2020届二轮复习专题六第2讲电学实验课件（52张）

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第 2 讲　电学实验 网络构建 备考策略   明确三个 “ 选择 ” (1) 实验器材的选择 ① 电源的选择 ② 电表的选择 (2) 电流表内接法与外接法的选择 (3) 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： a. 要求待测电路的 U 、 I 从 0 变化； b. R 滑 ≤ R x ； c. 选用限流式， U x 、 I x 过大 ( 超过电流表量程，烧坏电表、电源或用电器等 ) 。 基本仪器的使用及读数 【典例】 (2019· 浙江省温州九校高三联考 ) 小明同学用伏安法测定额定电压为 2.5 V 的小灯泡的伏安特性曲线。 (1) 图甲是连接好的实物电路图，在开关闭合前，小明同学又再次仔细检查了电路的连接，发现电路有误。请你帮他纠正错误 ______________________________( 任意写出两处即可 ) 。 (2) 为使测量尽量准确，滑动变阻器应选用图乙中的 ________( 填 “ R 1 ” 或 “ R 2 ”) 。 (3) 在纠正错误后，小明同学进行了多次的实验，某次得到电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为 ________ V 。 (4) 若小明在实验过程中，不知道应该采用电流表内接还是外接，于是他两种接法各做了一次，根据数据，分别得到了伏安特性曲线 “1” 和 “2” 。则实验中误差较小的操作应选择曲线　 ________( 填 “1” 或 “2”) 。 解析　 (1) 电流应从电流表、电压表的正接柱流入，所以应将电源的正负两极对换，本实验中灯泡两端电压从零开始变化，所以滑动变阻器应改为分压式接法。 (2) 滑动变阻器分压式接法中，滑动变阻器的总阻值应选较小的，故应选 R 2 。 (3) 由图可知，电压表的精确度为 0.1 V ，所以读数为 2.40 V 。 (4) 由于灯泡电阻较小，为了减小误差，实验中应选用电流表外接，在电压表示数相同，电流表外接时，电流表的示数较大，故应选 1 。 答案　 (1) 电源的正负两极对换　滑动变阻器应该选择分压式接法　 (2) R 2 　 (3)2.40(2.39 ～ 2.41) 　 (4)1 (2019· 浙江省湖州一中高三模拟 ) 某同学从市场上买了一只额定电压为 3.2 V 的 LED 灯，为了研究它的特点，进行了一下实验： (1) 用多用电表测 LED 灯的电阻，在 LED 灯接入电路前，使用多用电表直接测量其电阻，先对多用电表进行机械调零，再将选择开关拨到 “× 1 k ” 挡，进行欧姆调零。当将红、黑表笔分别接触 LED 灯的两接线端，表的指针如图所示，其读数为 ________ kΩ 。 (2) 测绘 LED 灯的伏安特性曲线 ① 实验所用的仪器：电压表 ( 内阻约为 5 000 Ω) ，电流表 ( 内阻约为 5 Ω) ，滑动变阻器 (0 ～ 20 Ω) ，电池组 (4.5 V) ，开关和导线若干，请在图中用笔画线代替导线完成实验电路的连接。 ② 实验时电压表和电流表的读数如表所示，请在坐标纸中画出 LED 灯的伏安特性曲线。 U /V 0 1.00 1.50 2.00 2.50 2.70 2.80 2.90 3.00 3.10 3.20 I /mA 0 0 0.10 0.20 1.00 4.20 8.50 16.30 24.00 36.00 55.80 ③ 说出 LED 灯伏安特性曲线的主要特点： ________________________________ 。 解析　 (1) 由图可知，指针示数为 40 ，故读数为 40 × 1 kΩ ＝ 40 kΩ 。 (2) ① 测伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法， LED 灯电阻较大，电流表应采用内接法，根据原理可画出对应的实物图，如图所示。 ② 根据表中数据得出对应的 I － U 图象，如图所示。 ③ 由图可知，当 LED 灯的电压较小时，电阻很大，电流基本为零，当超过某个电压时电流急剧增大，电阻急剧变小。 答案　 (1)40 　 (2) ① 连线见解析　 ② 图象见解析 ③ 当 LED 灯的电压较小时，电阻很大，电流基本为零，当超过某个电压时电流急剧增大，电阻急剧变小 电表的读数方法 (1) 读数时应使视线垂直刻度盘表面。 (2) 估读问题：最小分度为 “ 1 ” 的仪器，测量误差出现在最小分度值的下一位，在下一位按十分之一估读；最小分度值为 “ 2 ”“ 5 ” 的仪器，测量误差出现在最小分度的同一位，在同一位按二分之一、五分之一估读。 　　　　 以测电阻为核心的实验 【典例 1 】 (2019· 浙江嘉兴第一中学高三模拟 ) 某兴趣小组对市场中电线进行调查， (1) 如图 1 所示，采用绕线法测得该电线直径为 ______ mm 。 (2) 取长度为 100 m 的电线，欲测其电阻： ① 先用多用电表进行粗略测量，将多用电表选择开关置于 “× 10 ” 欧姆挡并调零后，两表笔接触待测电阻的两端进行测量，表盘指针如图 2 所示。为了使测量值更准确， “ 选择开关 ” 应置于 ________( 填 “× 1 ”“× 100 ” 或 “× 1 k ” ) ，并两表笔短接，调节图 3 中 ________(“ A ” 或 “ B ”) 重新调零后进行测量。 ② 再用伏安法测量其电阻，并设计图 4 电路，则电压表的另一端应接 ________( 填 “ a ” 或 “ b ”) ，测量得电压表示数为 4.50 V ，而电流表读数如图 5 所示 ( 量程为 3 A) ，则所测的电阻为 ________ Ω 。 (2) ① 欧姆表偏转角度过大，说明待测电阻的阻值较小，应用小倍率挡；换挡后，需要重新进行欧姆调零，方法是将两表笔短接，调节图 3 中的 B 旋钮，使指针指到电流满刻度。 答案　 (1)1.25 　 (2) ①× 1 　 B 　 ② a 　 1.80 图 6   1 2 3 4 5 U 1 /V 0.25 0.30 0.36 0.40 0.44 U 2 /V 0.86 1.03 1.22 1.36 1.49 3.44 3.43 3.39 3.40 3.39 连接实物图四点注意 (1) 各导线都应接在接线柱上。 (2) 不应在导线中间出现分叉，且导线不能跨过仪器。 (3) 连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。 (4) 开关要控制整个电路。 　　　　 1. (2019· 湖南五校联考 ) 为了精确测量一电阻的阻值 R x ，现有以下器材：蓄电池组 E ，电流表 A ，电压表 V ，滑动变阻器 R ，电阻箱 R P ，开关 S 1 、 S 2 ，导线若干。某实验小组设计了如图 7 甲所示的电路，实验的主要步骤如下： a. 闭合 S 1 ，断开 S 2 ，调节 R 和 R P ，使电流表和电压表的示数适当，记下两表示数分别为 I 1 、 U 1 ； b. 保持 S 1 闭合、 R P 阻值不变，闭合 S 2 ，记下电流表和电压表示数分别为 I 2 、 U 2 。 (1) 按图甲所示的电路图将如图乙所示的实物连成电路。 (2) 被测电阻的阻值 R x ＝ ________( 用两电表的示数表示 ) 。 (3) 由于电流表、电压表都不是理想电表，则被测电阻的阻值 R x 的测量值 ________ 真实值 ( 选填 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ” ) 。 