【物理】2018届一轮复习人教版电学实验学案

【物理】2018届一轮复习人教版电学实验学案

专题十四　电学实验 一、电学仪器的使用与读数 ‎1．电流表、电压表、欧姆表的比较：‎ 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 使指针指示超过满偏刻度的的位置 ‎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量程估读到最小分度的 电压表 欧姆表 使指针尽量指在表盘的中间位置左右 表盘读数乘以相应挡位的倍率 ‎2.使用多用电表的“三注意”：‎ ‎(1)电流的流向：使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接黑表笔，负极接红表笔，从电源外部看，电流从红表笔流入，从黑表笔流出．‎ ‎(2)区分“机械调零”和“欧姆调零”：“机械调零”在表盘刻度左侧“0”‎ 位置，调整表盘下边的中间定位螺丝；“欧姆调零”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整欧姆调零旋钮．‎ ‎(3)倍率选择：使用欧姆挡测电阻时，表头指针过大或过小均有较大误差，指针偏转角度在满偏到满偏之间读数较准确，如待测电阻约为2 kΩ，应选用“×100”挡．‎ ‎3．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．‎ 二、电流表内外接法的区分与选择 比较项目 电流表内接法 电流表外接法 电路 误差来源 电流表的分压 电压表的分流 测量结果 R测＝＞Rx，偏大 R测＝＜Rx，偏小 适用条件 Rx≫RA(测大电阻)‎ RV≫Rx(测小电阻)‎ 三、分压式与限流式的区分与选择 ‎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 ‎2.控制电路的选择：‎ ‎(1)从节能的角度考虑，优先选用限流式．‎ ‎(2)以下三种情况必须用分压式：‎ ‎①要求待测电路的U、I从0变化．‎ ‎②R滑≪Rx.‎ ‎③选用限流式，Ux、Ix过大(超过电流表量程，烧坏电表、电源或用电器等)．‎ 四、电学实验方法 ‎1．等效替代法：在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下，将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程来进行研究和处理．‎ ‎2．控制变量法：对于多个变量的问题，常常采用控制变量的方法，把多个变量的问题变成单个变量的问题，从而研究这一个变量对事物的影响，分别对各个变量加以研究，最后综合解决．‎ ‎3．累积法：把某些难以用常规仪器直接准确测量的物理量用累积的方法，将微小量变为较大的量，不仅便于测量，还可以提高测量的准确程度，从而减小误差．　　　　‎ 考点1| 电表的改装、使用与读数　难度：中档题 题型：填空题 五年3考 ‎　(2015·全国卷ⅠT23)图1(a)为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路．‎ 图1‎ ‎(1)已知毫安表表头的内阻为100 Ω，满偏电流为1 mA；R1和R2为阻值固定的电阻．若使用a和b两个接线柱，电表量程为3 mA；若使用a和c两个接线柱，电表量程为10 mA.由题给条件和数据，可以求出R1＝________Ω，R2‎ ‎＝________Ω.‎ ‎(2)现用一量程为3 mA、内阻为150 Ω的标准电流表Ⓐ对改装电表的3 mA挡进行校准，校准时需选取的刻度为0.5 mA、1.0 mA、1.5 mA、2.0 mA、2.5 mA、3.0 mA.电池的电动势为1.5 V，内阻忽略不计；定值电阻R0有两种规格，阻值分别为300 Ω和1 000 Ω；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为750 Ω和3 000 Ω.则R0应选用阻值为________Ω的电阻，R应选用最大阻值为________________Ω的滑动变阻器．‎ ‎(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图(b)的电路可以判断出损坏的电阻．图(b)中的R′为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图(a)虚线框内的电路．