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2019-2020年高三物理第二輪復習 實驗第3講電學實驗 新人教版 一、本專題共涉及以下六個實驗 實驗七：測定金屬的電阻率 實驗八：描繪小電珠的伏安特性曲線 實驗九：測定電源電動勢和內阻 實驗十一：傳感器的使用 二、 本專題實驗特點及其在高考中的地位 物理實驗為高考必考內容，近年的高考物理試題，越來越重視對實驗的考查，尤其是除了對教材中原有的學生實驗進行考查為，還增加了對演示實驗的考查。利用學生所學過的知識，對實驗儀器或實驗方法加以重組完成新的實驗目的的設計型實驗將逐步取代對教材中原有單純學生實驗的考查。 歷屆高考在實驗方面的命題重點為：基本儀器的使用、基本物理量的測定、物理規(guī)律的驗證和物理現象的研究、實驗數據的處理。 高考中物理實驗題類型大體有：⑴強調基本技能，熟識各種器材的特性。像讀數類：游標卡尺、螺旋測微器、多用電表等；選器材類：像選取什么量程的電表和滑動變阻器等⑵重視實驗原理，巧妙變換拓展。像探究勻變速直線運動的變形和測量電阻的再造等。源于課本不拘泥課本一直是高考命題與課標理念所倡導的，所以熟悉課本實驗、抓住實驗的靈魂---原理是我們復習的重中之重。⑶提倡分析討論，講究實驗的品質，像近年高考中的數據處理、誤差分析、改良方案，甚至開放性實驗等于課標的一標多本思路是交匯的。⑷知識創(chuàng)新型實驗。像設計型、開放型、探討型實驗等都是不同程度的創(chuàng)新，比如利用所學可以設計出很多測量重力加速度的方案。 三、高考易錯問題剖析及應試策略 【高考真題探究】 1.(xx.浙江高考T21（2）) (10分) 在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，某同學測得電流-電壓的數據如下表所示： 電流I/mA 2．7 5.4 12.4 19.5 27.8 36.4 47.1 56.1 69.6 81.7 93.2 電壓U/V 0.04 0.08 0.21 0.54 1.30 2.20 3.52 4.77 6.90 9.12 11.46 11. 用上表數據描繪電壓隨電流的變化曲線； 12. 為了探究燈絲電阻與溫度的關系，已作出電阻隨電流的變化曲線如圖所示：請指出燈絲的特征，并解釋形成的原因。 【命題立意】本題以“描繪小燈泡的伏安特性曲線” 實驗為基礎,體現重視實驗操作體驗和學生實驗基本素養(yǎng)的培養(yǎng)，主要考查對實驗結果的分析與解釋能力。 【規(guī)范解答】 (1) 用上表數據描繪電壓隨電流的變化曲線 (2)電阻隨電流增大存在三個區(qū)間，電阻的變化快慢不同 第一區(qū)間電流很小時,電阻變化不大；第二區(qū)間燈絲溫度升高很快，電阻增大快；第三區(qū)間部分電能轉化為光能，燈絲溫度升高變慢，電阻增大也變慢。 2.（xx山東理綜T 23）（2）在測定金屬電阻率的實驗中，某同學連接電路如圖所示。閉合電鍵后，發(fā)現電路有故障（已知電源、電表和導線均完好，電源電動勢為E）： ①若電流表示數為零、電壓表示數為E，則發(fā)生故障的 是　　　　　 （填“待測金屬絲”“滑動變阻器”或“電鍵”）。 ②若電流表、電壓表示數均為零，該同學利用多用電表檢查故障。先將選擇開關旋至　　　　檔（填“歐姆100”“直流電壓10V”或“直流電流2．5mA”），再將　　　?。ㄌ睢凹t”或“黑”）表筆固定在a接線柱，把另一支表筆依次接b、c、d接線柱。 ③若只有滑動變阻器斷路，則多用電表的示數依次是　　　　、　　　　、　　　　。 