高中物理一轮复习电学实验专题课程

By | 2022年12月18日

一、本专题共涉及以下六个实验

实验七:测定金属的电阻率

实验八:描绘小电珠的伏安特性曲线

实验九:测定电源电动势和内阻

实验十:练习使用多用电表

实验十一:传感器的使用

二、本专题实验特点及其在高考中的地位

物理实验为高考必考内容,近年的高考物理试题,越来越重视对实验的考查,尤其是除了对教材中原有的学生实验进行考查为,还增加了对演示实验的考查。利用学生所学过的知识,对实验仪器或实验方法加以重组完成新的实验目的的设计型实验将逐步取代对教材中原有单纯学生实验的考查。

历届高考在实验方面的命题重点为:基本仪器的使用、基本物理量的测定、物理规律的验证和物理现象的研究、实验数据的处理。

高考中物理实验题类型大体有:⑴强调基本技能,熟识各种器材的特性。像读数类:游标卡尺、螺旋测微器、多用电表等;选器材类:像选取什么量程的电表和滑动变阻器等⑵重视实验原理,巧妙变换拓展。像探究匀变速直线运动的变形和测量电阻的再造等。源于课本不拘泥课本一直是高考命题与课标理念所倡导的,所以熟悉课本实验、抓住实验的灵魂—原理是我们复习的重中之重。⑶提倡分析讨论,讲究实验的品质,像近年高考中的数据处理、误差分析、改良方案,甚至开放性实验等于课标的一标多本思路是交汇的。⑷知识创新型实验。像设计型、开放型、探讨型实验等都是不同程度的创新,比如利用所学可以设计出很多测量重力加速度的方案。

三、高考易错问题剖析及应试策略

例1.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,某同学测得电流-电压的数据如下表所示:

电流I/mA

2.7

5.4

12.4

19.5

27.8

36.4

47.1

56.1

69.6

81.7

93.2

电压U/V

0.04

0.08

0.21

0.54

1.30

2.20

3.52

4.77

6.90

9.12

11.46

(1)用上表数据描绘电压随电流的变化曲线;

(2)为了探究灯丝电阻与温度的关系,已作出电阻随电流的变化曲线如图所示:请指出灯丝的特征,并解释形成的原因。

分析:本题以“描绘小灯泡的伏安特性曲线” 实验为基础,体现重视实验操作体验和学生实验基本素养的培养,主要考查对实验结果的分析与解释能力。

解析:(1)用上表数据描绘电压随电流的变化曲线

(2)电阻随电流增大存在三个区间,电阻的变化快慢不同第一区间电流很小时,电阻变化不大;第二区间灯丝温度升高很快,电阻增大快;第三区间部分电能转化为光能,灯丝温度升高变慢,电阻增大也变慢。

例2.在测定金属电阻率的实验中,某同学连接电路如图所示。闭合电键后,发现电路有故障(已知电源、电表和导线均完好,电源电动势为E):

①若电流表示数为零、电压表示数为E,则发生故障的是            (填“待测金属丝”“滑动变阻器”或“电键”)。

②若电流表、电压表示数均为零,该同学利用多用电表检查故障。先将选择开关旋至    档(填“欧姆×100”“直流电压10V”或“直流电流2.5mA”),再将    (填“红”或“黑”)表笔固定在a接线柱,把另一支表笔依次接b、c、d接线柱。

③若只有滑动变阻器断路,则多用电表的示数依次是    、    、    。

分析:本题以测定金属电阻率的实验为背景,考查的却是多用电表检测电路故障问题,主要考查多用电表的使用、电路故障分析、直流电压表的原理等知识点。

解答本题时可按以下思路分析:

解析:①若电流表示数为零,说明外电路一定是断路,电压表有示数为E,说明电源与电压表之间的连接无断路,所以发生故障的是一定是“待测金属丝”。

②电流表示数为零,说明外电路一定存在着断路。因为电源两端有电压,所以不能用电流表来检测,只能用电压表(量程高于电源电动势)来检测,没有电压表的情况下,则利用多用电表的10V直流电压档来检查故障。多用电表的红表笔应和电源的正极相连,若只有滑动变阻器断,则多用电表的示数依次是0、E、E。

