【物理】2020届二轮复习专题六第2讲　电学实验学案

【物理】2020届二轮复习专题六第2讲　电学实验学案

第2讲　电学实验 三年考情分析 高考命题规律 三年考题 考查内容 核心素养 ‎　电学实验通常从实验的基本原理出发，侧重考查数据处理分析的能力和实验设计能力，考查的原理基于两个基本的实验原理，即：①部分电路欧姆定律R＝，如电阻的测量、电表内阻的测量、电表的改装；②闭合电路欧姆定律E＝U内＋U外及它的演变形式E＝U外＋Ir、E＝I(R＋r)、E＝(R＋r)，并结合函数图像进行考查，如测电源电动势和内阻.‎ ‎2019‎ Ⅰ卷23T 电表改装 科学态度 Ⅱ卷23T 研究二极管 科学态度、交流 Ⅲ卷23T 电表改装 科学态度 ‎2018‎ Ⅰ卷23T 测热敏电阻温度特性 科学态度、交流 Ⅱ卷22T 组装多用电表 科学态度 Ⅲ卷23T 测电阻 科学态度、交流 ‎2017‎ Ⅰ卷23T 研究小灯泡的伏安特性 科学态度 Ⅱ卷23T 测电表内阻 科学态度 Ⅲ卷23T 练习使用多用电表 科学态度 考向一　电表改装、多用电表原理和使用 ‎[知识必备]——提核心　通技法 ‎1．电流表、电压表、欧姆表的对比 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 使指针指在满偏刻度～的位置 若最小分度为1、0.1、0.01等，需要估读到最小分度的下一位；如果最小分度不是1、0.1、0.01等，只需要读到最小分度位即可 电压表 欧姆表 使指针尽量指在表盘的中间位置左右 取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率 ‎2.欧姆表的原理 ‎(1)欧姆表内有电源，红表笔与内部电源负极相连，黑表笔与内部电源的正极相连，故其电流方向为“红表笔流进，黑表笔流出”．‎ ‎(2)测电阻的原理是闭合电路欧姆定律．当红、黑表笔短接时，调节滑动变阻器R0(‎ 即欧姆调零)，使灵敏电流计满偏，Ig＝，此时中值电阻R中＝Rg＋R0＋r，当两表笔接入电阻Rx时I＝，电阻Rx与电路中的电流相对应，但不是线性关系，故欧姆表刻度不均匀．‎ ‎3．欧姆表使用六注意 ‎(1)选挡接着调零；(2)换挡重新调零；(3)待测电阻与电路、电源要断开；(4)尽量使指针指在表盘中间位置附近；(5)读数之后要乘以倍率得阻值；(6)用完后，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡．‎ ‎[典题例析]——析典题　学通法 ‎[例1]　(2019·课标Ⅲ，23)某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为100 μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA刻度．可选用的器材还有：定值电阻R0(阻值14 kΩ)，滑动变阻器R1(最大阻值1 500 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω)，电阻箱(0～99 999.9 Ω)，干电池(E＝1.5 V，r＝1.5 Ω)，红、黑表笔和导线若干．‎ ‎(1)欧姆表设计 将图(a)中的实物连线组成欧姆表．欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为________Ω；滑动变阻器选________(填“R1”或“R2”)．‎ 图(a)‎ ‎(2)刻度欧姆表表盘 通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图(b)所示．表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为________、________.‎ 图(b)‎ ‎(3)校准 红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向________kΩ处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，‎ 完成校准数据测量．若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图(c)所示，则电阻箱接入的阻值为________Ω.‎ ‎ ‎ ‎[解析]　本题考查了欧姆表的改装及电阻箱的读数，考查了学生的实验能力，体现了科学思维中的科学推理素养要素，渗透了实践的价值观念．‎ ‎(1)由题意知改装的欧姆表的中值电阻即内阻为15 kΩ，即R0＋rg＋r＋R＝15 kΩ，故R＝15 kΩ－14 kΩ－98.5 Ω－1.5 Ω＝900 Ω.由于滑动变阻器接入电路中的阻值大于R2的最大阻值，故只能选用R1.‎ ‎(2)由闭合电路的欧姆定律有：‎ ‎1．5 V＝25 μA×(Ra＋15 kΩ)，1.5 V＝75 μA×(Rb＋15 kΩ)，解得Ra＝45 kΩ，Rb＝5 kΩ.‎ ‎(3)红、黑表笔短接，进行欧姆调零．由图得电阻箱的读数为3×10 kΩ＋5×1 kΩ＋0×100 Ω＋0×10 Ω＋0×1 Ω＋0×0.1 Ω＝35 000.0 Ω.‎ ‎[答案]　(1)连线如图　900　R1‎ ‎(2)45　5　(3)0　35 000.0‎ ‎[跟进题组]——练考题　提能力 ‎1．某同学用量程为0～1 mA、内阻为120 Ω的表头按图(a)所示电路改装成量程分别为0～1 V和0～‎1 A的多用电表．