则图中的d点应和接线柱________(选填“b”或“c”)相连．判断依据是：________.‎ ‎【解题关键】　(1)理解使用a、b接线柱与使用a、c接线柱电路的串并联结构有何不同．‎ ‎(2)由电流校准范围0.5～3.0 mA，结合闭合电路欧姆定律确定电路总电阻范围．‎ ‎(3)可利用毫安表有无示数判断．‎ ‎【解析】　(1)设使用a和b两接线柱时，电表量程为I1，使用a和c两接线柱时，电表量程为I2，则 使用a和b时：＋Ig＝I1 ①‎ 使用a和c时：＋Ig＝I2 ②‎ 由①②两式得R1＝15 Ω，R2＝35 Ω.‎ ‎(2)校准时电路中的总电阻的最小值为R小＝ Ω＝500 Ω，总电阻的最大值为R大＝ Ω＝3 000 Ω，故R0选300 Ω的，R选用最大阻值为3 000 Ω的滑动变阻器．‎ ‎(3)d接b时，R1和R2串联，不论是R1还是R2损坏，电表都有示数且示数相同，故应将d接c.根据d接c时的电路连接情况可知：闭合开关，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1；若电表指针不动，则损坏的电阻是R2.‎ ‎【答案】　(1)15　35　(2)300　3 000　(3)c　闭合开关时，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1；若电表指针不动，则损坏的电阻是R2‎ ‎　(2017·江西一模)某同学用量程为1 mA、内阻为120 Ω的表头按图2(a)所示电路改装成量程分别为1 V和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________(选填“电流”“电压”或“电阻”)；开关S断开时，多用电表用于测量________(选填“电流”“电压”或“电阻”)．‎ ‎(3)表笔A应为________色(填选“红”或“黑”)．‎ ‎(4)定值电阻的阻值R1＝________Ω，R2＝__________Ω.(结果取3位有效数字)‎ ‎(a)　　　　　　　　　　(b)‎ 图2‎ ‎【解题关键】　解答本题应理解以下三点：‎ ‎(1)给表头串联电阻后成为一个电压表，并联电阻后成为一个电流表．‎ ‎(2)电流应从红表笔(＋接线柱)流入，从黑表笔(－接线柱)流出．‎ ‎(3)改装后的量程就是表头满偏时经过两表笔的电流值或两表笔之间的电压值． ‎ ‎【解析】　将表头改装成电压表时，需串联一电阻进行分压，而改装成电流表时则需并联一电阻分流，因此闭合开关后，并联上R1改装成一电流表，断开开关，表头与R2串联则改装成一电压表．多用电表内部表头的正极在右侧，即电流应从表笔B流入，从表笔A流出，则表笔A 为黑色．当断开S时，Ig(R2＋r)＝Um，解得R2＝880 Ω.当闭合S时，Ig(R2＋r)＝(I－Ig)R1，解得R1≈1.00 Ω.‎ ‎【答案】　(1)如图所示　(2)电流　电压　(3)黑　(4)1.00　880‎ ‎1．高考考查特点 ‎(1)电流表、电压表、欧姆表、电阻箱等仪器的原理、使用、读数是高考的高频考点．‎ ‎(2)电表的使用和改造常在电学实验中考查，单独考查的较少．‎ ‎2．解题的常见误区及提醒 ‎(1)电表的读数，应该根据电表的精度进行估读，而欧姆表读数时应根据表盘上不同部分的精度不同进行估读．‎ ‎(2)电阻箱无需估读．‎ ‎(3)电表的改装原理是将改装后的物理量与流过灵敏电流计的电流建立一一对应的函数关系．‎ ‎●考向1　电压表和电流表的读数 ‎1．(2015·浙江高考改编)图3甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验连好的实物连接图．‎ 图甲　　　　　　图乙 图3‎ 小红调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图乙中的①、②、③、④所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V．所示读数为：①________、②________、③________、④________.两组数据得到的电阻分别为________和________. ‎ ‎【导学号：37162078】‎ ‎【解析】　由实物图可知，电流表接的是0.6 A的量程，电压表接的是3 V的量程，因此①的读数为0.02 A×5＝0.10 A，②的读数为0.02 A×12＝0.24 A，③的读数为0.1 V×20.0＝2.00 V，④的读数为0.1 V×2.7＝0.27 V.