通用版2019版高考物理二轮复习第二部分第三板块第2讲“追踪溯源”智取创新实验__学会迁移讲义含解析.pdf
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1、“追踪溯源”智取创新实验学会迁移“追踪溯源”智取创新实验学会迁移 考法 学法 在历年高考实验题中,第 2 个实验题一般为电学实验(偶尔也会考查力学实验), 难度较大,且多数情况下不直接考查电学基本实验,而是考查实验的创新设计, 因为设计型实验既考查学生的基本实验能力,又考查学生对物理规律的灵活应用 能力。 复习本讲内容时, 要注意以下几点 : 熟悉各种实验器材的原理和使用方法 ; 熟知基础实验,能在基础实验的基础上创新实验过程;熟悉物理规律,能根 据现有的器材设计实验,达到实验目的。 创新点(一) 创新实验原理,消除实验误差 高考试题中出现的电学创新实验,大多数是在教科书中常规实验的基础上,进
2、行重组、 包装、拓展、创新,它们源于教科书,但高于教科书,解决这类创新实验时,应注意以下三 点: 1无论哪个电学实验,也不管怎么创新都离不开电路,离不开实验仪器的选取,电流 表内、外接法的判断,滑动变阻器的分压电路与限流电路的分析。 2在解决设计型实验时,要注意条件的充分利用,如对于给定确切阻值的电压表和电 流表,电压表可当作电流表使用,电流表也可当作电压表使用,利用这一特点,可以拓展伏 安法测电阻的方法,如伏伏法、安安法等。 3对一些特殊电阻的测量,如电流表或电压表内阻的测量,电路设计有其特殊性,即 首先要注意到其自身量程对电路的影响, 其次要充分利用其 “自报电流或自报电压” 的功能。 因
3、此,在测电压表内阻时,无须另并联电压表;测电流表内阻时,无须再串联电流表。 命题角度 1 巧设电路,消除并联分压造成的系统误差 例 1 利用如图所示电路可以较为准确地测量电源的电动势。 图中a为标准电源, 其电动势为Es,b为待测电源;E为恒压电源,R 为滑动变阻器,G为零刻度在中央的灵敏电流计,AB为一根粗细均匀 的金属丝,滑动片C可在金属丝上移动,AC之间的长度L可用刻度尺 量出。 实验步骤如下: (1)按图连接好电路。 (2)调整滑动变阻器的滑片至合适位置,闭合开关 S1。 (3)将 S2接 1,调节滑动片C使电流计示数为零,记下_。 (4)将 S2接 2, 重 新 调 整 滑 动 片C
4、的 位 置 , 使 _, 并 记 下 _。 (5)断开 S1、 S2, 计算待测电源的电动势的表达式为Ex_(用实验记录及已知物 理量字母表示)。 解析 (3)由(1)、(2)可知金属丝AB中的电流保持不变,使电流计指向零刻度,则加 在AC两端的电压等于金属丝上的分压,即电源电动势等于金属丝上的分压,根据分压关系 可知,分压之比等于金属丝长度之比,故记录金属丝AC段的长度即可求得电压之比,故要 记下AC间的长度L1。 (4)测量待测电源的电动势, 电流方向不变, 使电流计指针指向零, 再记下AC间的长度L2。 (5)电流计 G 中电流为零,则AC段的电压恰好等于接入电源的电动势,设AB上单位长
5、 度的电阻为r,则有:I0L1rEs;I0L2rEx,解得:ExEs。 L2 L1 答案 (3)AC间的长度L1 (4)电流计示数为零 AC间的长度L2 (5)Es L2 L1 命题角度 2 消元法消除电表内阻造成的系统误差 例 2 采用伏安法测量电源电动势E和内阻r时, 由于电表因素 造成实验的系统误差, 某研究性学习小组对此进行探究实验, 设计出如 图所示的测量电源电动势E和内阻r的电路,E是辅助电源,A、B两点 间有一灵敏电流计 G。 (1)请你补充完整实验步骤: 闭合开关 S1、 S2, 调节R和R使得灵敏电流计的示数为零, 这时,A、B两点的电势A、 B的关系是A_B(选填“大于”“
6、小于”或“等于”),读出电流表和电压表的 示数I1和U1,其中I1_(选填“大于”“小于”或“等于”)通过电源E的电流; 改变滑动变阻器R、R的阻值, 重新使得_, 读出_ _。 (2)由上述步骤中测出的物理量, 可以得出电动势E的表达式为_ _、内阻r的表达式为_。 (3)该实验中E测_E真,r测_r真(均选填“大于”“小于”或“等于”)。 解析 (1)闭合开关 S1、S2,调节R和R使得灵敏电流计的示数为零,这时,A、B 两点的电势A、B的关系是A等于B,读出电流表和电压表的示数I1和U1,电流表测 量的是干路上的电流,即I1等于通过电源E的电流。改变滑动变阻器R、R的阻值,重 新使得灵敏
7、电流计示数为零,读出电流表和电压表的示数I2和U2。 (2)根据闭合电路欧姆定律得:EI1rU1,EI2rU2,解得:EU1, I1U2U1 I1I2 r。 U2U1 I1I2 (3)两次测量, 调节R和R使得灵敏电流计的示数为零, 使得AB之间的等效电阻为零, 利用消元法消除了电表内阻造成的系统误差,所以E测等于E真,r测等于r真。 答案 (1)等于 等于 灵敏电流计示数为零电流表和电压表的示数I2和U2 (2)EU1 r (3)等于 等于 I1U2U1 I1I2 U2U1 I1I2 创新点(二) 实验器材的等效与替换 命题角度 1 测量导电液体的电阻率 例1 某兴趣小组欲通过测量工业污水(
8、含多种重金属离子)的电 阻率来判断某工厂废水是否达到排放标准(一般工业废水电阻率的达标 值200 m)。 如图甲所示为该同学所用盛水容器,其左、右两侧 面为金属薄板(电阻极小),其余四面由绝缘材料制成,左、右两侧带有 接线柱, 容器内表面长a40 cm, 宽b20 cm, 高c10 cm, 将水样注满容器后, 用多用电表 粗测水样电阻约为 2 750 。 (1)为精确地测量所取水样的电阻,该小组从实验室中找到如下实验器材: A电流表(量程 5 mA,电阻RA为 50 ) B电压表(量程 15 V,电阻RV约为 10 k) C滑动变阻器(020 ,额定电流 1 A) D电源(12 V,内阻约 1
