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1、 1 通用版高考物理大二轮复习与增分策略专题九实验技能与创新第 2 讲电学实验与创新 解题方略 1.电流表、电压表、欧姆表的对比 仪器 极性 量程选择 读数 电流表 有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负极流出 使指针指在比满偏刻度13多的位置 若最小分度为 1、0.1、0.01 等，需要估读到最小分度的下一位；如果最小分度不是1、0.1、0.01 等，只需要读到最小分度位即可 电压表 欧姆表 使指针尽量指在表盘的中间位置左右 取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率 2.欧姆表的原理(1)欧姆表内有电源，红表笔与内部电源负极相连，黑表笔与内部电源的正极相连，故其电流方向为“红表笔流进，黑表笔流
2、出”.(2)测电阻的原理是闭合电路欧姆定律.当红、黑表笔短接时，调节滑动变阻器R0(即欧姆调零)，使灵敏电流计满偏，IgERgR0r，此时中值电阻R中RgR0r，当两表笔接入电阻Rx时IERgR0rRx，电阻Rx与电路中的电流相对应，但不是线性关系，故欧姆表刻度不均匀.3.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)用完后，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡.例 1 一块表头被烧坏的双量程电压表，其内部电路如图 1 甲所示，但测得R12.8 k、R214.8 k 是
3、完好的，现用满偏电流和表盘刻度相同的一块新表头替代，已知新表头的满偏电流为 1 mA，内阻为 150，且有三个精密定值电阻r150，r2100，r3150.若在保留R1、R2的情况下，对电压表进行修复，请完成下列问题：2 图 1(1)原表头的内阻rg_；(2)在图乙虚线框中画出修复后双量程电压表的电路(标出所选用的相应器材符号).(3)修复后校准完，连接 015 V 量程测量时，某次表盘指针偏转如图丙所示，其电压示数应为_ V.答案(1)200(2)如图所示 (3)9.3 预测 1(1)为了测量电阻，现取一只已经完成机械调零的多用电表，如图 2 甲所示，请根据下列步骤完成电阻测量：将 K 旋转
4、到电阻挡“100”的位置.将插入“”、“”插孔的表笔短接，旋动部件_(选填“C”或“D”)，使指针对准电阻的“0”刻度线.将调好零的多用电表按正确步骤测量一电学元件P的电阻，P的两端分别为a、b，指针指示位置如图甲所示.为使测量比较精确，应将选择开关旋到_(选填“1”、“10”、“1 k”)的倍率挡位上，并重新调零，再进行测量.3 图 2(2)多用电表电阻挡的内部电路如图乙虚线框中所示，电源电动势为E、内阻为r，R0为调零电阻，Rg为表头内阻，电路中电流I与待测电阻的阻值Rx的关系式为_；图 3(3)某同学想通过多用电表中的欧姆挡去测量一量程为3 V的电压表内阻.该同学将欧姆挡的选择开关拨至“
5、1 k”的倍率挡，并将红、黑表笔短接调零后，应选用图 3 中_(选填“A”或“B”)方式连接.在进行了正确的连接、测量后，欧姆表的读数如图 4 甲所示，读数为_，这时电压表的读数为如图乙所示.若该欧姆挡内阻为 24 k，则可算出欧姆挡内部所用电池的电动势为_ V(计算结果保留两位有效数字).图 4 答案(1)D“10”(2)IERgR0Rxr(3)A 30 k 2.9 解析(1)将插入“”、“”插孔的表笔短接，旋动部件 D，使指针对准电阻的“0”4 刻度线；针偏转角度过大，说明所选挡位太大，应换“10”挡.(2)根据图乙，多用电表测电阻的原理是闭合电路欧姆定律，则有：IERgR0Rxr.(3)
6、欧姆表的正极插孔与内部电源的负极相连，与电压表构成一闭合回路，电流从负极流出，进入电压表的正极，所以选择图 A 正确；欧姆表的读数为：301 k30 k，电压表的读数为：1.60 V.由题意知欧姆表的内阻为 24 k，与电压表的内阻 30 k 串联，由欧姆定律可知：EI(Rr)1.6030 000(2.41043104)V2.9 V.解题方略 1.电路结构：实验电路至少包括三个部分：(1)测量电路；(2)控制电路(滑动变阻器、开关)；(3)电源.2.电路设计：(1)电表选择注意三方面：安全性，要求量程不能太小，电表不反接；准确性，要求量程不能太大，读数一般要超过量程的13；若电表量程不合适，要