图中R1和R2为定值电阻，S为开关．回答下列问题：‎ ‎(1)根据图(a)所示的电路，在图(b)所示的实物图上连线．‎ ‎(2)开关S闭合时，多用电表用于测量________(填“电流”、“电压”或“电阻”)；开关S断开时，多用电表用于测量________(填“电流”、“电压”或“电阻”)．‎ ‎(3)表笔A应为________色(填“红”或“黑”)．‎ ‎(4)定值电阻的阻值R1＝________ Ω，R2＝________ Ω.(结果取3位有效数字)‎ 解析：(1)见答案．‎ ‎(2)开关S闭合时，表头和R2串联后与R1并联，为电流表，因此用于测量电流；当开关S断开时，R2与表头串联，为电压表，因此用于测电压．‎ ‎(3)电流应从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表，因此表笔A应为黑色．‎ ‎(4)开关S断开时为电压表，U＝Ig(Rg＋R2)，解得R2＝880 Ω；‎ 开关S闭合时为电流表，R1＝＝1.00 Ω.‎ 答案：(1)连线如图所示 ‎(2)电流　电压 ‎(3)黑 ‎(4)1.00　880‎ ‎2．图甲为多用电表的示意图，现用它测量一个阻值约为20 Ω的电阻，测量步骤如下：‎ ‎(1)调节________，使电表指针对准________(填“电阻”或“电流”)的“‎0”‎刻线．‎ ‎(2)将选择开关旋转到“Ω”挡的________位置(填“×‎1”‎“×‎10”‎“×‎100”‎或“×1 k”)．‎ ‎(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节________，使电表指针对准________(填“电阻”或“电流”)的“‎0”‎刻线．‎ ‎(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触，若电表读数如图乙所示，该电阻的阻值为________Ω.‎ ‎(5)测量完毕，将选择开关旋转到“OFF”位置．‎ 解析：(1)将选择开关拨到欧姆挡前，先要进行机械调零．方法是调节机械定位螺丝，使电表指针指在电流等于零的刻线位置．‎ ‎(2)用多用电表测20 Ω的电阻时，要把选择开关旋转到“Ω”挡“×‎1”‎的位置．‎ ‎(3)将红、黑表笔短接，进行欧姆调零．调节调零旋钮，使指针指在“Ω”挡的零刻线上．‎ ‎(4)由乙图读出该电阻的阻值为19 Ω.‎ 答案：(1)定位螺丝　电流　(2)×1‎ ‎(3)调零旋钮　电阻　(4)19‎ ‎[规律方法]——知规律　握方法 多用电表使用“五步”法 ‎(1)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200 Ω，就应该选“×‎10”‎的倍率．‎ ‎(2)进行欧姆调零．‎ ‎(3)将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量．‎ ‎(4)将指针示数乘以倍率，得测量值．‎ ‎(5)测量结束后，将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡．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．‎ 考向二　以测电阻为核心的实验 ‎[知识必备]——提核心　通技法 ‎1．电流表内接法与外接法的判断方法 ‎(1)比值判断法 若<，应选用内接法；若>，应选用外接法．‎ ‎(2)临界值判断法 若Rx>，应选用内接法；若Rx< ，应选用外接法；若Rx＝R0，内外接法均可．‎ ‎(3)试触法 若电流表示数较电压表示数变化明显，说明外接时电压表分流作用大，应采用内接法；若电压表示数较电流表示数变化明显，说明内接时电流表的分压作用大，应采用外接法．‎ ‎2．滑动变阻器限流接法与分压接法的选取原则 ‎(1)限流式接法选取原则 一般在滑动变阻器总电阻R0与用电器电阻Rx相差不大时，若既不要求较大范围内调节电流和电压，又不要求从零开始读数，则优先选择限流式接法．‎ ‎(2)分压式接法选取原则 ‎①滑动变阻器的总电阻R0远小于用电器电阻Rx或电路中串联的其他电阻的阻值，即Rx≫R0；‎ ‎②要求用电器Rx的电流或电压从零开始连续变化；‎ ‎③采用限流式接法时，电路中的最小电流大于用电器Rx的额定电流，或给定的仪表量程偏小．‎ 三条中满足一条，采用分压接法．‎ ‎[典题例析]——析典题　学通法 ‎[例2]　(2018·全国卷Ⅲ，23T)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图中R0为标准定值电阻(R0＝20.0 Ω)；可视为理想电压表；S1为单刀开关，S2为单刀双掷开关；E为电源；R为滑动变阻器，采用如下步骤完成实验．‎ ‎(1)按照实验原理线路图(a)，将图(b)中实物连线；‎ ‎(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合S1；‎ ‎(3)将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表的示数U2；‎ ‎(4)待测电阻阻值的表达式Rx＝________(用R0、U1、U2表示)‎ ‎(5)重复步骤(3)，得到如下数据：‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ U1/V ‎0.25‎ ‎0.30‎ ‎0.36‎ ‎0.40‎ ‎0.44‎ U2/V ‎0.86‎ ‎1.03‎ ‎1.22‎ ‎1.36‎ ‎1.49‎ ‎3.44‎ ‎3.43‎ ‎3.39‎ ‎3.40‎ ‎3.39‎ ‎(6)利用上述5次测量所得的平均值，求得Rx＝________Ω.