2020版高考物理大二轮培优通用版课件：专题七　第17讲　电学实验及创新 .pptx

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1、第 1 7 讲 电 学 实 验 及 创 新 123 1.(2019全国卷)某小组利用图(a)所示的电路,研究硅二极管在恒 定电流条件下的正向电压U与温度t的关系,图中V1和V2为理想电压 表;R为滑动变阻器,R0为定值电阻(阻值100 );S为开关,E为电源。 实验中二极管置于控温炉内,控温炉内的温度t由温度计(图中未画 出)测出。图(b)是该小组在恒定电流为50.0 A时得到的某硅二极 管U-t关系曲线。回答下列问题: 123 123 (1)实验中,为保证流过二极管的电流为50.0 A,应调节滑动变阻器 R,使电压表V1的示数为U1= mV;根据图(b)可知,当控温 炉内的温度t升高时,硅二

2、极管正向电阻 (填“变大”或“变 小”),电压表V1示数 (填“增大”或“减小”),此时应将R的滑 片向 (填“A”或“B”)端移动,以使V1示数仍为U1。 (2)由图(b)可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感 器,该硅二极管的测温灵敏度为 = 10-3 V/(保留 2位有效数字)。 123 解析:(1)U1=IR0=50.010-3100 mV=5.00 mV。 从U-t关系曲线可以得出,温度升高时,二极管两端电压变小,二极管 正向电阻变小,回路电流变大,电压表V1示数增大,为了保证电流不 变,滑动变阻器R的滑片应向B端移动。 答案:(1)5.00 变小 增大 B (2)2.8

3、 123 2.(2019全国卷)某同学欲将内阻为98.5 、量程为100 A的电流 表改装成欧姆表并进行刻度和校准,要求改装后欧姆表的15 k刻 度正好对应电流表表盘的50 A刻度。可选用的器材还有:定值电 阻R0(阻值14 k),滑动变阻器R1(最大阻值1 500 ),滑动变阻器R2( 最大阻值500 ),电阻箱(099 999.9 ),干电池(E=1.5 V,r=1.5 ), 红、黑表笔和导线若干。 123 (1)欧姆表设计 将图(a)中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后,滑动变阻器R 接入电路的电阻应为 ;滑动变阻器选 (填 “R1”或“R2”)。 (2)刻度欧姆表表盘 通过计算,对整

4、个表盘进行电阻刻度,如图(b)所示。表盘上a、b处 的电流刻度分别为25和75,则a、b处的电阻刻度分别为 、 。 123 (3)校准红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向 k处;将红、黑表笔与电阻箱连接,记录多组电阻箱接入电路的电 阻值及欧姆表上对应的测量值,完成校准数据测量。若校准某刻度 时,电阻箱旋钮位置如图(c)所示,则电阻箱接入的阻值为 。 13 解析:(1)把图中各元件串联起来,注意电流从红表笔进,从黑表笔 出。15 k为中值电阻,也是欧姆表内阻,R-R0-r-Rg=15 000 -14 000 -1.5 -98.5 =900 ,R1最大值为1 500 ,能提供900 的

5、电 阻,故选R1。 (3)欧姆表欧姆调零时调到0 ;读数就是箭头指的数乘以倍数,然后 再加起来,求得和为35 000.0 。 2 123 答案:(1)连线如图所示 900 R1 (2)45 5 (3)0 35 000.0 123 3.(2018全国卷)某同学组装一个多用电表。可选用的器材有:微 安表头(量程100 A,内阻900 );电阻箱R1(阻值范围0999.9 );电 阻箱R2(阻值范围099 999.9 );导线若干。 要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表,在此基 础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表,组装好的多用电表有 电流1 mA和电压3 V两挡。 回答下列问题

6、: (1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2,其中 为公共接线柱,a和b分别是电流挡和电压挡 的接线柱。 (2)电阻箱的阻值应取R1= ,R2= 。(保留到个位 ) 123 解析:(1)微安表改装为1 mA的电流表,需要并联小于其内阻的电阻, 起分流作用,应选R1;改后的电流表再改装为大量程的电压表时需 要串联较大的电阻,起分压作用,应选R2。电路如图所示。 (2)微安表与R1并联,有Igrg=(I-Ig)R1,其中I=1 mA,Ig=100 A,rg=900 ,代入得R1=100 。改装后的电流表量程为I=1 mA,内阻为 改装后的电流表与R2串联,有IR2=U-IRg,其中U=3 V,得