【命題立意】本題以測定金屬電阻率的實驗為背景，考查的卻是多用電表檢測電路故障問題，主要考查多用電表的使用、電路故障分析、直流電壓表的原理等知識點。 【思路點撥】解答本題時可按以下思路分析： 兩種電表示數 故障分析 故障表現 【規(guī)范解答】①若電流表示數為零，說明外電路一定是斷路，電壓表有示數為E，說明電源與電壓表之間的連接無斷路，所以發(fā)生故障的是一定是“待測金屬絲”。 ②電流表示數為零，說明外電路一定存在著斷路。因為電源兩端有電壓，所以不能用電流表來檢測，只能用電壓表（量程高于電源電動勢）來檢測，沒有電壓表的情況下，則利用多用電表的10V直流電壓檔來檢查故障。多用電表的紅表筆應和電源的正極相連，若只有滑動變阻器斷，則多用電表的示數依次是0、E、E。 答案：①待測金屬絲 ②直流電壓10V；紅 ③0、E、E 3.（xx福建理綜T19）（3）（6分）如圖所示是一些準備用來測量待測電阻阻值的實驗器材，器材及其規(guī)格列表如下 為了能正常進行測量并盡可能減少測量誤差，實驗要求測量時電表的讀數大于其量程的一半，而且調節(jié)滑動變阻器能使電表讀數有較明顯的變化。請用實線代表導線，在所給的實驗器材圖中選擇若干合適的器材，連成滿足要求的測量阻值的電路。 【命題立意】要求考生從提供的實驗器材中選擇若干合適的器材，進行實物圖連線，在特定的實驗要求下，完成測量待測電阻的電路連接，考生必須在熟練掌握教材中的有關伏安法測定電阻等電學實驗的基礎上，選擇合適的器材設計電路，對考生的實驗能力要求較高。 【思路點撥】要從電表的量程和確定的內阻等參數中注意電表的特殊用法 【規(guī)范解答】由于待測電阻約1000Ω,滑動變阻器阻值100Ω，要使電表讀數有較明顯的變化，因此滑動變阻器采用分壓接法，由于加在待測電阻的最大電流9mA,顯然3A的電流表不能用，因此將V1當作電流表使用。由于V1表的電壓能夠測量，故采用V1表內接法。 【答案】測量阻值的電路如圖 【類題拓展】電表的特殊用法與伏安法測電阻的“三步曲” 審題時應注意各電表的參數，特別是各電表的內阻是確定的時候，常常要將電壓表當作小量程的電流表使用，電流表當作小量程的電壓表使用，或者與題中給定的定值電阻結合進行電表的改裝等,按伏安法測電阻的“三步曲”進行設計：即按題目要求選擇合適量程的電表，確定電流表的內外接法，再確定滑動變阻器是分壓還是限流接法。 Ⅱ．太陽能是一種清潔、“綠色”能源。在我國上海舉辦的xx年世博會上，大量利用了太陽能電池。太陽能電池在有光照時，可以將光能轉化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學器件。某實驗小組根據測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池在沒有光照時（沒有儲存電能）的I-U特性。所用的器材包括：太陽能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關S及導線若干。 （1）為了達到上述目的，請將圖1連成一個完整的實驗電路圖。 （2）該實驗小組根據實驗得到的數據，描點繪出了如圖2的I-U圖像。由圖可知，當電壓小于2.00V時，太陽能電池的電阻_____________ （填“很大”或“很小”）；當電壓為2.80V時，太陽能電池的電阻約為____________。 【命題立意】本題用測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法來探究一個電學元件的I-U特性，體現了高考實驗考查的靈活性，主要考查實驗電路的設計、伏安特性曲線的理解、部分電路的歐姆定律等知識點。 