(保留1位小数)‎ ‎[审题指导]　本题属于计算型实验题，结合题设条件，利用欧姆定律列方程求解；本题中还有一点也应注意，可视为理想电压表，其对电路无影响．‎ ‎[解析]　(1)根据原理图进行实物连线，注意滑动变阻器的接法，如图所示．‎ ‎(4)I＝，Ux＝U2－U1，Rx＝ 联立得：Rx＝ ‎(6)的平均值为＝3.41‎ Rx＝R0＝(3.41－1)×20.0 Ω＝48.2 Ω.‎ ‎[答案]　(1)见解析图　(4)　(6)48.2‎ ‎[跟进题组]——练考题　提能力 ‎1．(2019·山东省青岛市二模)某实验探究小组利用半偏法测量电压表内阻，实验室提供了下列实验器材：‎ A．待测电压表V(量程为3 V，内阻约为3 000 Ω)‎ B．电阻箱R1(最大阻值为9 999.9 Ω)‎ C．滑动变阻器R2(最大阻值为10 Ω，额定电流为‎2 A)‎ D．电源E(电动势为6 V，内阻不计)‎ E．开关两个，导线若干 ‎(1)如图虚线框内为探究小组设计的部分测量电路，请你补画完整；‎ ‎(2)根据设计的电路图，连接好实验电路，进行实验操作，请你补充完善下面操作步骤．首先闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R2的滑片，使电压表达到满偏；保持________不变，断开开关________(选填“S‎1”‎或“S‎2”‎)，调节________的阻值，使电压表示数达到半偏，读取并记录此时电阻箱的阻值R0；‎ ‎(3)实验测出的电压表内阻R测＝________，它与电压表内阻的真实值RV相比，R测________RV(选填“＞”“＝”或“＜”)．‎ 解析：(1)根据半偏法测电压表内阻的原理，滑动变阻器应接成分压式电路，所以电路如图所示．‎ ‎(2)闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R2的滑片，使电压表达到满偏；保持R2的滑片位置不变，使R2左半部分的电压不变，断开开关“S‎2”‎，使电压表和电阻箱串联，调节电阻箱接入电路的阻值，使电压表示数达到半偏，读取并记录此时电阻箱的阻值R0；‎ ‎(3)依据上述操作，被测电压表和电阻箱分得电压相等，即电压表内阻和此时电阻箱接入电路部分电阻相等，可通过读取电阻箱接入电路部分电阻，得到被测电压表内阻，R测＝R0；因为，断开开关“S‎2”‎后总电阻增大，使R2左半部分得电压增大，即R0两端电压大于被测电压表两端电压，R0的阻值大于被测电压表的内阻，则R测＞RV.‎ 答案：(1)如图所示 ‎(2)R2的滑片位置　S2　R1　(3)R0　＞‎ ‎2．(2020·广东省广州市模拟)为测量某金属丝的电阻率，某同学设计了如图(a)所示的实验电路．请完成下列实验相关内容：‎ ‎(1)为粗测金属丝的总电阻值，该同学用如图(b)所示的多用电表在连接好的电路上进行测量：‎ ‎①机械调零后将选择开关拨到“×1 Ω”挡；‎ ‎②将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使________________________；‎ ‎③____________________，将红表笔接在P，黑表笔接在Q，多用电表指针指示如图(c)，则金属丝总电阻值R0＝________ Ω.‎ ‎(2)用螺旋测微器测金属丝直径，示数如图(d)所示，则金属丝直径d＝________ mm.‎ ‎(3)闭合开关S，保持电流表示数不变，改变并记录电阻箱的阻值R和对应接入电路中电阻丝长度L的数据．在R－L图线上描点连线，作出R－L的图线如图(e)．‎ ‎(4)根据测得金属丝的直径d及R－L图线，求得金属丝的电阻率ρ＝________.(计算结果保留三位有效数字)‎ 解析：(1)②将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在0 Ω处(或指针指在右端零刻度处、指针指在电流满偏的位置)；‎ ‎③断开开关S，取下线夹，将红表笔接在P，黑表笔接在Q，多用电表指针指示如题图(c)，则金属丝总电阻值R0＝5 Ω.‎ ‎(2)用螺旋测微器测金属丝直径，则金属丝直径d＝‎ ‎0．‎01 mm×36.0＝‎0.360 mm.‎ ‎(4)电流表的示数不变，则电路中总电阻为定值，设为k，则R＋＝k，解得R＝k－L，由图像可得：＝＝10，解得ρ＝1.02×10－6 Ω·m.‎ 答案：(1)②指针指在0 Ω处(或指针指在右端零刻度处、指针指在电流满偏的位置)　③断开开关S，取下线夹(或断开开关S，将线夹夹到Q端)　5　(2)0.360(0.358～0.362均可)　(4)1.02×10－6 Ω·m ‎[规律方法]——知规律　握方法 测电阻实验时仪表的选择及接法 ‎(1)仪表选择的三个主要原则：安全性(量程不能太小)、准确性(量程不能太大)、方便性(滑动变阻器要方便调节)‎ ‎(2)选择电流表内外接法的口诀：“好表要内接”(越接近理想电流表，其分压的影响越小)或“内大大”(大电阻适合电流表内接法，测量值比实际值偏大)‎ ‎(3)选择滑动变阻器接法的口诀：“以小控大用分压”(并联总电阻主要由小电阻决定，并联总电流主要由电阻小的支路决定，故并联电路对小电阻的变化更敏感，即小电阻“控制”着大电阻)．