7、R2=2 910 。 答案:(1)见解析图 (2)100 2 910 考点1考点2考点3考点4 以测电阻为核心的实验 例1(2018天津高考)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约 为10 k),除了Rx、开关S、导线外,还有下列器材供选用: A.电压表(量程01 V,内阻约10 k) B.电压表(量程010 V,内阻约100 k) C.电流表(量程01 mA,内阻约30 ) D.电流表(量程00.6 A,内阻约0.05 ) E.电源(电动势1.5 V,额定电流0.5 A,内阻不计) F.电源(电动势12 V,额定电流2 A,内阻不计) G.滑动变阻器R0(阻值范围010 ,额定电流2 A)

8、 考点1考点2考点3考点4 (1)为使测量尽量准确,电压表选用 ,电流表选用 ,电源选用 。(均填器材的字母代号) (2)画出测量Rx阻值的实验电路图。 (3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看, 待测电阻测量值会 其真实值(填“大于”“小于”或“等于 ”),原因是 。 考点1考点2考点3考点4 审题 考点1考点2考点3考点4 解析:(1)由于待测电阻约为10 k太大,电源电动势为12 V时,电路 中电流大约1.2 mA,故电流表选C,电源选F。由于待测电阻约为10 k,电路中电流约为1.2 mA,则待测电阻两端电压约为12 V,所以电 压表选B。 (2)由于待测电阻阻值远大

9、于所选电流表内阻,而略小于电压表内 阻,故实验测量电路设计时用内接法;而滑动变阻器最大阻值远小 于待测电阻的阻值,故控制电路中滑动变阻器使用限流式接法根本 起不到调节作用,滑动变阻器只能采用分压式接法。电路图见答 案。 考点1考点2考点3考点4 答案:(1)B C F (2)如图所示 (3)大于 电压表的读数大于待测电阻两端实际电压(其他正确 表述也可) 考点1考点2考点3考点4 方法归纳伏安法测电阻要明确的七个要点 (1)仪表选择的三个原则: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)选择电流表内外接法的口诀:“内大大”(大电阻适合电流表内 接法

10、,测量值比实际值偏大)。 (3)选择滑动变阻器接法的口诀:“以小控大用分压”(并联总电阻 主要由小电阻决定,并联总电流主要由电阻小的支路决定,故并联 电路对小电阻的变化更敏感,即小电阻“控制”着大电阻)。 (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。 (6)电压表量程的选择:比电源电动势略大或相差不多。 (7)电流表量程的选择:和电压表量程与被测电阻的比值相差不 大。 考点1考点2考点3考点4 对应训练 1.(2019湖南长沙模拟)现要测量电流表G1的内阻,给出下列器材: 电流表G1(量程05

11、mA,内阻r1约为150 左右);电流表G2(量程 010 mA,内阻r2约为100 左右);定值电阻R1=100 ;定值电阻 R2=10 ;滑动变阻器R3(0200 );干电池E(1.5 V,内阻未知);单刀单 掷开关S;导线若干。 (1)定值电阻选 ; (2)在方框中已画出部分实验电路设计图, 请补充完整,并标明所用器材的代号; (3)若选测量数据中的一组计算r1,所用的表达式r1= , 式中各符号的意义是 。 考点1考点2考点3考点4 解析:(1)若选R2,则其阻值太小,电流过大,而R1与G1内阻相当,故选 R1。 (2)电路图如图所示:G2的示数与G1的示数之差为通过R1的电流 值。

12、考点1考点2考点3考点4 2.(2019吉林三调)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该 表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法), 实验室提供的器材如下: V待测电压表(量程03 V,内阻约为3 000 ),电阻箱R0(最大阻值 为99 999.9 ),滑动变阻器R1(最大阻值100 ,额定电流2 A),电源E( 电动势6 V,内阻不计),开关两个,导线若干。 (1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分, 将电路图补充完整。 考点1考点2考点3考点4 (2)根据设计的电路进行的实验步骤是:移动滑动变阻器的滑片, 以保证通电后电压表所在的支路分压 (选填“最

13、大”或“最 小”);闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针 (选填“满偏 ”或“半偏”);保持滑动变阻器滑片位置不变,断开S2,调节电阻箱R0, 使电压表的指针 (选填“满偏”或“半偏”);读取电阻箱所示 的电阻值,此即为测得的电压表内阻。 (3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV,与电压表内阻的真实 值RV相比,RV RV(选填“”“=”或“ 考点1考点2考点3考点4 以测特性曲线为核心的实验 例2(2017全国卷)某同学研究小灯泡的伏安特性,所使用的器 材有:小灯泡L(额定电压3.8 V,额定电流0.32 A);电压表V(量程3 V, 内阻3 k);电流表A(量程0.5 A,内阻0.