【思路點撥】解答本題時可按以下思路分析： 用歐姆定律解題 圖像數據信息 設計電路 【規(guī)范解答】（1）注意到圖2的I-U圖像中的數據特點：電壓、電流從零開始變化，所以電路設計用滑動變阻器的分壓式，如下圖所示。 (2) 由圖2可知，當電壓小于2.00V時，通過太陽能電池的電流很小，由歐姆定律可知：此時太陽能電池的電阻很大。當電壓為2.80V時，通過太陽能電池的電流約為2.8mA，由歐姆定律可知：此時太陽能電池的電阻約為。 【答案】 (1)如上圖 (2)很大； 4.（xx新課標全國卷T23）（11分）用對溫度敏感的半導體材料制成的某熱敏電阻RT，在給定溫度范圍內，其阻值隨溫度的變化是非線性的。某同學將RT和兩個適當的固定電阻R1、R2連成圖1虛線框內所示的電路，以使該電路的等效電阻RL的阻值隨RT所處環(huán)境溫度的變化近似為線性的，且具有合適的阻值范圍。為了驗證這個設計，他采用伏安法測量在不同溫度下RL的阻值，測量電路如圖1所示，圖中的電壓表內阻很大。 RL的測量結果如表l所示。 圖1 表1 回答下列問題 （1）根據圖1所示的電路，在圖2所示的實物圖上連線。 （2）為了檢驗RL與t之間近似為線性關系，在坐標紙上作RL﹣t關系圖線。 （3）在某一溫度下，電路中的電流表、電壓表的示數如圖3、4所示。電流表的讀數為____ ，電壓表的讀數為___ 。此時等效電阻的阻值為__ ：熱敏電阻所處環(huán)境的溫度約為____ 。 【命題立意】本題以研究半導體材料的伏安特性立意命題，考查考生對電學實驗的基本要求，即實物連線、數據處理、電流表和電壓表的讀數等。 【思路點撥】解答本題可按以下思路分析： 根據電路原理圖 進行實物連線 根據表中實驗數據 在坐標紙上描點作直線 先確定兩表的精確度 得兩表讀數值 【規(guī)范解答】 （1）根據電路圖連接實物。（2）根據數據描出點，作出直線。（3）對照圖找出相應的溫度為64.0C。 【答案】（1）如圖所示（2）如圖所示（3）115.0mA，5.00V，43.5Ω，64.0℃或62～66C 5.（xx江蘇物理卷T10）在測量電源的電動勢和內阻的實驗中，由于所用的電壓表（視為理想電壓表）的量程較小，某同學涉及了如圖所示的實物電路。 （1） 試驗時，應先將電阻箱的電阻調到____.（選填“最大值”、“最小值”或“任意值”） （2） 改變電阻箱的阻值R，分別測出阻值=10的定值電阻兩端的電壓U，下列兩組R的取值方案中，比較合理的方案是____.（選填1或2） （3）根據實驗數據描點，繪出的圖像是一條直線。若直線的斜率為k，在坐標軸上的截距為b，則該電源的電動勢E= ▲ ，內阻r= ▲ （用k、b和R0表示） 【命題立意】本題以某同學自設電路測電源電動勢和內阻來考查測電源的電動勢和內阻、圖象的物理意義和根據圖象求物理量。題意設置有一定靈活性，難度中等。 【思路點撥】（2）比較兩方案的可取性，要抓住題意關鍵句“所用的電壓表（視為理想電壓表）的量程較小”。（3）描點由圖象求解電源電動勢和內阻，能正確寫出E—R數學表達式，理解方程中所對應的物理量即可求解。 【規(guī)范解答】（1）為了保護電路及電表，防止電路中電流過大，所以實驗前應電阻箱置于最大值接入電路中。（2）通過試值法來說明理由。若R=300Ω，電流約為；若R=60Ω，電流約為，后者電流讀數大，誤差小，應選2合適。 (3) 電流，，得，圖象的斜率，截距，所以電動勢，內阻－R0。 【答案】（1）最大值；（2）2；；（3），－R0。 6.（xx全國Ⅱ理綜T23）(13分）如圖，一熱敏電阻RT 放在控溫容器M內： 為毫安表，量程6mA，內阻為數十歐姆；E為直流電源，電動勢約為3V，內阻很小；R為電阻箱，最大阻值為999.9Ω；S為開關。