‎ 两组数据得到的电阻R1＝＝ Ω＝8.3 Ω，R2＝＝ Ω＝2.7 Ω.‎ ‎【答案】　①0.10 A　②0.24 A　③2.00 V　④0.27 V ‎8．3(±0.1)Ω　2.7(±0.1)Ω　‎ ‎●考向2　电表的改装 ‎2．如图4是一个电流表、电压表两用电表的电路，电流表G的量程是100 μA，内阻是1 000 Ω，电阻R1＝0.1 Ω，R2＝99 000 Ω，当双刀双掷开关接到a、b上时，可作为________表，其量程是________，当双刀双掷开关接到c、d 上时，可作为________表，其量程是________．‎ 图4‎ ‎【解析】　当开关合到a、b上时，电路转换成图甲所示的电路，此时小电阻R1与电流表G并联，R1起分流作用，可作为大量程电流表使用，根据并联电路的特点有：(I－Ig)R1＝IgRg.‎ 甲　　　　　　　　　　　　　　　乙 电流表量程为 I＝＝ A≈1 A.‎ 当开关合到c、d上时，电路变成图乙所示的电路，此时大电阻R2与电流表G串联，R2起分压作用，所以电流表G已装成电压表，根据串联电路的特点，电压表量程为：U＝Ig(Rg＋R2)＝0.000 1×(1 000＋99 000) V＝10 V.‎ ‎【答案】　见解析 ‎●考向3　多用电表的使用 ‎3．(2015·安徽合肥质检)图5甲为正在测量中的多用电表表盘，请完成下列问题：‎ ‎(1)如果用“直流50 V”挡测量电压，指针位置如图甲所示，读数为________V.‎ ‎(2)用图甲所示多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一电池、一个可变电阻和一表头相串联，如图2所示，电源电动势E＝1.5 V，选择开关在“×1”挡，把它的两表笔短接，旋转可变电阻R1的旋钮，当指针指向“0 Ω”时，流过多用电表的电流为________mA.‎ ‎(3)图乙是测量Rx 阻值时的电路，欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但此表仍能进行欧姆调零，按正确使用方法再测Rx的值，其测量结果与原结果相比将________(选填“变大”“变小”或“不变”)．‎ ‎(4)图丙是将表头G改装成两个倍率挡(如“×1”“×10”)的欧姆表电路原理图，则当开关S合向________端(选填“a”或“b”)时，欧姆表是较大倍率挡．‎ 甲 乙　　　　　　　　丙 图5‎ ‎【解析】　(1)多用电表读数为23.0 V；(2)选择开关在“×1”挡时，欧姆表的内阻为15 Ω，此时流过多用电表的电流为I＝＝ A＝0.1 A＝100 mA；(3)当电池电动势变小，内阻变大时，若测量某一电阻时，通过回路的电流减小，指针偏向左，则欧姆表的读数变大；(4)将G改装成两种倍率(如“×1”“×10”)的欧姆表，开关合向b端时，电路中的最大电流较小，欧姆表的中值电阻大，倍率大，这时的欧姆表是较大倍率挡．‎ ‎【答案】　(1)23.0　(2)100　(3)变大　(4)b ‎4．(2015·湖南十三校联考)某同学用电阻箱、多用电表、开关和导线测一节旧干电池的电动势和内阻．‎ ‎(1)他先用多用表电压挡直接接在电源两极，读数如图6，则电源电动势约为________V.‎ 图6‎ ‎(2)为了更准确的测量电源的电动势和内电阻，他用多用表的“直流100 mA”挡设计了如图7甲的测量电路，为了电表安全，请估算开关闭合前电阻箱的最小取值为______________Ω.‎ 甲　　　　　　　　　　　　　　　乙 图7‎ ‎(3)将多用电表的选择开关从“OFF”旋转至“直流100 mA”挡，调节电阻箱到合适的值并记录其读数R，合上开关从多用表上读出相应的示数I.‎ ‎(4)重复(3)获得多组数据，根据数据作出了如图乙所示的R图线．‎ ‎(5)由图线得干电池的电动势E＝________V(保留三位有效数字)，内阻r＝________Ω(取整数)．‎ ‎【导学号：37162079】‎ ‎【解析】　(1)用量程为2.5 V直流电压挡测电动势，最小分度为0.05，因此要读到本位，所以读数为1.30 V.‎ ‎(2)由欧姆定律得：Ig＝，得 R＝＝13 Ω.