第17讲 电学实验-最新高考物理二轮复习直击高考热点难点

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第17讲 电学实验

半偏法测电阻
例题1
（2021·山东卷）热敏电阻是传感器中经常使用的元件，某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有：

待测热敏电阻（实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧）；
电源E（电动势，内阻r约为）；
电阻箱R（阻值范围）；
滑动变阻器（最大阻值）；
滑动变阻器（最大阻值）；
微安表（量程，内阻等于）；
开关两个，温控装置一套，导线若干。
同学们设计了如图甲所示的测量电路，主要实验步骤如下：
①按图示连接电路；
②闭合、，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏；
③保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开，调节电阻箱，使微安表指针半偏；
④记录此时的温度和电阻箱的阻值。
回答下列问题：
（1）为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用___________（填“”或“”）。
（2）请用笔画线代替导线，将实物图（不含温控装置）连接成完整电路__________。

（3）某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为，该温度下热敏电阻的测量值为___________（结果保留到个位），该测量值___________（填“大于”或“小于”）真实值。
（4）多次实验后，学习小组绘制了如图乙所示的图像。由图像可知。该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐___________（填“增大”或“减小”）。


【答案】 3500 大于 减小
【解析】
（1）[1]用半偏法测量热敏电阻的阻值，尽可能让该电路的电压在S2闭合前、后保持不变，由于该支路与滑动变阻器左侧部分电阻并联，滑动变阻器的阻值越小，S2闭合前、后并联部分电阻变化越小，从而并联部分的电压值变化越小，故滑动变阻器应选R1。
（2）[2]电路连接图如图所示

（3）[3]微安表半偏时，该支路的总电阻为原来的2倍，即

可得

[4]当断开S2，微安表半偏时，由于该支路的电阻增加，电压略有升高，根据欧姆定律，总电阻比原来2倍略大，也就是电阻箱的阻值略大于热敏电阻与微安表的总电阻，而我们用电阻箱的阻值等于热敏电阻与微安表的总电阻来计算，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大。
（4）[5]由于是图像，当温度T升高时，减小，从图中可以看出减小，从而减小，因此热敏电阻随温度的升高逐渐减小。
电子元件的关系图象
例题2（2020·江苏卷）某同学描绘一种电子元件的关系图象，采用的实验电路图如题图1所示，V为电压表，
mA为电流表，E为电源（电动势约），R为滑动变阻器（最大阻值），为定值电阻，S为开关。
(1)请用笔画线代替导线，将题图2所示的实物电路连接完整____________。
(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表：
电压
0.000
0.250
0.500
0.650
0.700
0.725
0.750
电流
0.00
0.10
0.25
0.60
1.70
4.30
7.50
请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的图线____________。

(3)根据作出的图线可知，该元件是_________（选填“线性”或“非线性”）元件。
(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻，会导致的两个后果是_________。
A．电压和电流的测量误差增大
B．可能因电流过大烧坏待测元件
C．滑动变阻器允许的调节范围变小
D．待测元件两端电压的可调节范围变小
【答案】 非线性元件 BC
【解析】
(1)[1]根据题意连接电路如图

(2)[2]根据表格中数据描点，并用平滑的曲线连接各点如图

(3)[3]根据图像可知该元件是非线性元件。
(4)[4]AB．图线上某点与原点连线的斜率为，根据元件的特性可知，当电压超过一定数值时，电流会急剧增大，所以电阻会急剧减小，若用导线代替，电流急剧增大，可能会烧坏待测元件，对电流表和电压表的测量误差无影响，A错误，B正确；
CD．根据图像可知待测元件的电压范围小于，而电源电动势为，因为待测元件两端电压非常小，如果用导线代替，会导致滑动变阻器的调节范围变得非常小，难以调节，C正确，D错误。
故选BC。

基本仪器的读数
基本仪器读数
1．游标卡尺的原理和读数

(1)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成．不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.
(2)读数：由主尺读出整毫米数l0，从游标尺上读出与主尺上某一刻度对齐的刻度线n，则测量值(mm)＝(l0＋n×精确度)mm.注意：①游标卡尺的精确度一般为游标尺上总刻度数的倒数．②游标卡尺不需要估读．
刻度格数
精确度(mm)
测量结果
10
0.1
主尺上读的毫米数＋0.1n
20
0.05
主尺上读的毫米数＋0.05n
50
0.02
主尺上读的毫米数＋0.02n
　　
2.螺旋测微器的原理和读数