已知RT 在95℃時的阻值為150Ω，在20℃時的阻值約為550Ω?，F要求在降溫過程中測量在95℃～20℃之間的多個溫度下RT 的阻值。 （1） 在圖中畫出連線，完成實驗原理電路圖 （2） 完成下列實驗步驟中的填空 ① 依照實驗原理電路圖連線 ② 調節(jié)控溫容器M內的溫度，使得RT 溫度為95℃ ③ 將電阻箱調到適當的初值，以保證儀器安全 ④ 閉合開關。調節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數I0 ，并記錄 。 ⑤ 將RT 的溫度降為T1 （20℃＜T1＜95℃）；調節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數 ,記錄 。 ⑥ 溫度為T1 時熱敏電阻的電阻值RT1 = 。 ⑦ 逐步降低T1 的數值，直至20℃為止；在每一溫度下重復步驟⑤⑥ 【命題立意】本題涉及到實驗原理、電路的設計、實驗步驟等知識，考查了考生的科學實驗探究能力。 【思路點撥】解答本題時,可參照以下解題步驟: 關鍵 點 (1) 根據題意連接電路圖, (2)抓住毫安表的讀數不變,用“替代法”的思維來完成實驗步驟及簡單計算. 【規(guī)范解答】（1）根據所給器材，測量在不同溫度下RT 的阻值，只能將電阻箱、熱敏電阻、毫安表與電源串聯形成測量電路。 （2）依照實驗原理電路圖連線；調節(jié)控溫容器M內的溫度，使得RT 溫度為95℃，RT 阻值為150Ω，根據歐姆定律有：；將電阻箱調到適當的初值，以保證儀器安全；閉合開關。調節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數I0 ，并記錄電阻箱的讀數；將RT 的溫度降為T1 （20℃＜T1＜95℃）；調節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數仍為,記錄電阻箱的讀數為，根據歐姆定律：；則，解得 【答案】（1）實驗原理電路圖如圖所示。 （2）④電阻箱的讀數 ⑤仍為 電阻箱的讀數為 ⑥ 【備課資源】 1.（xx四川理綜T22（1）②）在物理興趣小組活動中，一同學利用下列器材設計并完成了“探究導體阻值與長度的關系”的實驗。 電壓表 量程3V 內阻約為900 電壓表 量程10V 內阻約為3K 電流表 量程60mA 內阻約為5 電源E1 電動勢1.5V 內阻約為0.2 電源E2 電動勢4.5V 內阻約為0.4 滑動變阻器（最大阻值為10）。粗細均勻的同種電阻絲，開關、導線和刻度尺 其主要實驗步驟如下： A.選取圖中器材，按示意圖連接電路 B.用伏安法測定電阻絲的阻值R C.用刻度尺測出電阻絲的長度L D.依次減小電阻絲的長度，保持電路其他部分不變，重復步驟B、C E.處理數據，根據下列測量結果，找出電阻絲值與長度的關系 L(m) 0.9956 0.8049 0.5981 0.4021 0.1958 R() 104.8 85.3 65.2 46.6 27.1 為使實驗盡可能準確，請你對上述步驟中畫線處加以改進。 （I） （II） 【命題立意】考查根據實驗要求，正確選用實驗器材，減小實驗誤差 【思路點撥】解答本題時可按以下思路分析： 根據電源電動勢與電壓表的量程 選定電動勢為4.5V電源和量程為3V的電壓表 結合電阻的大小判斷電表是內接還是外接 【規(guī)范解答】根據電動勢大小電壓表量程不能選擇10V，電路圖中選擇V1正確。電壓表為減小測量誤差要求指針偏轉過半，故1.5 V的電動勢太小，電源E1應該改選E2。 