‎ ‎(4)电表有时可反常规使用：已知内阻的电压表可当电流表使用，已知内阻的电流表可当电压表使用．‎ ‎(5)定值电阻的常见用途：保护电路、分压或分流．‎ ‎(6)电压表量程的选择：比电源电动势略大或相差不多．‎ ‎(7)电流表量程的选择：电压表量程与被测电阻比值相差不多．‎ 考向三　以测电源电动势和内阻为核心的电学实验 ‎[知识必备]——提核心　通技法 ‎1．测电源电动势和内阻的三种方法 方法 原理图 数据处理 用电压表、电流表和可变电阻(如滑动变阻器)测量 测出两组U、I值，根据E＝U＋Ir，通过计算或利用图像法处理数据 用电流表、电阻箱测量 测出两组I、R值，根据E＝I(R＋r)通过计算或利用图像处理数据 用电压表、电阻箱测量 测出两组U、R值，根据E＝U＋r，通过计算或利用图像法处理数据 ‎2.“测电源电动势和内阻”实验数据处理方法 本实验在利用图像处理数据时，要明确：‎ ‎(1)如图所示图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流I增大时，路端电压U将随之减小，U与I成线性关系，U＝EIr.‎ ‎(2)电阻的伏安特性曲线中，U与I成正比，前提是R保持一定，而这里的UI图线中，E、r不变，外电阻R改变，正是R的变化，才有I和U的变化．‎ ‎(3)将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就等于电源电动势E，横轴截距点(路端电压U＝0)意味着短路情况，它的数值等于短路电流.‎ ‎(4)图线斜率的绝对值表示电源内阻，由于r一般很小，故得到的图线斜率的绝对值就较小．为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算r时选取直线上相距较远的两点求得．‎ ‎[典题例析]——析典题　学通法 ‎[例3]　(2018·江苏卷，10T)一同学测量某干电池的电动势和内阻．‎ ‎(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路．请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处．‎ ‎(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的数据见下表：‎ R/Ω ‎8.0‎ ‎7.0‎ ‎6.0‎ ‎5.0‎ ‎4.0‎ I/A ‎0.15‎ ‎0.17‎ ‎0.19‎ ‎0.22‎ ‎0.26‎ /A－1‎ ‎6.7‎ ‎6.0‎ ‎5.3‎ ‎4.5‎ ‎3.8‎ 根据表中数据，在相应的方格纸上作出R关系图像．‎ 由图像可计算出该干电池的电动势为________V；内阻为________Ω.‎ ‎(3)为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端．调节电阻箱，当电流表的示数为‎0.33 A时，电压表的指针位置如图所示，则该干电池的电动势应为________V；内阻应为________Ω.‎ ‎[审题指导]　本题是在课本实验基础上拓展出来的计算型实验题，需要利用闭合电路欧姆定律列方程求解．‎ ‎[解析]　(1)连接电路时电源应与电路断开，所以开关要断开；另一错误是电阻箱接入电路的电阻是零，这样容易烧坏电流表和电源．‎ ‎(2)将数据描点连线，做出一条倾斜的直线．根据闭合电路欧姆定律E＝I(R＋r)得R＝E·－r，所以图线的斜率表示电源电动势E＝ V＝1.37 V，截距绝对值表示r＝0.4×3.0 Ω＝1.20 Ω.‎ ‎(3)用电压表与电流表并联，可测得电流表的内阻RA＝＝Ω＝0.20 Ω，考虑电表内阻对实验的影响，则E＝I(R＋RA＋r)，得R＝E·－(RA＋r)，所以图线的斜率仍表示电动势，电动势的准确值为1.37 V，图线的截距表示(RA＋r)，所以内阻精确值为r＝(‎ ‎1.20－0.20)Ω＝1.00 Ω.‎ ‎[答案]　(1)①开关未断开　②电阻箱阻值为零 ‎(2)如图所示：‎ ‎1．4(1.30～1.44都算对)　1.2(1.0～1.4都算对)‎ ‎(3)1.4(结果与(2)问第一个空格一致)　1.0(结果比(2)问第二个空格小0.2)‎ ‎[跟进题组]——练考题　提能力 ‎1.(2020·河南省濮阳市第三次模拟)现有一种特殊的电池，它的电动势E为9 V左右，内阻r大约为40 Ω，为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图所示的电路进行实验，图中电压表的量程为6 V，内阻为20 kΩ，R1为电阻箱，阻值范围0～999 Ω，R0为定值电阻．‎ ‎(1)实验室备有以下四种规格的定值电阻 A．100 Ω　　　　　 B．1 000 Ω C．2 000 Ω D．20 000 Ω 为使实验能顺利进行，R0应选________(填字母序号)．‎ ‎(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电压表的示数，记录多组数据，作出了如图所示的图线．根据图线可求得该电池电动势E为________ V，内阻r为________ Ω.‎ 解析：(2)定值电阻阻值与电压表内阻相等，则电压表与定值电阻串联电压是电压表示数的两倍，‎ 在闭合电路中，E＝U外＋Ir＝2U＋r，则＝＋·，‎ 由图像可知，图像截距b＝＝0.2，斜率k＝＝＝≈8.33，则电源电动势E＝10 V，r≈41.7 Ω.