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第16讲 电学实验-高考物理二轮复习 学案
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考点一 观察测量型实验
【典例1】
1.某同学做观察电容器充、放电并估测电容器电容的实验,采用8 V的稳压直流电源、单刀双掷开关、电流传感器(与电脑相连,能描绘出电流i随时间t变化的图线)、定值电阻和导线若干,连成如图甲所示的电路。
(1)下列说法正确的是
A.单刀双掷开关S掷向1端,电容器放电
B.先将S掷向1端,然后掷向2端,电容器电容先增大后减小
C.电容器带电时,两个极板只有一个板上有电荷
D.电容器充电时,与电源正极相连的极板带正电
(2)用8 V的稳压直流电源对电容器先充满电,后电容器放电,电脑屏幕上显示出电容器在放电过程中电流随时间变化的i-t曲线如图乙所示,根据图像可估算出1 s到4 s内曲线下包含的小格的个数大约为40个,根据图像估算出释放的电荷量为 C(结果保留两位有效数字)。
(3)根据前面的信息,计算出电容器的电容为 F(结果保留一位有效数字)。
(4)如果不改变电路其他参数,只减小电阻R,放电时i-t曲线与横轴所围成的面积将 (填“增大”“不变”或“变小”);放电时间将 (填“变长”“不变”或“变短”)。
【典例2】
2.常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表(表头)改装而成的,与电源及相关元器件组装后可构成多功能、多量程的多用电表。
(1)某同学使用多用电表正确测量了一个15.0 Ω的电阻后,需要继续测量一个阻值大约是15 kΩ的电阻。在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前,请选出以下必要的操作步骤并排序;
①把选择开关旋转到“×100”位置。
②把选择开关旋转到“×1 k”位置。
③将红表笔和黑表笔接触。
④调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点。
下列选项中正确的是____。(单选,填正确答案标号)
A.①③④B.②③④C.②④③D.①④③
(2)若将一个内阻为20 Ω、满偏电流为1 mA的表头改装为量程0~2 V的电压表,需要 (填“串联”或“并联”)一个 Ω的电阻。
(3)如图,某同学为探究由一个直流电源E、一个电容器C、一个电阻RA及一个电阻RB(RA>RB)组成的串联电路中各元器件的位置,利用改装好的电压表分别测量各接线柱之间的电压,测得数据如下表:
根据以上数据可判断,直流电源E处于 之间,电容器C处于 之间,电阻RA处于 之间。(填“1和2”“2和3”“3和4”或“1和4”)
【典例3】
3.车辆运输中若存在超载现象,将带来安全隐患。由普通水泥和导电材料混合制成的导电水泥,可以用于监测道路超载问题。某小组对此进行探究。
(1)选择一块均匀的长方体导电水泥块样品,用多用电表粗测其电阻。将多用电表选择开关旋转到“×1 k”挡,正确操作后,指针位置如图1所示,则读数为 Ω。
(2)进一步提高实验精度,使用伏安法测量水泥块电阻,电源E电动势6 V,内阻可忽略,电压表量程0~6 V,内阻约10 kΩ,电流表量程0~600 μA,内阻约100 Ω。实验中要求滑动变阻器采用分压接法,在图2中完成余下导线的连接 。
(3)如图2,测量水泥块的长为a,宽为b,高为c。用伏安法测得水泥块电阻为R,则电阻率ρ= (用R、a、b、c表示)。
(4)测得不同压力F下的电阻R,算出对应的电阻率ρ,作出ρ-F图像如图3所示。
