2019年高考物理备考中等生百日捷进提升系列专题19电学实验含解析.doc
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1、专题19 电学实验第一部分名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现,试题在考查主干知识的同时,注重考查必修中的基本概念和基本规律。考纲要求1、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、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。3、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。命题规律1、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的考查。2、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。3、重视
2、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。第二部分知识背一背(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”: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。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
3、对应的是倍率。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。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)控制电路(滑动变阻器的接法)的比较与选择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EE0E电能损耗节能耗能电路连接简便复杂控制电路的选择: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
4、、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).(4)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RxRA,大电阻RxRV,小电阻特别提醒: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
5、,应采用外接法.(5)选择实验仪器的三大原则安全性原则: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。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。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第三部分技能+方法一、多用电
6、表测电阻使用“五步”法选档: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200就应该选10的倍率;调零:进行欧姆调零;测量:将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量;读数:将指针示数乘以倍率,得测量值;整理: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。二、控制电路的设计技巧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
7、(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三、电学仪器的选择: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。电表的选择:一般根据电源的电动势或待测用电
8、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,提高精确度四、实物图连接注意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;最后并接电压表;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.五、器材选择的一般步骤是:找出唯一性的器材;草画电路图(暂不把电表接入);估算最大值(在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值);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第四部分基础练+测1现有一种足够长的粗细均匀的圆柱形金属电电阻丝,截取长度为L的一段来探究