‎ ‎(5)由闭合电路欧姆定律可知：‎ E＝I(R＋r)，变形得R＝E·－r 由R图线可知，斜率表示电动势：‎ E＝1.40 V 纵轴截距表示电源的内阻：r＝8 Ω.‎ ‎【答案】　(1)1.30　(2)13　(5)1.40(1.35～1.45均可)　8‎ ‎1．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．‎ ‎2．多用电表测电阻的注意事项 ‎(1)改换倍率必须重新进行欧姆调零；‎ ‎(2)通过选择合适倍率，指针指在刻度盘中间附近，误差较小；‎ ‎(3)测量电阻时，手不可接触表笔的金属杆部分；‎ ‎(4)被测元件与电源断开．‎ 考点2| 电学基本实验　难度：中档 题型：实验题 五年4考 ‎　(2016·全国甲卷T23)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)实验中应选择滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)．‎ ‎(2)根据图8(a)所示电路将图(b)中实物图连线．‎ ‎　　‎ ‎(a)　　　　　　　　　　(b)‎ 图8‎ ‎(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 ‎【解题关键】　解答本题时应从以下两点进行分析：‎ ‎(1)据临界电流值估算滑动变阻器接入电路的阻值，恰当选择滑动变阻器．‎ ‎(2)利用状态的等效进行电路的调试．‎ ‎【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＝2 520 Ω.‎ ‎(4)电压表的满偏电流为Ig，则IgRg＝Ug 故Ig＝＝A≈1 mA，选项D正确．‎ ‎【答案】　(1)R1　(2)如图所示　(3)2 520　(4)D ‎　(2014·全国卷ⅠT23)利用如图9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(最大阻值为999.9 Ω)，电阻R0(阻值为3.0 Ω)，电阻R1(阻值为3.0 Ω)，电流表Ⓐ(量程为200 mA，内阻为RA＝6.0 Ω)，开关S.‎ 图9‎ 实验步骤如下：‎ ‎①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；‎ ‎②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；‎ ‎③以为纵坐标，R为横坐标，作 R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E和r表示电源的电动势和内阻，则与R的关系式为________．‎ ‎(2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3.0 Ω时电流表的示数如图10甲所示，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 /A－1‎ ‎6.99‎ ‎8.00‎ ‎②‎ ‎10.0‎ ‎11.0‎ ‎11.9‎ ‎13.0‎ 甲 乙 图10‎ ‎(3)在图10乙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k＝____________A－1·Ω－1，截距b＝____________A－1.‎ ‎(4)根据图线求得电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.‎ ‎【解题关键】　本题要首先利用闭合电路欧姆定律得出I与R的函数关系，然后变形成y＝kx＋b这样的一次函数．‎ ‎【解析】　本题是用伏安法测电源电动势和内阻的实验，可根据闭合电路欧姆定律分析．‎ ‎(1)根据闭合电路欧姆定律可知：‎ E＝IRA＋(R＋R0＋r)‎ 将R0＝3.0 Ω，R1＝3.0 Ω，RA＝6.0 Ω代入上式得＝R＋(5.0＋r)．‎ ‎(2)从读数上，有效数字要一致，即读数是0.110 A，倒数是9.09 A－1.‎ ‎(3)由 R关系可知k＝，截距b＝(5.0＋r ‎)；由给出的数据作出图象，连线时尽可能使多的点在同一直线上，不在直线上的点要均匀分布在直线两侧．‎ 由图象可知，k＝1.0 A－1·Ω－1，b＝6.0 A－1.‎ ‎(4)电源电动势E＝3.0 V，电源内阻r＝1.0 Ω.