14、5 );固定电阻R0(阻值1 000 );滑动变阻器R(阻值09.0 );电源E(电动势5 V,内阻不计);开关S; 导线若干。 (1)实验要求能够实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测 量,画出实验电路原理图。 考点1考点2考点3考点4 (2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示。 由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻 (填“增 大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率 (填“增大”“不变”或“减 小”)。 考点1考点2考点3考点4 (3)用另一电源E0(电动势4 V,内阻1.00 )和题给器材连接成图(b) 所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功 率。

15、闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为 W,最大功率为 W。(结果均保留2位小数) 考点1考点2考点3考点4 审题 考点1考点2考点3考点4 考点1考点2考点3考点4 考点1考点2考点3考点4 (3)当R=9 时灯泡功率最小,将电阻R与电源视为整体。U=E- I(R+r),故U=4 V-10 I,作图法找到灯泡功率Pmin=UI=1.75 V0.225 A0.39 W 当R=0时,灯泡功率最大,电源的路端电压与电流的关系U=E-Ir, 故U=4 V-1 I,作图法找到灯泡功率Pmax=UI=3.65 V0.32 A1.17 W。 考点1考点2考点3考点4 答案:(1) (2)增大 增

16、大 (3)0.39 1.17 考点1考点2考点3考点4 方法归纳1.限流和分压两种电路的比较 考点1考点2考点3考点4 2.限流和分压两种电路的选择 (1)要求电压从0开始逐渐增大,采取分压接法。 (2)要求所测量范围尽可能大,采取分压接法。 (3)变阻器电阻比负载电阻小很多,采取分压接法。 (4)用限流法不能把电流控制在量程内,采取分压接法。 (5)除了上述情况外才可考虑用限流法。 (6)两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法,因为限 流式接法电路简单、耗能低。 3.本实验的器材选择 根据小灯泡的额定值确定电流表和电压表的量程。滑动变阻器 的阻值要比小灯泡的电阻小,越小越便于调节。

17、考点1考点2考点3考点4 对应训练 3.(2019北京东城区二模)为了描绘小灯泡的伏安特性曲线,提供 以下实验器材: 小灯泡L(额定电压3.8 V,额定电流0.32 A) 电压表V(量程3 V,内阻3 k) 电流表A(量程0.5 A,内阻约0.5 ) 电阻箱R0(09 999.9 ) 滑动变阻器R1(阻值05 ,2 A) 滑动变阻器R2(阻值0200 ,1 A) 学生电源E(电动势4 V,内阻不计) 开关S及导线若干。 考点1考点2考点3考点4 (1)关于控制电路中滑动变阻器的连接方法,应选择 。 A.分压式连接 B.限流式连接 (2)为了减小系统误差,关于测量电路中电压表和电流表的连接方 式

18、,应选择 。 A.安培表内接法 B.安培表外接法 (3)实验提供的电压表量程小于小灯泡的额定电压,需要把电压表 的量程扩大到4伏,改装电压表时,应将电阻箱阻值调至 ,并与题中所给电压表 (选填“串联”或“并联”)。 (4)请在方框中画出该实验的电路图 。 考点1考点2考点3考点4 (5)为操作方便,实验中滑动变阻器应选择 (选填R1或 R2)。你的选择理由是 。 考点1考点2考点3考点4 (6)实验中得到小灯泡的伏安特性曲线如图(a)所示,由实验曲线 可知,随着电压的增加小灯泡的电阻 (选填“增大”“不变” 或“减小”)。 (7)现将与题中完全相同的两个小灯泡与另一电源E0(电动势4 V, 内