9、它在不同电压下的电阻率及功率。(1)用螺旋测器测量它的直径d,如图甲所示,d=_mm。(2)这是某次得的数据如下表记录实验器材如图,现已完成部分导线的连接,请根据上表数据推测,用笔划线代替导线在图乙中完成余下导线的连接_;(3)若当电压表读数为U,电流表读数力I,则该电压下此金属丝的电阻率为_(用U、I、L、d等字母表示);(4)某同学根据数据表,画出了该段金属丝的伏安特性曲线,如图,将这段金属丝接在一电动势为3V,内阻为1的电源两端,这段金属丝的电功率为_W,(结里保留两位小数);如图,取长度为x的该种金属电阻丝,与中电源,定值电阻R=4.5串联成闭合回路,恰使金属电阻丝功率最大,则x为L的
10、_倍。【答案】6.545Ud24IL1.251.1【解析】【详解】解:(1)螺旋测微器的固定刻度读数为6.5mm,可动刻度读数为0.014.5mm=0.045mm,所以最终读数为:6.5mm+0.045mm=6.545mm;(2) 探究圆柱形金属电电阻丝在不同电压下的功率大小,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法,实物电路图如图所示:(3)根据欧姆定律可得Rx=UI,根据电阻定律可得Rx=LS=4Ld2,联立解得此金属丝的电阻率为=d2U4IL;(4) 将这段金属丝接在一电动势为3V,内阻为1的电源两端,根据闭合电路欧姆定律可得U=3-I,在该段金属丝的伏安特性曲线作出U=3-I
11、图像,如图所示,由图示图象可知,该段金属丝两端电压U=2.50V,通过该段金属丝的电流I=0.50A,该段金属丝电阻为:RL=UI=5.0,该段金属丝功率:P=UI=2.500.50W=1.25W;电源与电阻R整体可以看做等效电源,等效电源内阻为1+4.5=5.5,当长度为x的该种金属电阻丝的电阻为5.5时,金属丝功率最大,根据电阻定律可得电阻之比等于长度之比,即xL=RxRL=5.55.0=1.1;2某同学在“测电源甲的电动势和内电阻”的实验中,实验室提供备选器材有:电流表(0-0.60A)、电压表(0-3.00V)、滑动变阻器R1(10 1.00A)、滑动变阻器R2(100 0.60A)、
12、电阻箱R3(0-999.9)、定值电阻R0为2、开关S及导线若干。他采用如图甲所示电路进行实验,测得6组U、I数据(见表格中)(1)将图乙实验电路所缺的导线补充连上,使电路完整_;(2)根据电流、电压数量关系确定电源甲的电动势和内阻,请你自定标度将表中的数据在图丙坐标系中描点并连线画出U-I图线_。(3)根据作图分析得出的结论是:电源甲的电动势为_V,电源内电阻为_;(4)该同学接着从提供的器材中选择合适器材,继续测量电源乙的电动势和内阻,得到1I-R图线(R为电源外电路的总电阻),如图丁。根据图像可知电源乙的内阻为_。在虚线框中画出该同学实验新方案的电路图_。【答案】(1)如图;(2)如图:
13、(3)2.80V1(4)如图;0.5.【解析】【详解】(1)电路连接如图;(2)U-I图线如图:(3)由图可知电源甲的电动势为2.80V;电源内电阻为r=UI-R0=2.8-1.00.6-2=1;(4)所用电路如图;由欧姆定律:E=I(R+r),即1I=1ER+rE,则1E=0.20.5;rE=0.2解得E=2.5V;r=0.53某同学在实验室找到一只表盘稍有磨损(中值“15“清晰可见)的万用表,不过他一想,这并不影响实验操作,于是进行了如下几项实验。(1)在如图所示电路的电路中某一电阻发生了断路现象,在不断开电源的情况下,他选择了正确的挡位并进行了正确的操作,发现两表笔接在a、c两端时多用表
14、指针明显偏转,而接在a、b两端多用表指针并未偏转,由此可知他选用的挡位和结论正确的是_A.直流10V挡,R1断路B.直流2.5v挡,R2断路C.欧姆档,R1断路D.欧姆挡,R2断路(2)用多用电表探测图甲所示黑箱发现:用直流电压挡测量,E、G两点间和F、G两点间均有电压,E、 F两点间无电压;用欧姆测量,黑表笔(与电表内部电源的正极相连)接E点,红表笔(与电表内部电源的负极相连)接F点,阻值很小,但反接阻值很大。那么,该黑箱内元件的接法可能是图乙中_(3)为了进一步研究该万用表,他找来一块量程为3V的标准电压表,将万用表调至“100”档并进行了欧姆调零,然后将万用表的红黑表笔分别与电压表正负极
15、相接,两表指针偏转如图所示。实验中,他应该将多用表的红表笔与电压表的_(正或负)接线柱相接触,丁图中电压表的读数为_ V,通过分析得知该电压表的内阻为_,多用表的内电源电动势为_V【答案】AB负1.206k1.5V【解析】【详解】解:(1) 根据题给条件可知不能应用欧姆挡,因为使用欧姆挡时,被测元件必须与外电路断开,C、D项不符合操作规程;由于电源电动势为6V,所以选直流10V挡;若R1断路时,两表笔接在a、b两端时多用电表指针不会发生偏转,两表笔接a、c在两端时多用表电指针明显偏转;若R2断路时,两表笔接a、b和a、c在两端时多用电表指针不会发生偏转,由此可知R1断路,故选项A正确,B、C、
