【物理】2018届二轮复习 电学实验 学案（全国通用）

【物理】2018届二轮复习 电学实验 学案（全国通用）

纵观近几年高考试题，预测2017年物理高考试题还会 与电阻测量有关的电学实验仍是2017年高考命题的热点，同进伴随对基本仪器的读数能力的考查，命题形式可能为填空、选择性填空、电路图或实物连线、图象图表分析等；重视对实验操作能力的考查；实验器材的选择，包括滑动变阻器、电阻箱、电表量程的选择 ‎ ‎ 考向01 电学测量仪器与读数 ‎1.讲高考 ‎（1）考纲要求 掌握电流表、电压表和多用表的使用方法及电流表、电压表和多用表的读数方法；掌握多用表的使用方法。‎ ‎（2）命题规律 与电阻测量有关的电学实验仍是2015年高考命题的热点，同进伴随对基本仪器的读数能力 案例1．【2016·上海卷】（6分）在“用多用表测电阻、电流和电压”的实验中 ‎（1）（多选题）用多用表测电流或电阻的过程中 ‎（A）在测量电阻时，更换倍率后必须重新进行调零 ‎（B）在测量电流时，更换量程后必须重新进行调零 ‎（C）在测量未知电阻时，必须先选择倍率最大挡进行试测 ‎（D）在测量未知电流时，必须先选择电流最大量程进行试测 ‎（2）测量时多用表指针指在如图所示位置。若选择开关处于“10 V”挡，其读数为Ｖ；若选择开关处于“×10”挡，其读数为200 Ω（选填:“大于”，“等于”或“小于”）。‎ ‎【答案】（1）AD （2）5.4；小于 ‎【解析】（1）多用电表测量电阻时，更换倍率后都必须重新进行欧姆调零，选项A正确；测量电流前需要进行机械调零，更换量程时不需要进行再次调零，选项B错误；在测量未知电阻时，必须先用电压表测试 ‎【方法技巧】会规范使用多用电表，能正确读出多用电表的示数，是解决本题的关键，在平时实验训练过程中要多加注意规范操作和正确使用。‎ 案例2．【2015·海南·12】某同学利用图（a）所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的器材为：电池E（内阻很小）、开关和、电容器C（约100）、电阻（约200k）、电阻（1k）、电压表V（量程6V）、秒表、导线若干。‎ ‎（1）按图（a）所示的电路原理将图（b）中实物图连线。‎ ‎（2）先闭合开关，再断开开关：闭合开关，同时按下秒表开始计时。若某时刻电压表示数如图（c）所示，电压表的读数为________V（保留2位小数）。‎ ‎（3）该同学每隔10s记录一次电压表的读数，记录的数据如下表所示 在答题卡给出的坐标纸上绘出图线，已知只有一个数据点误差较大，该数据点对应的表中的时间是______s。‎ ‎（4）电路中C、和构成的回路的作用是___________。‎ ‎【答案】（1）如图所示（2）3.6V（3）图像如图所示，40s（4）使每次实验前电容器两极板上的电荷相中和 ‎【方法技巧】本题是开放性实验题目，对学生的能力考查较好，无论什么样的实验，都是对我们所学过实验原理以及方法的应用，高中的物理基础实验原理一定要掌握。‎ 案例3．【2014·全国Ⅰ·23】（9分）利用如图所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：‎ 待测电源，电阻箱R（最大阻值999.9Ω），电阻R0（阻值为3.0），电阻R1（阻值为3.0Ω），电流表（量程为200mA，内阻为RA=6.0Ω），开关。‎ 实验步骤如下：‎ ‎①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关；‎ ‎②多次调节电阻箱，记下电流表的示数和电阻箱对应的阻值；‎ ‎③以为纵坐标，R为横坐标，作图线（用直线拟合）；‎ ‎④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b。‎ 回答下列问题 ‎（1）分别用和表示电源的电动势和内阻，则与的关系式为。‎ ‎（2）实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻时电流表的示数如图（b）所示，读出数据，完成下表。答：①，②。‎ R/Ω ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎3.0‎ ‎4.0‎ ‎5.0‎ ‎6.0‎ ‎7.0‎ I/A ‎0.143‎ ‎0.125‎ ‎①‎ ‎0.100‎ ‎0.091‎ ‎0.084‎ ‎0.077‎ I-1/A-1‎ ‎6.99‎ ‎8.00‎ ‎②‎ ‎10.0‎ ‎11.0‎ ‎11.9‎ ‎13.0‎ ‎（3）在图（c）的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率=A-1Ω-1，截距= A-1。‎ ‎（4）根据图线求得电源电动势=V，内阻=Ω。‎ ‎【答案】（1）（2）0.110 9.09（3）图线如下，（4），‎ ‎（2）根据图（b）可得电流表示数为，所以 ‎（3）描点作图见答案，为一条倾斜的直线，根据图线可得斜率，截距 ‎（4）根据可得，，解得，‎ ‎【方法技巧】电动势和内阻的测量关键是理解原理，从原理出发即闭合电路的欧姆定律，得出图像的函数关系，利用图像求解电动势和内阻。‎ ‎2．讲基础 ‎(1)电学测量仪器的使用与读数 仪器 极性 量程选择 读数 电流表 有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负极流出 使指针指示比满偏刻度的多的位置 ‎ ‎3 V和3 A量程估读到最小分度的；15 V 量程估读到最小分度的；0.6‎ ‎ A量程应估读到最小分度的 电压表[ ‎ 欧姆表 使指针尽量指在表盘中间位置 取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率 ‎(2)多用电表使用“四注意”:‎ ‎①极性:从电表外部看,电流应从红表笔(“+”极)流入电表,从黑表笔(“-”极)流出电表。