由于第一組測量值為104.8Ω，為大電阻，用內接伏安法，第五組測量值為27.1Ω，為小電阻用外接伏安法. 〖答案〗（Ⅰ）將電源E1改選E2（Ⅱ）判斷電流表的內外接法，作出相應調整 【類題拓展】 伏安法測電阻時電表的內接與外接 內接測大電阻：當電阻較大時，測量電阻的阻值與電壓表阻值較接近，所以電壓表分得的電流較大，內接的電流表測通過測量電阻的電流，而如果此時外接，電流表測的是通過測量電阻的電流和通過電壓表的電流，所以誤差較大.外接測小電阻：由于電壓表的阻值與測量電阻阻值相差較大，所以通過電壓表的電流極小，而此時由于測量電阻的阻值小，所以與電流表阻值相近，所以，此時電流表會分得一部分電壓，如果內接，電壓表將會測量電阻和電流表兩端的電壓，產生較大誤差 2.（xx江西理綜T２3）．一電流表的量程標定不準確，某同學利用圖8所示電路測量該電流表的實際量程。 所用器材有：量程不準的電流表，內阻=10.0，量程標稱為5.0mA；標準電流表，內阻=45.0，量程1.0mA；標準電阻，阻值10.0；滑動變阻器R，總電阻為300.0；電源E，電動勢3. 0V，內阻不計；保護電阻；開關S；導線。 回答下列問題： 圖9 圖8 （1）在圖9所示的實物圖上畫出連線。 （2）開關S閉合前，滑動變阻器的滑動端c應滑動至 端。 （3）開關S閉合后，調節(jié)滑動變阻器的滑動端，使電流表滿偏；若此時電流表的讀數為，則的量程= 。 （4）若測量時，未調到滿偏，兩電流表的示數如圖10所示，從圖中讀出的示數 = ，的示數 = ；由讀出的數據計算得= 。（保留3位有效數字） 圖10 （5）寫出一條提高測量準確度的建議： 。 【命題立意】本題源于教材高于教材,從這道題傳遞的信息可以看出,要求考生在平常的做實驗中既要重視實驗操作能力的培養(yǎng),又要注重理論分析能力的培養(yǎng),本題主要考查考生根據電路圖連接實際電路的能力,讀數能力及應用理論知識解決實際問題的能力. 【思路點撥】解答本題時,可參照以下解題步驟: 關 鍵 點 (1)根據并聯電路電壓相等的知識列出方程,求出A1表的滿偏值. (2)仍然根據并聯電路電壓相等的知識,求出待測表未滿偏的電流值. (3)再根據電流表的刻度是均勻的,列比例等式,可解答所求. 【規(guī)范解答】⑴連線如圖11. ⑵在滑動變阻器的限流接法中在接通開關前需要將滑動觸頭滑動到阻值最大端 ⑶閉合開關調節(jié)滑動變阻器使待測表滿偏，流過的電流為Im。根據并聯電路電壓相等有得 [=Im＝＝5.5I2 圖1111 ⑷待測表未滿偏有，將A2的示數0.660mA和其他已知條件代入有 mA 但圖中A1的示數3.00mA量程為5.0mA，根據電流表的刻度是均勻的，由= ,則準確量程為6.05mA (5)提高做實驗準確度的方法中學階段一般都是采取多次測量取平均值的辦法. 3.（xx四川理綜T22（1）①）用多用電表探測圖甲所示黑箱發(fā)現：用直流電壓擋測量，E、G兩點間和 F、G兩點間均有電壓，E、F兩點間無電壓；用歐姆測量，黑表筆（與電表內部電源的正極相連）接E點， 紅表筆（與電表內部電源的負極相連）接F點，阻值很小，但反接阻值很大。那么，該黑箱內元件的接法 可能是圖乙中 。 【命題立意】考查二極管的單向導電性以及萬用表的使用。 【思路點撥】解答本題時,可參照以下解題步驟: 關鍵 點 (1)二極管導通時相當于一條導線,截止時相當于斷路, (2)使用萬用表的歐姆檔時,黑筆電勢高于紅筆電勢.. 【規(guī)范解答】選B，紅表筆接F，電阻很小，此時二極管導通，電源電流從黑表筆流出通過二極管從紅表筆流進，電流方向E到F，只有B正確。 5.（xx.