基于以上结论,设计压力报警系统,电路如图4所示。报警器在两端电压大于或等于3 V时启动,R1为水泥块,R2为滑动变阻器,当R2的滑片处于某位置,R1上压力大于或等于F0时,报警器启动。报警器应并联在 两端(填“R1”或“R2”)。
(5)若电源E使用时间过长,电动势变小,R1上压力大于或等于F1时,报警器启动,则F1 F0(填“大于”“小于”或“等于”)。
【典例4】
4.某实验小组为测量一节干电池的电动势E和内阻r,设计了如图a所示电路,所用器材如下:干电池、智能手机、电流传感器、定值电阻R0、电阻箱、开关、导线等。按电路图连接电路,将智能手机与电流传感器通过蓝牙无线连接,闭合开关S,逐次改变电阻箱的阻值R,用智能手机记录对应的电流传感器测得的电流I。回答下列问题:
(1)R0在电路中起 (填“保护”或“分流”)作用。
(2)1I与E、r、R、R0的关系式为1I= 。
(3)根据记录数据作出1I-R图像,如图b所示。已知R0=9.0 Ω,可得E= V(保留三位有效数字),r= Ω(保留两位有效数字)。
(4)电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果 (填“有”或“无”)影响。
方法总结测量电源的电动势和内电阻
【典例5】
5.某兴趣小组利用实验室的器材进行电表内阻的测量实验。
(1)小组成员在实验室发现一个表盘数字被污渍遮挡的电压表,利用图1中的电路图测量电压表量程。闭合开关后,调节滑动变阻器R1和电阻箱R0,保持电流表满偏I=100 mA,当R01=49 Ω时,电压表指针偏转了满偏的13,当R02=119 Ω时,电压表指针偏转了满偏的45。则电压表量程为U1= V,电流表内阻为RA= Ω。
(2)小组成员选择完好的实验仪器,利用表盘如图2所示的多用电表和图3中的电路图测量另一电压表的内阻(量程3 V,内阻约十几千欧)。
①利用多用电表的欧姆挡对电压表内阻进行粗测。将多用电表挡位调到欧姆 挡(填“×100”或“×1 k”),再将红表笔和黑表笔 ,调零后,将两表笔接在电压表正负接线柱上,读取多用电表读数,电压表内阻约为16.0 kΩ;
②按照图3所示的电路图连接实验仪器后,闭合开关S,改变电阻箱阻值,读取多组电压表示数U2与电阻箱阻值R',并绘制出1U2-R'图像如图4所示,图像斜率为k,纵轴截距为b,若已知电源电动势为E,则电压表内阻RV= ,电源内阻对电压表内阻测量 (填“有”或“无”)影响。
方法总结测量电阻的创新方案
考点二 探究型实验
【典例6】
6.某同学利用如图1所示的实验装置来完成“探究影响感应电流方向的因素”的实验。
(1)下表为该同学记录的实验现象:
①分析上述4组实验记录的感应电流的磁场方向与原磁场方向,可得结论是感应电流的磁场总要 。
②已知当电流从正接线柱流入电流表时,指针向右摆动。如图2所示实验中该同学将条形磁体某极向下从线圈上方插入线圈时,发现电流表的指针向右偏转,则条形磁体的下端为 极(填“N”或“S”)。
(2)该同学为了进一步研究实验,设计图3所示的实验装置。其中甲、乙为两个完全相同的电流表。已知闭合开关后,当滑动变阻器R的滑片P不动时,甲、乙两个电流表指针位置如图3所示。若要使电流表乙的指针向右偏转,则进行的操作正确的是____(填正确选项前的字母)。
A.闭合开关,等电路稳定后再断开开关的瞬间
B.断开开关,等电路稳定后再闭合开关的瞬间
C.滑动变阻器的滑片向M端迅速滑动
D.滑动变阻器的滑片向N端迅速滑动
【典例7】
7.某同学要进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。实物图如图所示
(1)关于该实验,下列说法正确的是____。
A.为确保实验安全,实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B.为了确保人身安全,只能使用低于12 V的电源