‎ ‎②功能:利用多用电表测电压和电流时,选择开关对应的是电表的量程;而测电阻时,选择开关对应的是倍率。‎ ‎③调零:测量电阻时,要进行两次调零:机械调零和欧姆调零。“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置。调整的是表盘下边中间的定位螺丝;“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,调整的是欧姆调零旋钮。‎ ‎④保护:测电阻时,应把被测电阻从电路中拆下测量;多用电表长期不用时,必须取出表内的电池。‎ ‎3．讲典例 案例1．小明做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验，已知小灯泡标称值是“2.5V，0.3A”，不考虑电压表分流引起的误差，请完成如下小题：‎ ‎（1）为初步了解小灯泡的电阻值，小明使用多用电表的欧姆档按正确测量步骤进行测量，根据图甲所示，小灯泡阻值为_____Ω ‎（2）为进一步探究小灯泡伏安特性，小明连接了如图乙所示实物图，请在图中补上一根导线，使实验能够正常进行。‎ ‎（3）按要求操作得到数据如下表所示，第7组中电压表示数如图丙所示，则U=___V；判断U=0、I=0时的小灯泡电阻值为_Ω，试分析此电阻值远小于（1）中阻值的原因___________‎ ‎【答案】(1) 6 (2)如图所示（3）0.30 1.3 用欧姆×1倍率档测电阻时电流较大，小灯泡已有发光，灯丝温度升高，电阻较冷灯丝时大的多。‎ ‎【解析】（1）采用×1倍率，所以读数为6Ω ‎（2）“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，需要多组数据，所以滑动变阻器应采用分压接法，如图所示 ‎【趁热打铁】某同学要测量额定电压为3V的某圆柱体电阻R的电阻率。‎ ‎(1)用游标卡尺测量其长度，如图所示，则其长度L= mm。‎ ‎(2)为精确测量R的阻值，该同学先用如图所示的指针式多用电表粗测其电阻。他将红黑表笔分别插入“+”、“-”插孔中，将选择开关置于“×l”档位置，然后将红、黑表笔短接调零，此后测阻值时发现指针偏转角度如图甲所示。试问：‎ ‎①为减小读数误差，该同学应将选择开关置于“”档位置。‎ ‎②再将红、黑表笔短接，此时发现指针并未指到右边的“0”处，如图乙所示，那么他该调节直至指针指在“0”处再继续实验，结果看到指针指在如图丙所示位置。‎ ‎(3)现要进一步精确测量其阻值，实验室提供了下列可选用的器材：‎ A．灵敏电流计G(量程200A，内阻300)B．电流表A(量程3A，内阻约0.3)‎ C．电压表V1 (量程3V，内阻约3k)D．电压表V2量程l5V，内阻约5k)‎ E．滑动变阻器R1(最大阻值为10)F．最大阻值为99.99的电阻箱R2‎ 以及电源E (电动势4V，内阻可忽略)、电键、导线若干，为了提高测量精确度并且使电阻R两端电压调节范围尽可能大，除电源、电键、导线以外还应选择的最恰当器材(只需填器材前面的字母)有。请在右面的方框中画出你设计的电路图。‎ ‎【答案】（1）70.15；（2）①×10，②欧姆调零旋钮；(3) ACEF。‎ ‎（3）①仪器的选择：电阻额定电压是3V，电压表应选C（量程3.0V，内阻约3kΩ）；通过待测电阻的最大电流约为，电流远小于电流表量程（0.6A），远大于灵敏电流计G量程(200A) ，量程太大或太小，读数误差太大。因此可以用电阻箱F与灵敏电流计并联改装成符合要求的电流表；此外还需要滑动变阻器E，因此所需实验器材为A、C、E、F。②电路连接方式：要求电阻R两端电压调节范围尽可能大，且滑动变阻器最大阻值远小于待测电阻阻值，故滑动变阻器应采用分压接法；改装后的电流表（灵敏电流计与电阻箱并联）的内阻约为3Ω，可知，故电流表采用内接法。实验电路图如图所示。‎ 案例2．某同学制作了一个简单的多用电表，图甲为电表的电路图。已知选用的电流表内阻 Rg=5Ω、满偏电流Ig=25mA，当选择开关接3时为量程100V的电压表。该多用电表表盘如图乙所示，下排刻度均匀，C为上排刻度线的中间刻度，由于粗心上排刻度线对应数据没有标出。‎ ‎（1）若指针指在图乙所示位置，选择开关接1时其读数为；选择开关接3时其读数为[ （2）为了测该多用电表电阻档的电阻和表内电源的电动势，这位同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如下实验：‎ ‎①将选择开关接2，红黑表笔短接，调节R1的阻值使电表指针满偏；‎ ‎②将电表红黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使电表指针指C处，此时电阻箱的示数如图丙，则C处刻度应为.‎ ‎③计算得到多用电表内电池的电动势为V。（保留2位有效数字）‎ ‎（3）调零后将电表红黑表笔与某一待测电阻相连，若指针在图乙所示位置，则待测电阻的阻值为____Ω。（保留2位有效数字）‎ ‎【答案】（1）17.3mA（17.2~17.4mA），69V （2）②150 ③3.8 （3）70（67~71）‎ ‎【趁热打铁】某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率，步骤如下：‎ ‎（1）游标卡尺测量其长度如图甲所示，可知其长度为；‎ ‎（2）用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，可知其直径为；‎ ‎（3）选用多用电表的电阻“”档，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图丙所示，则该电阻的阻值约为。