(1)原理：测微螺杆与固定刻度之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮每旋转一周，测微螺杆前进或后退0.5 mm，而可动刻度上的刻度为50等份，每转动一小格，测微螺杆前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺．
(2)读数：测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)．
3．电流表和电压表的读数和选用
(1)电表读数
量程
精确度
读数规则
电流表0～3 A
0.1 A
与刻度尺一样，采用估读，读数规则较简单，只需要精确值后加一估读数即可
电压表0～3 V
0.1 V
电流表0～0.6 A
0.02 A
估读位与最小刻度在同一位，采用估读
电压表0～15 V
0.5 V
估读位与最小刻度在同一位，采用估读
　　
(2)电表的选用
根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表．首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转(一般取满偏的～左右)，以减少实验误差．

例题3
(1)如图甲所示，当电流表使用的量程为0～0.6 A时，对应刻度盘上每一小格代表________ A，图中表针所指位置的示数为________ A；当电流表使用的量程为0～3 A时，对应刻度盘中每一小格代表________ A，图中表针所指位置的示数为________ A。

甲　　　　　　　　乙
(2)如图乙所示，当电压表使用的量程为0～3 V时，每一小格代表________ V，图中表针所指位置的示数为________ V；当电压表使用的量程为0～15 V时，则表盘刻度每一小格代表________ V，图中表针所指位置的示数为________ V。
【答案】(1)0.02　0.36　0.1　1.80　(2)0.1　2.10　0.5　10.5
【解析】　(1)当电流表使用0～0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格代表0.02 A，表针所指位置的示数为0.36 A；当电流表使用0～3 A量程时，每一小格代表0.1 A，表针所指位置的示数为1.80 A。
(2)当电压表使用0～3 V量程时，每一小格代表0.1 V，表针所指位置的示数为2.10 V；当电压表使用0～15 V量程时，每一小格代表0.5 V，表针所指位置的示数为10.5 V。
伏安法测电阻、测定金属的电阻率
1．电流表内、外接的选择
(1)两种接法的比较

内接法
外接法
电路图


误差原因
电流表分压U测＝Ux＋UA
电压表分流I测＝Ix＋IV
电阻测量值
R测＝＝Rx＋RA>Rx
测量值大于真实值
R测＝＝，故电流表外接，则电路连接如图所示

③为保护电路，闭合开关前，滑片P应调至最左端；闭合开关后，调节滑片P，电压表和电流表均有示数但总是调不到零，其原因是导线c断路．

电阻测量的创新方案
测量电阻创新方案对比
安安法

如果已知的内阻R1，则可测得的内阻R2＝

串联一定值电阻R0后，同样可测得的内阻R2＝
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＝R1

并联一定值电阻R0后，同样可得的内阻R2＝
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

测量电流表内阻
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
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：＝，＝.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

例题5
(2020·全国卷Ⅰ·22)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx，所用电压表的内阻为1 kΩ，电流表内阻为0.5 Ω.该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O、P两点之间，另一种是跨接在O、Q两点之间．测量得到如图(b)所示的两条U－I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数．



回答下列问题：
(1)图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在______(填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的．
(2)根据所用实验器材和图(b)可判断，由图线________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为________ Ω(保留1位小数)．
(3)考虑到实验中电表内阻的影响，需对(2)中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为________ Ω(保留1位小数)．
【答案】(1)O、P　(2)Ⅰ　50.5　(3)50.0
【解析】
　　(1)若通过Rx的电流相等，由题图(b)知图线Ⅰ对应的电压值较大，由R＝可知图线Ⅰ所测电阻较大，图线Ⅱ所测电阻较小，则图线Ⅱ是采用电压表跨接在O、P两点的方案测量得到的．
(2)由题图(b)可得图线Ⅰ测得电阻阻值RⅠ＝ Ω≈50.5 Ω，图线Ⅱ测得电阻阻值 RⅡ＝ Ω≈46.6 Ω，待测电阻阻值约为50 Ω，＝＝20，＝＝100，因