答案:①待测金属丝 ②直流电压10V;红 ③0、E、E

例3.如图所示是一些准备用来测量待测电阻

阻值的实验器材,器材及其规格列表如下

为了能正常进行测量并尽可能减少测量误差,实验要求测量时电表的读数大于其量程的一半,而且调节滑动变阻器能使电表读数有较明显的变化。请用实线代表导线,在所给的实验器材图中选择若干合适的器材,连成满足要求的测量

阻值的电路。

分析:要求考生从提供的实验器材中选择若干合适的器材,进行实物图连线,在特定的实验要求下,完成测量待测电阻的电路连接,考生必须在熟练掌握教材中的有关伏安法测定电阻等电学实验的基础上,选择合适的器材设计电路,对考生的实验能力要求较高。

要从电表的量程和确定的内阻等参数中注意电表的特殊用法。

解析:由于待测电阻约1000Ω,滑动变阻器阻值100Ω,要使电表读数有较明显的变化,因此滑动变阻器采用分压接法,由于加在待测电阻的最大电流9mA,显然3A的电流表不能用,因此将V1当作电流表使用。由于V1表的电压能够测量,故采用V1表内接法。

答案:测量阻值的电路如图

拓展:电表的特殊用法与伏安法测电阻的“三步曲”

审题时应注意各电表的参数,特别是各电表的内阻是确定的时候,常常要将电压表当作小量程的电流表使用,电流表当作小量程的电压表使用,或者与题中给定的定值电阻结合进行电表的改装等,按伏安法测电阻的“三步曲”进行设计:即按题目要求选择合适量程的电表,确定电流表的内外接法,再确定滑动变阻器是分压还是限流接法。

Ⅱ.太阳能是一种清洁、“绿色”能源。在我国上海举办的2010年世博会上,大量利用了太阳能电池。太阳能电池在有光照时,可以将光能转化为电能,在没有光照时,可以视为一个电学器件。某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法,探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I-U特性。所用的器材包括:太阳能电池,电源E,电流表A,电压表V,滑动变阻器R,开关S及导线若干。

(1)为了达到上述目的,请将图1连成一个完整的实验电路图。

(2)该实验小组根据实验得到的数据,描点绘出了如图2的I-U图像。由图可知,当电压小于2.00V时,太阳能电池的电阻_____________ (填“很大”或“很小”);当电压为2.80V时,太阳能电池的电阻约为____________

分析:本题用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法来探究一个电学元件的I-U特性,体现了高考实验考查的灵活性,主要考查实验电路的设计、伏安特性曲线的理解、部分电路的欧姆定律等知识点。

解答本题时可按以下思路分析:

解析:(1)注意到图2的I-U图像中的数据特点:电压、电流从零开始变化,所以电路设计用滑动变阻器的分压式,如下图所示。

(2) 由图2可知,当电压小于2.00V时,通过太阳能电池的电流很小,由欧姆定律可知:此时太阳能电池的电阻很大。当电压为2.80V时,通过太阳能电池的电流约为2.8mA,由欧姆定律可知:此时太阳能电池的电阻约为

答案: (1)如上图  (2)很大;

例4.用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT,在给定温度范围内,其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成图1虚线框内所示的电路,以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的,且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计,他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值,测量电路如图1所示,图中的电压表内阻很大。 RL的测量结果如表l所示。

回答下列问题

(1)根据图1所示的电路,在图2所示的实物图上连线。

(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系,在坐标纸上作RL�t关系图线。

(3)在某一温度下,电路中的电流表、电压表的示数如图3、4所示。电流表的读数为____    ,电压表的读数为___     。此时等效电阻

的阻值为__         :热敏电阻所处环境的温度约为____       。

分析:本题以研究半导体材料的伏安特性立意命题,考查考生对电学实验的基本要求,即实物连线、数据处理、电流表和电压表的读数等。

解答本题可按以下思路分析:

解析:

(1)根据电路图连接实物。(2)根据数据描出点,作出直线。(3)对照图找出相应的温度为64.0°C。

答案:(1)如图所示(2)如图所示(3)115.0mA,5.00V,43.5Ω,64.0℃或62~66°C

例5.在测量电源的电动势和内阻的实验中,由于所用的电压表(视为理想电压表)的量程较小,某同学涉及了如图所示的实物电路。

一、试验时,应先将电阻箱的电阻调到____.(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)

二、改变电阻箱的阻值R,分别测出阻值=10的定值电阻两端的电压U,下列两组R的取值方案中,比较合理的方案是____.(选填1或2)

(3)根据实验数据描点,绘出的图像是一条直线。若直线的斜率为k,在坐标轴上的截距为b,则该电源的电动势E=    ▲    ,内阻r=    ▲    (用k、b和R0表示)

分析:本题以某同学自设电路测电源电动势和内阻来考查测电源的电动势和内阻、图象的物理意义和根据图象求物理量。题意设置有一定灵活性,难度中等。

(2)比较两方案的可取性,要抓住题意关键句“所用的电压表(视为理想电压表)的量程较小”。(3)描点由图象求解电源电动势和内阻,能正确写出E―R数学表达式,理解方程中所对应的物理量即可求解。

解析:(1)为了保护电路及电表,防止电路中电流过大,所以实验前应电阻箱置于最大值接入电路中。(2)通过试值法来说明理由。若R=300Ω,电流约为

;若R=60Ω,电流约为

,后者电流读数大,误差小,应选2合适。

(3) 电流

,得

图象的斜率

,截距

,所以电动势

,内阻

-R0。

答案:(1)最大值;(2)2;;(3)

-R0。

例6.如图,一热敏电阻RT 放在控温容器M内:

A为毫安表,量程6mA,内阻为数十欧姆;E为直流电源,电动势约为3V,内阻很小;R为电阻箱,最大阻值为999.9Ω;S为开关。已知RT 在95℃时的阻值为150Ω,在20℃时的阻值约为550Ω。现要求在降温过程中测量在95℃~20℃之间的多个温度下RT 的阻值。

(1)在图中画出连线,完成实验原理电路图

(2)完成下列实验步骤中的填空

①依照实验原理电路图连线

②调节控温容器M内的温度,使得RT 温度为95℃

③将电阻箱调到适当的初值,以保证仪器安全

④闭合开关。调节电阻箱,记录电流表的示数I0 ,并记录                   。

⑤将RT 的温度降为T1 (20℃<T1<95℃);调节电阻箱,使得电流表的读数                       ,记录                                  。

⑥温度为T1 时热敏电阻的电阻值RT1 =              。

⑦逐步降低T1 的数值,直至20℃为止;在每一温度下重复步骤⑤⑥

分析:本题涉及到实验原理、电路的设计、实验步骤等知识,考查了考生的科学实验探究能力。

解答本题时,可参照以下解题步骤:

解析:(1)根据所给器材,测量在不同温度下RT 的阻值,只能将电阻箱、热敏电阻、毫安表与电源串联形成测量电路。

(2)依照实验原理电路图连线;调节控温容器M内的温度,使得RT 温度为95℃,RT 阻值为150Ω,根据欧姆定律有:;将电阻箱调到适当的初值,以保证仪器安全;闭合开关。调节电阻箱,记录电流表的示数I0 ,并记录电阻箱的读数;将RT 的温度降为T1 (20℃<T1<95℃);调节电阻箱,使得电流表的读数仍为,记录电阻箱的读数为,根据欧姆定律:;则,解得

答案:(1)实验原理电路图如图所示。     

(2)④电阻箱的读数  

⑤仍为 电阻箱的读数为    

⑥         

例7.在物理兴趣小组活动中,一同学利用下列器材设计并完成了“探究导体阻值与长度的关系”的实验。

电压表V1  量程3V    内阻约为900

电压表V2  量程10V    内阻约为3K

电流表A   量程60mA   内阻约为5

电源E1    电动势1.5V  内阻约为0.2

电源E2    电动势4.5V  内阻约为0.4

滑动变阻器(最大阻值为10)。粗细均匀的同种电阻丝,开关、导线和刻度尺

其主要实验步骤如下:

A.选取图中器材,按示意图连接电路

B.用伏安法测定电阻丝的阻值R

C.用刻度尺测出电阻丝的长度L

D.依次减小电阻丝的长度,保持电路其他部分不变,重复步骤B、C

E.处理数据,根据下列测量结果,找出电阻丝值与长度的关系

L(m)

0.9956

0.8049

0.5981

0.4021

0.1958

R(

)

104.8

85.3

65.2

46.6

27.1

为使实验尽可能准确,请你对上述步骤中画线处加以改进。

(I)                                  

(II)                                

分析:考查根据实验要求,正确选用实验器材,减小实验误差

解答本题时可按以下思路分析:

解析:根据电动势大小电压表量程不能选择10V,电路图中选择V1正确。电压表为减小测量误差要求指针偏转过半,故1.5 V的电动势太小,电源E1应该改选E2。

由于第一组测量值为104.8Ω,为大电阻,用内接伏安法,第五组测量值为27.1Ω,为小电阻用外接伏安法.

答案:(Ⅰ)将电源E1改选E2(Ⅱ)判断电流表的内外接法,作出相应调整

拓展:伏安法测电阻时电表的内接与外接

内接测大电阻:当电阻较大时,测量电阻的阻值与电压表阻值较接近,所以电压表分得的电流较大,内接的电流表测通过测量电阻的电流,而如果此时外接,电流表测的是通过测量电阻的电流和通过电压表的电流,所以误差较大.外接测小电阻:由于电压表的阻值与测量电阻阻值相差较大,所以通过电压表的电流极小,而此时由于测量电阻的阻值小,所以与电流表阻值相近,所以,此时电流表会分得一部分电压,如果内接,电压表将会测量电阻和电流表两端的电压,产生较大误差

例8.一电流表的量程标定不准确,某同学利用图8所示电路测量该电流表的实际量程

所用器材有:量程不准的电流表

,内阻

=10.0

,量程标称为5.0mA;标准电流表

,内阻

=45.0

,量程1.0mA;标准电阻

,阻值10.0

;滑动变阻器R,总电阻为300.0

;电源E,电动势3. 0V,内阻不计;保护电阻

;开关S;导线。

回答下列问题:

(1)在图9所示的实物图上画出连线。

(2)开关S闭合前,滑动变阻器的滑动端c应滑动至               端。

(3)开关S闭合后,调节滑动变阻器的滑动端,使电流表满偏;若此时电流表的读数为,则的量程=      。

(4)若测量时,未调到满偏,两电流表的示数如图10所示,从图中读出的示数 =        ,的示数 =         ;由读出的数据计算得=     。(保留3位有效数字)

(5)写出一条提高测量准确度的建议:                              。

分析:本题源于教材高于教材,从这道题传递的信息可以看出,要求考生在平常的做实验中既要重视实验操作能力的培养,又要注重理论分析能力的培养,本题主要考查考生根据电路图连接实际电路的能力,读数能力及应用理论知识解决实际问题的能力.

解答本题时,可参照以下解题步骤:

解析:⑴连线如图11.

⑵在滑动变阻器的限流接法中在接通开关前需要将滑动触头滑动到阻值最大端

⑶闭合开关调节滑动变阻器使待测表满偏,流过的电流为Im。根据并联电路电压相等有

得 [=Im==5.5I2 

⑷待测表未满偏有

,将A2的示数0.660mA和其他已知条件代入有

mA但图中A1的示数3.00mA量程为5.0mA,根据电流表的刻度是均匀的,由= ,则准确量程为6.05mA

(5)提高做实验准确度的方法中学阶段一般都是采取多次测量取平均值的办法.

