(新高考)高考物理一轮复习学案8.3《电学实验》(含解析)

这是一份(新高考)高考物理一轮复习学案8.3《电学实验》(含解析)，共16页。学案主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。

知识框架
实验一：描绘小灯泡的伏安特性曲线
实验二：练习使用多用电表
实验三：电表改装
实验四：测量导体电阻与电阻率
实验五：测量电源电动势及内阻
核心素养
1．x-t图象的理解
核心素养一
(1)知道内接法和外接法的连接方式;
(2)知道物理作图方式。
核心素养二
本题要首先利用闭合电路欧姆定律得出I与R的函数关系,然后变形成y=kx+b这样的一次函数。
核心素养三
(1)电表的选择要在安全的前提下,根据电路中的最大电流和被测电阻上的最大电压,结合电表的量程进行选择。
(2)电流表选择内接或外接,可根据电压表、电流表内阻与被测电阻的大小关系来判断。
核心素养四
(1)电表的改装原理;
(2)“逐差法”的理解与迁移;
(3)等效内阻与误差分析。
典例精讲
1．要测一个待测电阻Rx(约200 Ω)的阻值，实验室提供了如下器材：
电源E：电动势3.0 V，内阻不计；
电流表A1：量程0～10 mA，内阻r1约50 Ω；
电流表A2：量程0～500 μA，内阻r2为1 000 Ω；
滑动变阻器R1：最大阻值20 Ω，额定电流2 A；
定值电阻R2＝5 000 Ω；
定值电阻R3＝500 Ω；
开关S及导线若干．
(1)为了测定待测电阻上的电压，可以将电流表________(选填“A1”或“A2”)串联定值电阻________(选填“R2”或“R3”)，将其改装成一个量程为3.0 V的电压表．
(2)如图所示为测量电阻Rx的甲、乙两种电路图，其中用到了改装后的电压表和另一个电流表，则应选电路图________(选填“甲”或“乙”)．
(3)若所选测量电路中电流表的读数为I＝6.2 mA，改装后的电压表读数为1.20 V．根据电流表和电压表的读数，并考虑电压表内阻，求出待测电阻Rx＝________Ω.
解析：(1)为了测定待测电阻上的电压，要将电流表改装成量程为3.0 V的电压表，可将量程较小且电阻已知的电流表A2串联定值电阻，此定值电阻的大小为R＝eq \f(U,Ig)－r2＝eq \f(3,500×10－6) Ω－1 000 Ω＝5 000 Ω，故需串联定值电阻R2.
(2)因eq \f(RV,Rx)>eq \f(Rx,r1)，故选用电流表外接电路，故选甲电路．
(3)电压表读数为1.20 V，则通过电压表的电流为IV＝eq \f(U,RV)＝eq \f(1.20,6 000) A＝0.2 mA，通过待测电阻的电流为I＝6.2 mA－0.2 mA＝6 mA，则待测电阻Rx＝eq \f(U,I)＝eq \f(1.20,6×10－3) Ω＝200 Ω.
答案：(1)A2 R2 (2)甲 (3)200
2．要测量某种合金的电阻率．
(1)若合金丝长度为L，直径为D，阻值为R，则其电阻率ρ＝________.用螺旋测微器测合金丝的直径如图甲所示，读数为________ mm.
(2)图乙是测量合金丝阻值的原理图，S2是单刀双掷开关．根据原理图在图丙中将实物连线补充完整．
(3)闭合S1，当S2处于位置a时，电压表和电流表的示数分别为U1＝1.35 V，I1＝0.30 A；当S2处于位置b时，电压表和电流表的示数分别为U2＝0.92 V，I2＝0.32 A．根据以上测量数据判断，当S2处于位置________(选填“a”或“b”)时，测量相对准确，测量值Rx＝________ Ω.(结果保留两位有效数字)
解析：(1)合金丝电阻R＝eq \f(U,I)＝ρeq \f(L,S)＝ρeq \f(L,π\f(D,2)2)，则电阻率ρ＝eq \f(πRD2,4L)；由图示螺旋测微器可知，其示数为0.5 mm＋15.0×0.01 mm＝0.650 mm.
(2)连图如图所示．
(3)根据eq \f(ΔU,U1)＝eq \f(1.35－0.92,1.35)≈0.32，而eq \f(ΔI,I1)＝eq \f(0.32－0.30,0.30)≈0.07，可知，电流表分压较大，因此必须采用电流表外接法，即S2处于位置b时，测量相对准确，根据欧姆定律，则有Rx＝eq \f(0.92,0.32) Ω≈2.9 Ω.
