 V,内阻很小);‎ F.开关S,导线若干.‎ ‎(2)正确连线后,将压敏电阻置于待测压力下,通过压敏电阻的电流是1.33 mA,电压表的示数如图13-12所示,则电压表的读数为　　　　V. ‎ 图13-12‎ ‎(3)此时压敏电阻的阻值为　　　　Ω;结合图13-11甲可知待测压力的大小F=　　　　N.(计算结果均保留两位有效数字) ‎ ‎5.图13-13中矩形框内存在一沿水平方向且与金属棒垂直的匀强磁场.现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力,来测量磁场的磁感应强度大小并判定其方向.‎ 图13-13‎ ‎(1)在图中画线连接完成实验电路图,要求接通电源后电流由a流向b.‎ ‎(2)完成下列主要实验步骤中的填空:‎ ‎①按图接线;‎ ‎②保持开关S断开,读出电子秤示数m0;‎ ‎③闭合开关S,调节R的阻值使电流大小适当,此时电子秤仍有读数,然后读出并记录　　　　、　　　　; ‎ ‎④用米尺测量　　　　. ‎ ‎(3)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得到B=　　　　. ‎ ‎(4)判断磁感应强度方向的方法是:若　　　　,磁感应强度方向垂直金属棒向外:反之,磁感应强度方向垂直金属棒向里. ‎ 第13讲　电学创新实验 ‎ 高频考点探究 考点一 ‎1.(3)A、C间的长度L1　(4)电流计示数为零　A、C间的长度L2　(5)Es ‎[解析 由(1)、(2)可知金属丝AB中的电流保持不变,要使电流计指针指向零刻度,则加在AC两端下方的电压等于金属丝上的分压,即电源电动势等于金属丝上的分压,根据分压关系可知,分压之比等于金属丝长度之比,故记录金属丝AC段的长度即可求得电压之比,故第(3)步中记下A、C间的长度L1;第(4)步时,测量待测电源的电动势,电流方向不变,使电流计指针指向零,再记下A、C间的长度L2;(5)要使G中电流为零,则应使AC段的电压恰好等于下方接入电源的电动势,设AB上单位长度的电阻为r,则有I0L1r=Es,I0L2r=Ex,联立解得Ex=Es.‎ ‎2.(1)如图所示　(2)AC ‎[解析 (1)实验电路连线如图所示.‎ ‎(2)为使金属棒获得更大的速度,可使金属棒运动时有更大的加速度,根据牛顿第二定律有a=,所以增加磁感应强度、增大电流、增加两导轨间的距离都可以使加速度增大.故选项A、C正确,选项B错误.‎ ‎3.(1)①V1　A1　R2　②12.8　(2)3.26×10-5‎ ‎[解析 (1)电源电动势为4.5 V,小于电压表V2量程的,因此结合待测电阻Rx的粗测阻值,可知电压表应选用量程为0 3 V的V1;电流表应选用量程为0 200 mA的A1;滑动变阻器应选用最大阻值与待测导电玻璃阻值差不多的R2.设电流表内阻为RA,对操作步骤A,由欧姆定律可得U1=I1(RA+Rx);对操作步骤B,由欧姆定律可得U2=I2(RA+R0).联立解得Rx=-+R0=12.8 Ω.‎ ‎(2)由电阻定律得Rx=,S=,解得该导电玻璃的电阻率ρ=3.26×10-5 Ω·m.‎ ‎4.(1)如图所示　(2)R2　(3)①650.0　b　接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏　②c　报警器开始报警 ‎[解析 (1)电路图连接如图所示.‎ ‎(2)报警器开始报警时,对整个回路有U=Ic(R滑+R热),代入数据可得R滑=1150.0 Ω,因此滑动变阻器应选择R2.‎ ‎(3)①在调节过程中,电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用,电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值,即为650.0 Ω.滑动变阻器在电路中的接法为限流接法,滑片应置于b端附近,‎ 若置于另一端a时,闭合开关,则电路中的电流I= A≈27.7 mA,超过20 mA,报警器可能损坏.②开关应先向c端闭合,移动滑动变阻器的滑片,直至报警器开始报警.‎ ‎5.(1)ABD　(2)如图所示　(3)　I1、I2分别为电流表A1、A2的读数 ‎[解析 (1)要精确测定额定电压为3 V的LED灯正常工作时的电阻,需测量LED灯两端的电压和通过LED灯的电流,由于电压表V的量程偏大,测量误差较大,不能用电压表V测量LED灯两端的电压,可以将电流表A2与定值电阻R2串联改装为电压表测量电压;LED灯正常工作时的电流在10 mA左右,可以用电流表A1和A2测量通过LED灯的电流.‎ ‎(2)因为滑动变阻器阻值较小,所以滑动变阻器采用分压式接法.电路图如图所示.‎ ‎(3)根据欧姆定律知,LED灯两端的电压U=I2(R2+RA2),通过LED灯的电流I=I1-I2,所以LED灯正常工作时的电阻Rx==,I1、I2分别为电流表A1、A2的读数.‎ 考点二 ‎1.(1)如图甲所示　(2)如图乙所示　(3)134(130 140均可)　不达标 ‎ ‎ ‎[解析 (1)因为要精确测量电阻值,需要电路中电压有较大的变化范围,而滑动变阻器阻值比待测电阻小得多,所以连线时滑动变阻器要用分压式接法;又电流表内阻已知,则采用电流表内接法,电路连接如图甲所示.‎ ‎(2)描点、连线,U-I图线如图乙所示.‎ ‎(3)由所作图线斜率可知,总电阻为2727 Ω,又R=R总-RA=2677 Ω,根据电阻定律R=ρ,代入数据得ρ≈134 Ω·m<200 Ω·m,故不达标.‎ ‎2.(1)如图甲所示　(2)如图乙所示　(3)1.8　1.0×104‎ ‎ ‎ ‎[解析 (1)实物连接图如图甲所示.‎ ‎(2)根据表格中数据描点后用平滑曲线连接,U-I图线如图乙所示.‎ ‎(3)由所作的U-I图线可知该硅光电池组的电动势E=1.8 V,在电流为80 μA时,由表中数据可知此时电源的路端电压U=1.00 V,由闭合电路欧姆定律知电源内电压为U'=E-U=0.80 V,所以电池组的内阻r==×106 Ω=1.0×104 Ω.‎ ‎3.(2)a　c　满偏　(3)　(4)右　否 ‎[解析 (2)根据实验的原理可知,开始时需要将滑动变阻器滑片P滑到a端,以保证电流表的安全;然后将单刀双掷开关S掷于c端,调节滑片P使电流表满偏.‎ ‎(3)当温度为t时,热敏电阻的阻值为:RT=a+ t,根据闭合电路的欧姆定律可得I==.‎ ‎(4)由上式可知,温度越高,通过电流表的电流越小,所以低温刻度在表盘的右侧;由于电流与温度的关系不是线性函数,所以表盘的刻度是不均匀的.‎ ‎4.(1)如图所示　(2)2.00　(3)1.5×103　0.60×102‎ ‎[解析 (1)采用伏安法测量电阻,由于待测电阻较大,电流表采用内接法,滑动变阻器采用分压式接法,如图所示.‎ ‎(2)由电压表的表盘刻度,可以读出其示数为2.00 V.‎ ‎(3)根据欧姆定律可以得到此时压敏电阻的阻值为:RF== Ω≈1.5×103 Ω;由==4,结合图像可知此时压力为0.60×102 N.‎