C.通电情况下不可以用手接触裸露的导线、接线柱
(2)为了探究n1=400匝、n2=200匝的变压器原、副线圈电压与匝数的关系,请用笔画线代替连线,将图中的实物连接补充完整 。
(3)在实验中,两个电压表的读数记录如下
该同学多次实验后发现原、副线圈的电压之比总是 (选填“稍大于”“等于”或者“稍小于”)原、副线圈的匝数之比,试分析其原因: 。
考点三 创新型电学实验
【典例8】
8.基于铂电阻阻值随温度变化的特性,某兴趣小组用铂电阻做了测量温度的实验。可选用的器材如下:Pt 1000 型号铂电阻、电源E(电动势5 V,内阻不计)、电流表A1(量程100 μA,内阻4.5 kΩ)、电流表A2(量程500 μA,内阻约1 kΩ)、定值电阻R1(阻值15 kΩ)、定值电阻R2(阻值1.5 kΩ)、开关S和导线若干。查阅技术手册可知,Pt 1000 型号铂电阻测温时的工作电流在0.1~0.3 mA之间,在0~100 ℃范围内,铂电阻的阻值Rt随温度t的变化视为线性关系,如图a所示。
完成下列填空:
(1)由图a可知,在0~100 ℃范围内,温度每升高1 ℃,该铂电阻的阻值增加 Ω;
(2)兴趣小组设计了如图b所示的甲、乙两种测量铂电阻阻值的电路图,能准确测出铂电阻阻值的是 (填“甲”或“乙”),保护电阻R应选 (填“R1”或“R2”);
(3)用(2)问中能准确测出铂电阻阻值的电路测温时,某次测量读得A2示数为295 μA,A1示数如图c所示,该示数为 μA,则所测温度为 ℃(计算结果保留2位有效数字)。
(1)原理的创新:利用Rt−t图像分析电阻随温度的变化规律。(2)器材的创新:已知内阻的电流表A1(量程100μA,内阻4.5kΩ,既当电流表使用、又当电压表使用)。 创新分析
【典例9】
9.某实验小组利用木质量角器、一段电阻丝、电阻箱及灵敏电流计设计了一个测量电阻(待测电阻为Rx)的方案,实验电路如图甲所示。主要实验步骤如下:
①将电阻丝紧贴量角器弧边弯曲成型,并依量角器直径的两个端点裁剪好;
②按图甲所示的电路原理图连接好各元件;
③将电阻箱的阻值调至R1,并使金属夹K从A端沿弧形电阻丝向B移动,当灵敏电流计的示数为零时,停止移动金属夹,此时从量角器上读出OA与OK间的夹角θ1(用弧度制表示);
④改变电阻箱的阻值,重复步骤③,测得多组(θ,R)值;
⑤整理数据并在坐标纸上描点绘图,所得图像如图乙所示。
根据分析,试回答下列问题:
(1)关于实验对电阻丝规格的要求,粗细 (选填“必须”或“无须”)均匀。
(2)若考虑电流计的内阻,Rx的测量值 (选填“有”或“无”)系统误差。
(3)已知图乙的斜率为k,由此可求得Rx= 。
(4)实验时,当金属夹K调至某位置时,实验小组的同学因为观察不仔细认为灵敏电流计的读数已经为零,实际上,灵敏电流计仍有从K到P的微小电流,则此时R(π-θ) Rxθ(选填“>”“=”或“<”),可以通过以下哪些操作使灵敏电流计的读数变为零 。
A.适当增大电阻箱R的阻值
B.适当减小电阻箱R的阻值
C.适当增大θ角
D.适当减小θ角
(1)器材的创新:使电阻丝紧贴木质量角器弧边弯曲成型制成一段半圆形电阻丝。(2)原理的创新:利用了电桥法测电阻,利用角度测量代替长度测量。(3)数据处理的创新:利用1R−1θ图线的斜率k=πRx,求解Rx。 创新分析
答案解析部分
1.【答案】(1)D
(2)3.2×10-3
(3)4×10-4
(4)不变;变短
【知识点】电容器及其应用;观察电容器的充、放电现象
【解析】【解答】(1)A:单刀双掷开关S掷向1端,电容器与电源相连,电容器充电,故A错误;
B:先将S掷向1端,电容器充电,然后掷向2端,电容器放电,但电容器的电容不变,故B错误;
C:电容器带电时,两个极板同时带上等量异种电荷,故C错误;
