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第2講 電學實驗,1.(2016·江蘇單科,10)小明同學通過實驗探究某一金屬電阻的阻值R隨溫度t的變化關(guān)系,已知該金屬電阻在常溫下的阻值約10 Ω，R隨t的升高而增大，實驗電路如圖1所示，控溫箱用以調(diào)節(jié)金屬電阻的溫度。,圖1,實驗時閉合S，先將開關(guān)K與1端閉合，調(diào)節(jié)金屬電阻的溫度，分別記下溫度t1，t2，…和電流表的相應示數(shù)I1，I2，…。然后將開關(guān)K與2端閉合，調(diào)節(jié)電阻箱使電流表的示數(shù)再次為I1，I2，…，分別記下電阻箱相應的示數(shù)R1，R2，…。 (1)有以下兩電流表，實驗電路中應選用________。 A.量程0～100 mA，內(nèi)阻約2 Ω B.量程0～0.6 A，內(nèi)阻可忽略 (2)實驗過程中，要將電阻箱的阻值由9.9 Ω調(diào)節(jié)至10.0 Ω，需旋轉(zhuǎn)圖中電阻箱的旋鈕“a”、“b”、“c”，正確的操作順序是________。 ①將旋鈕a由“0”旋轉(zhuǎn)至“1” ②將旋鈕b由“9”旋轉(zhuǎn)至“0” ③將旋鈕c由“9”旋轉(zhuǎn)至“0”,(3)實驗記錄的t和R的數(shù)據(jù)見下表,請根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在下面的方格紙上作出R-t圖線。,由圖線求得R隨t的變化關(guān)系為R＝________Ω。,由R-t圖象知，R＝0.04t＋8.8(Ω)。,答案 (1)A (2)①②③ (3)見解析 0.04t＋8.8,2.(2015·江蘇單科，10)小明利用如圖2甲所示的實驗裝置測量一干電池的電動勢和內(nèi)阻。,甲 (1)圖甲中電流表的示數(shù)為________A。 (2)調(diào)節(jié)滑動變阻器，電壓表和電流表的示數(shù)記錄如下：,請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標紙上作出U-I圖線。,乙 圖2,由圖線求得：電動勢E＝________V；內(nèi)阻r＝________Ω。 (3)實驗時，小明進行了多次測量，花費了較長時間，測量期間一直保持電路閉合。其實，從實驗誤差考慮，這樣的操作不妥，因為_________________________。,解析 (1)由實驗裝置圖可知，電流表使用0.6 A量程，所以讀數(shù)為0.44 A。 (2)描點畫圖，如圖所示，根據(jù)U＝-Ir＋E可得電動勢為E＝1.60 V；圖線的斜率絕對值等于內(nèi)阻r＝1.22 Ω。 (3)干電池長時間使用后，電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生變化，導致實驗誤差增大。,答案 (1)0.44 (2)U-I圖象見解析圖 1.60(1.58～1.62都算對) 1.22(1.18～1.24都算對) (3)干電池長時間使用后，電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生變化，導致實驗誤差增大,3.(2014·江蘇單科，10)某同學通過實驗測量一種合金的電阻率。 (1)用螺旋測微器測量合金絲的直徑。為防止讀數(shù)時測微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動，讀數(shù)前應先旋緊如圖3所示的部件________(選填“A”、“B”、“C”或“D”)。從圖中的示數(shù)可讀出合金絲的直徑為________mm。,圖3,圖4 (2)如圖4所示是測量合金絲電阻的電路，相關(guān)器材的規(guī)格已在圖中標出。合上開關(guān)，將滑動變阻器的滑片移到最左端的過程中，發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表的指針只在圖示位置發(fā)生很小的變化。由此可以推斷：電路中________(選填圖中表示接線柱的數(shù)字)之間出現(xiàn)了________(選填“短路”或“斷路”)。,(3)在電路故障被排除后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，讀出電壓表和電流表的示數(shù)分別為2.23 V和38 mA，由此，該同學算出接入電路部分的合金絲的阻值為58.7 Ω。為了更準確地測出合金絲的阻值，在不更換實驗器材的條件下，對實驗應作怎樣的改進？ 請寫出兩條建議。,答案 (1)B 0.410 (2)7、9 斷路 (3)電流表改為內(nèi)接；測量多組電流和電壓值，計算出電阻的平均值。