高中物理高考 专题八 第二讲　电学实验—2021届高考物理二轮总复习课件

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1.(2019全国Ⅱ卷)某小组利用图(a)所示的电路,研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系,图中V1和V2为理想电压表;R为滑动变阻器,R0为定值电阻(阻值100 Ω);S为开关,E为电源。实验中二极管置于控温炉内,控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图(b)是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管U-t关系曲线。回答下列问题:
(1)实验中,为保证流过二极管的电流为50.0 μA,应调节滑动变阻器R,使电压表V1的示数为U1=　　　　　 mV;根据图(b)可知,当控温炉内的温度t升高时,硅二极管正向电阻　　　　　(选填“变大”或“变小”),电压表V1示数　　　　　(选填“增大”或“减小”),此时应将R的滑片向　　　　　(选填“A”或“B”)端移动,以使V1示数仍为U1。 (2)由图(b)可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器,该硅二极管的测温灵敏度为 =　　　　×10-3 V/℃(保留两位有效数字)。 
答案 (1)5.00　变小　增大　B　(2)2.8解析 (1)U1=IR0=50.0×10-3×100 mV=5.00 mV。从U-t关系曲线可以得出,温度升高时,二极管两端电压变小,二极管正向电阻变小,回路电流变大,电压表V1示数增大,为了保证电流不变,滑动变阻器R的滑片应向B端移动。
情境剖析 本题属于创新性题目,以硅二极管问题为素材创设学习探索类问题情境。素养能力 本题考查的学科素养是科学探究,考查的关键能力是理解能力、实验探究能力,要求学生从图像中获取信息,灵活运用所学的实验理论和分析方法解决实验中的问题。
2.(2019全国Ⅰ卷)某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1 200 Ω,经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接,进行改装。然后利用一标准毫安表,根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。
(1)根据图(a)和题给条件,将图(b)中的实物连线。(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时,微安表的指针位置如图(c)所示。由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值,而是　　　　　　　　　。(填正确选项标号) A.18 mAB.21 mA C.25 mAD.28 mA(3)产生上述问题的原因可能是　。(填正确选项标号) A.微安表内阻测量错误,实际内阻大于1 200 ΩB.微安表内阻测量错误,实际内阻小于1 200 ΩC.R值计算错误,接入的电阻偏小D.R值计算错误,接入的电阻偏大(4)要达到预期目的,无论测得的内阻值是否正确,都不必重新测量,只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可,其中k=　　　　　。 
答案 (1)连线如图所示
解析 (1)量程为250 μA的微安表改装成量程为20 mA电流表时应将电阻与微安表并联。根据电路图,从电源正极出发,电表正极对应电源正极,依次连接,注意连线不要交叉。(2)通过电流表的电流与偏角成正比,表盘160 μA对应16 mA,则表盘250 μA对应25 mA。(3)根据IgRg=(I-Ig)R得 ,改装后的量程偏大的原因可能是,原微安表内阻测量值偏小,其实际内阻Rg大于1 200 Ω;或者因为定值电阻的阻值R计算有误,计算值偏大,实际接入定值电阻阻值偏小。故选AC。(4)并联电路电压相等, =(I-Ig)R,即160 μA·Rg=(16 mA-160 μA)R;200 μA·Rg=(16 mA-200 μA)kR,得k= 。
情境剖析 本题属于应用性题目,以电表改装为素材创设学习探索类问题情境。素养能力 本题考查的学科素养是科学探究。考查的关键能力是理解能力、实验探究能力,要求学生能正确连接器材,会观察、分析和解释实验中产生的现象和数据,并得出合理的结论。