‎ ‎（4）为更精确地测量其电阻，可供选择的器材如下：‎ 电流表（量程，内阻约为）；‎ 电流表（量程，内阻约为）；‎ 电压表（量程，内阻）；‎ 电压表（量程，内阻约为）；‎ 定值电阻 滑动变阻器（最大阻值为）‎ 滑动变阻器（最大阻值为）‎ 电源E（电动势约为，内阻约为）‎ 开关，导线若干。‎ 为了使测量尽量准确，测量时电表读数不得小于其量程的，电压表应选，电流表应选，滑动变阻器应选（填器材代号）。‎ ‎（5）根据你选择的器材，请在线框内画出实验电路图。‎ ‎【答案】1）50.15 （2）4.700 （3）22 （4） V1， A2， R1 （5）如下图；‎ ‎【解析】（1）游标卡尺的读数为：主尺+游标尺=50mm+3×0.05mm=50.15mm；‎ ‎（2）螺旋测微器的读数为：主尺+半毫米+转筒读数=4+0.5+20.0×0.01=4.700mm；‎ ‎4．讲方法 ‎(1)多用电表测电阻使用“五步”法 ‎①选档：选倍率,一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率,如估计值为200Ω就应该选×10的倍率;‎ ‎②调零：进行欧姆调零;‎ ‎③测量：将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量;‎ ‎④读数：将指针示数乘以倍率,得测量值;‎ ‎⑤整理：测量结束后,将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。‎ ‎⑥特别注意:用欧姆挡测电阻时,如果指针偏转角度太小(即指针所指的欧姆刻度值太大),应该适当增大倍率重新调零后再测量;如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太小),应该适当减小倍率重新调零后再测量。‎ ‎5．讲易错 ‎【题目】实验室有一标有均匀刻度但没有标示的电压表V1,通过测量知其内阻为，量程约为13～16V。现小明为了精确地测量电压表V1的量程，选择的实验器材如下：‎ A．量程为3V的电压表V2，内阻r2=30kΩ B．量程为3A的电流表A，内阻r3=0、01Ω C．滑动变阻器R，总阻值为1kΩ D．电动势为20V的电源E，内阻可忽略不计 E．开关S、导线若干 要求方法简便，尽可能减小误差，并能测出多组数据。‎ ‎（1）小明设计了如图甲所示的三个电路图，为了精确地测量电压表V1的量程，并且能完成多次测量，选择合适的电路图    ；（填序号）‎ ‎（2）根据选择的最合适电路，将图乙中的实物图用笔画线代替导线连接成完整的电路；‎ ‎（3）根据所选择的电路，从测量数据中选出一组来计算待测电压表V1的量程Um，则Um=__________，该关系式中的各符号的物理意义：                。‎ ‎【错因】没有掌握电表改装、读数等知识 ‎【答案】（1）（b）（2）见解析（3），式中r1为V1的内阻，r2为V2的内阻，为标准电压表V2的读数，N1为待测电压表V1的指针偏转的格数，N为待测电压表V1的总格数 ‎【名师点睛】由于待测电压表的满偏电流与标准电压表的满偏电流接近，所以可考虑将它们串联使用，又由于滑动变阻器的全电阻远小于电压表内阻，所以变阻器应用分压式接法，然后设出待测电压表每格的电压，测出其偏转格数，根据欧姆定律即可求解；对电学实验，注意电压表（或电流表）的反常规接法，即电压表与电压表可以串联、电流表与电流表可以并联。‎ 考向02控制电路和内外接法 ‎1.讲高考 ‎（1）考纲要求 掌握滑动变阻器的使用方法及连接方法，会用伏安法测电阻 ‎（2）命题规律 命题形式可能为填空、选择性填空、电路图或实物连线、图象图表分析等．‎ 案例1．【2016·全国新课标Ⅱ卷】（9分）某同学利用图（a）所示电路测量量程为2.5 V的电压表的内阻（内阻为数千欧姆），可供选择的器材有：电阻箱R（最大阻值99 999.9 Ω），滑动变阻器R1（最大阻值50 Ω），滑动变阻器R2（最大阻值5 kΩ），直流电源E（电动势3 V）。开关1个，导线若干。‎ 实验步骤如下 ‎①按电路原理图（a）连接线路；‎ ‎②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图（a）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，调节电阻箱阻值，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）试验中应选择滑动变阻器_______（填“”或“”）。‎ ‎（2）根据图（a）所示电路将图（b）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，可推断该表头的满刻度电流为_____（填正确答案标号）。‎ A．100 μA B．250 μA C．500 μA D．1 mA ‎【答案】（1）R1（2）连线如下图（3）2 520 （4）D ‎【解析】（1）本实验利用了半偏法测电压表的内阻，实验原理为接入电阻箱的时候电路的总电阻减小的不太大，故需要滑动变阻器为小电阻，故选R1可减小实验误差。‎ ‎（2）滑动变阻器为分压式，连接实物电路如图所示：‎ ‎（3）电压表的内阻和串联，分压为2.00 V和0.50 V，则。‎ ‎（4）电压表的满偏电流，故选D。‎ ‎【名师点睛】此题考查测量电压表内阻以及电表的改装问题；实验是在课本上的“半偏法”的基础上略加改编而成的，考查考生对实验原理的理解及迁移运用能力，解题关键是要搞清实验的原理及实验的步骤；实物图连线也是经常做的题目，比较简单。‎ 案例2．【2015·福建·19（2）】某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接。‎ ‎①实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大。