(或測量多組電流和電壓值、用圖象法求電阻值),[考 情 分 析],電學實驗是每年都考，主要體現(xiàn)在 (1)基本儀器的原理和使用。 (2)基本的實驗目的、原理和實驗思想,如實驗器材的選取，電流表的內(nèi)、外接法及滑動變阻器的連接方式、電路故障的分析等。 (3)處理實驗數(shù)據(jù)的基本方法，如圖象法、平均值法等。,基本儀器使用與讀數(shù),[規(guī) 律 方 法],1.基本儀器的使用 (1)電壓表應并聯(lián)、電流表應串聯(lián)在電路中，且電流應由正接線柱流入、負接線柱流出。 (2)開始實驗前，變阻器的觸頭位置應保證電路中用電器的安全，即保證電路中流過的電流最小或加在用電器兩端的電壓最小。 (3)多用電表使用前應檢查指針是否停在表盤刻度左端的零刻度位置。若不指零，要用小螺絲刀進行機械調(diào)零；紅、黑表筆要分別插入“＋”、“-”插孔；根據(jù)測量項目，將選擇開關(guān)置于相關(guān)區(qū)域的適當量程上。,用多用電表測電阻：機械調(diào)零第一步，斷開表筆調(diào)螺母；指針指向∞時，根據(jù)阻值來選擋；接著進行電調(diào)零，短接表筆指0 Ω，測時雙手勿觸阻；測量阻值高精度，中值附近去讀數(shù)；以后每次換擋后，均要重新電調(diào)零；勿忘得數(shù)乘倍率，用完撥回“OFF”擋。長期不用，還應把表內(nèi)電池取出。,2.電表讀數(shù)的基本方法 測量值＝最小刻度×小格數(shù)＋估讀值。,1.如圖5所示為電壓表和電流表的刻度盤示意圖，指針位置分別如圖甲、乙所示。 (1)若使用的是0～3 V量程的電壓表，讀數(shù)為________V。若使用的是0～15 V量程的電壓表，讀數(shù)為________V。 (2)若使用的是0～0.6 A量程的電流表，讀數(shù)為________A。若使用的是0～3 A量程的電流表，讀數(shù)為________A。,[精 典 題 組],圖5,解析 對于電壓表，當選取0～3 V量程時，每小格為0.1 V，讀數(shù)為1.68 V,當選取0～15 V量程時，每小格為0.5 V，讀數(shù)為8.4 V；對于電流表，當選取0～0.6 A量程時，每小格為0.02 A，讀數(shù)為0.46 A，當選取0～3 A量程時，每小格為0.1 A，讀數(shù)為2.30 A。 答案 (1)1.68 8.4 (2)0.46 2.30,2.某中學的實驗小組的成員在應用多用電表測電阻。 (1)多用電表的表盤如圖6所示，其中表盤上的三個重要的部件用三個字母A、B、C標記了出來。該小組的成員在測量電阻時的操作過程如下：,圖6,①在測量電阻前，首先進行的操作應是機械調(diào)零，要調(diào)節(jié)部件________(填“A”“B”或“C”)，使多用電表的指針指在表盤最________(填“左”或“右”)端的零刻度線位置； ②將旋鈕C調(diào)節(jié)到“×100”的擋位； ③將紅表筆插到________(填“＋”或“－”)孔，黑表筆插到________(填“＋”或“－”)孔，將兩表筆短接，調(diào)節(jié)部件________(填“A”“B”或“C”)，使多用電表的指針指在表盤最________(填“左”或“右”)端的零刻度線位置；,④完成以上的操作后，將兩表筆與被測量的電阻良好接觸，多用電表的指針幾乎沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，為了減小測量的誤差，從下列選項中選出正確的操作步驟，并進行正確的排序________，最后測出待測電阻的阻值。 A.用兩表筆與待測電阻相接觸 B.將兩表筆短接進行歐姆調(diào)零 C.將旋鈕C調(diào)節(jié)到“×1”的擋位 D.將旋鈕C調(diào)節(jié)到“×1k”的擋位,(2)該小組的成員將多用電表調(diào)節(jié)無誤后，在進行測量時，如果選用“×100”的擋位測量某電阻的阻值，多用電表表盤的指針如圖7所示，則該電阻的阻值為________；如果選用100 mA直流電流擋測量電流，指針的偏轉(zhuǎn)如圖7所示，則該電流的大小為________；如果選用50 V的直流電壓擋測量電壓，指針的偏轉(zhuǎn)如圖7所示，則該電壓的大小為________。,圖7,解析 (1)多用電表使用前要進行機械調(diào)零，使指針指向左邊的零刻度線處，使用中每次換歐姆擋都要進行歐姆調(diào)零，使指針指向右邊的零刻度線處；由于測量電阻時，指針幾乎沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明需增大倍率，使指針指向中央刻度附近。 (2)若用“×100”擋測電阻，讀數(shù)為16.0×100 Ω＝1 600 Ω；若用100 mA的直流電流擋測電流，讀數(shù)為4.8×10 mA＝48 mA；若用50 V的直流電壓擋測電壓，讀數(shù)為24.0 V。 