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1、物 理,第15讲电学实验,核心梳理规律导引,高频考点探究突破,新题演练能力迁移,核心梳理规律导引,知识脉络梳理,规律方法导引,1.知识规律 (1)电流表、电压表、欧姆表的比较,(2)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。,(3)分压式和限流式的选择 从节能的角度考虑,优先选用限流式。 以下三种情况必须用分压式:要求待测电路的U、I从0
2、变化;R滑Rx;选用限流式时,Ux、Ix过大(超过电表量程,烧坏电表、电源或用电器等)。 2.思想方法 (1)物理思想:等效思想、控制变量思想。 (2)物理方法:等效替代法、控制变量法、累积法。,高频考点探究突破,以测电阻为核心的实验 主要考查仪器的选择、实验操作及欧姆定律。,例1(1)用多用电表欧姆挡粗略测量某元件的电阻,选用1挡,测量结果如图甲所示,则测得的电阻为;,(2)为描绘该元件的U-I图线,提供了如下器材: A.电流表A(量程0.6 A,内阻约0.9 ) B.电压表V(量程3 V,内阻约3 k) C.滑动变阻器R1(10 ,2 A) D.滑动变阻器R2(1 000 ,1 A) E.
3、电源E(电动势6 V,内阻约0.1 ) F.开关S及导线若干,实验中滑动变阻器应该选择(填写器材序号即可),以保证实验过程中调节方便。 设计合适电路,在虚线框内画出实验电路图。,如图乙所示中、图线,一条为元件真实的U-I图线,另一条是本次实验中测得的U-I图线,其中是本次实验中测得的图线。,思维导引,答案:(1)13.0 (2)C如图所示,解析:(1)从多用电表指针位置可以读出示数为13.0(读成13也可),乘以倍率,即可测得该元件的电阻为13.0 (13 也可);(2)由于该元件电阻较小,所以电流表选用外接法,描绘该元件伏安特性曲线,电压从零开始,且要测量多组数据,故滑动变阻器选用小阻值R1
4、且采用分压式接法,选用C;由于电压表的分流,所以实验中测得的U-I图线要比该元件真实的图线低一些,应选图线。,例2(2020全国卷)已知一热敏电阻当温度从10 升至60 时阻值从几千欧姆降至几百欧姆,某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材:电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 )、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 )。,(1)在所给的器材符号之间画出连线,组成测量电路图。,(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下,测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 k。由图甲求得,此时室温为 (保留3位有效数字)。,(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器,其电路的
5、一部分如图乙所示。图中,E为直流电源(电动势为10 V,内阻可忽略);当图中的输出电压达到或超过6.0 V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ,则图中(选填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻,另一固定电阻的阻值应为 k(保留2位有效数字)。,思维导引,答案:(1)如图所示。 (2)1.8 (3)25.5 (4)R11.2 解析:本题属于创新性实验题,通过传感器的控制作用,考查考生的实验设计能力。 (1)滑动变阻器的阻值远小于热敏电阻的阻值,滑动变阻器使用分压接法;电压表为理想电表,所以电流表使用外接法。,(3)由题图甲可得,2.2 k对应的温度为25.5 。 (