请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接；‎ ‎②某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为A；‎ ‎③该小组描绘的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3V、内阻为1欧的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为W（保留两位小数）。‎ ‎【答案】如图所示 0.44 4 2.25‎ ‎【方法技巧】本题主要是理解，描绘小灯泡的伏安特性曲线实验中电路分压式外接法，连接实物图，理解闭合电路的欧姆定律，由此分析小灯泡的消耗的实际功率 案例3．【2014·江苏·10】（8分）某同学通过实验测量一种合金的电阻率。‎ ‎（1）用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧题10-1图所示的部件（选填“A”、“B”、“C”或“D”）。从图中的示数可读出合金丝的直径为mm。‎ ‎（2）题10-2图所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出。合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。由此可以推断：电路中（选填图中表示接线柱的数字）之间出现了（选填“短路”或“断路”）。‎ ‎（3）在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω。为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进? 请写出两条建议。‎ ‎。‎ ‎【答案】‎ ‎（1）B，0.410；（2）7、9，断路；（3）电流表改为内接；测量多组电流和电压值，计算出电阻的平均值。‎ ‎【解析】（1）为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先转动锁紧手柄部件B，合金丝的直径为0.0mm＋0.41mm＋0.000mm＝0.410mm ‎【方法技巧】螺旋测微器的读数注意精确度，电表的读数重点是量程的选择；理解电子测量的原理：伏安法。‎ ‎2．讲基础 ‎（1）控制电路(滑动变阻器的接法)的比较与选择 ‎①控制电路的比较 比较项目 限流式接法 分压式接法 电路 电压调节的范围 E→E ‎0→E 电能损耗 节能 耗能 电路连接 简便 复杂 ‎②控制电路的选择：优先选用限流式．‎ 以下情况考虑分压式：‎ ‎(1)要求待测电路的U、I从0变化；‎ ‎(2)R滑≪Rx；‎ ‎(3)选用限流式时，Ux、Ix过大(超过电表量程，烧坏电表、电源或用电器等)或Ux、Ix过小(最大值不超过电表满量程的，读数误差大).‎ ‎(2)伏安测电阻实验中电流表的内、外接法 比较项目 电流表内接法 电流表外接法 电路 误差 原因 由于电流表内阻的分压作用,电压表测量值偏大 由于电压表内阻的分流作用,电流表测量值偏大 比较 项目 电流表内接法 电流表外接法 测量 结果 电阻的测量值大于真实值 电阻的测量值小于真实值 适用 条件 Rx≫RA,大电阻 Rx≪RV,小电阻 ‎②特别提醒:在RV、RA均不知的情况下,可采用试触法.如下图所示,分别将a端与b、c接触,如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显,说明电压表分流作用大,应采用内接法;如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显,说明电流表分压作用大,应采用外接法.‎ ‎3．讲典例 案例1．一细而均匀的导电材料，截面为同心圆环，如图1所示，此材料长约3 cm，电阻约为100 Ω，已知这种材料的电阻率为ρ.欲测量该样品的内径，但内径太小，无法直接测量．现提供以下实验器材 A．20分度的游标卡尺； B．螺旋测微器；‎ C．电流表A1(量程50 mA，内阻r1＝100 Ω)；‎ D．电流表A2(量程100 mA，内阻r2约为40 Ω)；‎ E．滑动变阻器R1(0～10 Ω，额定电流2 A)；‎ F．直流电源E(电动势为12 V，内阻很小)；‎ G．上述导电材料R2(长约为3 cm，电阻约为100 Ω)；‎ H．开关一只，导线若干．‎ 请用上述器材设计一个尽可能精确地测量该样品内径d的实验方案，回答下列问题：‎ ‎（1）用游标卡尺测得该样品的长度如图2所示，其示数L＝________cm，用螺旋测微器测得该样品的外直径如图3所示，其示数D＝________mm.‎ ‎（2）在所给的方框中画出设计的实验电路图，并标明所选择器材的物理量符号．‎ ‎（3）用已知的物理量和所测得的物理量的符号表示样品的内直径＝________.‎ ‎【答案】（1）3.015 3.205（2）如解析图所示（3）‎ ‎（3）电流表的示数为，电流表的示数为，根据电阻定律，，根据欧姆定律可得，联立可得 ‎【趁热打铁】为了测定一个“6.3V、1W”的小电珠在额定电压下较准确的电阻值，可供选择的器材有：‎ A．电流表（0～3A，内阻约0.04Ω）‎ B．毫安表（0～300mA，内阻约4Ω）‎ C．电压表（0～10V，内阻10KΩ）‎ D．电压表（0～3V，内阻10KΩ）‎ E．电源（额定电压6V，最大允许电流2A）‎ F．电源（额定电压9V，最大允许电流1A）‎ G．可变电阻（阻值范围0～10Ω，额定电流1A）‎ H．可变电阻（阻值范围0～50Ω，额定功率0.5W）‎ I．导线若干根，电键一个．‎ ‎（1）为使测量安全和尽可能准确，应选用的器材是．（用字母代号填写）‎ ‎（2）请画出电路图．并把图中所示实物图用线连接起来．‎ ‎【答案】（1）BCFGI；（2）电路图和实物图如图所示．