答案 (1)①A 左 ③＋ － B 右 ④DBA (2)1 600 Ω 48 mA 24.0 V,儀器的選擇、實驗方法與數(shù)據(jù)處理,[規(guī) 律 方 法],1.實物連線的基本方法 先圖后物、由正到負；先串后并、注意量程；接線到位、不可交叉。 (1)分析各元件的連接方式和控制電路的方式。 (2)畫出實驗電路圖。 (3)畫線連接各元件，一般先從電源正極開始，到開關(guān)再到滑動變阻器等，按順序以單線連接的方式將主電路中要串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來，然后再將要并聯(lián)的元件并聯(lián)到電路中。,(4)電壓表應并聯(lián)在電路中，電流表應串聯(lián)在電路中，且電流應由正接線柱流入、負接線柱流出。 (5)變阻器的觸頭位置應保證電路中用電器的安全，即保證電路中流過的電流最小或加在用電器兩端的電壓最小。 (6)連線不能交叉。,2.測量電路的選擇 當Rx?RA時用內(nèi)接法，如圖甲；當Rx?RV時用外接法，如圖乙。,3.控制電路的選擇 (1)當被測電阻的阻值Rx遠大于滑動變阻器的總電阻R時，須用分壓式電路。 (2)當要求被測電阻上的電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調(diào)時，須用分壓式電路。 (3)當被測電阻的阻值Rx小于滑動變阻器的總電阻R或相差不多，并且電壓表、電流表示數(shù)變化不要求從零調(diào)節(jié)時，可采用限流式。 (4)兩種電路均可使用的情況下，應優(yōu)先采用限流式接法，因為限流式接法消耗功率較小。,4.測電阻的方法：實驗電路一般分為電源、控制電路和測量電路三部分。 (1)最為精確的測量方法——等效替代法 ①電流等效替代,②電壓等效替代,(2)電表內(nèi)阻測量最常用的方法——半偏法 ①半偏電流法,②半偏電壓法,5.電源電動勢和內(nèi)阻的測量方法,任何一種實驗方法，一定要緊扣閉合電路歐姆定律E＝U＋Ir，而最關(guān)鍵的是看電路中如何測量出路端電壓U和電路中的總電流I，這也是命題專家命題時的入手點。,1.(2016·淮安5月?？?現(xiàn)有一攝像機電池，無法從標簽上看清其電動勢等數(shù)據(jù)?，F(xiàn)進行如下實驗操作： (1)選取多用電表的直流電壓10 V擋，將兩表筆直接接到電池的正、負兩極，指針偏轉(zhuǎn)情況如圖8，由此可知其電動勢約為________ V。是否可以利用多用電表的歐姆擋直接粗測其內(nèi)阻，答：________(填“可以”或“不可以”)。,[精 典 題 組],圖8,(2)現(xiàn)要更加準確測量其電動勢和內(nèi)阻，實驗室備有下列器材： A.電流表(量程0.6 A，內(nèi)阻為3 Ω) B.電壓表(量程3 V，內(nèi)阻為3 kΩ) C.電壓表(量程30 V，內(nèi)阻為30 kΩ) D.定值電阻R1＝500 Ω E.定值電阻R2＝5 000 Ω F.滑動變阻器(阻值范圍0～30 Ω) G.開關(guān)及導線 ①該實驗中電壓表應選________，定值電阻應選________。(均選填選項前的字母序號),②實物連線將圖9補充完整。,圖9 ③若將滑動變阻器打到某一位置，讀出此時電壓表讀數(shù)為U，電流表讀數(shù)為I，則電源電動勢和內(nèi)阻間的關(guān)系式為________。,答案 (1)7.1 不可以 (2)①B E ②如圖所示,2.(2016·全國卷Ⅱ，23)某同學利用圖10所示電路測量量程為2.5 V的電壓表 的內(nèi)阻(內(nèi)阻為數(shù)千歐姆)，可供選擇的器材有：電阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值50 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值5 kΩ)，直流電源E(電動勢3 V)，開關(guān)1個，導線若干。,圖10,實驗步驟如下 ①按電路原理圖10連接線路； ②將電阻箱阻值調(diào)節(jié)為0，將滑動變阻器的滑片移到與圖10中最左端所對應的位置，閉合開關(guān)S； ③調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表滿偏； ④保持滑動變阻器滑片的位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表的示數(shù)為2.00 V，記下電阻箱的阻值。 回答下列問題： (1)實驗中應選擇滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)。 (2)根據(jù)圖10所示電路將圖11中實物圖連線。