19、阻1.0 )和一阻值为9 的定值电阻连接成如图(b)所示电路。此 电路中每个小灯泡两端的实际电压为 V(结果保留两位 有效数字)。 考点1考点2考点3考点4 解析:(1)因要得到从零开始连续可调的多组电压,控制电路中滑 动变阻器的连接方法,应选择分压式连接,故选A。 考点1考点2考点3考点4 (4)实验的电路图。 (5)为操作方便,实验中滑动变阻器应选择阻值较小的R1。选择理 由是:选择R1时,移动滑片,小灯泡两端的电压示数变化比较均匀(线 性关系较好)。 (6)由实验曲线可知,随着电压的增加I-U线的斜率逐渐减小,则小 灯泡的电阻增大。 考点1考点2考点3考点4 (7)设每个灯泡两端电压为U

20、,电流为I,则由闭合电路的欧姆定律 :E=2U+I(r+R),即4=2U+10I,即U=2-5I,将此函数关系画在灯泡的伏 安特性曲线上,如图2,交点坐标为U=1.1 V,即此电路中每个小灯泡 的两端的实际电压为1.1 V。 考点1考点2考点3考点4 答案:(1)A (2)B (3)1 000.0 串联 (4)见解析图 (5)R1 选择R1时,移动滑片,小灯泡两端的电压示数变化比较均 匀(线性关系较好) (6)增大 (7)1.1 考点1考点2考点3考点4 以测电源的电动势和内阻为核心的实验 例3(2018江苏高考)一同学测量某干电池的电动势和内阻。 (1)如图甲所示是该同学正准备接入最后一根导

21、线(图中虚线所 示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之 处。 考点1考点2考点3考点4 (2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I,以及计算的 数据见 下表: 考点1考点2考点3考点4 根据表中数据,在方格纸上作出 关系图象。由图象可计算出 该干电池的电动势为 V;内阻为 。 (3)为了得到更准确的测量结果,在测出上述数据后,该同学将一 只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱,当 电流表的示数为0.33 A时,电压表的指针位置如图丙所示,则该干电 池的电动势应为 V;内阻应为 。 考点1考点2考点3考点4 解题思路(1)明确实验中安全性要求,知道开关应最后

22、闭合,电阻 箱在开始时应调至最大;(2)根据描点法可得出对应的图象,再根据 闭合电路欧姆定律列式,结合图象即可确定电动势和内电阻;(3)根 据电路进行分析,明确误差情况,再根据欧姆定律求出电流表内阻, 从而确定电动势和内阻的准确值。 考点1考点2考点3考点4 解析:(1)连接电路时应将开关断开,且将电路中的电阻箱阻值调 至最大以保护电流表。 (2)将表中的数据在方格纸上一一描点连线即可,如图所示: 考点1考点2考点3考点4 答案:(1)开关未断开 电阻箱阻值为零 (2)(见解析图) 1.4(1.301.44都算对) 1.2(1.01.4都算对) (3)1.4(结果与(2)问第一个空格一致) 1

23、.0(结果比(2)问第二个空 格小0.2) 考点1考点2考点3考点4 方法归纳1.测电源电动势和内阻的常用方法 考点1考点2考点3考点4 考点1考点2考点3考点4 考点1考点2考点3考点4 对应训练 4.(2019河南郑州模拟)甲同学设计了如图甲所示的电路来测量电 源电动势E及电阻R1和R2的阻值。 实验器材有:待测电源E(不计内阻),待测电阻R1,待测电阻R2,电压 表V(量程为1.5 V,内阻很大),电阻箱R(099.99 ),单刀单掷开关S1, 单刀双掷开关S2,导线若干。 (1)先测电阻R1的阻值。请将甲同学的操作补充完整:闭合S1,将S2 切换到a,调节电阻箱,读出其示数R0和对应的

24、电压表示数U1。保持 电阻箱示数不变, ,读出电压表的示数U2。则电阻R1的 表达式为R1= 。 考点1考点2考点3考点4 (2)甲同学已经测得电阻R1=4.80 ,继续测电源电动势E和电阻R2 的阻值,该同学的做法是:闭合S1,将S2切换到a,多次调节电阻箱,读 出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U,用测得的数据,绘出了 如图乙所示的 图线,则电源电动势E= V,电阻 R2= (结果保留3位有效数字)。 考点1考点2考点3考点4 考点1考点2考点3考点4 电表的原理与改装 例4(2017全国卷)图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电 路图。图中E是电池;R1、R2、R3、R4和R5是固