‎ ‎【解析】‎ ‎（2）由于小电珠电阻较小，满足，因此电流表应使用外接法，从（1）可知滑动变阻器采用分压接法，作出电路图，根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示．‎ ‎【名师点睛】本题考查了实验器材的选择，设计实验电路图、连接实物电路图，要掌握实验器材的选择原则，确定滑动变阻器与电流表接法是正确设计实验电路的关键，当电压与电流从零开始变化时，滑动变阻器应采用分压接法。‎ 案例2．实验室备有以下实验器材：‎ 一个已校准的电流表A（量程lmA，内阻约几百欧）‎ 一个标准电压表V（量程3V）‎ 一个电源E（电动势约为4 V）‎ 一个电阻箱R1（阻值范围：0～9999 Ω）‎ 一个滑动变阻器R2（阻值范围：0～20 Ω）‎ 一个单刀单掷开关S、另有导线若干 ‎（Ⅰ）现要先测出电流表A的内阻，然后将其改装成量程也为3V的电压表，最后利用上述标准电压表对改装成的电压表V进行校对，则标准电压表与改装的电压表。（串联或并联）‎ ‎（Ⅱ）若要求只设计一个电路，既可以较精确地测量A表的内阻，又能对改装后的电压表进行校对。‎ ‎①请在虚线框中画出你设计的实验电路图．‎ ‎②若在测A表内阻的实验中，调节电阻箱R1，使其接入电路中的电阻为R时，读出A表和V表的示数分别为I和U，则电流表内阻的大小表达式为________。（用I、U和R表示）‎ ‎③将A表改装成量程为3V的电压表后，在进行校对时，发现改装后的电压表的示数总比标准电压表的示数小，这可能是因为电流表A的内阻测量值比实际值________（填“大”或“小”），应适当调节电阻箱使其接入的电阻值________（填“增大”或“减小”）。‎ ‎【答案】（I）并联（II）①电路图如图；② ③小；减小 ‎【解析】‎ ‎（I）利用标准电压表对改装成的电压表V进行校对时，标准电压表与改装的电压表应该并联；（II）①电路图如图；‎ ‎【名师点睛】本题考查了电路设计、求电流表内阻、实验误差分析等问题；知道实验原理是解题的前提与关键，应用串并联电路特点与欧姆定律可以解题；校准改装电压表电压要从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法。‎ ‎【趁热打铁】测定一卷阻值约为30Ω 的金属漆包线的长度，实验室提供下列器材：‎ A．电流表A：量程0.6 A，内阻RA约为20Ω　　　　B．电压表V：量程15V，内阻RV约为4kΩ C．学生电源E：可提供0～30V直流电压　　　　　　D．滑动变阻器R1：阻值范围0～10Ω E．滑动变阻器R2：阻值范围0～500Ω　　　　　　F．电键S及导线若干 ‎⑴为了较准确地测量该漆包线的电阻，滑动变阻器应选择（选填“R1”或“R2”），并将方框中的电路图补画完整。‎ S E V ‎0‎ ‎-1‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎0‎ ‎-5‎ ‎5‎ ‎10‎ ‎15‎ A ‎0‎ ‎-0.2‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ ‎0‎ ‎-1‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎⑵根据正确的电路图进行测量，某次实验中电压表与电流表的示数如图，则电压表的示数U为V，电流表的示数I为A。‎ ‎⑶已知这种漆包线金属丝的直径为d，材料的电阻率为，则这一卷漆包线的长度L=（用U、、d、表示）。‎ ‎【答案】(1) R1；如图；(2)13.5； 0.46；(3)‎ ‎【解析】‎ ‎4．讲方法 ‎（1）控制电路的设计技巧 ‎①滑动变阻器控制电路的方式有分压式和限流式两种，下列几种情况必须选用分压式接法：‎ ‎(a)要求被控制电路的电流(或电压)从零开始可连续调节时(如：测绘导体的伏安特性曲线等实验)；‎ ‎(b)被控制电路的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0时；‎ ‎(c)实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时；‎ ‎(d)若采用限流式接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过电表或电器的额定值时．‎ ‎②若测量电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且被控制电路的电阻RL与滑动变阻器的最大值R0接近或RL略小于R0，则应该采用限流式接法．测定电源的电动势和内阻实验必须采用限流式接法．‎ ‎5．讲易错 ‎【题目】在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中，已知待测小灯泡的额定电压，额定功率约为，提供的器材有：‎ 电流表A：量程为，内阻约为；‎ 电压表V：量程为，内阻为；‎ 滑动变阻器；‎ 滑动变阻器；‎ 定值电阻；‎ 定值电阻；‎ 电源：电动势为，内阻约为；‎ 开关一个，导线若干。‎ ‎（1）实验中，应该选用的滑动变阻器是，定值电阻是（填仪器的字母代号）。‎ ‎（2）根据所给的器材，在虚线框中画出实验电路图。‎ ‎【错因】不知道描绘小灯泡的伏安特性曲线实验中，要求电压与电流从零开始变化时，滑动变阻器应采用分压接法。‎ ‎（2）实验电路图如图所示：‎ ‎【答案】（1），‎ ‎（2）实验电路图如图所示：‎ ‎【名师点睛】本题考查了设计实验电路图，当电压与电流从零开始变化时，滑动变阻器应采用分压接法，根据灯泡与电表内阻的关系确定电流表接法，即可正确作出实验电路图。‎ 考向03电学实验器材的选取及应用 ‎1.讲高考 ‎（1）考纲要求 能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论。‎ ‎（2）命题规律 重视对实验操作能力的考查；实验器材的选择，包括滑动变阻器、电阻箱、电表量程的选择 案例1．