‎ 答案：(1)D　(2)10　41.7‎ ‎2．(2019·广东省七校联合体第三次联考)在测定电源电动势和内电阻的实验中，实验室提供了合适的实验器材．‎ ‎(1)甲同学按图甲中的实线连接电路进行实验，其中定值电阻的作用是______________．由电压表读数U和电流表读数I，画出U－I图线如图乙所示，可得电源的电动势E＝________ V，内电阻r＝________ Ω.(结果保留2位有效数字)‎ ‎(2)乙同学因为粗心，多连接了一根导线，如图甲中的虚线所示．由电压表的读数U和电流表的读数I，画出U－I图线如图丙所示．乙同学分析了图像出现异常的原因后，认为由图丙也可以达到实验目的，则由图丙可得电源的电动势E＝________ V，内电阻r＝________ Ω.(结果保留2位有效数字)‎ 解析：(1)定值电阻在电路中主要起到保护电路的作用；根据U＝E－Ir可知，图像与纵轴的交点表示电源电动势，故E＝2.8 V，图像的斜率表示内电阻：r＝ Ω＝0.60 Ω.‎ ‎(2)由乙同学的电路接法可知，滑动变阻器的左右两部分并联后与定值电阻串联，则可知，在滑片移动过程中，滑动变阻器接入电路的电阻先增大后减小，则路端电压先增大后减小，所以出现题图丙所示的图像，则由图像可知，当电压为2.5 V时，电流为‎0.5 A，此时两部分电阻相等，则总电流为I1＝‎1 A；而当电压为2.4 V时，电流分别对应‎0.33 A和‎0.87 A，则说明当电压为2.4 V时，干路电流为I2＝(0.33＋‎0.87 A)＝‎1.2 A；则根据闭合电路欧姆定律可得：2.5＝E－r,2.4＝E－1.2r 解得：E＝3.0 V，r＝0.50 Ω.‎ 答案：(1)保护电路　2.8　0.60　(2)3.0　0.50‎ ‎[规律方法]——知规律　握方法 测量电源的电动势和内阻的方法 ‎(1)三种常用实验方法和原理，伏安法E＝U＋Ir、伏阻法E＝U(1＋r/R)、安阻法E＝I(R＋r)．‎ ‎(2)两种数据处理方法：联立方程求解法和图像处理法，对伏安法利用电源的UI图像求电动势和内阻；对伏阻法和安阻法需对方程E＝U(1＋r/R)和E＝I(R＋r)适当变形作线性处理，并利用直线方程的截距和斜率求电动势或内阻等物理量．‎ 考向四　电学创新实验 ‎[知识必备]——提核心　通技法 解决这类题主要抓住两点 一是选择好合适的实验原理，求解电学设计型实验考题的关键是在弄清原理的基础上将基本方法灵活迁移，从方法迁移中寻找问题的突破口．‎ 二是设计合理的电路，应先依据题意确定电流表、电压表和滑动变阻器等仪器，然后确定电流表的接法，再选择控制电路并画出实验电路图．‎ ‎[典题例析]——析典题　学通法 ‎[例4]　(2019·课标Ⅱ，23)某小组利用图(a)所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中和为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100 Ω)；S为开关，E为电源．实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出．图(b)是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管U－t关系曲线．回答下列问题：‎ ‎(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0 μA，应调节滑动变阻器R，使电压表的示数为U1＝________mV；根据图(b)可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻________(填“变大”或“变小”)，电压表示数________(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动，以使示数仍为U1.‎ ‎(2)由图(b)可以看出U与t成线性关系．硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为＝________×10－3V/℃(保留2位有效数字)．‎ ‎[审题指导]　运用闭合电路欧姆定律讨论电路中的动态变化，注意在图像中横、纵坐标均不是从0开始的．‎ ‎[解析]　本实验考查运用闭合电路欧姆定律计算电压，并且分析了硅二极管两端的电压与温度的关系，考查学生的实验能力，体现了科学探究核心素养，又体现了创新思维和创新意识的价值观念．‎ ‎(1)实验中I＝50.0 μA，R0＝100 Ω，所以U1＝IR0＝5.00 mV，因为图(b)是在恒定电流条件下得到的图像，斜率为负值，所以随温度的升高，硅二极管正向电压变小，由R硅＝，可知硅二极管正向电阻变小，则回路中电流变大，且R0为定值电阻，的示数增大．为了确保回路中电流恒定，应使滑动变阻器的阻值变大，故滑片应向B端滑动．(2)图(b)中图线纵轴截距为0.44 V，所以＝ V/℃＝2.8×10－3 V/℃.‎ ‎[答案]　(1)5.00　变小　增大　B　(2)2.8‎ ‎[规律方法]——知规律　握方法 解决电学设计型实验常用的思维方法 解答创新实验，需要具有较强的迁移能力．迁移能力是在灵活把握教材的基本实验原理、实验思想、实验方法的基础上培养出来的，复习时要夯实基础，以不变应万变，无论试题情境如何变化，都要在理解实验原理、弄清实验操作、明确实验方法的基础上分析误差来源．‎ ‎[跟进题组]——练考题　提能力 ‎1．