2019年高考物理考纲解读与热点难点突破专题11电学实验综合应用教学案.pdf
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1、专题 11 电学实验综合应用专题 11 电学实验综合应用 【2019 年高考考纲解读】【2019 年高考考纲解读】 1.近几年新课标全国卷中没有电表读数题目,但各自主命题省份的高考卷中多次出现电表读数问题和 多用电表的使用问题,预计今后新课标全国卷中考查电表读数与多用电表使用的可能性较大,应该重视 2.“测量金属的电阻率”和“描绘小灯泡的伏安特性曲线”两实验,实际上均与“伏安法测电阻”无 多大区别,考查的重点是仪器的选择、电路设计、实物连线和数据处理四个方面,估计今后课标卷对这两 个实验考查应是重点之一 3.测量电源的电动势和内阻是闭合电路欧姆定律的应用,全面考查电流表、电压表和滑动变阻器的使
2、 用,是高中物理中最典型的实验之一近几年新课标全国卷中虽然没有考查,但预计将是今后命题的重点 内容考查的重点放在实验原理的研究、电路的设计、电表选择、实物连线和数据处理等方面 【重点、难点剖析】【重点、难点剖析】 一、电学测量仪器的使用与读数 一、电学测量仪器的使用与读数 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 电压表 使指针指示比满 偏刻度的 多的位 1 3 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 1 10 度的 ; 0.6 A量程应估读到最小 1 5 分度的1 2 欧姆表 有正、负极的电表, 电流由电表的正极 流入,负极流出 使指针
3、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.使用多用电表“四忌” (1)忌不调零就使用多用电表 (2)忌搞错连接方式,测电压需并联测电流需串联 (3)忌用手接触测试笔的金属杆 (4)忌用多用电表测不是 50 Hz 的交流电普通多用电表的交流挡位是按照 50 Hz 设计的,不能准确测 量其他频率的交流电 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摆动的幅度较大,一般应使指针能达到半偏
4、以上,以减小读数的偶然误差, 提高精确度 二、电流表内外接法的比较与选择二、电流表内外接法的比较与选择 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 U I R测 Rx,偏大R测U/IRx,偏小 适用条件RxRA(测大电阻)RVRx(测小电阻) 2控制电路(滑动变阻器的接法)的比较与选择 (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EE R RR0 0E 电能损耗节能耗能 电路连接简便复杂 (2)控制电路的选择: 以下情况考虑分压式接法 : 要求待测电路的U、I从 0 变化 ; R滑Rx; 选用限流式接法时,U
5、x、Ix 过大(超过电表量程, 烧坏电表、 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) 1 3 六、多用电表的使用“三注意”六、多用电表的使用“三注意” (1)电流的流向 由于使用多用电表时不管测量项目是什么,电流都要从电表的“+”插孔(红表笔)流入,从“-”插孔 (黑表笔)流出,所以使用欧姆挡时,多用电表内部电池的正极接的是黑表笔,负极接的是红表笔。 (2)要区分开“机械零点”与“欧姆零点” “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,调整的是欧姆挡的调零旋钮。 (3)选倍率 测量前
6、应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡刻度的非线性,使用欧姆挡测电阻时,表头指针 偏转过大或过小都有较大误差。通常只使用表盘中间一段刻度范围,指针偏转角度在 满偏到 满偏之间为 测量的有效范围。如当待测电阻约为 2 k 时,应采用“100”挡。 【方法技巧】多用电表的使用步骤: (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 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”挡或交流电压最高挡。 特别注意:用欧姆挡测电阻时,如果指针偏转
7、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。 【题型示例】【题型示例】 题型一、多用电表的使用、电表的改装题型一、多用电表的使用、电表的改装 【例 1】(2018高考全国卷 )某同学组装一个多用电表可选用的器材有:微安表头(量程 100 A,内阻 900 );电阻箱R1(阻值范围 0999.9 );电阻箱R2(阻值范围 099 999.9 );导线若干 要求利用所给器材先组装一个量程为 1 mA 的直流电流表, 在此基础上再将它改装成量程为 3 V 的直流 电压表组装好的多用