‎ ‎【答案】　(1)＝R＋(5.0＋r)‎ ‎(2)①0.110 A　②9.09 A－1‎ ‎(3)如图所示，k＝1.00(或在0.96～1.04之间)，b＝6.0(或在5.9～6.1之间)‎ ‎(4)E＝3.0(或在2.7～3.3之间)　r＝1.0(或在0.6～1.4之间)‎ ‎1．高考考查特点 ‎(1)电阻的测量和测量电源的电动势和内电阻是高考实验的热点；‎ ‎(2)电阻的测量主要考查电阻的测量电路设计、控制电路设计、器材的选取与实物连接、实验数据的处理与误差分析等；‎ ‎(3)电源电动势和内阻的测量重点考查实验设计(实验原理)和实验数据处理，对考生的综合分析能力和应用数学处理物理问题．‎ ‎2．解题的常见误区及提醒 ‎(1)根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表．‎ ‎(2)根据电路中可能出现的电流或电压的范围选择滑动变阻器，注意流过的电流不能超过滑动变阻器的额定电流．‎ ‎(3)实物线的连接应使开关控制整个电路，连接电表应注意量程选择正确且正、负接线柱不要接错，导线应该接在接线柱上．‎ ‎●考向1　以测电阻为核心的电学实验 ‎5．为了测量量程为3 V的电压表V的内阻(内阻约2 000 Ω)，实验室可以提供的器材有：‎ 电流表A1，量程为0.6 A，内阻约为0.1 Ω；‎ 电压表V2，量程为5 V，内阻约为3 500 Ω；‎ 电阻箱R1，阻值范围为0～9 999 Ω；‎ 电阻箱R2，阻值范围为0～99.9 Ω；‎ 滑动变阻器R3，最大阻值约为100 Ω，额定电流为1.5 A；‎ 电源E，电动势为6 V，内阻约为0.5 Ω；‎ 单刀双掷开关S，单刀单掷开关K，导线若干．‎ ‎(1)请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V的内阻的实验电路，画出电路原理图(图中的元件要用题中相应的英文字母标注). ‎ ‎(2)写出计算电压表V的内阻RV的计算公式为RV＝________.‎ ‎【解析】　方案一：替代法．‎ 考虑到电阻箱R1阻值范围为0～9 999 Ω，与电压表V的内阻较接近，且电阻可读，又有单刀双掷开关，因此考虑用替代法．电路图如图甲所示，闭合K，将开关S掷向1，调节滑动变阻器R3，使电压表V和V2都有较大偏转，记下电压表V2的读数；然后将开关S掷向2，保持滑动变阻器R3的滑动头不变，调节电阻箱R1使电压表V2的读数不变，那么电阻箱R1的阻值即电压表V的内阻，即RV＝R1.‎ 方案二：半偏法．‎ 如图乙所示，闭合K，将开关S掷向1，调节滑动变阻器R3，使电压表V满偏；然后将开关S掷向2，保持滑动变阻器R3的滑动头不变，调节电阻箱R1，使电压表V半偏，则由于R3相对于电压表V和电阻箱R1阻值较小，因此电压表V和电阻箱R1上的总电压几乎不变，其中一半电压加在电压表V上，一半电压加在电阻箱R1上，故电阻箱R1的阻值即电压表V的内阻，即RV＝R1.‎ 甲　　　　　　　乙　　　　　　　丙 方案三：伏安法．‎ 不能直接使用电流表A1测流过电压表的电流，由于电压表V2内阻的准确值不知道，因此也不能当电流表使用，故我们考虑通过电阻箱R1来测流过电压表的电流．如图丙所示，此时流过R1的电流为I＝，因此电压表的内阻为RV＝＝.‎ ‎【答案】　见解析 ‎6．在“测定金属的电阻率”实验中 ‎(1)为了测量金属丝的电阻Rx的阻值，实验室提供如下实验器材：‎ A．待测金属丝电阻Rx(约100 Ω)‎ B．电动势E＝6 V，内阻很小的直流电源 ‎ C．量程50 mA，内阻约为50 Ω的电流表 D．量程0.6 A，内阻约为0.2 Ω的电流表 E．量程6 V，内阻约为15 kΩ的电压表 F．最大阻值15 Ω，最大允许电流1 A的滑动变阻器 G．最大阻值15 kΩ，最大允许电流0.5 A的滑动变阻器 H．开关一个，导线若干 ‎①为了操作方便，且能比较精确的测量金属丝的电阻值，电流表选用________，滑动变阻器选用________(填写选用器材前的序号)．‎ ‎②根据所选用的实验器材，设计出测量电阻的甲、乙两种电路，为尽可能减少实验误差，应采用________图(选填“甲”或“乙”). ‎ 甲　　　　　　　　　　　　　乙 图11‎ ‎③实验中测得该金属丝直径为d，长度为L，接入电路后，电压表示数为U ‎，电流表示数为I，则该金属丝的电阻率的表达式为ρ＝________.‎ ‎(2)若另有一只待测电阻，无论用电流表内接还是外接，测量误差较为接近，有一位同学为了消除因电表内阻所带来的系统误差，他用两只相同的电压表，设计了如图12所示的测量电路．