重慶理綜T 22）（2）在探究小燈泡的的伏安法測電阻實驗中，所用器材有燈泡I，量程恰當的電流表A和電壓表，直流電源的滑動變阻器、電鍵等，要求燈泡兩端電壓從表開始變化 ①實驗中滑動變阻器應采用______ 接法（“分壓”或“限流”） ②某同學已連接如題22圖2所示的電路，在連接最后一根導線的c端到直流電源正析之前，請指出其中僅有的2個不當之處，并說明如何改正 A：_______________ B:_________________ ③分別測得兩只燈泡l1和l2 的伏安特性曲線如題22圖3中Ⅰ和Ⅱ所示，然后將燈泡l1、l2與電池組（電動勢和內阻均衡定）連成題22圖4所示電路。多次測量后得到通過l1和l2的電流平均值分別為0.30A和0.60A. A.在題22圖3中畫出電池組路端電壓U和電流I的關系曲線。 B.由該曲線可知電池組的電動勢為_________V,內阻為___________Ω(取兩位有效數字) 【命題立意】考查伏安法測電阻實驗中滑動變阻器的用法、電路的實際連接以及伏安特性曲線的應用 【規(guī)范解答】 ①探究小燈泡的伏安特性曲線要求電壓從0到額定電壓變化，所以滑動變阻器必須采用分壓解法。 ②在連接線路時必須將每個開關斷開，而圖中是閉合的這是第一個錯誤。連好線路后在閉合開關前需要將限流滑動變阻器調到阻值最大，將分壓滑動變阻器調到輸出為0端，在圖中是b端，以保護電源和電表。 ③描繪電源的伏安特性曲線要求外電阻變化測定對應的多組路端電壓和電流，本實驗中用兩個小燈泡來改變外電阻獲得兩組電流值，然后在小燈泡的伏安特性曲線上查出對應的電壓，用兩個坐標點描繪圖像。為描繪準確可以先進行理論計算，首先查出兩坐標為（0.30A，3.8V）和（0.60A，3.0V），則內阻為Ω，電動勢為， V，然后作出準確圖像如圖。 【答案】①分壓 ②A.電鍵不應閉合，應處于斷開狀態(tài) B.滑動變阻器的滑動觸頭P位置不當，應將其置于b端 ③ 4.6V 2.7Ω 6.賈老師要求同學們測出一待測電源的電動勢及內阻.所給的實驗器材有：待測電源E，定值電阻R1（阻值未知），電壓表V（量程為3.0 V，內阻很大），電阻箱R（0～99.99 Ω），單刀單擲開關S1，單刀雙擲開關S2，導線若干. (1)珊珊連接了一個如圖7-3-14所示的電路，她接下來的操作是： ①將S2接到a，閉合S1，撥動電阻箱旋鈕，使各旋鈕盤的刻度處于如圖7-3-15甲所示的位置，記錄下對應的電壓表示數為2.20 V，然后斷開S1； ②保持電阻箱示數不變，將S2切換到b，閉合S1，記錄此時電壓表的讀數（電壓表的示數如圖乙所示），然后斷開S1. 請你解答下列問題： 圖甲所示電阻箱的讀數為_______Ω，圖乙所示的電壓表讀數為______V.由此可算出定值電阻R1的阻值為_____Ω（計算結果保留兩位小數）. 在珊珊上面第①步的操作中，有一處不恰當，請您幫她指出來_____________________. （2）在完成上述操作后，珊珊繼續(xù)以下的操作： 將S2切換到a，多次調節(jié)電阻箱，閉合S1，讀出多組電阻箱的示數R和對應的電壓表示數U，由測得的數據，繪出了如圖丙所示的 圖象.由此可求得電源電動勢E和電源內阻r，其中E=_______V（計算結果保留兩位小數）. 【解析】（1）電阻箱的讀數=210 Ω+01 Ω+00.1 Ω+00.01 Ω=20 Ω. 電壓表的讀數=2.80 V. 在第①步操作中，不恰當的是：應在切斷電源的情況下調節(jié)變阻箱. （2）根據電壓分配特點知： 故E=2.86 V. 答案：（1）20 2.80 5.45 應在切斷電源的情況下，調節(jié)變阻箱 （2）2.86