D:电容器充电时,与电源正极相连的极板带正电,与负极相连的极板带负电,故D正确。
故答案为:D
(2)根据图像估算出释放的电荷量为Q=40×0.2×0.4×10-3 C=3.2×10-3 C。
故答案为:3.2×10-3
(3)电容器的电容为C=QU=4×10-4 F
故答案为:4×10-4
(4) 放电时 i-t 曲线与横轴所围面积等于电容器带电量,带电量由电源电压和电容决定,与电阻无关,故面积不变。
电阻 R 减小,放电电流增大,放电时间变短。
故答案为:不变;变短
【分析】(1) 依据电容器充放电原理和电容的定义,分析各选项操作对应的物理过程。
(2) 利用i-t图像与坐标轴围成的面积表示电荷量,结合小格数和刻度计算释放的电荷量。
(3) 根据电容定义式 C=QU,代入电荷量和电源电压计算电容值。
(4) 分析电阻变化对放电电流和时间的影响,判断图像面积与放电时间的变化。
2.【答案】(1)B
(2)串联;1980
(3)2和3;1和4;1和2
【知识点】表头的改装
【解析】【解答】(1)AD:由于继续测量电阻的阻值约为上次测量电阻的1 000倍,则测量阻值约为15 kΩ的电阻时应把选择开关旋转到“×1 k”位置,A、D错误;
BC:使用多用电表欧姆挡时应先将红黑表笔短接,再欧姆调零,B正确,C错误;
故答案为:B
(2)将量程较小的表头改装成电压表需串联一个电阻,由欧姆定律可知Ig(rg+R)=Ug,解得串联电阻的阻值R=1 980 Ω;
故答案为:串联;1980
(3)当电压表直接连在电源两端时示数最大,而题表中2和3之间电压最大,则直流电源E处于2和3之间;当电压表分别连在RA、RB两端时,无法构成回路,电压表示数为0,题表中1和2之间、3和4之间为电阻,则电容器C处于1和4之间;由于电容器相当于断路,由题表可知电压表接接线柱2和4时电压表两端电压大于接1和3时的电压,则1和2之间为大电阻,即电阻RA处于1和2之间
故答案为:2和3;1和4;1和2
【分析】 (1) 测量大阻值电阻需选择更大倍率的欧姆档,更换档位后必须重新进行欧姆调零。
(2) 表头改装成电压表需串联分压电阻,根据欧姆定律计算串联电阻的阻值。
(3) 依据电压测量数据,结合电源、电容器、电阻的电压特性,判断各元件的位置。
3.【答案】(1)8000
(2)
(3)bcRa
(4)R2
(5)大于
【知识点】导体电阻率的测量;电源电动势及内阻
【解析】【解答】(1)由多用电表欧姆挡的读数规则和题图1可知水泥块样品的粗测电阻为R粗=8 000Ω。
故答案为:8000
(2)由于R粗>RARV,则由“大内小外”可知电流表应采用内接法,电压表测水泥块样品和电流表两端的总电压,又实验中要求滑动变阻器采用分压接法,故导线的连接如图所示。
(3)由电阻定律有R=ρabc,可得ρ=bcRa。
故答案为:bcRa
(4)由于报警器在两端电压大于或等于3 V时启动,R1上压力大于或等于F0时报警器启动,又由题图3可知,F越大ρ越小,结合(3)问分析可知F越大水泥块的电阻越小,由题图4和串联分压规律可知F越大水泥块两端的电压越小,滑动变阻器两端的电压越大,故报警器应并联在滑动变阻器R2两端。
故答案为:R2
(5)若电源E使用时间过长,电动势变小,则当R1上压力等于F0时,滑动变阻器两端的电压小于3 V,为了使滑动变阻器两端的电压等于3 V,则滑动变阻器R2应分得更多的电压,水泥块R1应分得更少的电压,由串联分压规律可知水泥块R1的电阻应更小,结合(5)问分析可知水泥块R1上的压力应更大,故F1大于F0
故答案为:大于
【分析】(1) 多用电表欧姆档读数为指针示数乘以倍率,结合图1指针位置和“×1 k”倍率计算。
(2) 伏安法测电阻且滑动变阻器分压接法,电流表内阻较小,采用电流表内接法,完成电路连线。
(3) 根据电阻定律 R=ρLS,结合样品几何尺寸推导电阻率表达式。