(2020·江西协作体一模，23)某同学用化学课所学的知识，用柠檬自制了一个水果电池，用多用电表粗测得知它的电动势E约为3 V，内阻r约为40 Ω，若该电池允许输出的最大电流为20 mA，为了测定该电池的电动势和内阻，某同学准备了如下器材：‎ A．待测电池 B．电压表V：量程0～15 V，内阻RV≈15 kΩ C．电流表A：量程0～1 mA，内阻RA＝38 Ω D．电阻箱R：0～999.9 Ω E．定值电阻R1＝2 Ω F．定值电阻R2＝19 Ω G．定值电阻R3＝72 Ω H．定值电阻R4＝108 Ω I．开关、导线若干 ‎(1)该同学设计的部分电路如图甲所示，图中保护电阻R0应选择器材中的________(填写器材前的选项字母)．‎ ‎(2)选择合适的器材，将虚线框中的电路补充完整，并在电路中注明所选器材的符号．‎ ‎(3)将电阻箱的阻值调整到最大，闭合开关．‎ ‎(4)调节电阻箱的电阻，使所选电表指针指到某一位置，记录此时电阻箱的阻值R和所选电表的读数x，电表读数用国际单位制单位(A或V)．‎ ‎(5)重复步骤(4)获得多组R和x的值．‎ ‎(6)断开开关，整理器材．‎ ‎(7)根据所得数据在－R坐标系中描点连线，如图乙所示．‎ 根据图线可求得该电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω.(结果均保留一位小数)‎ 解析：(1)保护电阻R0的阻值R0＝－r＝110 Ω，接近108 Ω，故选H.‎ ‎(2)由于电压表量程太大，故不采用；电流表量程太小，必须扩大量程，根据电表改装原理，应给电流表并联一定值电阻，R＝＝2 Ω，故并联电阻R1；电路如答案图．‎ ‎(7)根据闭合电路欧姆定律，有E＝20x(R0＋r＋R＋R并)，其中R并为电流表内阻与R1的并联值，大小为1.9 Ω，整理可得＝(R0＋r＋R并)＋R，结合图像可知斜率k＝20/E，截距(R0＋r＋r并)＝‎950 A－1，联立可得E＝3.2 V，r＝42.1 Ω.‎ 答案：(1)H　(2)如图所示　(7)3.2　42.1‎ ‎2．(2019·江西盟校一联，23)某实验小组用如下器材来测量电压表的内阻．‎ A．待测电压表(量程0～3 V，内阻为几千欧)‎ B．电流表(量程0～‎0.6 A，内阻约0.1 Ω)‎ C．电池组(电动势约3 V，内阻可忽略)‎ D．滑动变阻器R0‎ E．电阻箱R(0～9 999 Ω)‎ F．开关和导线若干 ‎(1)图甲是某同学设计的电路，大家讨论后一致认为此电路不可行，你认为原因是________；‎ A．R0阻值较小 B．电流表存在内阻 C．电压表无法准确读数 D．电流表无法准确读数 ‎(2)同学们改用图乙电路进行测量，设电阻箱的阻值为R，电压表的示数为U，为了根据图像能求得电压表的内阻，应该作________图线；‎ ‎(3)请根据你选择的坐标轴对应的物理量和表的数据，在坐标图中标上合适的标度并作出相应图线；‎ R/kΩ ‎0.6‎ ‎1.5‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ U/V ‎2.5‎ ‎2‎ ‎1.8‎ ‎1.5‎ ‎1.3‎ ‎1.13‎ /kΩ－1‎ ‎1.67‎ ‎0.67‎ ‎0.5‎ ‎0.33‎ ‎0.25‎ ‎0.20‎ /V－1‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ ‎0.56‎ ‎0.67‎ ‎0.78‎ ‎0.88‎ ‎(4)根据你所画出的图线，求出电源的电动势E＝________ V，电压表内阻RV＝________ kΩ(保留两位有效数字)．‎ 解析：(1)电流表与电压表串联时，电压表内阻特别大，电路中电流很小，D正确．‎ ‎(2)根据闭合电路欧姆定律可知E＝U＋R，整理得＝R＋，故应该作－R图线．‎ ‎(4)由(2)可知，图线斜率k＝，纵截距b＝，读图可得k＝ V－1·kΩ－1≈0.11 V－1·kΩ－1，b＝0.33 V－1，则电源电动势E＝≈3.0 V，电压表内阻RV＝≈3.0 kΩ.‎ 答案：(1)D　(2)－R ‎(3)如图所示 ‎(4)3.0(2.8～3.2)　3.0(2.8～3.5)‎ ‎[A级－对点练]‎ ‎1．(2020·河北衡水中学高考模拟)学校物理兴趣小组为探究多用电表欧姆挡的原理，决定自己动手设计一个可以测量电阻的装置．手边的器材有：干电池组，电流计A，电阻箱，待测电阻Rx.其中电流计刻度盘刻线清晰，但是读数已经模糊．‎ ‎(1)小组成员先将电池组与电流计A进行串联，电路两端分别接好表笔，如图1所示；将表笔短接，发现电流计指针刚好能够指在刻度盘最右端刻度处．‎ ‎(2)将两表笔分别与电阻箱两接线柱相连，调节电阻箱，直到电流计指针指在刻度盘正中央，电阻箱示数如图2，则电阻箱接入电路的电阻值为________ Ω.‎ ‎(3)用待测电阻Rx代替电阻箱接入两表笔之间，电流计指针指示如图3所示，则可知待测电阻Rx＝________ Ω.(保留到小数点后一位)‎ 此次实验快结束时，有同学拿来一块内阻为2 803 Ω的电压表，将所设计装置的两表笔正确接在电压表的两接线柱上，电压表示数为2.8 V，可以推知实验中使用的电池组的电动势为________ V(保留到小数点后一位)．‎ 解析：(2)根据图2可知，电阻箱接入电路的电阻值为R＝9×10 Ω＋7×1 Ω＝97 Ω.‎ ‎(3)设电流计满偏电流为Im，短接时，根据闭合电路欧姆定律得＝Im，接入电阻箱时有＝Im，接入电阻Rx时有＝Im，解得Rx＝48.5 Ω，r＝97 Ω.