【2016·四川卷】（11分）用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材：待测电源（电动势约3 V，内阻约2 Ω），保护电阻R1（阻值10 Ω）和R2（阻值5 Ω），滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干。‎ 实验主要步骤：‎ ‎（i）将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；‎ ‎（ii）逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；‎ ‎（iii）以U为纵坐标，I为横坐标，作U–I图线（U、I都用国际单位）；‎ ‎（iv）求出U–I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a。‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）电压表最好选用_____；电流表最好选用_____。‎ A．电压表（0~3 V，内阻约15 kΩ） B．电压表（0~3 V，内阻约3 kΩ）‎ C．电流表（0~200 mA,内阻约2 Ω） D．电流表（0~30 mA,内阻约2 Ω）‎ ‎（2）滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大。两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是_____。‎ A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端接线柱 B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端接线柱 C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端的接线柱 D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端的接线柱 ‎（3）选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E=______，r=______，代入数值可得E和r的测量值。‎ ‎【答案】（1）A、C （2）C （3）ka；‎ ‎（3）根据U-I图线的在U轴上的截距等于电动势E，则E=ka；斜率等于内阻与R2之和，则r=k-R2。‎ ‎【名师点睛】此实验是课本上的测量电源的电动势和内阻实验的改进实验；与课本实验不同的地方就是加了两个保护电阻；仪器的选择要考虑实验的误差因素，比如此实验产生误差的是电压表的分流作用，故选择电压表时要尽量用内阻较大的电压表.‎ 案例2．【2015·四川·8（2）】用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有：‎ 电流表A1（量程0～30mA）；‎ 电流表A2（量程0～100mA）；‎ 电压表V（量程0～6V）；‎ 滑动变阻器R1（阻值0～5Ω）；‎ 滑动变阻器R2（阻值0～300Ω）；‎ 开关S一个，导线若干条。‎ 某同学的实验过程如下：‎ Ⅰ．设计如图3所示的电路图，正确连接电路。‎ Ⅱ．将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录。以U为纵轴，I为横轴，得到如图4所示的图线。‎ Ⅲ．断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变。重复Ⅱ的步骤，得到另一条U-I图线，图线与横轴I的交点坐标为（I0，0），与纵轴U的交点坐标为（0，U0）。‎ 回答下列问题：‎ ‎①电流表应选用，滑动变阻器应选用；‎ ‎②由图4的图线，得电源内阻r＝Ω；‎ ‎③用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx＝，代入数值可得Rx；‎ ‎④若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围，电压表示数变化范围。（选填“相同”或“不同”）‎ ‎【答案】①A2，R2；②25；③－r；④相同，不同。‎ ‎③当改接电路后，将待测电阻与电源视为整体，即为一“等效电源”，此时图线的斜率为等效电源的内阻，因此有：r′＝r＋Rx＝|k′|＝，解得：Rx＝－r ‎④若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，电路的总电阻可变范围不变，因此电流表的示数变化范围相同，Rx接在B、C之间时，电压表测量的是滑动变阻器两端的电压，而Rx接在A、B之间时，电压表测量的是滑动变阻器与Rx两端电压的和，由于对应某一滑动变阻器阻值时，电路的电流相同，因此电压表的读数不同，所以电压表示数变化范围也不同。‎ ‎【方法技巧】理清电路结构、抓住电学实验的根本原理——伏安法和闭合电路欧姆定律，以不变应万变。‎ 案例3．【2014·海南·12】用伏安法测量一电池的内阻。已知该待测电池的电动势E约为9V，内阻约数十欧，允许输出的最大电流为50mA。可选用的实验器材有：‎ 电压表（量程5V）；电压表（量程10V）；‎ 电流表（量程50mA）；电流表（量程100mA）；‎ 滑动变阻器R（最大阻值300）；‎ 定值电阻R1（阻值为200，额定功率为W）；‎ 定值电阻R2（阻值为200，额定功率为1W）；‎ 开关S；导线若干。‎ 测量数据如坐标纸上U-I图线所示。‎ ‎（1）在答题卡相应的虚线方框内画出合理的电路原理图，并标明所选器材的符号。‎ ‎（2）在设计的电路中，选择定值电阻的根据是_____________。‎ ‎（3）由U-I图线求得待测电池的内阻为_________.