(4) 由ρ-F图像知压力增大时电阻率减小、R1 减小,分析串联电路电压变化,确定报警器并联位置。
(5) 电源电动势变小后,为使报警器达到启动电压,需分析压力变化对电阻的影响。
4.【答案】(1)保护
(2)RE+R0+rE
(3)1.47;1.3
(4)有
【知识点】电池电动势和内阻的测量
【解析】【解答】R0能避免电路中的电流过大,起到保护作用。
故答案为:保护
(2)对整个回路,由闭合电路欧姆定律有E=I(R+R0+r),整理得1I=RE+R0+rE。
故答案为:RE+R0+rE
(3)结合(2)中关系式与题图b可知,干电池的电动势E=1k=25-024-7 V=1.47 V,内阻r=bk-R0=7×(25-0)24-7 Ω-9 Ω=1.3 Ω。
故答案为:1.47;1.3
(4)结合(2)(3)分析可知,实验中的测量值实际是干电池与电流传感器的总电阻,所以电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果有影响
故答案为:有
【分析】(1) 分析定值电阻 R0 在电路中的作用,防止电阻箱阻值过小时电路电流过大。
(2) 由闭合电路欧姆定律推导 1I 与 E、r、R、R0 的关系式。
(3) 结合 1I−R 图像的斜率和截距,代入 R0 数值求解电动势 E 和内阻 r。
(4) 分析电流传感器电阻对图像斜率和截距的影响,判断其对内阻测量结果的作用。
5.【答案】(1)15;1
(2)×1 k;短接;1Ek;无
【知识点】电压表、电流表欧姆表等电表的读数;练习使用多用电表
【解析】【解答】(1)根据欧姆定律,有I(RA+R01)=13U1,I(RA+R02)=45U1
解得U1=15 V,RA=1 Ω。
故答案为:15;1
(2)①多用电表欧姆挡在使用时,指针应尽可能在表盘中间区域,则挡位应调到欧姆“×1k”挡,再将红黑表笔短接进行调零。
②根据闭合电路欧姆定律有E=U2+U2RV(R'+r)
变形得1U2=1ERVR'+RV+rERV
则电压表内阻RV=1Ek
电源内阻对电压表内阻测量无影响
故答案为:①×1k;短接②1Ek;无
【分析】(1) 保持电流表满偏,电路总电流不变,利用电压表两次偏转角对应的电压关系列方程,求解电压表量程和电流表内阻。
(2) ① 根据待测内阻大小选择合适欧姆档,欧姆调零需将红黑表笔短接。
② 由闭合电路欧姆定律推导 1U2−R' 函数关系,结合图像斜率和截距求电压表内阻,分析电源内阻的影响。
6.【答案】(1)阻碍引起感应电流的磁通量的变化;S
(2)A;D
【知识点】电磁感应的发现及产生感应电流的条件
【解析】【解答】(1)①由该同学记录的实验现象可知,1、3组实验中磁铁插入线圈,则穿过闭合回路的磁通量增大时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。2、4组实验中磁铁拔出线圈,则穿过闭合回路的磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。由此得出的结论是感应电流的磁场,总是阻碍原磁场磁通量的变化。
②根据题意可知,感应电流方向为顺时针(俯视图),感应电流引起的磁场向下,条形磁铁的磁通量竖直向上增加,所以条形磁体的下端为S极。
故答案为:①阻碍引起感应电流的磁通量的变化②S
(2)闭合开关后,线圈A中的电流方向是从上到下,电流表甲中的电流从正接线柱流向负接线柱,指针向右偏转,断开开关瞬间,线圈A中电流减小,穿过线圈B的磁通量减小,线圈B中的感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,由安培定则可知,电流表乙中的电流从正接线柱流向负接线柱,指针向右偏转,A正确;