当两表笔正确接在电压表的两接线柱上时，根据闭合电路欧姆定律得E＝U＋r＝2.8 V＋×97 V≈2.9 V.‎ 答案：(2)97　(3)48.5　2.9‎ ‎2．(2020·广东省惠州市第三次调研)如图甲为多用电表的电路原理图．已知选用的电流表内阻Rg＝10 Ω、满偏电流Ig＝10 mA，当选择开关接3时为量程250 V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，上排刻度线对应数值没有标出．‎ ‎(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)为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势，某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将多用电表红黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使多用电表指针指在C处，此时电阻箱如图丙所示，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)‎ 解析：(1)选择开关接1时测电流，其分度值为0.2 mA，示数为6.9 mA；选择开关接3时测电压，其分度值为5 V，其示数为173 V；‎ ‎(2)②由题图丙所示电阻箱可知，电阻箱示数为0×1 000 Ω＋1×100 Ω＋5×10 Ω＋0×1 Ω＝150 Ω；③由题图乙所示可知，指针指在C处时，电流表示数为5 mA＝‎0.005 A，C处电阻为中值电阻，则电表内阻为150 Ω，电源电动势E＝I(R＋R内)＝0.005×(150＋150) V＝1.5 V.‎ 答案：(1)6.9 mA　173 V(171～175 V均可)‎ ‎(2)②150　③1.5‎ ‎3．(2019·江苏卷，11T)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率．实验操作如下：‎ ‎(1)螺旋测微器如图所示．在测量电阻丝直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动________(选填“A”“B”或“C”)，直到听见“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏．‎ ‎(2)选择电阻丝的________(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径．‎ ‎(3)题图2甲中Rx为待测电阻丝．请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入题图2乙图实物电路中的正确位置．‎ ‎(4)为测量Rx，利用图2甲图所示的电路，调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值，作出的U1－I1关系图像如图3所示．接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表：‎ U2/V ‎0.50‎ ‎1.02‎ ‎1.54‎ ‎2.05‎ ‎2.55‎ I2/mA ‎20.0‎ ‎40.0‎ ‎60.0‎ ‎80.0‎ ‎100.0‎ 请根据表中的数据，在方格纸上作出U2－I2图像．‎ 图3‎ ‎(5)由此，可求得电阻丝的Rx＝________Ω.根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率．‎ 解析：(1)在测量时，为了不损坏被测物体，最后也改用微调旋钮即C，直到听见“喀喀”的响声；(2)为了减小测量误差，应选用电阻丝不同位置进行多次测量；(3)按照原理图，将实物图连线如图1.‎ ‎(4)将表格中各组数据在坐标纸上描出，再连成一条直线，如图2.‎ 当电压表按甲图连接时，电压表测的电压为Rx，R0的电压之和，当电压表接在a、b 间时，电压表测的电压为R0的电压，由图可得：Rx＋R0＝ Ω＝49 Ω，R0＝ Ω＝25.5 Ω，所以Rx＝23.5 Ω.‎ 答案：(1)C　(2)不同　(3)(见图1)　(4)(见图2)　(5)23.5(23.0～24.0都算对)‎ ‎4．(2019·贺州二模)要精确测量国产某手机的锂聚合物电池的电动势和内阻，给定了下列实验器材：‎ A．待测电源(电动势约3.8 V，内阻约1 Ω)‎ B．电流表A1(量程‎0.6 A，内阻未知)‎ C．电压表V1(量程15 V，内阻r1＝5 kΩ)‎ D．电压表V2(量程3 V，内阻r2＝3 kΩ)‎ E．定值电阻(R1＝500 Ω)‎ F．定值电阻(R2＝1 000 Ω)‎ G．滑动变阻器R(阻值范围0～20 Ω)‎ H．滑动变阻器R(阻值范围0～100 Ω)‎ I．开关及导线 ‎(1)该实验中电压表应选_______，定值电阻应选_______，为操作方便滑动变阻器应选_________．(填选项前面的序号)‎ ‎(2)在方框中画出实验电路图．‎ ‎(3)若将滑动变阻器滑到某一位置，读出此时电压表读数为U，电流表读数为I，测得多组数据后作出UI图像，若图像的纵截距为b，斜率的绝对值为k，忽略电压表的分流作用，则电动势E＝__________，电源内阻r＝________.