实验操作步骤如下：‎ 图12‎ ‎①按电路图连接好实验器材．‎ ‎②闭合S1，断开S2，读出此时电压表V1的示数U，电流表示数I.‎ ‎③再闭合S2，调节变阻器R，使电流表的电流仍为步骤2的电流I，此时读出电压表V1的示数U1，电压表V2的示数U2.‎ 用上述测得的物理量表示待测电阻的阻值Rx＝____________.‎ ‎【解析】　(1)①根据闭合电路欧姆定律可知通过待测金属丝的最大电流为Imax＝＝ A＝60 mA，所以电流表应选用C；当滑动变阻器采用限流式接法时，电路中需要的最大电阻为Rmax＝＝ Ω＝360 Ω，显然滑动变阻器应选用F且应采用分压式接法．‎ ‎②由于待测金属丝满足>，电流表应用外接法，即电路应是分压外接电路，所以应采用甲图．‎ ‎③根据R＝及R＝可得ρ＝.‎ ‎(2)当S2断开时应有U＝I(RA＋Rx)，当S2闭合时应有U1＝IRA＋U2，联立以上两式可得Rx＝.‎ ‎【答案】　(1)①C　F　②甲　③ (2) ‎●考向2　以测量电源电动势和内阻 为核心的电学实验 ‎7．(2015·宿迁模拟)小明利用如图13甲所示的电路测定旧电池组的电动势与内电阻．‎ ‎(1)根据图甲将图乙中的实物连线补充完整．‎ ‎(2)由图丙可知：该电池组的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω(保留两位有效数字)．‎ 甲　　　　　　　　　　　　　　乙 丙　　　　　　　　　　　　　丁 图13‎ ‎(3)小明又利用上述实验方案测定了同规格新电池组的电动势与内电阻．通过实验发现旧电池组与新电池组相比，电动势几乎没有变化，但它们的输出功率P随外电阻R变化的关系图线有较大差异，如图丁所示．可知图线________(选填“A”或“B”)对应的是新电池组，试说出判断的理由：________________‎ ‎______________________________________________________________.‎ ‎【解析】　(1)根据实验电路图可得出实验中的实物图．‎ ‎(2)图象与纵坐标的交点为电源的电动势，由图可知，电动势E＝4.3 V；内阻r＝ Ω＝7.2 Ω.‎ ‎(3)由公式P＝I2R、I＝及图丁知：外电阻相同时，B的输出功率大，电流大、电池组的内阻小，故B为新电池组．‎ ‎【答案】　(1)见解析　(2)4.3　7.2　(3)B　理由见解析 ‎8．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6 V，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0～30 mA)；‎ 电流表A2(量程0～100 mA)；‎ 电压表V(量程0～6 V)；‎ 滑动变阻器R1(阻值0～5 Ω)；‎ 滑动变阻器R2(阻值0～300 Ω)；‎ 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14所示的电路图，正确连接电路. ‎ 图14‎ 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15所示的图线．‎ 图15‎ 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UI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)由图乙的图线，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”)‎ ‎【解析】　(1)由题给UI图线可知电流表量程应为0～100 mA，故选A2.路端电压大于5.5 V，而电源电动势E＝6 V，故R外≫r，则滑动变阻器选R2.(2)由题图得：r＝＝25 Ω.(3)由Rx＋r＝，得Rx＝－r.(4)电流I＝，r＋Rx一定，R从300 Ω变到某同一阻值，电流变化范围相同．Rx接A、B间时，U＝(R＋Rx)，Rx接B、C间时，U′＝R，故两种情况下电压变化不同．‎ ‎【答案】　(1)A2　R2　(2)25　(3)－r (4)相同　不同 ‎1．