图 7 解析　 (1) 如图所示。 2. (2019· 浙江台州选考模拟 ) 实验室有一完好的 PTC 热敏电阻，某同学根据其型号查阅得到该热敏电阻在常温下的伏安特性曲线如图 8 甲所示。 图 8 (1) 用多用电表欧姆 “× 10 ” 挡，按正确操作测量该热敏电阻的阻值，结果指针指在图乙中的虚线位置，为了使测量结果更准确，多用电表的选择开关应打向欧姆 “× ________ ” 挡，若调挡后指针指在图乙中的实线位置，电阻测量结果为 ________ Ω 。 (2) 若将热敏电阻与一电动势 E 0 ＝ 15 V 、内阻 r ＝ 15 kΩ 的直流信号源串联成一闭合电路，则通过热敏电阻的电流为 ________ mA ，此时热敏电阻的阻值为 ________ Ω 。 (3) 该同学欲用伏安法验证热敏电阻伏安特性曲线是否与资料中的一致，实验室提供的器材如下： A. 热敏电阻 R 1 B. 电压表 V( 量程 0 ～ 15 V ，内阻约 15 kΩ) C. 电流表 A 1 ( 量程 0 ～ 30 mA ，内阻约 30 Ω) D. 电流表 A 2 ( 量程 0 ～ 5 mA ，内阻约 100 Ω) E. 滑动变阻器 R (0 ～ 40 Ω ，额定电流 2 A) F. 电源 E ( 电动势 20 V ，内阻不计 ) 请完成丙图中的实物电路图。 解析　 (1) 由题图乙知多用电表的欧姆挡指针指在虚线位置时偏角过小，由于指针指在表盘中央附近时测量电阻的阻值较准确，应换用欧姆 “× 100 ” 挡；若指针指在题图乙中的实线位置，电阻的测量结果为 22 × 100 Ω ＝ 2 200 Ω 。 答案　 (1)100 　 2 200 　 (2)4 　 2 250 　 (3) 如图所示 【典例】 (2019· 浙江金丽衢十二校联考 ) 在 “ 测定电池的电动势和内电阻 ” 的实验中，备有如下器材： A. 干电池 B. 电流表 (0 ～ 0.6 A ，内阻约为 0.1 Ω) C. 灵敏电流计 G( 满偏电流 I g ＝ 200 μA ，内阻 r g ＝ 500 Ω) D. 滑动变阻器 (0 ～ 20 Ω ， 2.0 A) E. 电阻箱 R F. 开关、导线若干 以测电源的电动势和内阻为核心的实验 图 9 (1) 由于没有电压表，需要把灵敏电流计 G 改装成量程为 2 V 的电压表，如图 9 甲电阻箱的阻值应为 ________ Ω 。 (2) 按图甲所示电路图，请在乙图上补充完成实物连线。 (3) 在闭合开关 S 前，将滑动变阻器的滑片移动至图甲中的 ________ 端 ( 填 a 、中央或 b ) 。 (4) 丙图为该实验绘出的 I 1 － I 2 图线 ( I 1 为灵敏电流计 G 的示数， I 2 为电流表 A 的示数 ) ，由丙图可求得被测电池的电动势 E ＝ ________ V ，内电阻 r ＝ ________ Ω 。 解析　 (1) 根据欧姆定律有 U ＝ I g ( r g ＋ R ) ，解得 R ＝ 9 500 Ω ，即需串联一个阻值为 9 500 Ω 的电阻。 (2) 实物连线如图。 (3) 闭合 S 前应将滑动变阻器的滑动片移到 b 端，以使电路中的电流最小而保护电流表。 答案　 (1)9 500 　 (2) 见解析　 (3) b 　 (4)1.47(1.46 ～ 1.49) 0.80(0.80 ～ 0.87) (1) 在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图，图中标明相关器材的字母符号。 解析　 (1) 因为提供的器材中没有电流表，故要采用电压表和电阻箱测量电源的电动势和内阻，但所给电压表量程太小，所以将电压表与定值电阻 R 2 串联，扩大成量程为 9 V 的电压表。 