断开开关,等电路稳定后再闭合开关的瞬间,线圈A中电流增大,穿过线圈B的磁通量增大,线圈B中的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,由安培定则可知,电流表乙中的电流从负接线柱流向正接线柱,指针向左偏转,B错误;
滑动变阻器的滑片向M端迅速滑动,线圈A中电流增大,穿过线圈B的磁通量增大,线圈B中的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,由安培定则可知,电流表乙中的电流从负接线柱流向正接线柱,指针向左偏转,C错误;
滑动变阻器的滑片向N端迅速滑动,线圈A中电流减小,穿过线圈B的磁通量减小,线圈B中的感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,由安培定则可知,电流表乙中的电流从正接线柱流向负接线柱,指针向右偏转,D正确
故答案为:AD
【分析】(1) ① 分析实验数据中感应电流磁场与原磁场方向的关系,总结楞次定律的核心结论。
② 结合电流表偏转方向与电流方向的关系,利用楞次定律判断磁体极性。
(2) 分析线圈A中电流变化对线圈B的磁通量影响,根据楞次定律判断感应电流方向,进而确定使乙表指针右偏的操作。
7.【答案】(1)B;C
(2)
(3)稍大于;原副线圈的匝数比为n1n2=400200=21,通过分析实验数据发现原、副线圈的电压比总是稍大于原、副线圈匝数比,即说明副线圈的电压偏低,导致该现象的原因是漏磁、铁芯发热、导线发热等能量损耗,使副线圈两端电压偏低。
【知识点】变压器原理;探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
【解析】【解答】(1)A:为确保实验安全,实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数,故A错误;
B:变压器的工作原理是电磁感应,原线圈两端应接交流电,为了人身安全,只能使用低压交流电源,所用电压应不超过12 V,故B正确;
C:连接好电路后,要先检查电路是否正确,然后再接通电源,通电时,若用手接触裸露的导线、接线柱,这样无形之中,将人体并联在电路中,导致所测数据不准确,也不符合用电安全规范,故C正确。
故答案为:BC
(2)连接实物图如图所示。
(3)原副线圈的匝数比为n1n2=400200=21,通过分析实验数据发现原、副线圈的电压比总是稍大于原、副线圈匝数比,即说明副线圈的电压偏低,导致该现象的原因是漏磁、铁芯发热、导线发热等能量损耗,使副线圈两端电压偏低。
故答案为:稍大于;原副线圈的匝数比为n1n2=400200=21,通过分析实验数据发现原、副线圈的电压比总是稍大于原、副线圈匝数比,即说明副线圈的电压偏低,导致该现象的原因是漏磁、铁芯发热、导线发热等能量损耗,使副线圈两端电压偏低。
【分析】(1) 依据变压器实验的安全规范与原理,逐一分析选项的合理性。
(2) 按照原、副线圈匝数比与电压比的实验要求,完成实物电路的连接。
(3) 对比实验数据中电压比与匝数比的数值关系,结合变压器漏磁、铁芯损耗等实际因素分析误差原因。
8.【答案】(1)3.85
(2)乙;R1
(3)62.0;51
【知识点】线性元件和非线性元件的伏安特性曲线;欧姆定律的内容、表达式及简单应用
【解析】【解答】(1)由图a可知,0 ℃时R0=1.000×103 Ω,100 ℃时R100=1.385×103 Ω,故温度每升高1℃,铂电阻的阻值增加量为ΔR=1.385×103Ω-1.000×103Ω100℃×1 ℃=3.85 Ω;
故答案为:3.85
