湖北省光谷第二高级中学高三物理 专题3 电学重要实验的创新与设计定稿（通用）

湖北省光谷第二高级中学高三物理 专题3 电学重要实验的创新与设计定稿（通用）

专题3 电学重要实验的创新设计 ‎ 专题 概述 ‎◇◆考情分析 电学实验部分的重要实验包括：描绘小灯泡大的伏安特性曲线、测定金属的电阻率、把电流表改装成电压表、测定电源电动势和内阻等4个主干实验。高考中大部分试卷都会涉及一道电学实验题。08年高考中全国Ⅰ卷考查了电压表量程扩容后的准确值的提高实验，全国Ⅱ卷考查非理想电压表的使用，天津卷考查描绘电阻的伏安特性曲线，重庆卷考查盐水溶液的电阻率与浓度的关系，四川卷考查伏安法测电阻的误差分析，山东卷考查磁敏电阻随磁感应强度变化的关系的实验，广东卷考查热敏电阻随温度变化特性的实验。纵观近几年高考电学实验题，基本以设计性实验为主体趋势，并基本脱离教材中的基本实验器材与电路图的模式，考查的实验以测电阻居多。‎ ‎◇◆复习指导 电学实验题本质上都是在考查测电阻。因此在复习中掌握测电阻的方法非常重要，比如要掌握以伏安法测电阻为主体的测电阻的方法，还要掌握测定值电阻、测热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻、磁敏电阻、液态溶液的电阻、测电流表的内阻、电压表的内阻和电源的内阻等的方法；通过复习提升实验能力，比如要熟练掌握以器材的选择、仪器的量程选择为主体的选择方法，还要掌握电压表、电流表、电源、定值电阻、滑动变阻器、单刀与双刀开关等器材的选择方法与思路；对复习中的设计性能力的培养，要掌握以电路的设计方案的选取为主体的设计方案，还要掌握电流表的内外接法、滑动变阻器的分压式与限流式接法、非理想电表的非常规接法等常规的设计思想。‎ 典例调研 考点一 电阻测量的新理念 ‎【调研1】(2020年高考山东理科综合卷)2020‎ 年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度。‎ 若图1为某磁敏电阻在室温下的电阻－磁感应强度特性曲线，其中RB、R0分别表示有、无磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB。请按要求完成下列实验。‎ ‎（1）设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图2的虚线框内画出实验电路原理图（磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6～1.0T，不考虑磁场对电路其它部分的影响）。要求误差较小。‎ 图2‎ 提供的器材如下：‎ A.磁敏电阻，无磁场时阻值R0 = 150Ω B.滑动变阻器R，全电阻约20Ω C.电流表，量程2.5mA,内阻约30Ω D.电压表，量程3V，内阻约3kΩ E.直流电源E，电动势3V，内阻不计 F.开关S，导线若干 ‎（2）正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表：‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ U（V）‎ ‎0.00‎ ‎0.45‎ ‎0.91‎ ‎1.50‎ ‎1.79‎ ‎2.71‎ I（mA）‎ ‎0.00‎ ‎0.30‎ ‎0.60‎ ‎1.00‎ ‎1.20‎ ‎1.80‎ 根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB= ，‎ 结合图1可知待测磁场的磁感应强度B＝ T。‎ ‎（3）试结合图1简要回答，磁感应强度B在0～0.2T和0.4～1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？‎ ‎（4）某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻—磁感应强度特性曲线（关于纵轴对称），由图线可以得到什么结论？‎ ‎【解析】（1）当B = 0.6T时，磁敏电阻阻值约为6×150Ω=900Ω；当B =1.0T时，磁敏电阻阻值约为11×150Ω=1650Ω。由于滑动变阻器全电阻约为20Ω比磁敏电阻的阻值小得多，故滑动变阻器选择分压式接法；由于＞ ，所以电流表应内接。电路图如图所示。‎ ‎（2）根据表中数据可以求得磁敏电阻的阻值分别为：R1 = Ω=1500Ω，R2 = Ω=1517Ω，R3 = Ω=1500Ω，R4 = Ω=1492Ω，R5 = Ω=1506Ω 。故电阻的测量值为R = Ω =1503Ω（1500Ω～1503Ω皆可），由于 = =10，从图1中可以读出 B = 0.9T。‎ ‎（3）在0～0.2T范围，图线为曲线，故磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化（或非均匀变化）；在0.4～1.0T范围内，图线为直线，故磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化（或均匀变化）。‎ ‎（4）从图3中可以看出，当加磁感应强度大小相等、方向相反的磁场时，磁敏电阻的阻值相等，故磁敏电阻的阻值与磁场方向无关。‎ ‎【答案】（1）如解析中图所示；（2）1500；0.90；（3）在0～0.2T范围，图线为曲线，故磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化（或非均匀变化）；在0.4～1.0T范围内，图线为直线，故磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化（或均匀变化）；（4）磁场反向，磁敏电阻的阻值不变。‎ ‎【高考链接】在 ‎（2）问中要求将表格中所给的数据进行分析，通过取平均值法来减少误差并计算电阻的测量值，当然也可以通过图象法来研究，即由表中的数据作出U—I图象，图象的斜率即为电阻值，用图象处理数据并通过图象的斜率来表示相关物理量的方法，在高考中的考查越来越频繁，特别是关于热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻、半导体等电阻，由于温度、光线、压力等其他非电学物理量的影响导致电阻的电阻率的变化，均通过图象的方式来处理数据。‎ ‎【方法探究】1、当伏特表的内阻RV远远大于（一般是指大于100倍以上）待测电阻Rx，即RV>>Rx时，采用外接法。此时电压表的分流作用对电流表的读数引起的误差很小，电流表中的读数几乎就是流过待测电阻中的电流（I测 = I真 + IV，IV很小可忽略不计），而电压表所测的电压就是待测电阻两端的电压值，此时测量值Rx = ，非常接近待测电阻的真实值，采用外接法造成的测量误差较小。‎ ‎2、当安培表的内阻RA远远小于待测电阻Rx，即RA<

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