3.(2018全国Ⅲ卷)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值,图中R0为标准定值电阻(R0=20.0 Ω);V可视为理想电压表;S1为单刀开关,S2为单刀双掷开关;E为电源;R为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验:(1)按照实验原理线路图(a),将图(b)中实物连线;
(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置,闭合S1;(3)将开关S2掷于1端,改变滑动变阻器滑动端的位置,记下此时电压表V的示数U1;然后将S2掷于2端,记下此时电压表V的示数U2;(4)待测电阻阻值的表达式Rx=　　　　(用R0、U1、U2表示); (5)重复步骤(3),得到如下数据:(6)利用上述5次测量所得 的平均值,求得Rx=　　　　 Ω。(保留1位小数) 
答案 (1)实物连线如图
情境剖析 本题属于应用性题目,以测电阻为素材创设学习探索类问题情境。素养能力 本题考查的学科素养是科学探究。考查的关键能力是理解能力、实验探究能力,要求学生能正确连接器材,会观察、分析和解释实验中产生的现象和数据,并得出合理的结论。
4.(2020北京卷)用图1所示的甲、乙两种方法测量某电源的电动势和内电阻(约为1 Ω)。其中R为电阻箱,电流表的内电阻约为0.1 Ω,电压表的内电阻约为3 kΩ。
(1)利用图1中甲图实验电路测电源的电动势E和内电阻r,所测量的实际是图2中虚线框所示“等效电源”的电动势E'和内电阻r'。若电流表内电阻用RA表示,请你用E、r和RA表示出E'、r',并简要说明理由。　　　。 
(2)某同学利用图像分析甲、乙两种方法中由电表内电阻引起的实验误差。在图3中,实线是根据实验数据(图甲:U=IR,图乙:I= )描点作图得到的U-I图像;虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的U-I图像(没有电表内电阻影响的理想情况)。在图3中,对应图甲电路分析的U-I图像是　　　　;对应图乙电路分析的U-I图像是　　　　。 (3)综合上述分析,为了减小由电表内电阻引起的实验误差,本实验应选择图1中的　　　　(填“甲”或“乙”)。 
答案 (1)E'=E,r+RA,理由见解析 (2)C　A　(3)乙解析 (1)将电源和电流表视为等效电源,电源电动势是电源本身具有的属性,电流表不具有产生电动势的本领,所以等效电源的电动势仍然为E'=E而电流表的内阻和电动势的内阻作为等效电源的内阻,即r'=r+RA(2)对甲图,考虑电表内阻时,根据闭合电路欧姆定律得E=U路+Ir内=U+I(r+RA)变形得U=-(r+RA)I+E直接通过实验获得数据,可得U=-rI+E图像与纵轴截距均为电源电动势E,虚线对应的斜率大小为r,实线对应的斜率大小为(r+RA),所以对应图甲电路分析的U-I图像是C;
(3)图甲虽然测量的电源电动势准确,但电流表分压较为明显,所以内阻测量的误差很大;图乙虽然电动势和内阻测量均偏小,但是电压表内阻很大,分流不明显,所以电动势和内阻的测量误差较小,所以选择图乙可以减小由电表内电阻引起的实验误差。
情境剖析 本题属于基础性、探究性题目,以教材常见的测量某电源的电动势和内电阻的“安阻法”和“伏阻法”为素材创设学习探索类问题情境。素养能力 本题考查了考生的“设计实验与制订方案、获取和处理信息”等科学探究能力。考查学生的物理学科核心素养中关于“科学探究”及“物理观念”等方面的水平,尤其注重考查“科学探究”中关于证据和解释要素的水平以及对电路中相关概念的理解。
归纳总结　1.多用电表的读数电流表、电压表的刻度是均匀的,读数时应注意量程;欧姆表的刻度是不均匀的,读数时应乘以倍率。2.多用电表使用的几个注意事项(1)电流的流向:由于使用多用电表时不管测量什么,电流都要从电表的“+”插孔(红表笔)流入,从“-”插孔(黑表笔)流出,所以使用欧姆挡时,多用电表内部电池的正极接的是黑表笔,负极接的是红表笔。(2)要区分“机械零点”与“欧姆零点”:“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置,用表盘下边中间的指针定位螺丝调整;“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,用欧姆调零旋钮调整。