答案：(1)eq \f(πRD2,4L) 0.650 (2)图见解析 (3)b 2.9
过关训练
一、实验题
1．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V；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。
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）；
(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U-d的非线性曲线：_________
(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”）；
(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）路，则电路中___________（填“R1”或“R2”）为光敏电阻，另一个为定值电阻。
2．导电玻璃是制造LCD的主要材料之一，为测量导电玻璃的电阻率，某小组同学选取了一个长度为L的圆柱体导电玻璃器件，上面标有“3V，L”的字样，主要步骤如下，完成下列问题．
(1)首先用螺旋测微器测量导电玻璃的直径，示数如图甲所示，则直径d=________mm．
(2)然后用欧姆表×100档粗测该导电玻璃的电阻，表盘指针位置如图乙所示，则导电玻璃的电阻约为________Ω．
(3)为精确测量在额定电压时的阻值，且要求测量时电表的读数不小于其量程的，滑动变阻器便于调节，他们根据下面提供的器材，设计了一个方案，请在答题卡上对应的虚线框中画出电路图，标出所选器材对应的电学符号_____________．
A．电流表（量程为60mA，内阻约为3Ω）
B．电流表（量程为2mA，内阻=15Ω）
C．定值电阻=747Ω
D．定值电阻=1985Ω
E．滑动变阻器R（0~20Ω）一只
F．电压表V（量程为10V，内阻）
G．蓄电池E（电动势为12V，内阻很小）
H．开关S一只，导线若干
(4)由以上实验可测得该导电玻璃电阻率值=______（用字母表示，可能用到的字母有长度L、直径d、电流表、的读数、，电压表读数U，电阻值、、、、）．
3．某同学利用如图所示的电路测量一微安表（量程为100μA，内阻大约为2500Ω）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20Ω，另一个阻值为2000Ω）；电阻箱Rz（最大阻值为99999.9Ω）；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)按原理图将图中的实物连线。（________）
(2)完成下列填空：
①R1的阻值为______Ω（填“20”或“2000”）；
②为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图中滑动变阻器的________端（填“左”或“右”）对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近；
③将电阻箱Rz的阻值置于2500.0Ω，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”）
④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2601.0Ω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________Ω（结果保留到个位）；
(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：_________。
4．某实验小组利用如图甲所示的电路探究在25 ℃~80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻RT，其标称值（25 ℃时的阻值）为900.0 Ω；电源E（6 V，内阻可忽略）；电压表V（量程150 mV）；定值电阻R0（阻值20.0 Ω），滑动变阻器R1（最大阻值为1 000 Ω）；电阻箱R2（阻值范围0~999.9 Ω）；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。
实验时，先按图甲连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2-t数据见下表。
回答下列问题：
(1)在闭合S1前，图甲中R1的滑片应移动到______（填“a”或“b”）端。
(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2-t曲线。（_______）
(3)由图乙可得到RT在25 ℃~80 ℃范围内的温度特性。当t=44.0 ℃时，可得RT=____Ω。
(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图丙所示，该读数为______Ω，则手心温度为_______℃。
5．某同学拟将量程为Ig=1mA，内阻约为几十欧姆的电流表G改装成量程为1V的电压表。