6、4)输出电压即R2两端电压达到或超过6.0 V时报警器报警,即R2两端电压应随温度升高而变大,因为该热敏电阻R随温度升高而变小,由串联电路分压规律知R1为热敏电阻;由题图甲可得,50 对应的热敏电阻阻值为0.8 k,另一固定电阻R2两端的电压为6 V时,R1两端的电压为4 V,则R2= R1=1.2 k。,规律方法(1)仪表选择的三个主要原则:安全性(量程不能太小)、准确性(量程不能太大)、方便性(滑动变阻器要方便调节)。 (2)测量电路设计。,(3)控制电路设计。 以小控大用分压,相差无几用限流,即当滑动变阻器的阻值较小时,常采用分压式接法;当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时,常采用限流式接
7、法。另外滑动变阻器必须接为分压式的情况有三种:电压要求从零开始变化;滑动变阻器阻值太小,不能起到限流的作用;限流式不能获取有区分度的多组数据。若两种接法均可,则采用限流式,因为限流式损耗功率小。,(4)电表有时可反常规使用:已知内阻的电压表可当电流表使用,已知内阻的电流表可当电压表使用。 (5)定值电阻的常见用途:保护电路、分压或分流。,拓展训练1(2020河南顶级名校第四次联测)某同学将一只量程为100 A的灵敏电流计改装成电流表和两个量程的电压表。改装后的电路图如图甲所示。图中G表示灵敏电流计,Ra、Rb和Rc是三个定值电阻,S是选择开关,可以分别置于a、b、c位置,从而实现多功能测量。,
8、(1)首先根据图乙所示电路,用半偏法测定灵敏电流计G的内阻。先将R的阻值调至最大,闭合S1,调节R的阻值,使G的指针偏转到满刻度,然后闭合S2,调节R的阻值,使G的指针,此时,就认为电阻箱R的读数等于G的内阻。由于半偏法实验原理不完善,导致G的内阻测量值比真实值偏(选填“大”或“小”)。,(2)若用半偏法测得G的内阻为900 。 选择开关置于a时,构成量程为01 mA的电流表,则电阻Ra阻值应为 ; 选择开关置于b时,构成量程为01 V的电压表,则电阻Rb阻值应为 ; 选择开关置于c时,构成量程为03 V的电压表,则电阻Rc阻值应为 。 (3)半偏法测量G内阻的误差又会导致改装成的电流表、电压
9、表测量结果(选填“偏大”或“偏小”)。,答案:(1)半偏小(2)1009102 910 (3)偏小 解析:(1)半偏法测电阻实验步骤:第一步,按原理图连好电路;第二步,先将R的阻值调至最大,闭合S1,调节R的阻值,使G的指针偏转到满刻度;第三步,闭合S2,调节R的阻值,使G的指针半偏,记下电阻箱读数,此时电阻箱R的读数等于G的内阻。 实际上电阻箱并入后电路的总电阻减小了,干路电流增大了,灵敏电流计半偏时,流过电阻箱的电流大于流过灵敏电流计的电流,电阻箱接入的电阻小于灵敏电流计的电阻,所以,该测量值略小于实际值。,(3)半偏法测量G的内阻时,测量值略小于实际值,改装成电流表时并联的电阻偏小,实际
10、量程大于所要改装的电流表的量程;改装成电压表时串联的电阻偏大,其实际量程也大于所要改装的电压表的量程,用它们测量结果偏小。,以测电源电动势为核心的实验 主要考查电路的选择、仪器的选择、线路的连接和数据的处理。,例3在测定电池的电动势和内阻的实验中,某同学的实物电路连接如图甲所示。 (1)在方框中画出与图甲对应的电路图。,甲,(2)图乙的 -R坐标系中已经标出了该同学所测得的实验数据,请作出这些数据点的拟合直线,并读得该直线的纵截距为 A-1,求得其斜率为 V-1。,(3)求得电源的电动势是 V,内阻是。(结果均保留两位有效数字) 思维导引,解析:(1)根据实物图,画电路图时应注意各用电器的符号
11、,各用电器的连接次序,电表的正、负接线柱等。(2)将各数据点用直线拟合后,由数学方法计算出斜率k=0.67 V-1,纵截距b=,规律方法测量电源电动势和内阻的方法拓展,拓展训练2(2020山东烟台二模)某实验小组的同学组装了一个简易的多用电表,电路原理如图甲所示。已知图中电源的电动势E=6 V,灵敏电流计G的量程为100 mA,内阻为12 ,定值电阻R0=4 。,(1)当选择开关接1时,改装成电流表的量程为 mA; (2)当选择开关接2时,改装成的欧姆表的中央刻度对应的电阻值为;,(3)实验小组的同学利用改装的多用电表测量某一干电池(电动势约为1.5 V,内阻约为几欧姆)的电动势和内阻,测量电