(这两空要求用题目给的符号r1、r2、R1、R2及k，b表示)‎ 解析：(1)由题意可知，电源电压为3.8 V；若采用15 V的电压表，量程太大，则测量结果不准确；而采用3 V的电压表，则量程太小，不过可以串联电阻分压来扩大量程；故电压表应选用D；采用电阻与电压表串联的方式后，总量程与电阻成正比；则若选用500 Ω的定值电阻，改装后量程为×3 V＝3.5 V；仍小于电动势不适用；采用1 kΩ的电阻串联，则改装后电压表量程为：×3 V＝4 V；故定值电阻选用F；因电源内阻较小，为了便于调节控制，应选择总阻值较小的G; ‎ ‎(2)本实验中电源内阻与电流表内阻相差不多，故电流表应采用外接法(相对于电源)，故电路图为：‎ ‎(3)根据闭合电路欧姆定律以及改装原理可知：‎ U＝E－Ir 变形可得：‎ U＝E－rI 则由图像可知：E＝b r＝k 解得：E＝b；r＝k.‎ 答案：(1)D　F　G　(2)如解析图所示　(3)b　k ‎5．(2020·衡水模拟)因为“万能”，所以“多用”．多用电表是一种多功能、多量程的测量仪表．‎ ‎(1)某次在使用多用电表进行测量时，指针的位置如图甲中的实线所示．若选择开关拨至“50 mA”挡，其测量结果为_______；若选择开关拨至欧姆“×‎1”‎挡，其测量的结果为________．‎ ‎(2)(多选)在图甲所示的一次测量中，指针指在虚线所示位置．则下列说法中正确的是_________‎ A．若测量元件为电阻，为减小测量误差，应将选择开关调至欧姆“×‎1”‎挡 B．每次测量阻值不同的电阻时，都必须重新机械调零 C．若测量元件为二极管，则a端为二极管的正极 D．无论用多用电表进行何种测量(限于直流)，电流都应该从“－”插孔流入多用电表 ‎(3)图乙为某种型号多用电表电阻挡内部原理示意图，已知电流计内阻为Rg，电池内阻为r.某同学用其电阻挡测电阻时进行如下操作：先闭合开关S，将红、黑表笔分开时，调节可变电阻，当可变电阻接入电路的阻值为R时电流表满偏；再将Rx接入A、B表笔之间时电流计指针指在表盘的正中央，则待测电阻Rx的阻值为__________．(用含R、r、Rg的式子表示)．‎ 解析：(1)若选择开关拨至“50 mA”挡，由图甲所示表盘可知，其分度值为1 mA，所测电流为：23.0 mA；若选择开关拨至欧姆“×1”挡，电阻的大小R＝18×1 Ω＝18 Ω.‎ ‎(2)在图甲所示的一次测量中，指针指在虚线所示位置，指针偏转的角度较大，可知电阻较小，选择较小的挡位进行测量，即将选择开关调至欧姆“×‎1”‎挡，故A正确．测量不同的电阻时，不需要重新机械调零，故B错误．‎ 若该元件为二极管，由于电阻较小，电流正向流入，即电流从负孔流出，a为二极管的正极，故C正确．多用电表测量电流、电压时，电流从正孔流入多用表，测电阻时，电流从负孔流出多用表，故D错误．故选：A、C.‎ ‎(3)当Rx未接入时，闭合开关S，将红、黑表笔分开时，调节可变电阻，使电流表满偏，由闭合电路欧姆定律得：Ig＝，当Rx接入A、B表笔之间时，若电流表的指针指在表盘的正中央，由欧姆定律得：Ig＝×，解得Rx＝.‎ 答案：(1)23.0 mA　18 Ω　(2)AC　(3) ‎6．(2019·全国卷Ⅰ)某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表．该同学测得微安表内阻为1 200 Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接，‎ 进行改装．然后利用一标准毫安表，根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)．‎ ‎(1)根据图(a)和题给条件，将图(b)中的实物连线．‎ ‎(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时，微安表的指针位置如图(c)所示．由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是________．(填正确答案标号)‎ A．18 mA　　　　　 B．21 mA C．25 mA D．28 mA ‎(3)(多选)产生上述问题的原因可能是________．(填正确答案标号)‎ A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1 200 Ω B．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1 200 Ω C．R值计算错误，接入的电阻偏小 D．R值计算错误，接入的电阻偏大 ‎(4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k＝________.‎ 解析：本题考查了电学实验中的电表改装的相关知识；考查了考生的实验能力、分析推理能力，体现了物理核心素养中的科学探究及科学态度与责任．‎ ‎(1)本实验的目的是对电流表进行扩大量程的改装，故应将定值电阻R与微安表并联．实物连线如答案图所示．‎ ‎(2)当标准毫安表示数为16.0 mA时，微安表示数为0.16 mA，故当微安表指针满偏时，测量的电流值应为25 mA，选项C正确．‎ ‎(3)出现上述现象的原因可能有两个：一是并联电阻R偏小；二是微安表内阻测量值偏小．故选A、C.‎ ‎(4)设微安表内阻为R0，满偏电流为I0，改装成量程为I的电流表时并联电阻R＝R ‎0，故I＝25 mA与I′＝20 mA对应的并联电阻的关系为R′＝R，代入数值得k＝＝.‎ 答案：(1)连线如图所示 ‎(2)C　(3)AC　(4)