(新高考)高考物理一轮复习课件第9章专题强化17《电学实验综合》(含解析)

第九章恒定电流专题强化十七电学实验综合目标要求1.了解差值法、半偏法、等效法、电桥法等测电阻的方法.2.会用传感器控制电路、设计相关实验方案.3.学会替换和改装电表进行实验.4.会利用电学实验知识探究创新实验方案.内容索引题型一测电阻的其他几种方法题型二传感器类实验课时精练题型三定值电阻在电学实验中的应用题型一测电阻的其他几种方法1.电流表差值法电流表差值法(如图所示)考向1差值法测电阻(1)基本原理：定值电阻R0的电流I0I2I1，电流表的电压U1(I2I1)R0.(2)可测物理量：若R0为已知量，可求得电流表 的内阻r1 ；若r1为已知量，可求得R0.2.电压表差值法电压表差值法(如图所示)(1)基本原理：定值电阻R0的电压U0U2U1，电压表的电流I1.(2)可测物理量：若R0为已知量，可求得电压表的内阻例1(2019天津卷9(3)现测定长金属丝的电阻率.(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示，其读数是_mm.0.200(0.1960.204均可)由螺旋测微器的读数规则可知，该金属丝的直径应为0 mm20.00.01mm0.200mm；(2)利用下列器材设计一个电路，尽量准确地测量一段金属丝的电阻.这段金属丝的电阻Rx约为100，画出实验电路图，并标明器材代号.电源E(电动势10V，内阻约为10)电流表A1(量程0250mA，内阻R15)电流表A2(量程0300mA，内阻约为5)滑动变阻器R(最大阻值10，额定电流2A)开关S及导线若干答案如图所示对提供的实验器材分析可知，滑动变阻器的总电阻比待测电阻的阻值小得多，因此滑动变阻器应采用分压式接法，由于没有提供电压表，因此可以用内阻已知的电流表充当电压表，即将A1作为电压表，由于A1的内阻已知，因此A2应采用外接法；(3)某同学设计方案正确，测量得到电流表A1的读数为I1，电流表A2的读数为I2，则这段金属丝电阻的计算式Rx_.从设计原理看，则测量值与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“相等”).相等由电路图可知，Rx；由于A1的内阻已知，因此该实验不存在系统误差，因此测量值与真实值相等.1.电流表半偏法电流表半偏法(电路图如图所示)(1)实验步骤先断开S2，再闭合S1，将R1由最大阻值逐渐调小，使电流表读数等于其量程Im；保持R1不变，闭合S2，将电阻箱R2由最大阻值逐渐调小，当电流表读数等于Im时记录下R2的值，则RAR2.(2)实验原理当闭合S2时，因为R1RA，故总电流变化极小，认为不变仍为Im，电流表读数为，则R2中电流为，所以RAR2.考向2半偏法测电表内阻(3)误差分析测量值偏小：RA测R2RA真.原因分析：当闭合S2时，总电阻减小，总电流增大，大于原电流表的满偏电流，而此时电流表半偏，所以流经R2的电流比电流表所在支路的电流大，R2的电阻比电流表的电阻小，而我们把R2的读数当成电流表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小.减小误差的方法：选电动势较大的电源E，选阻值非常大的滑动变阻器R1，满足R1RA.2.电压表半偏法电压表半偏法(电路图如图所示)(1)实验步骤将R2的阻值调为零，闭合S，调节R1的滑动触头，使电压表读数等于其量程Um；保持R1的滑动触头不动，调节R2，当电压表读数等于Um时记录下R2的值，则RVR2.(2)实验原理：RVR1，R2接入电路时可认为电压表和R2两端的总电压不变，仍为Um，当电压表示数调为时，R2两端电压也为，则二者电阻相等，即RVR2.(3)误差分析测量值偏大：RV测R2RV真.原因分析：当R2的阻值由零逐渐增大时，R2与电压表两端的总电压也将逐渐增大，因此电压表读数等于Um时，R2两端的电压将大于Um，使R2RV，从而造成RV的测量值偏大.显然电压表半偏法适用于测量内阻较大的电压表的电阻.减小误差的方法：选电动势较大的电源E，选阻值较小的滑动变阻器R1，满足R1RV.例2可选用器材：电阻箱甲，最大阻值为99999.9；电阻箱乙，最大阻值为2k；电源E，电动势约为6V，内阻不计；另外有开关2个，导线若干，量程为1mA的电流表.现采用如图所示的电路图测电流表的内阻rg.(1)实验步骤的顺序为_；合上S1，调节R，使表A满偏合上S2，调节R1，使表A半偏，则rgR1断开S1、S2，将R调到最大半偏法测电流表内阻的步骤为：断开S1、S2，将R调到最大；合上S1，调节R，使表A满偏；合上S2，调节R1，使表A半偏，则rgR1.(2)可变电阻R1应选择、中的_(填“”或“”).为使结果尽可能准确，可变电阻R应选_(填“”或“”).此实验为半偏法测电流表内阻rg，由半偏法原理可知，当S2闭合后，干路电流应恒定，由闭合电路欧姆定律I知，当RR并时，才能尽可能减小R1并入电路后的影响，所以R应选，R1选.(3)认为内阻rgR1，此结果与rg的真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“相等”).偏小闭合S2，由于并联上R1，干路电流略增大些，电流表电流为Ig，R1上电流略大于Ig，则R1的电阻略小于rg，即测量值小于真实值.例3某同学利用图a所示电路测量量程为2.5V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99999.9)，滑动变阻器R1(最大阻值50)，滑动变阻器R2(最大阻值5k)，直流电源E(电动势3V)，开关1个，导线若干.实验步骤如下：按电路原理图a连接线路；将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图中最左端所对应的位置，闭合开关S；调节滑动变阻器，使电压表满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00V，记下电阻箱的阻值.回答下列问题：(1)实验中应选择滑动变阻器_(填“R1”或“R2”).R1本实验测电压表的内阻，实验中电压表示数变化不大，则接入电阻箱后电路的总电阻变化不大，故需要滑动变阻器的最大阻值较小，故选R1可减小实验误差.(2)根据图a所示电路将图b中实物图连线.答案见解析图滑动变阻器为分压式接法，实物图连线如图所示.(3)实验步骤中记录的电阻箱阻值为630.0，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为_(结果保留到个位).2520电压表和电阻箱串联，两端电压分别为2.00V和0.50V，则RV4R2520.(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为_(填正确答案标号).A.100AB.250AC.500AD.1mAD电压表的满偏电流Ig1mA，故选项D正确.