答案　 (1) 如图所示 用好一个“电阻” 在高考电学设计性实验中，常以定值电阻的合理使用为背景来命题。求解这类问题的关键是必须弄清定值电阻在设计电路中的主要作用，一般来说，定值电阻有三种作用： 电学创新类实验 高考电学创新类实验试题有两个显著的特点 (1) 基于教材中的电学实验，着重考查实验原理的改进、实验步骤过程的设置、误差分析。 (2) 重视电学实验的实验方法，问题设置结合科技、生产、生活的实际；因此，理解实验原理，掌握实验方法，是解决电学创新类实验的关键。 实验时，先按图 10 连接好电路，再将温控室的温度 t 升至 80.0 ℃ 。将 S 2 与 1 端接通，闭合 S 1 ，调节 R 1 的滑片位置，使电压表读数为某一值 U 0 ；保持 R 1 的滑片位置不变，将 R 2 置于最大值，将 S 2 与 2 端接通，调节 R 2 ，使电压表读数仍为 U 0 ；断开 S 1 ，记下此时 R 2 的读数。逐步降低温控室的温度 t ，得到相应温度下 R 2 的阻值，直至温度降到 25.0 ℃ 。实验得到的 R 2 － t 数据见下表。 回答下列问题： (1) 在闭合 S 1 前，图 10 中 R 1 的滑片应移动到 ________( 填 “ a ” 或 “ b ”) 端； (2) 在图 11 的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出 R 2 － t 曲线； t / ℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R 2 /Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 (3) 由图 11 可得到 R T 在 25 ℃ ～ 80 ℃ 范围内的温度特性。当 t ＝ 44.0 ℃ 时，可得 R T ＝ ________ Ω ； (4) 将 R T 握于手心，手心温度下 R 2 的相应读数如图 12 所示，该读数为 ________ Ω ，则手心温度为 ________ ℃ 。 解析　 (1) 题图 10 的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合 S 1 前， R 1 应该调节到接入电路部分的阻值最大，使电路中电流最小，即题图 10 中 R 1 的滑片应移到 b 端。 (2) 将 t ＝ 60 ℃ 和 t ＝ 70 ℃ 对应的两组数据画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出 R 2 － t 曲线，如图所示。 (3) 根据题述实验过程可知，测量的 R 2 的数据等于对应的热敏电阻 R T 的阻值。由画出的 R 2 － t 曲线可知，当 t ＝ 44.0 ℃ 时，对应的 R T ＝ 450 Ω 。 (4) 由图 12 知 R 2 ＝ 620.0 Ω ，由画出的 R 2 － t 曲线可知，当 R 2 ＝ 620.0 Ω 时，手心温度 t ＝ 33.0 ℃ 。 答案　 (1) b 　 (2) 如解析图所示　 (3)450 　 (4)620.0 　 33.0 图 13 (2) 乙同学采用图乙的实验电路图，实验时发现，当滑动变阻器在阻值较大的范围内调节，电压表示数变化不明显，其原因是电池内阻 ________( 填 “ 较大 ” 或 “ 较小 ” ) 。 (2019· 浙江宁波重点中学高三模拟 ) 为了测量一节新干电池的电动势和内阻： (1) 甲同学使用多用电表粗测了电池的电动势，实验结束后，图 13 甲中的电表旋钮状态符合实验操作规范的是 ________( 填 “①” 或 “②” ) 。 (3) 丙同学改进了乙同学的电路图，准备用以下给定的器材和一些导线来完成实验，器材如下： A. 量程 3 V 的电压表 V B. 量程 0.6 A 的电流表 A C. 