例9.用多用电表探测图甲所示黑箱发现:用直流电压挡测量,E、G两点间和

F、G两点间均有电压,E、F两点间无电压;用欧姆测量,黑表笔(与电表内部电源的正极相连)接E点,红表笔(与电表内部电源的负极相连)接F点,阻值很小,但反接阻值很大。那么,该黑箱内元件的接法可能是图乙中     。

分析:考查二极管的单向导电性以及万用表的使用。

解答本题时,可参照以下解题步骤:

解析:选B,红表笔接F,电阻很小,此时二极管导通,电源电流从黑表笔流出通过二极管从红表笔流进,电流方向E到F,只有B正确。

例10.在探究小灯泡的的伏安法测电阻实验中,所用器材有灯泡I,量程恰当的电流表A和电压表,直流电源的滑动变阻器、电键等,要求灯泡两端电压从表开始变化

①实验中滑动变阻器应采用______ 接法(“分压”或“限流”)

②某同学已连接如题22图2所示的电路,在连接最后一根导线的c端到直流电源正析之前,请指出其中仅有的2个不当之处,并说明如何改正

A:_______________

B:_________________

③分别测得两只灯泡l1和l2 的伏安特性曲线如题22图3中Ⅰ和Ⅱ所示,然后将灯泡l1、l2与电池组(电动势和内阻均衡定)连成题22图4所示电路。多次测量后得到通过l1和l2的电流平均值分别为0.30A和0.60A.

A.在题22图3中画出电池组路端电压U和电流I的关系曲线。

B.由该曲线可知电池组的电动势为_________V,内阻为___________Ω(取两位有效数字)

分析:考查伏安法测电阻实验中滑动变阻器的用法、电路的实际连接以及伏安特性曲线的应用

解析:①探究小灯泡的伏安特性曲线要求电压从0到额定电压变化,所以滑动变阻器必须采用分压解法。

②在连接线路时必须将每个开关断开,而图中是闭合的这是第一个错误。连好线路后在闭合开关前需要将限流滑动变阻器调到阻值最大,将分压滑动变阻器调到输出为0端,在图中是b端,以保护电源和电表。

③描绘电源的伏安特性曲线要求外电阻变化测定对应的多组路端电压和电流,本实验中用两个小灯泡来改变外电阻获得两组电流值,然后在小灯泡的伏安特性曲线上查出对应的电压,用两个坐标点描绘图像。为描绘准确可以先进行理论计算,首先查出两坐标为(0.30A,3.8V)和(0.60A,3.0V),则内阻为

Ω,电动势为

 V,然后作出准确图像如图。

答案:①分压 ②A.电键不应闭合,应处于断开状态 B.滑动变阻器的滑动触头P位置不当,应将其置于b端 ③ 4.6V 2.7Ω

例11.贾老师要求同学们测出一待测电源的电动势及内阻.所给的实验器材有:待测电源E,定值电阻R1(阻值未知),电压表V(量程为3.0 V,内阻很大),电阻箱R(0~99.99 Ω),单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干.

(1)珊珊连接了一个如图7-3-14所示的电路,她接下来的操作是:

①将S2接到a,闭合S1,拨动电阻箱旋钮,使各旋钮盘的刻度处于如图7-3-15甲所示的位置,记录下对应的电压表示数为2.20 V,然后断开S1;

②保持电阻箱示数不变,将S2切换到b,闭合S1,记录此时电压表的读数(电压表的示数如图乙所示),然后断开S1.

请你解答下列问题:

1.【讲义23】电路基础内容 观看
2.【讲义24】【习题】电路基础练习 观看
3.【讲义25】电表改装 观看
4.【讲义25】量程偏角误差分析 观看
5.【讲义26】【习题】电表改装练习 观看
6.【讲义27】多用电表讲解 观看
7.【讲义27】多用电表误差分析 观看
8.【讲义28-30】【习题】多用电表练习 观看
9.【讲义31】【测电阻】内接法和外接法 观看
10.【讲义31】【测电阻】试触法 观看
11.【讲义31】限流式和分压式 观看
12.滑动变阻器演示 观看
13.【讲义33】【测电阻】伏伏法和安安法 观看
14.【讲义32】【测电阻】限流式半偏法 观看
15.【讲义32】【测电阻】分压式半偏法 观看
16.【讲义33】【测电阻】电桥法 观看
17.【讲义38-41】【习题】测电阻练习 观看
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19.【讲义34】【测电阻】图像分析 观看
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21.【讲义36】【读数】游标卡尺 观看
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