,圖11 (3)實驗步驟④中記錄的電阻箱阻值為630.0 Ω，若認為調(diào)節(jié)電阻箱時滑動變阻器上的分壓不變，計算可得電壓表的內(nèi)阻為________Ω(結(jié)果保留到個位)。 (4)如果此電壓表是由一個表頭和電阻串聯(lián)構(gòu)成的，可推斷該表頭的滿刻度電流為________(填正確答案標號)。 A.100 μA B.250 μA C.500 μA D.1 mA,解析 (1)本實驗測電壓表的內(nèi)阻，實驗中電壓表示數(shù)變化不大，則接入電阻箱后電路的總電阻變化不大，故需要滑動變阻器的最大阻值較小，故選R1可減小實驗誤差。 (2)滑動變阻器為分壓式，連接實物電路如圖所示：,答案 (1)R1 (2)見解析圖 (3)2 520 (4)D,電學實驗設計,[規(guī) 律 方 法],1.設計的原則：科學、可靠、方便、準確 2.設計的思路： (1)根據(jù)題目要求和給出的條件，根據(jù)物理規(guī)律和原理，設計實驗原理，找出實驗原理式。 (2)根據(jù)設計的實驗原理，由公式確定還有哪些待測量(不能太多)，根據(jù)基本儀器的使用知識和控制電路的作用，設計實驗電路。,(3)根據(jù)設計的實驗電路，明確需要測量的物理量，由待測量選擇、確定實驗器材。 (4)由實驗器材設計、制定實驗步驟，進行誤差評估，將測量值代入原理式，求出所要求的物理量。 近幾年江蘇高考的要求主要是理解題給的設計性實驗方案并能進行推理。,1.(2016·常州二模)某物理興趣實驗小組的同學為了測量電動勢約為3 V的某電源的電動勢和內(nèi)阻,實驗室可供選擇的實驗器材如下。 A.電壓表V1(0～3 V，RV1＝10 kΩ) B.電壓表V2(0～15 V，RV2＝50 kΩ) C.電流表A1(0～3 mA，Rg＝100 Ω) D.電流表A2(0～3 A，內(nèi)阻約為0.5 Ω) E.滑動變阻器R1(0～10 Ω) F.滑動變阻器R2(0～1 000 Ω) G.定值電阻R3＝0.5 Ω H.定值電阻R4＝10 Ω I.開關(guān)S以及導線若干,[精 典 題 組],回答下列問題： (1)在設計本實驗時，為了減小實驗誤差，電壓表應選________(填器材前的序號)，為了操作方便，滑動變阻器應選________(填器材前的序號)，通過分析可知電流表A1的量程太小、電流表A2的量程太大，該小組的同學想將電流表A1改裝成量程合適的電流表，則應將電流表A1與定值電阻________(填器材前的序號)________(填“串”或“并”)聯(lián)，改裝后的電流表的量程應為________A；,(2)請設計合適的電路圖測量電源的電動勢和內(nèi)阻，畫在如圖12甲所示的虛線框內(nèi)；,圖12,(3)該實驗小組的同學利用所設計的電路得到多組數(shù)據(jù)，以電流表A1的示數(shù)為橫坐標、電壓表的示數(shù)為縱坐標建立坐標系，并將各組數(shù)據(jù)描繪在該坐標系中，得到的U－I圖象如圖乙所示，則該電源的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。(結(jié)果保留兩位小數(shù)),答案 (1)A E G 并 0～0.603 (2)見解析圖 (3)2.96 1.67,2.(2016·全國卷Ⅰ，23)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9 Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω)，單刀雙擲開關(guān)一個，導線若干。 在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時阻值為650.0 Ω。,(1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。,圖13 (2)電路中應選用滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)： ①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為________Ω；滑動變阻器的滑片應置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________。,②將開關(guān)向________(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至_______________________________。 (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。,答案 (1)如圖所示,(2)R2 (3)①650.0 b 接通電源后，流過報警器的電流會超過20 mA，報警器可能損壞 ②c 報警器開始報警,