(1)他首先设计了如图所示电路来测量电流表G的内阻Rg，图中E为电源电动势。现有最大阻值分别为100Ω和2600Ω的滑动变阻器，则R2应选用最大阻值为______Ω的滑动变阻器。开关S1接通，S2未接通时，调节R2使电流表G示数为1.00mA；接通S2后，保持滑动变阻器R2的滑片位置不变，调节电阻箱R1，当其阻值为50Ω时，电流表G的示数为0.50mA，则电流表G的内阻Rg为______Ω；
(2)为了将电流表G改装成量程为1V的电压表，需要______（选填“串联”或“并联”）一个大小为______Ω的电阻。
6．某同学利用图（a）所示电路测量量程为2.5V的电压表V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99999.9Ω），滑动变阻器R1（最大阻值50Ω），滑动变阻器R2（最大阻值5kΩ），直流电源E（电动势3V），开关1个，导线若干。
实验步骤如下：
①按电路原理图（a）连接线路；
②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图（a）中最左端所对应的位置，闭合开关S；
③调节滑动变阻器，使电压表满偏；
④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”）。
(2)根据图（a）所示电路将图（b）中实物图连线________________。
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω ，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_____Ω（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．100μA B．250μA C．500μA D．1mA
7．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______．
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，约为，画出实验电路图，并标明器材代号．
电源 （电动势，内阻约为）
电流表 （量程，内阻）
电流表 （量程，内阻约为）
滑动变阻器 （最大阻值，额定电流）
开关及导线若干
③某同学设计方案正确，测量得到电流表的读数为，电流表的读数为，则这段金属丝电阻的计算式______．从设计原理看，其测量值与真实值相比______（填“偏大”、“偏小”或“相等”）．
1．某同学准备把量程为0～500 μA的电流表改装成一块量程为0～2.0 V的电压表．他为了能够更精确地测量电流表的内阻，设计了如图甲所示的实验电路，图中各元件及仪表的参数如下：
A．电流表G1(量程0～1.0 mA，内电阻约100 Ω)
B．电流表G2(量程0～500 μA，内电阻约200 Ω)
C．电池组E(电动势3.0 V，内电阻未知)
D．滑动变阻器R(0～25 Ω)
E．电阻箱R1(总阻值9 999 Ω)
F．保护电阻R2(阻值约100 Ω)
G．单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2
(1)实验中该同学先合上开关S1，再将开关S2与a相连，调节滑动变阻器R，当电流表G2有某一合理的示数时，记下电流表G1的示数I；然后将开关S2与b相连，保持________不变，调节________，使电流表G1的示数仍为I时，读取电阻箱的读数r.
(2)由上述测量过程可知，电流表G2内阻的测量值rg＝________.
(3)若该同学通过测量得到电流表G2的内阻为190 Ω，他必须将一个________kΩ的电阻与电流表G2串联，才能将其改装成一块量程为2.0 V的电压表．
(4)该同学把改装的电压表与标准电压表V0进行了核对，发现当改装的电压表的指针刚好指向满刻度时，标准电压表V0的指针恰好如图乙所示．由此可知，该改装电压表的误差为________%.
2．如图所示，电路中接一电动势为4 V、内阻为2 Ω的直流电源．电阻R1、R2、R3、R4的阻值均为4 Ω，电容器的电容为30 μF，电流表的内阻不计，当电路稳定后，求：
(1)电流表的读数；
(2)电容器所带的电荷量；
(3)如果断开电源，通过R2的电荷量．
考题预测 参考答案
1解析：(1)当电流表G2有某一合理的示数时，记下电流表G1的示数I；然后将开关S2与b相连，保持滑动变阻器R的阻值不变，调节R1，使电流表G1的示数仍为I时，读取电阻箱的读数r.
(2)电流表G2的内阻与电阻箱的阻值相同，为r.
(3)将电流表改装成电压表要串联电阻分压，串联电阻的阻值为R＝eq \f(U,Ig)－rg＝3.81 kΩ.
(4)由题图乙可得，标准电压表V0的示数为1.90 V，由此可知，该改装电压表的误差为eq \f(2.0－1.90,1.90)×100%≈5.26%.
答案：(1)滑动变阻器R的阻值 R1 (2)r
(3)3.81 (4)5.26
2解析：(1)R1、R2被短路，由闭合电路欧姆定律得
I＝eq \f(E,R3＋R4＋r)＝0.4 A.
(2)电容器两端的电压U＝IR3＝1.6 V
电容器所带的电荷量Q＝CU＝4.8×10－5 C.
(3)断开电源后，电容器通过电阻R1、R2、R3进行放电．由于R1、R2并联后与R3串联，故通过R2的电荷量为电容器带电荷量的一半，即Q′＝eq \f(Q,2)＝2.4×10－5C.