‎ ‎（4）在你设计的实验电路中，产生系统误差的主要原因是___________。‎ ‎【答案】（１）‎ ‎（２）定值电阻在电路中的功率会超过W，R2的功率满足要求；‎ ‎（３）51.0（49.0～53.0范围内的均给分）‎ ‎（４）忽略了电压表的分流 ‎【解析】（１）该实验通过电源的输出特性曲线计算电源内阻，电源允许输出的最大电流为50mA，故电流表选择，电源电动势约为9V，故电压表选择，考虑到电流和功率，保护电阻选R2；‎ ‎（２）定值电阻的功率为W时，通过它的电流为，而电路中的电流会接近50ｍＡ，故应选R2；‎ ‎（３）U-I图线的斜率表示电源内阻，选择图像中的较远的两点用可求得电源内阻约为；‎ ‎（４）该实验中的干路电流应为电流表的读数加上通过电压表的电流，故该实验的系统误差来源为忽略了电压表的分流，从而使干路电流测量值偏小。‎ ‎【方法技巧】本题意在考查伏安法测电动势和内阻，U-I图像给出了电压电流的测量范围，以此选择电表；根据闭合电路的欧姆定律得到U-I的函数关系，由图像计算电动势和内阻。‎ ‎2．讲基础 ‎(1)选择实验仪器的三大原则 ‎①安全性原则:要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器,使实验切实可行,能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程,电阻类器件的电流不能超过允许通过的最大电流等。‎ ‎②精确性原则:根据实验的需要,选用精度合适的测量工具,但对某个实验来讲,精确程度达到要求即可,并不是精度越高越好。‎ ‎③方便性原则:在不违反前两个原则的前提下,尽量使测量电路简单好接,测量中的调节控制操作方便。‎ ‎(a)用分压式接法时,滑动变阻器应该选用阻值较小的,而额定电流较大的。‎ ‎(b)用限流式接法时,滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的,额定电流应大于被测电阻的额定电流 ‎3．讲典例 案例1．某课外小组在参观工厂时，看到一丢弃不同的电池，同学们想用物理上学到的知识来测定这个电池的电动势和内阻，已知这个电池的电动势约为11~13V，内阻小于3Ω，由于直流电压表量程只有3V，需要将这只电压表通过连接一固定电阻（用电阻箱代替），改装为量程为15V的电压表，然后再用伏安法测电池的电动势和内阻，以下是他们的实验操作过程：‎ ‎（1）把电压表量程扩大，实验电路图如图甲所示，实验步骤如下，完成填空：‎ 第一步：按电路图连接实物 第二步：把滑动变阻器滑片移到最右端，把电阻箱阻值调到零 第三步：闭合开关，把滑动变阻器滑片调到适当位置，使电压表读数为3V 第四步：把电阻箱阻值调到适当值，使电压表读数为________V 第五步：不再改变电阻箱阻值，保持电压表和电阻箱串联，撤去其他线路，即得量程为15V的电压表 ‎（2）实验可供选择的器材有：‎ A．电压表（量程为3V，内阻约为2kΩ）‎ B．电流表（量程为3A，内阻约为0.1A）‎ C．电阻箱（阻值范围0~9999Ω）‎ D．电阻箱（阻值范围0~999Ω）‎ E．滑动变阻器（阻值为0~20Ω，额定电流2A）‎ F．滑动变阻器（阻值为0~20kΩ）‎ 回答：电阻箱应选_______，滑动变阻器应选__________。‎ ‎（3）用该扩大了量程的电压表（电压表的表盘没变），测电池电动势E和内阻r，实验电路如图乙所示，得到多组电压U和电流I的值，并作出U-I图线如图丙所示，可知电池的电动势为______V，内阻为______Ω。‎ ‎【答案】（1）0.6V（2）C、E（3）11.5，2.5‎ ‎（3）由丙读出，外电路断路时，电压表的电压为，则电源的电动势为，内阻为．‎ ‎【名师点睛】测定电源的电动势和内电阻是高中阶段电学实验考查的重点，是近几年各地高考题目的出题热点，本题突出了对于实验原理、仪器选择及U-I图象处理等多方面内容的考查，题目层次源于课本，凸显能力，体现创新意识，侧重于对实验能力的考查 ‎【趁热打铁】在“测定电源的电动势和内电阻”的实验中，备有下列器材：‎ A、待测的干电池一节 B、电流表（量程，内阻）‎ C、电流表（量程，内阻）‎ D、滑动变阻器 E、电阻箱 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块电压表，其量程为，并设计了图甲所示的两个参考实验电路（虚线框内为改装电压表的电路），其中合理的是 ‎（选填“a”或“b”）电路；此时的阻值应取。‎ ‎（2）图乙为该同学根据合理电路所绘出的图像试写出和的关系式（为电流表的示数，为电流表的示数）。根据该图线可得被测电池的电动势，内阻。（保留两位有效数字）‎ ‎【答案】（1）b；990；（2）1.5；1.0（0.82~0.87之间）‎ ‎（2）的数值远大于的数值，可以认为电路电流，由图（b）所示图象可知，在闭合电路中，电源电动势：，则：，‎ 由图示图象可知，图象纵轴截距：，‎ 则：电源电动势：，‎ 图象斜率：，‎ 解得：，‎ 则表达式为：。‎ ‎【名师点睛】没有电压表，可以将电流表串联一个电阻，可以改装成较大量程的电压表．因为电源的内阻较小，所以应该采用较小最大值的滑动变阻器，有利于数据的测量和误差的减小；求出图象的函数表达式，然后根据图象求出电源电动势与内阻。‎ 案例2．待测电阻Rx的阻值约为20Ω，现要测量其阻值，实验室提供器材如下：‎ A、电流表A1（量程150mA，内阻约为10Ω）‎ B、电流表A2（量程20mA，内阻r2=30Ω）‎ C、电压表V（量程15V，内阻约为3000Ω）‎ D、定值电阻R0=100Ω E、滑动变阻器R1，最大阻值为5Ω，额定电流为1.0A F、滑动变阻器R2，最大阻值为5Ω，额定电流为0.5A G、电源E，电动势E=4V（内阻不计）‎ H、电键S及导线若干 ‎（1）为了使电表调节范围较大，测量准确，测量时电表读数不得小于其量程的1/3，请从所给的器材中选择合适的实验器材（均用器材前对应的序号字母填写）；‎ ‎（2）根据你选择的实验器材，请你在虚线框内画出测量Rx的最佳实验电路图并标明元件符号；‎ ‎（3）待测电阻的表达式为，式中各符号的物理意义为:.