定值电阻 R 0 ( R 0 ＝ 1.5 Ω) D. 滑动变阻器 R 1 (0 ～ 10 Ω) E. 开关 S ① 请用笔画线代替导线在图 14 甲中完成实物连接图。 图 14 ② 实验中，改变滑动变阻器的阻值，得到了六组实验数据，已在 U － I 图中描点，请做出 U － I 图象，并根据图象得出该电池的内阻 r ＝ ________ Ω( 结果保留 2 位有效数字 ) 。 解析　 (1) 甲同学使用多用电表粗测了电池的电动势，实验结束后，电表旋钮要将选择开关旋转到 OFF 挡或交流电压最高挡，所以图甲中的电表旋钮状态符合实验操作规范的是 ② 。 (3) ① 丙同学改进了乙同学的电路图，用笔画线代替导线在图甲中完成实物连接图如图 a 所示。 a ② 实验中，改变滑动变阻器的阻值，得到了六组实验数据，已在 U － I 图中描点，做出 U － I 图象如图 b 所示。 b 答案　 (1) ② 　 (2) 较小　 (3) ① 电路实物连线图见解析图 a 　 ② U － I 图象见解析图 b 　 0.35(0.35±0.03) 高考实验题答题策略 ② —— “ 3 步 ” 攻克电学设计实验 电学设计实验的难点是电路的设计思路，其突破方法为 第 1 步 ― → 明确实验目的 第 2 步 ― → 通过实验目的与实验器材的结合，选择合适的实验原理 第 3 步 ― → 画出可能实验原理图，结合题设条件确定最优的电路原理图 【典例】 (2019· 湖北武汉模拟 ) 现要测量电压表的内阻和电源的电动势，提供的器材有：电源 ( 电动势约为 6 V ，内阻不计 ) ，电压表 V 1 ( 量程 0 ～ 2.5 V ，内阻约为 2.5 kΩ) ，电压表 V 2 ( 量程 0 ～ 3 V ，内阻约为 10 kΩ) ，电阻箱 R 0 ( 最大阻值为 9 999.9 Ω) ，滑动变阻器 R 1 ( 最大阻值为 3 kΩ) ，滑动变阻器 R 2 ( 最大阻值为 500 Ω) ，单刀双掷开关一个，导线若干。 图 15 (1) 在图 15 a 中完成实验电路原理图的连线； (2) 电路中应选用滑动变阻器 ________( 选填 “ R 1 ” 或 “ R 2 ”) ； (3) 按照下列步骤进行实验： ① 闭合开关前，将滑动变阻器和电阻箱连入电路的阻值调至最大； ② 闭合开关，将电阻箱调到 6 kΩ ，调节滑动变阻器至适当的位置，此时电压表 V 1 的示数为 1.60 V ，电压表 V 2 的示数为 2.40 V ； ③ 保持滑动变阻器连入电路的阻值不变，再将电阻箱调到 2 kΩ ，此时电压表 V 1 的示数如图 b 所示，其示数为 ________ V ，电压表 V 2 的示数为 1.40 V 。 (4) 根据实验数据，计算得到电源的电动势为 ________ V ，电压表 V 1 的内阻为 ________ kΩ ，电压表 V 2 的内阻为 ________ kΩ 。 解析　 (1) 由于两个电压表的量程都小于电源的电动势，两个电压表串联后的总电压仍然小于电源的电动势，故应该用滑动变阻器作为保护电阻。如果只是测量电动势，可以采用如图甲所示的电路，但是要想计算电压表 V 1 、电压表 V 2 各自的内阻，需要将电路改进，设计的电路有图乙、图丙所示的两种；而通过电压表 V 1 的最大电流约为 1 mA ，通过电压表 V 2 的最大电流约为 0.3 mA ，故设计的电路应该选择图乙。 (2) 根据 (1) 中电路图的连接，因为电压表的内阻较大，故滑动变阻器的最大阻值应该大于电压表 V 1 的内阻，故滑动变阻器应该选择 R 1 。 (3) 题图 b 所示的电压表的最小刻度为 0.1 V ，故估读到 0.01 V ，其读数为 2.10 V 。 答案　 (1) 见解析图乙所示　 (2) R 1 　 (3)2.10 　 (4)5.60 　 2.5 　 10