电阻测量的常用方法 ‎(1)器材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”(因为：越接近理想电流表，其分压的影响越小)或“大内小外”(内接法测大电阻，外接法测小电阻)；选择滑动变阻器接法口诀：“以小控大用分压”(变阻器阻值小于待测电阻)．‎ ‎(3)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．‎ ‎(4)定值电阻的常见用途：保护电路、与电流表串联改装为电压表、与电流表并联扩程．‎ ‎2．测量电源的电动势和内阻的常用方法 ‎(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象处理法，对伏安法利用电源的UI图象求电动势和内阻；对伏阻法和安阻法需对闭合电路欧姆定律方程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．‎ 考点3| 电学创新实验　难度：中高档 题型：实验填空题 五年3考 ‎　(2016·全国乙卷T23)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1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 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)完成待调节的报警系统原理电路图的连线．‎ 图16‎ ‎(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．‎ ‎【解题关键】　解答本题时应从以下两点进行分析：‎ ‎(1)据临界电流值估算滑动变阻器接入电路的阻值，恰当选择滑动变阻器．‎ ‎(2)利用状态的等效性进行电路的调试．‎ ‎【解析】　(1)电路图连接如图．‎ ‎(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＝1 150.0 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，超过报警器最大电流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为止．‎ ‎【答案】　(1)连线如解析图所示．　(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 ‎　(2016·全国丙卷T22)某同学用图17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，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直．‎ 图17‎ ‎(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________(填入正确选项前的标号)．‎ ‎【解题关键】　‎ 关键语句 信息解读 以限流接法 接入电路 滑动变阻器应以串联的方式接入电路 更大的速度 所需的安培力更大 ‎【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，则金属棒运动时需要更大的加速度，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．‎ ‎【答案】　(1)实验电路连线如图所示　(2)AC ‎1．高考考查特点 ‎(1)该类实验的特点是题目来源于教材，但又高于教材 ‎(2)实验的基本原理和思想方法是考查的核心．‎ ‎2．解题的常见误区及提醒 ‎(1)要解决此类实验问题，应摒弃简单的背诵实验而应向分析理解实验转变．‎ ‎(2)熟练掌握欧姆定律、实验器材的选择和数据处理方法是融会变通的关键．‎ ‎●考向1　实验原理的设计与创新 ‎9．(2016·长春模拟)如图18甲所示的电路中，恒流源可为电路提供恒定电流I0，R为定值电阻，电流表、电压表均可视为理想电表．某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗的电功率．改变RL的阻值，记录多组电流、电压的数值，得到如图乙所示的UI关系图线．‎ 甲 乙 图18‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)滑动触头向下移动时，电压表示数________(选填“增大”或“减小”)．‎ ‎(2)I0＝________A.