‎ ‎【答案】：（1）A、B、D、E、G、H；（2）电路图如图所示；（3）；I1、I2分别为 A1和A2表示数，R0与r2分别为定值电阻和A2内阻的阻值.‎ ‎（2）电流表A2与定值电阻R0串联组成电压表，滑动变阻器采用分压接法，电流表采用外接法，实验电路图如图所示．‎ ‎（3）待测电阻两端电压U=I2（R0+r2），通过待测电阻的电流IX=I1-I2，待测电阻，其中I1、I2分别为电流表A1和A2的示数，R0和r2分别为定值电阻和电流表A2的阻值．‎ ‎【名师点睛】本题考查了实验器材的选取，实验器材的选取是本题的难点，也是正确解题的关键，选择实验器材时，既要符合题目要求，又要满足：安全性原则、精确性原则与方便实验操作性原则.‎ ‎【趁热打铁】在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5V，2.5W”的小灯泡、导线和开关外，还有：‎ A．直流电源（电动势约为5V，内阻可不计）‎ B．直流电流表（量程0〜3A，内阻约为0.1Ω）‎ C．直流电流表（量程0〜600mA，内阻约为5Ω）‎ D．直流电压表（量程0〜15V，内阻约为15kΩ）‎ E．直流电压表（量程0〜5V，内阻约为10kΩ）‎ F．滑动变阻器（最大阻值10Ω，允许通过的最大电流为2A）‎ G．滑动变阻器（最大阻值1kΩ，允许通过的最大电流为0.5A）实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据．‎ ‎（1）实验中电流表应选用　，电压表应选用　，滑动变阻器应选用　　（均用序号字母表示）．‎ ‎（2）某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图1所示．现把实验中使用的小灯泡接到如图2所示的电路中，其中电源电动势E=6V，内阻r=1Ω，定值电阻R=9Ω，此时灯泡的实际功率为　　W．（结果保留两位有效数字）‎ 图1‎ 图2‎ ‎【答案】① C；E；F；②0.80W ‎【解析】‎ ‎【名师点睛】本题考查了实验器材的选择、求灯泡的实际功率，要掌握实验器材的选择方法，求灯泡实际功率时要注意图象法的应用，要掌握应用图象法处理实验数据的方法。‎ ‎4．讲方法 ‎(1)电学仪器的选择:‎ ‎①电源的选择:一般可以根据待测电路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;根据待测电流的最大电流选择电流表;选择的电表的量程应使电表的指针偏转的幅度较大,一般应使指针能达到半偏以上,以减小读数的偶然误差,提高精确度 ‎(2)实物图连接注意 ‎①一般先从电源正极开始，须看电流的方向，将干路元件依次连线；‎ ‎②最后并接电压表；‎ ‎③连线时要注意电表的正、负接线柱，要使电流从正接线柱流入，负接线柱流出.‎ ‎（3）器材选择的一般步骤是：‎ ‎①找出唯一性的器材；‎ ‎②草画电路图（暂不把电表接入）；‎ ‎③估算最大值（在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值）；‎ ‎④考虑能否都使电表达到满偏的1/3以上，且不超过电表的量程 ‎5．讲易错 ‎【题目】某实验小组预测定一只小灯泡（其额定功率为0.75W，但额定电压已经模糊不清）的额定电压值，实验过程如下：‎ 他们先用多用电表的欧姆档测出小灯泡的电阻约为2Ω，然后根据公式算出小灯泡的额定电压U=≈1.23v。但他们认为这样求得的额定电压值不准确，于是他们利用实验室中的器材设计了一个实验电路，进行进一步的测量。他们选择的实验器材有：‎ A.电压表V（量程3v，内阻约3kΩ）‎ B.电流表A1（量程150mA，内阻约2Ω）‎ C.电流表A2（量程500mA，内阻约0.6Ω）‎ D.滑动变阻器R1（0～20Ω）‎ E.滑动变阻器R2（0～50Ω）‎ F.电源E（电动势4.0v，内阻不计）‎ G.开关s和导线若干 ‎（1）测量过程中他们发现，当电压达到1.23v时，灯[来泡亮度很弱，继续缓慢地增加电压，当达到2.70v时，发现灯泡已过亮，立即断开开关，所有测量数据见下表：‎ 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ U/V ‎0.20‎ ‎0.60‎ ‎1.00‎ ‎1.40‎ ‎1.80‎ ‎2.20‎ ‎2.70‎ I/mA ‎80‎ ‎155‎ ‎195‎ ‎227‎ ‎255‎ ‎279‎ ‎310‎ 请你根据表中数据，在给出的坐标纸上作出U-I图线，从中可得小灯泡的额定电压应为v（结果保留两位有效数字）。这一结果大于实验前的计算结果，原因是。‎ ‎（2）从表中的实验数据可以知道，他们在实验时所选择的电路应为，电流表应选（填“A1”或“A2”），滑动变阻器应选（填“R1”或“R2”）。‎ ‎【错因】不会根据题目所给的条件和实验原理，选择实验器材。‎ ‎【正解】（1）根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图象如图所示；‎ 由图示图象可知，电压时，电流，灯泡功率，等于灯泡额定功率，则灯泡额定电压为；‎ 由于灯泡电阻受温度影响，随温度升高而增大，因此灯泡额定电压大于计算结果。‎ ‎【答案】（1）U-I图线：‎ 灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻（或：灯泡电阻随温度升高而变大）‎ ‎（2）C，，‎ ‎【名师点睛】本题考查了求额定电压、实验电路的选择、实验器材的选择，根据实验目的与实验器材确定滑动变阻器与电流表的接法是正确选择实验电路的关键。‎