(2)由于电流表A2内阻未知,而电流表A1内阻已知,电流表A1可以当作电压表准确测量铂电阻两端的电压,由电流表A2的示数减去电流表A1的示数即可准确测量通过铂电阻的电流,故能准确测出铂电阻阻值的是图b中乙电路;铂电阻工作电流范围为0.1~0.3 mA,电源电动势5 V,故电路中的总电阻范围应为503~50 kΩ,故保护电阻选R1;
故答案为:乙;R1
(3)图c中A1量程100 μA,分度值1 μA,要往下估读一位,故图c的示数为62.0 μA;图b乙电路中,A1与Rt并联后再与A2串联,
根据串并联电路特点有I1rA1=(I2-I1)Rt,其中rA1=4.5 kΩ,I2=295 μA,I1=62.0 μA,
解得Rt=62.0×10-6×4.5×103(295-62.0)×10-6 Ω=1.197×103 Ω,又Rt=1 000+3.85t (Ω),
当Rt=1 197 Ω时,t=1197-10003.85 ℃=51 ℃。
故答案为:62.0;51
【分析】(1) 由图a的线性关系,用温度变化对应的阻值变化量除以温度变化量,得到每升高1℃的阻值增量。
(2) 分析甲、乙电路的测量原理,乙电路可利用电流表内阻准确计算铂电阻阻值;结合工作电流范围选择合适的保护电阻。
(3) 读取电流表A1示数,利用乙电路的电流关系和欧姆定律算出铂电阻阻值,再结合阻值-温度线性关系求对应温度。
9.【答案】(1)必须
(2)无
(3)πk
(4)<;AD
【知识点】伏安法测电阻;特殊方法测电阻
【解析】【解答】(1)设电阻丝总电阻为R总,根据电阻定律R=ρlS,当灵敏电流计示数为零时,由电路的分压原理得RRx=RAKRBK,要想RAK与RBK的比值只与对应的弧长(角度)有关,电阻丝粗细应均匀。
故答案为:必须
(2)当灵敏电流计示数为零,说明P、K两点电势相等,此时电流计中无电流通过,即电流计内阻对电路无影响,所以Rx的测量值无系统误差。
故答案为:无
(3)由题意可知,此方法是电桥法测电阻,当电流表示数为零时,R与Rx串联,R与RAK并联;同时Rx与RBK并联,所以有I1R=I2RAK,I1Rx=I2RBK
化简可得I1I2=RAKR,I1I2=RBKRx
联立解得被测电阻的阻值为Rx=RRBKRAK=R(π-θ)θ
整理得1R=πRx·1θ-1Rx
在1R-1θ图像中,斜率为k,则k=πRx,所以Rx=πk。
故答案为:πk
(4)灵敏电流计有从K到P的微小电流,说明K点电势高于P点电势,即RRx<θπ-θ
所以R(π-θ)<Rxθ;
要使灵敏电流计读数变为零,即要RxR=π-θθ,可知适当增大电阻箱R的阻值或者减小θ,
故答案为:<;AD
【分析】(1) 电阻丝的电阻需与弧长成正比,因此粗细必须均匀以保证电阻率均匀。
(2) 灵敏电流计内阻在电桥平衡时不影响分压比例,故对 Rx 测量值无系统误差。
(3) 由电桥平衡条件推导 1R−1θ 线性关系,结合图像斜率求得 Rx。
(4) 分析微小电流方向,判断电压分配关系,再通过调整电阻箱阻值或角度使电桥重新平衡。实验
装置图(或电路图)
注意事项
考查热点
观察电容器的充、放电现象
(1)安装:按实验装置图连接好电路,接线时S是断开的
(2)观察:开关S接1或2,仔细观察电压表、电流表示数的变化特点
(1)考现象:充、放电时电路中的电流情况
(2)考图像:描绘I-t曲线
(3)考计算:由I-t曲线下的面积求电荷量
用多用电表测量电学中的物理量
(1)电压、电流挡:相当于电压表、电流表
(2)欧姆挡:刻度不均匀,读数方法不同
(3)调零:区分机械调零、欧姆调零,更换量程后要重新调零
(4)电流方向:红表笔进,黑表笔出
(1)考读数:电压、电流、电阻挡的读数
(2)考使用:欧姆表选挡、调零、规范操作等
(3)考黑箱:多用电表探测黑箱内的元件
(4)电表改装:所需电阻或改装后量程的计算
测定金属的电阻率
(1)测量Rx:Rx=UI(伏安法)
(2)计算ρ:Rx=ρLS,ρ=SRxL
(3)滑动变阻器限流还是分压