9、0 ) E开关一只、导线若干 请在图乙实物图中完成电路连接。 (2)正确连接电路后,闭合开关,测得一组U、I数据 ; 再调节滑动变阻器,测出一系列 数据如表所示,请在如图丙所示的坐标纸中作出UI关系图线。 U/V2.03.86.88.010.211.6 I/mA0.731.362.202.893.664.15 (3)由以上测量数据可以求出待测水样的电阻率约为_m(计算结果保留到个 位)。据此可知,所得水样_(填“达标”或“不达标”)。 解析 (1)因为要精确测量电阻值,需要电路中电压有较大的变化范围,而滑动变阻 器阻值比待测电阻小得多,所以连线时滑动变阻器要用分压接法 ; 又电流表内阻已知,则
10、采 用电流表内接法,电路连接如图 1 所示。 (2)UI图线如图 2 所示。 (3)由图 2 所作图线斜率可知,总电阻为 2 727 ,又RR总RA2 677 ,根据电阻 定律R,代入数据得134 m0)。设计电路图如图所示,并按如下步骤进行操作。 (1)按电路图连接好实验器材。 (2)将滑动变阻器滑片P滑到_(填“a”或“b”)端,单刀双掷开关 S 掷于 _(填“c”或“d”)端,调节滑片P使电流计满偏,并在以后的操作中保持滑片P位 置不动,设此时电路总电阻为R,断开电路。 (3)容器中倒入适量开水, 观察标准温度计, 每当标准温度计示数下降 5 , 就将开关 S 置于d端,并记录此时的温度
11、t和对应的电流计的示数I,然后断开开关。请根据温度计的 设计原理和电路图,写出电流与温度的关系式(用题目中给定的符号)I_。 (4)根据对应温度记录的电流计示数,重新刻制电流计的表盘,改装成温度计。根据改 装原理,此温度计表盘刻度线的特点是 : 低温刻度在_(填“左”或“右”)侧,刻度 线分布是否均匀?_(填“是”或“否”)。 解析 (2)根据实验的原理可知,滑动变阻器起到保护电路的作用,首先需要选取合 适的滑动变阻器的电阻值, 结合使用滑动变阻器的注意事项可知, 开始时需要将滑动变阻器 滑片P滑到a端,以保证电路安全 ; 然后将单刀双掷开关 S 掷于c端,调节滑片P使电流计 满偏,设此时电路
12、总电阻为R,断开电路。 (3)当温度为t时,热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为:Rtakt,根据闭合电路 的欧姆定律可得,I。 E RRt E Rakt (4)由电流与温度的关系式可知,温度越高,电流计中的电流值越小,所以低温刻度在 表盘的右侧;由于电流与温度的关系不是线性函数,所以表盘的刻度是不均匀的。 答案 (2)a c (3) (4)右 否 E Rakt 命题角度 2 自动控制电路设计与调整 例 2 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
13、999.9 ),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 ),滑动变阻器R2(最大阻值为 2 000 ),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 。 (1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。 (2)电路中应选用滑动变阻器_(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步骤调节此报警系统: 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_ ; 滑动变阻器的滑片
14、应置于_(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 _; 将开关向_(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。 解析 (1)电路图连接如图所示。 (2)报警器开始报警时,对整个回路有UIc(R滑R热),代入数据可得R滑1 150.0 ,因此滑动变阻器应选择R2。 (3)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 。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,闭合开关时,电路中的电流I A27.
15、7 mA,超过报警器最 18 650.0 大电流 20 mA,报警器可能损坏。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)连线见解析图 (2)R2 (3)650.0 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 c 报警器开始报警 电学设计型实验常用的方法 1转换法:将不易测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量,然后再 反求待测物理量的值, 这种方法叫转换测量法(简称转换法)。 如在测量金属电阻率的实验中, 虽然无法直接测量电阻率, 但可以通过测金属丝的长度和直径, 并将金属丝接入电路测出其 电阻,最后计算出它的电阻率
16、。 2替代法:用一个标准的已知量替代被测量,通过调整标准量,使整个测量系统恢复 到替代前的状态,则被测量等于标准量。 3控制变量法:研究一个物理量与其他几个物理量的关系时,要使其中一个或几个物 理量不变,分别研究这个物理量与其他各物理量的关系,然后再归纳总结。如探究电阻的决 定因素实验。 专题强训提能 1(2018新疆模拟)某同学利用如图甲所示电路测量电源的电动势E和内阻r,可供 选择的实验器材有:待测电源(电动势约 6 V,内阻约 1 ),定值电阻RA(阻值 10 )和 RB(阻值 1 ), 滑动变阻器R(最大阻值 10 ), 电流表 A(量程 0.6 A, 内阻约 1 ), 电压表 V(量
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- 通用版 2019 高考 物理 二轮 复习 第二 部分 第三 板块 追踪 溯源 智取 创新 实验 _ 学会 迁移 讲义 解析
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