‎ ‎(3)RL消耗的最大功率为________W(保留一位有效数字). ‎ ‎【导学号：37162080】‎ ‎【解析】　(1)滑动触头向下移动，RL变小，RL与R并联后的总电阻R总变小，由于电路连接恒流源，根据U＝IR总可得电压表示数减小．‎ ‎(2)由第(1)问还可知U＝(I0－I)R，从题图乙知，电压U＝0时，I0＝I＝1.0 A；I＝0时，R＝＝20 Ω.‎ ‎(3)PL＝UI＝20(1.0－I)·I＝5－20(I－0.5)2，所以当I＝0.5 A时，RL消耗的功率最大，为5 W.‎ ‎【答案】　(1)减小　(2)1.00(0.98、0.99、1.01均正确)　(3)5‎ ‎●考向2　实验器材的等效与替换 ‎10．(2016·泰安二模)某学习小组要探究导电溶液的电阻在体积相同时，电阻值与长度的关系．选取一根乳胶管，里面灌满了稀盐水，两端用粗铜丝塞住管口，形成一段封闭的圆柱形盐水柱．进行了如下实验：‎ 甲　　　　　　　　　　　　乙 图19‎ ‎(1)用多用电表粗测盐水的电阻：该小组首先选用“×100”欧姆挡，其阻值如图19甲中指针a所示，为了减小多用电表的读数误差，多用电表的选择开关应换用________(选填“×10”或“×1 000”)欧姆挡；改换选择开关后，若测得阻值如图甲中指针b所示，则Rx的阻值大约是________Ω.‎ ‎(2)现采用伏安法测盐水柱Rx的电阻，有如下实验器材：‎ A．锂电池(电动势值为3.7 V)‎ B．电压表V(量程4 V，RV约为4.0 kΩ)‎ C．电流表A1(量程100 mA，RA1约为5 Ω)‎ D．电流表A2(量程2 mA，RA2约为50 Ω)‎ E．滑动变阻器R1(0～40 Ω，额定电流为1 A)‎ F．开关S一只，导线若干 为了测定盐水柱Rx的阻值，该小组同学实验时电流表应该选择________(选填“A1”或“A2”)．‎ ‎(3)为探究导电溶液的电阻在体积V相同时，电阻值R与长度L的关系．该小组同学通过握住乳胶管两端把它均匀拉长改变长度，多次实验测得稀盐水柱长度L和电阻R的数据．为了定量研究电阻R与长度L的关系，该小组用纵坐标表示电阻R，作出了如图乙所示的图线，你认为横坐标表示的物理量是________．(选填“L”“”“L2”或“”)‎ ‎【解析】　‎ ‎(1)由图可知，欧姆表的指针偏左，为了减小多用电表的读数误差，多用电表的选择开关应换用“×1 000”挡；Rx的阻值大约是6×1 000 Ω＝6 000 Ω；‎ ‎(2)实验中可能出现的最大电流为： A＝0.61 mA，故实验时电流表应该选择A2; ‎ ‎(3)根据R＝ρ＝ρ＝ρ，故用纵坐标表示电阻R，横坐标表示的物理量是L2.‎ ‎【答案】　(1)×1 000　6 000　(2)A2　(3)L2‎ ‎●考向3　数据处理方法的拓展 ‎11．某物理研究小组尝试利用图20甲所示电路测量一节干电池(电动势约1.5 V，内阻约几欧姆)的电动势和内阻．其中：电流表 (量程IA＝200 mA，内阻RA＝10 Ω)、电阻箱R(99. 99 Ω，额定电流1 A)、定值电阻R0(R0＝5 Ω)．‎ 甲　　　　　　　　　　　　　乙 图20‎ 闭合开关S，改变电阻箱的阻值R，读出对应的电流表的读数I.然后再把相应的数据转换成和，填入如下表格中.‎ 数据组 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ (×10－2 Ω－1)‎ ‎2.5‎ ‎3.3‎ ‎4.0‎ ‎5.0‎ ‎6.7‎ ‎8.3‎ ‎10.0‎ (A－1)‎ ‎15.5‎ ‎16.0‎ ‎16.4‎ ‎17.0‎ ‎18.0‎ ‎19.0‎ ‎20.0‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)请把第4组数据点补充在 图中，并画出 的图线．‎ ‎(2)根据 图线求出电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(保留2位有效数字)‎ ‎【导学号：37162081】‎ ‎【解析】　(1)根据描点法将第四组数据画在图中；并用直线将各点相连，如图所示．‎ ‎(2)由闭合电路欧姆定律可知：RA＋R0＝R1＝15 Ω，R并＝，IR1＝×R并，可得＝＋·，则可知：斜率k＝r，截距b＝，代入数据解得E＝1.5 V，r＝6.0 Ω.‎ ‎【答案】　(1)见解析　(2)1.5　6.0‎