(1)考读数:电流(压)表、游标卡尺、螺旋测微器的读数
(2)考电路:电路设计或选择、实物连线,器材选择
(3)考运算:由U-I图像求Rx、ρ
测量电源的电动势和内阻
根据器材选取方法:
(1)伏安法:E=U+Ir
(2)安阻法:E=I(R+r)
(3)伏阻法:E=U+URr
(1)考电路:电路设计或选择、实物连线或改错,器材选择
(2)考作图:描点连线画图线
(3)考处理:由U-I、1I-R或1U-1R图像,求E、r
接线柱
U/V
1和2
0
2和3
1.53
3和4
0
1和4
0.56
2和4
1.05
1和3
0.66
伏安法
(电流表外接法)
(1)原理:U=E-Ir
(2)误差来源:电压表的分流
(3)误差分析:E测<E真,r测<r真( r测=RV·rRV+r)
(电流表内接法)
(1)原理:U=E-Ir
(2)误差来源:电流表的分压
(3)误差分析:E测=E真,r测>r真(r测=r+RA)
伏阻法
(1)原理:E=U+URr
(2)关系式:1U=rE·1R+1E
(3)误差分析:E测<E真,r测<r真( r测=RV·rRV+r)
安阻法
(1)原理:E=IR+Ir
(2)关系式:1I=1E·R+rE或R=E·1I-r
(3)误差分析:E测=E真,r测>r真(r测=r+RA)
安安法
如果已知的内阻R1,则可测得的内阻R2=I1R1I2
串联一定值电阻R0后,同样可测得的内阻R2=I1(R1+R0)I2
伏伏法
两电表的满偏电流接近时,若已知的内阻R1,则可测出的内阻R2=U2U1R1
并联一定值电阻R0后,同样可得的内阻R2=U2U1R1+U1R0
替代法
单刀双掷开关分别与1、2相接,调节电阻箱R1,保证电流表两次读数相等,则R1的读数即等于待测电阻的阻值
半偏法
闭合S1,断开S2,调节R1使G表满偏;再闭合S2,只调节R2,使G表半偏(R1≫R2),则R2=R测,R测<R真
使R2=0,闭合S,调节R1使V表满偏;只调节R2使V表半偏(RV≫R1),则R2=R测,R测>R真
电桥法
调节电阻箱R3,当A、B两点的电势相等时,R1和R3两端的电压相等,设为U1,同时R2和Rx两端的电压也相等,设为U2,根据欧姆定律有U1R1=U2R2,U1R3=U2Rx。由以上两式解得R1·Rx=R2·R3,这就是电桥平衡的条件,由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值
实验
装置图
归纳总结
考查热点
探究影响感应电流方向的因素
(1)安装:按装置连接电路
(2)操作:观察线圈绕向、电流方向
(3)记录:实验现象
(4)分析:感应电流磁场方向
(1)考连线:连接电路
(2)考现象:分析指针偏转方向
(3)考分析:分析多种实验电路及实验现象
(4)考运用:结论的运用
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
(1)估计:被测电压的大致
范围
(2)选择:交流电压挡适当
量程
(3)组装:把两个线圈穿在可拆变压器铁芯上,闭合铁芯
(4)测量:输入、输出电压
(1)考操作:改变电压、线圈匝数前均要先断开开关
(2)考注意:电压不能超过12 V,不能用手接触裸露部件
(3)考选挡:先用最大量程挡试测,再选用适当量程测量
序号
磁体磁场的方向(正视)
磁体运动情况
指针偏转情况
感应电流的磁场方向(正视)
1
向下
插入线圈
向左
向上
2
向下
拔出线圈
向右
向下
3
向上
插入线圈
向右
向下
4
向上
拔出线圈
向左
向上
电压次数
1
2
3
4
5
U1/V
2.5
4.5
7.0
9.0
10.5
U2/V
1.2
2.2
3.4
4.4
5.2
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