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1、2009年高考试题中的电学实验辨析陕西省宝鸡市陈仓区教育局教研室邢彦君2009年高考物理（理综物理部分）试题的实验题中都有一道电学试题，试题以基本实验仪器、器材的原理及选择和使用为主线，考查了电学中基本实验的原理、方法、步骤和误差分析；还考查了以基本实验的原理、方法为依托，结合电学中的基本规律与方法，进行实验设计的方法和能力。一、考查电学仪器的原理及选择和使用1欧姆表的原理例1（天津理综19-2）图1所示为简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig=300A，内阻Rg=100，要变电阻R的最大阻值为10k，电池的电动势E=15V，内阻r=05，图中与接线柱A相连的表笔颜色应是 色，按正确使
2、用方法测量电阻Rx的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则Rx= k。若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但此表仍能调零。按正确使用方法再测上述Rx，其测量结果与原结果相比较 （填“变大”、“变小”或“不变”）。解析：本题考查欧姆表的结构、测量原理和相关计算，还涉及测量误差的分析。欧姆表是由电流表改装的，测电阻的原理是闭合电路欧姆定律，使用时必须满足电流的方向“+”进“-”出，即回路中电流从标有“+”标志的红表笔进去，所以与A相连的表笔颜色是红色；当两表笔短接(即Rx=0)时，对应待测电阻为零，电流表应调至满偏电流Ig，设此时欧姆表的内阻为R内，此时应有关系得；当指针指在刻度盘的正
3、中央时I=Ig/2，有，代入数据可得；当电池电动势变小、内阻变大时，欧姆得重新调零，由于满偏电流Ig不变，由公式，欧姆表内阻 R内得调小，待测电阻的测量值是通过电流表的示数体现出来的，由，可知当R内变小时，I变小，指针跟原来的位置相比偏左了，欧姆表的示数变大了。2欧姆表的使用例2（上海物理15）（1）用多用表的欧姆档测量阻值约为几十kW的电阻Rx，以下给出的是可能的操作步骤，其中S为选择开关，P为欧姆档调零旋钮，把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上。a将两表笔短接，调节P使指针对准刻度盘上欧姆档的零刻度，断开两表笔。b将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出Rx的阻值后，断开
4、两表笔。c旋转S使其尖端对准欧姆档?1k。d旋转S使其尖端对准欧姆档?100。e旋转S使其尖端对准交流500V档，并拔出两表笔_。根据图2所示指针位置，此被测电阻的阻值约为_W。（2）（多选题）下述关于用多用表欧姆档测电阻的说法中正确的是（）（A）测量电阻时如果指针偏转过大，应将选择开关S拨至倍率较小的档位，重新调零后测量。（B）测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则会影响测量结果。（C）测量电路中的某个电阻，应该把该电阻与电路断开。（D）测量阻值不同的电阻时都必须重新调零。答案：（1）c、a、b、e，30k；（2）A、C。考查多用电表（欧姆表）原理及使用的还有全国理综II-22，此
5、题以研究二极管的正反向电阻为背景，考查了欧姆表的使用。欧姆表（多用电表）是电学及日常生活生产中最常用的电学仪器，使用方便，操作简单，要熟练掌握其使用方法，而要熟练掌握其使用方法，关键是对其原理的理解和掌握。3以伏安法为背景考查电流表、电压表、滑动变阻器的选择和使用例3（福建理综19-2）某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件。图3为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，先需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：器材（代号）规格电流表（A1）电流表（A2）电压表（V1）电压表（V2）滑动变阻器（R1）滑动变阻器（R2）直流电源（E）开关（S）导线若干量程050mA
6、，内阻约为50量程0200mA，内阻约为10量程03V，内阻约为10k量程015V，内阻约为25k阻值范围015，允许最大电流1A阻值范围01k，允许最大电流100mA输出电压6V，内阻不计为提高实验结果的准确程度，电流表应选用 ；电压表应选用 ；滑动变阻器应选用 。（以上均填器材代号）为达到上述目的，请在虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号。若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？解析：由本题提供的伏安特性曲线可以看出，电压的变化范围为025V，故电压表选V1；与此电压对应的电流变化范围为0012A(120mA)