答案：(1)0.4 A (2)4.8×10－5 C (3)2.4×10－5C
过关训练 参考答案
1． 见解析 增大 R2
【详解】
(1)[1]根据闭合电路欧姆定律，可得
解得
(2)[2]描点、连线如图所示
(3)[3]当光源距离光敏电阻越远时，光照强度越小，电压表示数越小，根据
可知，光敏电阻的阻值越大
(4)[4]如果R1为光敏电阻，有光照射光敏电阻时，外电路总电阻变小，路端电压降低，灯泡变暗；当R2为光敏电阻时，有光照射光敏电阻时，外电路总电阻变小，整个电路电流强度增大，内电压升高，路端电压降低，流过R1的电流减小，因此流过灯泡的电流增大，灯泡变亮，因此R2为光敏电阻。
2．1.990 500
【详解】
（1）螺旋测微器的固定刻度为1.5mm，可动刻度为49.0×0.01mm=0.490mm，所以最终读数为1.5mm+0.490mm=1.990mm（1.989～1.991mm均正确 ）
（2）表盘的读数为5，所以导电玻璃的电阻约为5×100Ω=500Ω．
（3）电源的电动势为12V，电压表的量程为10V，滑动变阻器的电阻为20Ω，由于滑动变阻器的电阻与待测电阻的电阻值差不多，若串联使用调节的范围太小，所以滑动变阻器选择分压式接法； 流过待测电阻的电流约为：I==0.006A=6mA，两电压表量程均不合适；
同时由于电压表量程为10V，远大于待测电阻的额定电压3V，故常规方法不能正常测量；
所以考虑用电流表改装成电压表使用，同时电压表量程为10V，内阻RV=1kΩ，故满偏电流为10mA，符合要求，故将电压表充当电流表使用，电流表A2与R2串联充当电压表使用，改装后量程为4V，可以使用，由于改装后电表已知，故内外接法均可，故电路图如图所示；

（4）根据串并联电路的规律可知，待测电阻中的电流：I=-I2
电压：Ux=I2（R2+RA2）
由欧姆定律可知电阻：Rx=
根据电阻定律可知：R=ρ
而截面积：S=π
联立解得：ρ=
点睛：本题考查电阻率的测量，本题的难点在于仪表的选择和电路接法的选择，注意题目中特别要求测量时电表的读数不小于量程的1/3，所以一定要认真分析各电表的量程再结合所学规律才能正确选择电路和接法．
3． 20 左 相等 2550 要提高测量微安表内阻的精度，可调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程
【详解】
(1)[1]实物连线如图所示
(2)[2]R1起分压作用，应选用阻值较小的滑动变阻器，即R1的电阻为20Ω；
[3]为了保护微安表，闭合开关前，滑动变阻器R1的滑片C应移到左端，确保微安表两端电压为零；
[4]反复调节D的位置，使闭合S2前后微安表的示数不变，说明闭合后S2中没有电流通过，B、D两点电势相等；
[5]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2601.0Ω时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变。说明
则解得
RμA=2550Ω
(3)[6]要提高测量微安表内阻的精度，可调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程。
4．b 450 620.0 33.0
【详解】
(1)[1]闭合开关S1前，应让滑片移动到b端，使滑动变阻器连入电路的阻值最大。
(2)[2]如图所示
(3)[3]由图丁可知t=44.0 ℃时，电阻的阻值为450 Ω。
(4)[4][5]由图丙可得电阻箱阻值为620.0 Ω，由图丁可得温度约为33.0 ℃。
5．2600 50 串联 950
【详解】
(1)[1]本题中采用“半偏法测电流表的内阻”，要求滑动变阻器的阻值远大于电流表的内阻，电流表内阻为几十欧，则R2应选用最大阻值为的滑动变阻器。
[2]半偏法中变阻器改变后其阻值等于电流表内阻，即。
(2)[3]改装后电压表的内阻较大，故应该串联一个电阻。
[4]改装后电压表的满偏电流为，满偏电压为，则改装后电压表内阻为
则需要串联的电阻为
6．R1 图见解析 2520 D
【详解】
(1)[1]．本实验利用了类似半偏法测电压表的内阻，实验原理为接入电阻箱时电路的总电阻减小的很小，需要滑动变阻器为小电阻，故选R1可减小实验误差．
(2)[2]．滑动变阻器为分压式，连接实物电路如图所示：
(3)[3]．电压表的内阻和串联，分压为2.0V和0.5V，则
．
(4)[4]．电压表的满偏电流
故选D．
7．（均可） 相等
【详解】
根据螺旋测微器的读数法则可知读数为
因该实验没有电压表，电流表A1的内阻已知，故用A1表当电压表使用，为了调节范围大，应用分压式滑动变阻器的接法，则点如图如图
由电路图可知流过的电流为，电阻两端的电压为，因此电阻
该实验的电流为真实电流，电压也为真实电压，因此测得值和真实值相等
d/cm
8.50
10.00
12.00
13.50
15.00
17.00
18.50
20.00
22.00
23.50
25.00
U/mV
271.0
220.0
180.0
156.7
114.9
114.0
94.8
89.5
78.6
72.5
65.0
t/℃
25.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R2/Ω
900.0
680.0
500.0
390.0
320.0
270.0
240.0