25、定电阻,R6是可变电 阻;表头的满偏电流为250 A,内阻为480 。虚线方框内为换挡 开关,A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位,5个挡 位为:直流电压1 V挡和5 V挡,直流电流1 mA挡和2.5 mA挡,欧姆 100 挡。 图(a) 图(b) 考点1考点2考点3考点4 (1)图(a)中的A端与 (填“红”或“黑”)色表笔相连接。 (2)关于R6的使用,下列说法正确的是 (填正确答案标号)。 A.在使用多用电表之前,调整R6使电表指针指在表盘左端电流 “0”位置 B.使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R6使电表指针指在表盘右 端电阻“0”位置 C.使用电流挡时,调整R6使电表指

26、针尽可能指在表盘右端电流最 大位置 (3)根据题给条件可得R1+R2= ,R4= 。 (4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示。若此时B端是 与“1”相连的,则多用电表读数为 ;若此时B端是与“3”相连 的,则读数为 ;若此时B端是与“5”相连的,则读数为 。(结果均保留3位有效数字) 考点1考点2考点3考点4 解题思路(1)明确欧姆表原理,知道内部电源的正极接黑表笔,负 极接红表笔; (2)明确电路结构,知道欧姆挡中所接滑动变阻器只能进行欧姆调 零; (3)根据给出的量程和电路进行分析,再结合串并联电路的规律即 可求得各电阻的阻值; (4)明确电表的量程,确定最小分度,从而得出最终的

27、读数。 考点1考点2考点3考点4 解析:(1)根据电流从红表笔进入多用表,结合欧姆挡知,A与黑表 笔相连。 (2)在使用多用电表之前,调节机械定位螺丝使电表指针指在表盘 左端电流“0”位置,A选项错;使用欧姆挡时,将两表笔短接,调整R0进 行欧姆调零,B选项正确;电流挡中电路与R6无关,C选项错。 (3)当B端接“2”时,电流表的量程为1 mA,此时,R1、R2串联后与表 头并联,R1+R2承担的电流为I-Ig=0.75 mA,由IgRg=(I-Ig)(R1+R2),可得 R1+R2=160 ;当B端接“4”时,电压表量程为1 V,表头与R4串联,表头 部分承担的电压Ug=IgRg=25010

28、-6480 V=0.12 V,故R4承担的电 压为0.88 V,所以 考点1考点2考点3考点4 (4)B端与“1”连接时,电流表最大量程为2.5 mA,表盘上每1小格表 示0.05 mA,指针约在第29.6格,则电流表读数为1.48 mA;B端与“3” 连接时,多用表为欧姆表,示数为R=11100 =1 100 ;B端与“5”连 接时,多用表为量程5 V的电压表,每1小格表示0.1 V,则读数为2.96 V。 答案:(1)黑 (2)B (3)160 880 (4)1.47 mA或1.48 mA 1 100 2.95 V或2.96 V 考点1考点2考点3考点4 对应训练 5.(2018山东济宁一

29、模)在“练习使用多用电表”实验中,请回答下 列问题: (1)甲同学用多用电表的欧姆挡中的“100”挡测量标有“220 V 100 W”的白炽灯的电阻,发现指针偏转角度过大,为了减小测量误 差,下列选项中合理的操作顺序为 (填写选项前的字母) 。 A.将选择开关旋转到“1k”挡的位置 B.将选择开关旋转到“10”挡的位置 C.用两表笔与白炽灯连接好并读数 D.将两表笔短接,进行欧姆调零 (2)甲同学按正确的实验操作,指针停在如图甲所示的位置,则此 白炽灯电阻的测量值为 。 考点1考点2考点3考点4 (3)乙同学发现该多用电表“直流50 V”挡损坏了,但“直流10 V”挡 能正常使用。打开电表外壳发现电路板上的电阻R2被烧坏了,如图 乙所示。若表头A的满偏电流为1 mA,则应用 k的电 阻替换R2就可以修好“直流50 V”挡。 考点1考点2考点3考点4 解析:(1)用多用电表的欧姆挡中的“100”挡测量标有“220 V 100 W”的白炽灯的电阻,发现指针偏转角度过大,说明白炽灯的电 阻很小,为了减小测量误差,将选择开关旋转到“10”挡的位置,将两 表笔短接,重新进行欧姆调零,用两表笔与白炽灯连接好并读数,故 合理的操作顺序为B、D、C。 (2)选择开关处在“10”挡,由图所示可知,电阻测量值为:1110 =110 。 答案:(1)BDC (2)110 (3)40