如图所示，先让待测电阻串联后接到电动势恒定的电源上，调节R2，使电表指针指在适当位置读出电表示数；然后将电阻箱串联后接到同一电源上，保持R2阻值不变，调节电阻箱的阻值，使电表的读数仍为原来记录读数，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值.考向3等效替代法测电阻例4如图所示的实验电路可以用来测量电阻，可供选用的实验器材如下：A.待测电阻Rx(阻值约为55)B.定值电阻R0(阻值为16)C.电压表V1(03V，内阻很大，可看成理想电压表)D.电压表V2(015V，内阻很大，可看成理想电压表)E.滑动变阻器R1(5，2A)F.滑动变阻器R2(50，2A)G.蓄电池(电动势4.0V，内阻忽略不计)H.单刀双掷开关、导线等(1)要完成本实验且较准确进行测量，电压表应该选用_，滑动变阻器应该选用_.(填器材前面的序号)CF由于电动势为4.0V，15V量程的电压表量程太大，因此选用量程为3V的电压表；最大阻值为5的滑动变阻器会使得被测电阻两端的电压超过3V的电压表量程，因此不能选用，只能选用最大阻值为50的滑动变阻器.(2)实验步骤如下：按照电路图连接实验器材，单刀双掷开关空置，把滑动变阻器触头滑到最左端.将单刀双掷开关掷于“1”，调节滑动变阻器触头，使得电压表读数为2.8V将单刀双掷开关掷于“2”，_(填“向左滑动”“向右滑动”或“不再滑动”)滑动变阻器触头，观察并记录电压表读数为1.6V.不再滑动根据实验原理，滑动变阻器的阻值R是不能改变的，否则就不能解出Rx的值.(3)根据实验数据，被测电阻的测量值Rx_.56根据闭合电路的欧姆定律，单刀双掷开关掷于“1”的位置时单刀双掷开关掷于“2”的位置时联立解得Rx56(4)由于蓄电池内阻r的存在，Rx测量值将_真实值(填“大于”“小于”或“等于”).等于蓄电池的内电阻r与滑动变阻器电阻可当作一个整体，则r的存在不影响Rx的值.(1)操作：如图甲所示，实验中调节电阻箱R3，使灵敏电流计G的示数为0.(2)原理：当IG0时，有UAB0，则UR1UR3，UR2URx；电路可以等效为如图乙所示.考向4电桥法测电阻例5(2017全国卷23)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100A，内阻大约为2500)的内阻.可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20，另一个阻值为2000)；电阻箱Rz(最大阻值为99999.9)；电源E(电动势约为1.5V)；单刀开关S1和S2.C、D分别为两个滑动变阻器的滑片.(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线.答案见解析图实物连线如图所示：(2)完成下列填空：R1的阻值为_(填“20”或“2000”).20滑动变阻器R1采用分压式接法，为了方便调节要选择阻值较小的滑动变阻器；为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的_端(填“左”或“右”)对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近.左为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到滑动变阻器的左端对应的位置；将电阻箱Rz的阻值置于2500.0，接通S1.将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置，最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势_(填“相等”或“不相等”).相等将电阻箱Rz的阻值置于2500.0，接通S1；将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置；最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通后在BD中无电流流过，可知B与D所在位置的电势相等；将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2601.0时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变.待测微安表的内阻为_(结果保留到个位).2550(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：_.调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程为了提高测量精度，应调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程.题型二传感器类实验例6(2021辽宁省1月适应性测试12)某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系，设计了如图(a)所示的电路.所用器材有：置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻RG、小灯泡和刻度尺；阻值为R的定值电阻；理想电压表；电动势为E、内阻为r的电源；开关S；导线若干.实验时，先按图(a)连接好电路，然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d，记录电压表的示数U，获得多组数据如下表.d/cm8.5010.0012.0013.5015.0017.00U/mV271.0220.0180.0156.7144.9114.0d/cm18.5020.0022.0023.5025.00U/mV94.889.578.672.565.0回答下列问题：(1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG_(用E、r、R、U表示)；由闭合电路欧姆定律得(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点，并作出Ud的非线性曲线；答案见解析图作出第二组数据点，用平滑的曲线连起来.(3)依据实验结果可推断：光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而_(填“增大”或“减小”)；增大由题知，当d增大时，光照强度减小，U减小，由RGRRr可得RG增大.(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度大时屏幕变亮，反之变暗.他设想利用光敏电阻的特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变亮；反之变暗”的功能，设计了如图(c)所示电路，则电路中_(填“R1”或“R2”)为光敏电阻，另一个为定值电阻.R2若R1为光敏电阻，因为光照强度变大，R1电阻减小，由“串反并