12、路如图乙所示,回答下列问题。,多用电表选择开关B应接在(选填“1”“2”或“3”),红表笔应接在(选填“P”或“Q”)点。 小组同学连好电路,闭合开关S,多次改变电阻箱的阻值,作出R- 图像,如图丙所示,由图像可得电池电动势E= V,内阻r= 。(计算结果均保留3位有效数字),答案:(1)400(2)15(3)1P1.464.30 解析:(1)定值电阻R0与灵敏电流计并联,灵敏电流计G的量程为100 mA,内阻为12 ,定值电阻R0=4 ,灵敏电流计内阻是定值电阻的3倍,流过定值电阻的电流是灵敏电流计的3倍,则改装后电流表量程为400 mA。,15 ,欧姆表中值电阻等于其内阻,因此欧姆表中央刻
13、度线对应的电阻阻值为15 。,(3)由题图乙所示可知,多用电表串联在电路中,实验采用电流表与电阻箱测电源电动势与内阻,多用电表选择开关B应接在1,电流由红表笔流入多用电表,红表笔应接在P点。,以多用电表的使用为核心的实验 主要考查多用电表的使用方法和读数特点。,例4图甲为正在测量中的多用电表表盘,请完成下列问题: (1)如果用直流“50 V”挡测量电压,指针位置如图甲所示,读数为V。 (2)用图甲多用电表测量电阻时,多用电表内部的电路可以等效为一个电池、一个可变电阻和一个表头相串联,如图乙所示,电源电动势E=1.5 V,选择开关在“1”挡,把它的两表笔短接,旋转可变电阻R1的旋钮,当指针指向“
14、0 ”时,流过多用电表的电流为mA。,(3)图乙是测量Rx阻值时的电路,欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小,内阻变大,但此表仍能进行欧姆调零,按正确使用方法再测Rx的值,其测量结果与原结果相比将(选填“变大”“变小”或“不变”)。 (4)图丙是将表头G改装成两个倍率挡(如“1”“10”)的欧姆表电路原理图,则当开关S合向(选填“a”或“b”)端时,欧姆表是较大倍率挡。,思维导引,答案:(1)23.0(2)100(3)变大(4)b 解析:(1)多用电表读数为23.0 V; (2)选择开关在“1”挡时,欧姆表的内阻为15 ,(3)当电池电动势变小,内阻变大时,若测量某一电阻时,通过回路的电流减小
15、,指针偏向左,则欧姆表的读数变大; (4)将G改装成两种倍率(如“1”“10”)的欧姆表,开关合向b端时,电路最大电流小,欧姆表的中值电阻大,倍率大,这时的欧姆表是较大倍率挡。,规律方法欧姆表使用六注意 (1)选挡接着调零。(2)换挡重新调零。(3)待测电阻与电路、电源要断开。(4)尽量使指针指在表盘中间位置附近。(5)读数之后要乘以倍率得阻值。(6)测量结束后,选择开关要置于“OFF”挡或交流电压的最高挡。,拓展训练3为确定某电子元件的电气特征,做如下测量。 (1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“100”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转过大,因此需选择(选填“10”或“1 k”)倍率
16、的电阻挡,并在后再进行测量,多用电表的示数如图甲所示,测量结果为。,(2)将待测元件(额定电压9 V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用电表、开关及若干导线连接成电路如图乙所示。添加连线,使电路能测量该元件完整的伏安特性。 本实验中使用多用电表测电压,多用电表的选择开关应调到 (选填“直流电压10 V”或“直流电压50 V”)挡。,答案:(1)10欧姆调零70 (2)电路见解析图直流电压10 V 解析:(1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“100”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转过大,说明电阻较小,因此需选择“10”倍率的电阻挡,并在欧姆调零后再进行测量,多用电表的测量结果为70 。,(2)要测量该元件完整的伏安特性,必须连接成分压电路,如图所示。 本实验中使用多用电表测电压,多用电表的选择开关应调到直流电压10 V挡。,新题演练能力迁移,1.(2020全国卷)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx,所用电压表的内阻为1 k,电流表内阻为0.5 。该同学采用两种测量方案,一种是将电压表跨接在图甲所示电路的O、P两点之间,另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图乙所示