8、电表有电流 1 mA 和电压 3 V 两挡 回答下列问题: (1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2,其中*为公共接线柱,a和b分别是电流挡和电压挡的接线 柱 (2)电阻箱的阻值应取R1_ ,R2_ .(保留到个位) 【答案】(1)如图所示 (2)100 2 910 (2)微安表头改装成电流表需要并联一个小电阻R1100 ,电流表改装成一个电压表应串联 Igrg IIg 一个大电阻R22 910 . UIgrg I 【变式探究】 【2017新课标卷】 图 (a) 为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。 图中E是电池 ;R1、 R2、R3、R4和R5是固定电阻,R6是可变电阻;表头 G的满偏
9、电流为 250 A,内阻为 480 。虚线方框内 为换挡开关,A端和B端分别与两表笔相连。 该多用电表有 5 个挡位, 5 个挡位为 : 直流电压 1 V 挡和 5 V 挡,直 流电流 1 mA 挡和 2.5 mA 挡,欧姆100 挡。 (1)图(a)中的A端与_(填“红”或“黑”)色表笔相连接。 (2)关于R6的使用,下列说法正确的是_(填正确答案标号)。 A在使用多用电表之前,调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置 B使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置 C使用电流挡时,调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置 (3)根据题给条件可得R1
10、+R2=_,R4=_。 (4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示。若此时B端是与“1”相连的,则多用电表读数 为_; 若此时B端是与 “3” 相连的, 则读数为_; 若此时B端是与 “5” 相连的, 则读数为_。 (结果均保留 3 位有效数字) 【答案】(1)黑 (2)B (3)160 880 (4)1.47 mA(或 1.48 mA) 1 100 2.95V 【解析】 (1)与多用电表内电源正极相连的是黑表笔。 (3)B端与“2”相连时,是量程较小的电流表,所以;B端与“4”相连时, 是量程较小的电压表,所以。 【变式探究】【2017江苏卷】某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验
11、原理电路图如图 11 1 图所示,继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当继电器的电流超过 15 mA 时,衔铁 被吸合,加热器停止加热,实现温控继电器的电阻约为 20 ,热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表 所示 (1) 提供的实验器材有 : 电源E1(3 V, 内阻不计)、 电源E2(6 V, 内阻不计)、 滑动变阻器R1 (0200 )、滑动变阻器R2(0500 )、热敏电阻Rt,继电器、电阻箱(0999.9 )、开关 S、导线 若干 为使该装置实现对 3080 之间任一温度的控制,电源E应选用 (选填“E1”或“E2”),滑动 变阻器R应选用 (选填“R1”或“R2”
12、) (2)实验发现电路不工作某同学为排查电路故障,用多用电表测量各接点间的电压,则应将如图 112 图所示的选择开关旋至 (选填“A”、“B”、“C”或“D”) (3)合上开关 S,用调节好的多用电表进行排查,在题 111 图中,若只有b、c间断路,则应发现表 笔接入a、b时指针 (选填“偏转”或“不偏转”),接入a、c时指针 (选填“偏转”或 “不偏转”) (4)排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为 50 时被吸合,下列操作步骤正确顺序是 (填写各 步骤前的序号) 将热敏电阻接入电路 观察到继电器的衔铁被吸合 断开开关,将电阻箱从电路中移除 合上开关,调节滑动变阻器的阻值 断开开关,用电阻箱替换
13、热敏电阻,将阻值调至 108.1 【答案】(1)E2 R2 (2)C (3)不偏转 偏转 (4) 【举一反三】(2015新课标全国,23,9 分)图(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 (1)已知毫安表表头的内阻为 100 ,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_ ,R2_ . (2)现用一量程为 3 mA、内阻为 150 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、1.0、1.5、2.