7、利用有准确内阻的电表进行改装.(2)测量电路设计：若RxRARVRx，则应把电流表内接；若RxRARVRx，则应把电流表外接.(3)控制电路：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；滑动变阻器最大阻值太小，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.例 2 (2016全国甲卷23)某同学利用图 5 所示电路测量量程为 2.5 V 的电压表的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材
8、有：电阻箱R(最大阻值 99 999.9)，滑动变阻器R1(最大阻值 50)，滑动变阻器R2(最大阻值 5 k)，直流电源E(电动势 3 V)，开关 1 个，导线若干.图 5 实验步骤如下 按电路原理图连接线路；5 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 2.00 V，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”).(2)根据电路图将图 6 中实物图连线.图 6(3)实验步骤中记录的电阻箱阻值为 630.0，若认为调节
9、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).(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.100 A B.250 A C.500 A D.1 mA 解析(1)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)滑动变阻器为分压式接法，连接实物电路如图所示：(3)电压表和电阻箱串联，两端电压分别为 2.00 V 和 0.50 V，则RV4R2 520.(4)电压表的满偏电流IgURV2.52 520 A1 mA，故选项
10、 D 正确.答案(1)R1(2)见解析图(3)2 520(4)D 预测 2(2016浙江理综22)某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为 3 V、内阻约为 3 k 的电压表和量程为 0.6 A、内阻约为 0.1 的电流表.采用分压电路接线，图 7 甲 6 是实物的部分连线图，待测电阻为图乙中的R1，其阻值约为 5.图 7(1)测R1阻值的最优连接方式为导线连接_(填a或b)、导线连接_(填c或d).(2)正确接线测得实验数据如表，用作图法求得R1的阻值为_.U/V 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 I/A 0.09 0.19 0.27 0.35 0.44 0.53
11、(3)已知图乙中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R2的边长是R1的110，若测R2的阻值，则最优的连线应选_(填选项).A.连接a，连接c B.连接a，连接d C.连接b，连接c D.连接b，连接d 答案(1)a d(2)见解析图 4.5(4.44.7)(3)B 解析(1)因电压表的内阻远大于待测电阻R1的阻值，则电流表采用外接法，而滑动变阻器应采用分压式接法，故测R1阻值的最优连接方式为导线连接a，导线连接d；(2)建立坐标系描点连线如图所示，则R1UI2.60.58 4.5；(3)根据电阻定律可得，Rldld，故R2R1，要测R2的阻值，与测量R1一样，最优的连线应连
12、接a，连接d，选项 B 正确.7 解题方略 1.在描绘小电珠的伏安特性曲线时，要注意一定要用平滑的曲线，当某个(或某些)测量数据出现明显错误时，要舍掉.坐标轴选取的标度要合适，使所作图线占满坐标纸.2.小电珠的伏安特性曲线(以IU关系图线为例)上各点切线斜率的倒数不表示小电珠在该电压下的电阻，此时计算小电珠的电阻一定要使用电阻的定义式RUI，而不能使用表达式RUI(只有当I和U为线性关系时二者才相等).例 3 要测绘一个标有“3 V 0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到 3 V，并便于操作.已选用的器材有：直流电源(电压为 4 V)；电流表(量程为 00.6
13、A，内阻约 0.5)；电压表(量程为 03 V，内阻约 3 k)；开关一个、导线若干.图 8(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的_(填字母代号).A.滑动变阻器(最大阻值 10，额定电流 1 A)B.滑动变阻器(最大阻值 1 k，额定电流 0.3 A)8(2)图 8 甲为某同学在实验过程中完成的部分电路连接的情况，请你帮他完成其余部分的线路连接.(用笔画线表示对应的导线)(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示.由曲线可知小灯泡的电阻随电压增大而_(填“增大”“不变”或“减小”).(4)如果某次实验测得小灯泡两端所加电压如图丙所示，请结合图线算出此时小灯泡的电阻是_.(保留两位有效数字