16、D错误;(2)用直流电压挡测量,E、G两点间和F、G两点间均有电压,说明E、G与F、G间可能有电源存在;用欧姆档测量,因电流从黑表笔出来通过导体再从红表笔进入欧姆表,故若黑表笔接E点红表笔接F点时电阻小,说明电流容易从E通过导体,若黑表笔接F点红表笔接E点时电阻很大,说明电流不能从F通过,这就说明E、F间有二级管且E是正极,故该黑箱内元件的接法可能是选项B;(3)欧姆表的黑表笔与欧姆表内置电源正极相连,红表笔与内置电源负极相连,电压表的正接线柱应接高电势点,负接线柱应接低电势点,因此将多用电表的红表笔和电压表的负接线柱相连,黑表笔连接另一端;电压表的分度值为0.1V,所以丁图中电压表的读数为1
17、.20V;欧姆表的内阻为R内=R中=1500,根据丙图可知电路的电流为满偏电流的15,即有15ER内=ERV+R内,解得:RV=6000=6k,根据欧定律可得U=IRV=RVER内+RV,解得E=1.50V;4一探究小组要描绘一个标有“5V,2.5W”小马达(电动机,线圈电阻恒定)的伏安特性曲线,马达两端的电压需要从零逐渐增加到5V现有下列器材:A电源(电动势6V)B电压表(量程6V)C电流表A1(量程3A)D电流表A2(量程为0.6A)E滑动变阻器R1(最大阻值10)F滑动变阻器R2(最大阻值200)G开关和导线若干(1)实验中电流表应选_(填“C”或“D”),滑动变阻器应选_(填“E”或“
18、F“)(2)请在图a方框中画出完整的实验电路图_(3)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,当电压表示数大于0.5V时马达才开始转动,该小组用所测数据描绘的伏安特性曲线如图b,由图象可得马达线圈的电阻为_,马达正常工作时的机械功率为_W。【答案】(1)DE(2)电路图见解析;(3)1.252.19【解析】【详解】(1)小马达的额定电流I=PU=2.55=0.5A,从读数误差的角度考虑,电流表选择D;为方便实验操作,滑动变阻器选择E。(2)因为电压电流需从零开始测起,则滑动变阻器采用分压式接法,由题意可知电压表内阻远大于小马达的电阻,电流表采用外接法,电路图如图所示;(3)电压表读数小于0.5V时小马
19、达没启动,此时电路为纯电阻电路,根据欧姆定律得:R=UI=0.50.4=1.25;正常工作时电压为5V,根据图象知电流为0.5A,则电风扇发热功率:P热=I2R=0.521.25=0.3125W,则机械功率:P机械=P额定-P热=2.5-0.31252.19W。5磁力锁主要由电磁铁和衔铁组成。某小组用如图甲所示的装置研究电磁铁线的工作电压与衔铁所受磁力大小的关系,弹性梁一端连接有衔铁,在外力作用下可以上下运动,另一端固定于墙壁,电磁铁位于衔铁正下方,V1为理想电压表.(1)为增大电磁铁产生的磁感应强度,变阻器的滑片P应向_端移动(选填“c”或“d”).(2)已知电磁铁线圈的直流电阻为30,滑动
20、变砠器的最大阻值为170,电源E的电动势为12.0V,滑动变阻器能提供的最大分压为11.9V,则电源E的内阻为_(保留两位有效数字)(3)同学们将阻值会因形状变化而发生改变的金属应变片R1粘贴在弹性梁的上表面,然后将金属应变片R1、定值电阻R2和理想电压表V2连接成如图乙所示的电路。线圈通电吸引衔铁下移时,应变片变长,R1的阻值将_,电压表V2的读数将_。(填“增大”“减小”或“不变”)(4)在线圈通电吸合衔铁后,用外力F使电磁铁和衛铁刚好分开,测得外力F与线圈两端电压U的关系如图丙所示,若要求该锁能抵抗1200N的外力,则工作电压至少为_V。【答案】 c 0.21 增大增大 6【解析】【详解
21、】解:(1)根据电流的磁效应,电流越大,产生的磁场强度越强,为了增加电磁铁产生的磁感应强度,变阻器的滑片应该滑向c端;(2)当滑动变阻器的滑片P滑到c端时,滑动变阻器提供的分压最大,由闭合电路欧姆定律E=Um+Ir,I=UmR,R=3017030+170=25.5,联立解得:r=0.21;(3)线圈通电吸引衔铁下移时,应变片变长,根据电阻定律,R1的阻值将增大。根据串联电路分压规律可知,电阻增大,电压增大,所以电压表V2的读数将增大;(4)由图丙可知,F=1200N时对应的工作电压为6.0V,即要求该锁能抵抗1200N的外力,则工作电压至少为6.0V。6某物理学习小组设计了如图所示的实验电路准
22、备测量未知电阻Rx的值。图中G是指针在中央(零刻线在中央)的灵敏电流计(已知电流从左侧接线柱流入指针向左偏),R是已知阻值的定值电阻,AB是一根粗细均匀的长直电阻丝,从刻度尺测得AB长度为L,D是与电阻丝接触良好的滑动触头。回答下列问题:(1)同学在某一次将D调节到如图位置时发现电流计指针向右偏,则他应该把D向_(填左或右)移动适当距离,直到_为止。(2)他还需要测量的物理量有_(用字母符号表示),未知电阻的计算表达式为Rx=_(用题目中给出和你设的字符表示)(3)关于本次实验系统误差的分析为:测量值_电阻真实值(填“”、“”或“=”)。【答案】左灵敏电流计指针指零(或中央)AD间距离xRx
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