14、0、2.5、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 和 1 000 ;滑动变阻器R有两种规格,最大阻值分别为 750 和 3 000 . 则R0应选用阻值为_ 的电阻,R应选用最大阻值为_ 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 _(填“b”或“c”)相连判断依据是: _. 【答案】(1)15 35 (2)300 3 000 (3)c 见解析 (2)根据电流表校准
15、的刻度,可知电路中总阻值最大为 3 000 ,最小阻值为 500 1.5 0.000 5 1.5 0.003 .若定值电阻R0选择为 1 000 ,则无法校准3.0 mA,所以选用的定值电阻R0的阻值应为 300 ,由 于最大阻值要达到3 000,所以选用的滑动变阻器R的最大阻值为 3 000 . (3)为准确地判断出哪个电阻损坏,d点应和接线柱“c”相连;若电流表无示数,则说明R2断路,若 电流表有示数,则说明R1断路 【变式探究】2015四川理综,8(2),11 分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
16、: 电流表 A1(量程 030 mA); 电流表 A2(量程 0100 mA); 电压表 V(量程 06 V); 滑动变阻器R1(阻值 05 ); 滑动变阻器R2(阻值 0300 ); 开关 S 一个,导线若干条 某同学的实验过程如下: .设计如图所示的电路图,正确连接电路 .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,得到如图所示的图线 .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: 电流表
17、应选用_,滑动变阻器应选用_; 由图的图线,得电源内阻r_; 用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx_,代入数值可得Rx; 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”) 【答案】A2 R2 25 r 相同 不同 U0 I0 由于电表为理想电表,因此待测电阻无论放在B、C间或者A、B间,对总电阻没有变化,因此电 流不变,在滑动变阻器变化范围相同的情况下,电流表示数变化范围相同由于待测部分的电阻阻值变化, 因此会影响待测部分的分压,因此电压表示数
18、变化范围会不同 【变式探究】2015广东理综,34(2),10 分某实验小组研究两个未知元件 X和 Y 的伏安特性,使 用的器材包括电压表(内阻约为 3 k)、电流表(内阻约为 1 )、定值电阻等 图 1 使用多用电表粗测元件 X 的电阻选择“1”欧姆档测量,示数如图 1(a)所示,读数为_. 据此应选择图 1 中的 _(填“b”或“c”)电路 进行实验 连接所选电路, 闭合 S; 滑动变阻器的滑片P从左向右滑动, 电流表的示数逐渐_(填 “增大” 或“减小”);依次记录电流及相应的电压;将元 件 X 换成元件 Y,重复实验 图 2 图 2(a)是根据实验数据作出的UI图线,由图可判断元件_(
19、填“X”或“Y”)是非线性元件 该小组还借助 X 和 Y 中的线性元件和阻值R21 的定值电阻,测量待测电池的电动势E和内 阻r,电路如图 2(b)所示闭合 S1和 S2,电压表读数 为 3.00 V; 断开 S2,读数为 1.00 V,利用图 2(a)可 算得E_V,r_(结果均保留两位有效数字,视电压表为理想电压表) 【答案】10 b 增大 Y 3.2 0.50 根据伏安特性曲线知,X 为线性元件,Y 为非线性元件,且 RX10 . 【变式探究】(2015海南单科,12,9 分)某同学利用图(a)所示电路测量电容器充 电时两极板间的电 压随时间的变化实验中使用的器材为:电池E(内阻很小)、
20、开关 S1和 S2,电容器C(约 100 F)、电阻 R1(约 200 k)、电阻R2(1 k)、电压表(量程 6 V)、秒表、导线若干 (1)按图(a)所示的电路原理图将图(b)中实物图连线 (2)先闭合开关 S2,再断开开关 S2;闭合开关 S1,同时按下秒表开始计时若某时刻电压表的示数如 图(c)所示,电压表的读数为_V(保留 2 位小数) (3)该同学每隔 10s 记录一次电压表的读数U,记录的数据如下表所示在给 出的坐标纸上绘出U-t 图线.已知只有一个数据点误差较大,该数据点对应的 表中的时间是_s. 时间t/s10.020.030.040.050.060.0 电压U/V2.143
21、.454.234.515.005.18 (4)电路中C、R2和 S2构成的回路的作用是 _ _. 【答案】(1)见解析图 (2)3.60 V (3)40 s (4)使实验前电容器两极板上的电荷中和 【解析】(1)实物连线如图甲所示 (4)电路中C、R2和 S2构成的回路, 先闭合开关 S2, 再断开开关 S2, 使电容器上所带电荷量释放干净, 不影响实验 【变式探究】2015天津理综,9(3),10 分用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电 池组(电动势约 4.5 V,内电阻约 1 )的电动势和内电阻,除待测电池组、电键、导线外,还有下列 器材供选用: A电流表:量程 0.6 A,内电阻
22、约 1 B电流表:量程 3 A,内电阻约 0.2 C电压表:量程 3 V,内电阻约 30 k D电压表:量程 6 V,内电阻约 60 k E滑动变阻器:01 000 ,额定电流 0.5 A F滑动变阻器:020 ,额定电流 2 A 为了使测量结果尽量准确,电流表应选用_,电压表应选用_,滑动变阻器应选用 _(均填仪器的字母代号) 下图为正确选择仪器后,连好的部分电路为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将 _和_相连、_和_相连、_和_相连(均填仪器上接线柱的 字母代号) 实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器,重新连 接电路, 仍能完成实验 实验中
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