14、)(5)根据实验得到的小灯泡的伏安特性曲线，下列分析正确的是_.A.测得的小灯泡正常发光的功率偏小，主要是由于电压表内阻引起 B.测得的小灯泡正常发光的功率偏小，主要是由于电流表内阻引起 C.测得的小灯泡正常发光的功率偏大，主要是由于电压表内阻引起 D.测得的小灯泡正常发光的功率偏大，主要是由于电流表内阻引起 解析(1)由于采用分压式接法，为方便实验操作，滑动变阻器应选 A.(2)描绘小灯泡的伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，灯泡正常发光时的电阻为：RU2P320.6 15，电流表内阻约为 0.5，电压表内阻约为 3 k，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用
15、外接法，实物电路图如图所示：(3)由曲线可知，随电压增大通过灯泡的电流增大，电压与电流的比值增大，灯泡电阻增大.(4)电压表量程为 3 V，由图丙电压表可知，其分度值为 0.1 V，示数为 2.30 V，由图乙可知，2.30 V 对应的电流为 0.20 A，此时灯泡电阻为：RUI2.300.20 12.(5)电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，所测电流I偏大，测得的小灯泡正常发光的功率PUI偏大，故选 C.答案(1)A(2)见解析图(3)增大(4)12(5)C 预测 3 某学习小组通过实验来研究用电器 Z 的导电规律.他们在实验中测得用电器Z两端的电压与通过Z的电流的数据如下表：U/V 0
16、.0 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 I/A 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215 (1)有下列器材供选用：9 A.电压表(03 V，内阻约为 10 k)B.电压表(010 V，内阻约为 20 k)C.电流表(00.3 A，r11)D.电流表(00.6 A，r20.4)E.滑动变阻器(5，1 A)F.滑动变阻器(500，0.2 A)实验中电压表应选用_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_；(用序号字母表示)(2)请根据题中信息，在虚线框内画出电路图；(3)利用这些数据绘出用电器Z的伏安特性曲线如图 9(a)所示.
17、把该用电器Z接入图(b)所示的电路中，已知A、B间所接电源的电动势E1.5 V，内阻r0.1，定值电阻R09.9.则此时用电器Z的实际电阻为_.(结果保留两位有效数字)图 9 答案(1)A C E(2)如图所示 10(3)5.0 解题方略 1.实验仪器选择的原则：电压表和电流表一般要根据实验电路中电源的电压和流过金属丝的电流进行选择，在该实验中，电压表一般选择 3 V 的量程，电流表一般选择 0.6 A 的量程；如果采用限流式电路，选用的滑动变阻器最大阻值一般要比待测金属丝的阻值大一些，如果采用分压式电路，一般应选用最大阻值较小，而额定电流较大的滑动变阻器.2.实物图连线的基本原则：对限流式电
18、路，一般是从电源的正极开始，把电源、开关、滑动变阻器以及测量电路顺次连接起来即可.对分压式电路，应先将电源、开关和滑动变阻器的全部电阻用导线连接起来，然后在滑动变阻器上金属杆两端的接线柱中任选一个，依据电路中电流的流向将测量电路部分连接起来即可.3.电阻定律的应用：该实验虽然是测定金属丝的电阻率，实际上是先测出金属丝的电阻，然后根据RlS得出金属丝的电阻率RSl.例 4 某实验小组利用提供的器材测量某种电阻丝(电阻约为 20)材料的电阻率.他们首先把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上，在电阻丝上夹上一个与接线柱c相连的小金属夹，沿电阻丝移动金属夹，可改变其与电阻丝接触点P的位置，从而改变接入电路中电阻丝的长度.可供选择的器材还有：电池组E(电动势为 3.0 V，内阻约 1)；电流表 A1(量程 0100 mA，内阻约 5)；电流表 A2(量程 00.6 A，内阻约 0.2)；电阻箱R(0999.9)；开关、导线若干.图 10