7、，故电流表选A2；由于电压从0开始变化，所以滑动变阻器应采用分压接法。由于实验中测量电路的电流可以超过100mA，故流过滑动变阻器的电流也将超过100mA（01k变阻器的允许电流），所以滑动变阻器选R1，选它还有一个好处就是调节方便。由曲线还可以看出，元件的电阻值在100欧姆数量级，满足远小于电压表内阻（10k），所以为减小实验误差，采用电流表外接，实验电路如图4所示。由于不同电压下，小电珠灯丝功率不同，温度不同，电阻也就不同。所以，该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线都是非线性曲线。由于小电珠的电阻随电压增大而增大，所以在U-I坐标中的伏安曲线“上拱”。以伏安法为背景考查电压表、电流表、滑动
8、变阻器使用的还有浙江理综22-I，不同的是，此题研究“功率”而不是“伏安特性曲线”，要求同学以笔画线代替导线完成电路连接。江苏物理-10则以研究台状合金棒电阻的决定因素为背景设置问题，考查在伏安法测电阻实验中，仪器、器材的选择与使用，要求对实物连接电路中的错误进行纠正，最后得出研究结论。安徽理综21-II则是以伏安法测电源的电动势和内阻实验为背景设置问题，考查电流表、电压表的选择和使用。电流表、电压表、滑动变阻器是电学实验中的常用器材，其选择和使用是高考常考考点，同学必须熟练掌握。对于两个电表的选择，主要是量程的选择，在保证安全（不超过量程）的前提下，为减小误差，应尽可能选用小量程，还应保证读
9、数时指钟位置超过量程的二分之一或三分之二。另外，内阻已知的电表可以角色“反串”使用。滑动变阻器，一般首选限流式接法，若由于其阻值太小或电源电压太大，无法“限流”至安全值以内，或者需要测量电路电压由0开始变化，可选分压式接法。二、以基本实验为依托，考查学生的实验创新能力例4（北京理综21-2）某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为9999，可当标准电阻用）一只电流表（量程Ig=06A，内阻rg=01）和若干导线。请根据测定电动势E内电阻的要求，设计图5中器件的连接方式，画线把它们连接起来。接通开关，
10、逐次改变电阻箱的阻值，读出与对应的电流表的示数I，并作记录。当电阻箱的阻值时，其对应的电流表的示数如图6所示。处理实验数据时首先计算出每个电流值I 的倒数；再制作R-坐标图，如图7所示，图中已标注出了（）的几个与测量对应的坐标点，请你将与图5实验数据对应的坐标点也标注在图7上。在图7上把描绘出的坐标点连成图线。根据图7描绘出的图线可得出这个电池的电动势E= V，内电阻 解析：本实验是对用电压表、电流表测量电源电动势和内阻实验的变通。题中只有一个电流表，但却给出了一个电阻箱，由闭合电路欧姆定律可知，由此式可以看出，实验中通过改变R，测出与之对应的电流I，便可测知E、r。电路连接如图8所示。由于题
11、中要求建立图象，所以可将变形为。按照是尽可能多的坐标点过图线或在其附近的要求，连成图线如图9所示。由可知，当R=0时，由此算知E=15V；当时，R=-r，由图象可读出r=03；广东物理-16是对测定金属丝的电阻率这一基本实验的变通与创新。这类问题一般会对基本实验的原理、方法、步骤、数据处理等做一些变动，然后设置问题。解答的关键是对题目所依托的基本实验的原理、方法、步骤及相关物理知识的理解与熟练运用。三、以设计性实验考查实验探究能力例5（山东理综23-2）为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光
12、的强弱，光越强照度越大，照度单位为Lx）。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度（Lx）020406081012电阻（k）754028232018根据表中数据，请在给定的坐标系（见答题卡）中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。如图10所示，当1、2两端所加的电压上长至2V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至10（Lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。（不考虑控制开关对所设计电路的影响）提供的器材如下：光敏电阻RP（符号，阻值见上表）；直流电源E（电动势3V，内阻不计）；定值电阻：R110
13、k，R220k，R340k（限选其中之一并在图中标出）；开关S及导线若干。解析：光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图11所示。特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。电路原理图如图12所示。当天色渐暗照度降低至10Lx时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20k，两端电压为2V，而电源电动势为3V，所以应加上一个分压电阻，由闭合电路欧姆定律或串联分压定律可算得，分压电阻阻值为10k，即选用R1。宁夏理综-23要求考生利用光敏电阻作为传感元件，电磁铁为控制元件，设计路灯的自动控制开关。设计的基本思路，是通过光敏电阻的阻值变化，引起电路的电流变化，设计所依据的物理原理仍是闭合电路欧姆定律。这类题目设问虽很新颖独特，但所依据的物理原理、实验方法、仪器器材却是课本上的基本实验中用过的原理、仪器及方法，试题设问一般不难。只要平时学习或复习时对课本中的基本实验（原理）能够深刻理解，对涉及的基本仪器器材能够熟练运用，注意将物理习题中的结论向物理实验迁移，分析问题时能灵活变通，不墨守成规，解决此类问题定可驾轻就熟。