(3)测电阻时每变换一次挡位,都要重新进行欧姆调零。(4)选倍率:测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡的刻度不均匀,使用欧姆挡测电阻时,指针偏转过大或过小都有较大误差,通常只使用表盘中间的一段刻度范围。(5)测电阻时要将电阻与其他元件断开。测电阻时不要用手接触多用电表的表笔。(6)多用电表使用完毕应将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡。
3.欧姆表刻度不均匀的原因
【典例1】(2020山东泰安高三三模)利用图甲所示电路测量多用电表电阻挡“×1k”倍率时内部电池的电动势和内阻(多用电表内部接入电路的总电阻),同时测量电压表V的内阻。提供的器材有:多用电表、电压表V(量程为6 V,内阻为十几千欧)、滑动变阻器(最大阻值为10 kΩ)、导线若干。
(1)将多用电表的选择开关打到电阻挡“×1k”倍率,接着进行　　　　　　　　　　。 (2)将图甲中黑表笔与　　　　(选填“1”或“2”)端相连,红表笔与另一端相连。 (3)将滑动变阻器的滑片移至右端,此时电压表的示数为3.90 V,多用电表的指针指在图乙中的实线位置,其示数为　　　　 kΩ;再将滑片向左移至某一位置时,电压表的示数为3.30 V,此时多用电表的指针指在图乙中的虚线位置,其示数为　　　　 kΩ。 (4)电压表的内阻为　　　　 kΩ;多用电表电阻挡“×1 k”倍率时内部电池的电动势为　　　　 V(结果保留3位有效数字)、内阻为　　　　 kΩ。 
答案 (1)欧姆调零　(2)2　(3)12　17　(4)12　8.94　15.5解析 (1)将多用电表的选择开关打到电阻挡“×1k”倍率,接着两表笔短接进行欧姆调零。(2)黑表笔内部接电源的正极,则将图甲中黑表笔与2端相连,红表笔与另一端相连。(3)多用电表的指针指在图乙中的实线位置时,其示数为12×1 kΩ=12 kΩ;多用电表的指针指在图乙中的虚线位置时,其示数为17×1 kΩ=17 kΩ。
1.(2020北京高三二模)用如图所示的多用电表测量定值电阻。
(1)待测电阻的阻值约为20 Ω,测量步骤如下:①调节指针定位螺丝,使多用电表指针对准　　　　(选填“直流电流、电压”或“电阻”)“0”刻线。 ②将选择开关转到电阻挡的　　　　(选填“×1”“×10”或“×100”)的位置。 ③将红、黑表笔插入“+”“-”插孔,并将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使电表指针对准电阻的　　　　(选填“0刻线”或“∞刻线”)。 ④将两表笔分别与待测电阻相接,读取数据。
(2)测量后需要继续测量一个阻值大约是2 kΩ左右的电阻。在红黑表笔接触这个电阻两端之前,请从下列选项中挑出必要的步骤,并按　　　　的顺序进行操作,再完成读数测量。 A.调节定位指针螺丝,使多用电表指针对准“0”刻线B.将红黑表笔接触C.把选择开关旋转到“×1k”位置D.把选择开关旋转到“×100”位置E.调节欧姆调零旋钮,使电表指针对准电阻的“0”刻线
答案 (1)①直流电流、电压②×1　③0刻线　(2)DBE解析 (1)①调节指针定位螺丝,进行机械调零,使多用电表指针对准直流电流、电压“0”刻线。②因待测电阻约为20 Ω,则将选择开关转到电阻挡的“×1”的位置。③将红、黑表笔插入“+”、“-”插孔,并将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使电表指针对准电阻的“0刻线”。(2)测量后要继续测量一个阻值大约是2 kΩ左右的电阻,则需先将选择开关旋转到“×100”位置,然后两表笔短接调零,使电表指针对准电阻的“0”刻线。故为DBE。
2.(2020安徽高三三模)(1)在使用多用电表的过程中,下列说法正确的是　　　　　　　　。 A.测量电压时,要将红表笔接在低电势点B.测量电阻时,更换倍率挡后,无须重新欧姆调零C.测量电阻时,要使待测电阻与其他元件和外部电源断开
(2)如图为某一多用电表的结构示意图,表头G的满偏电流为Ig=0.5 mA,内阻为Rg=200 Ω。当选择开关分别接1和2挡时,对应的量程为10 mA和1 mA,其中R1为20 Ω,则R2为　　　　　　　　 Ω。 (3)该欧姆表表盘中间位置的数值为25,则其“×100”欧姆挡所使用的电源电动势大小为　　　　 V。 
答案 (1)C　(2)180　(3)2.5解析 (1)在测量电压时,电流从红接线柱流入多用电表,故A错误;测量阻值不同的电阻时,更换倍率挡后,需要重新欧姆调零,故B错误;由于测电阻时内部有电源,所以如果电路不和电源断开,可能出现电流过大,烧坏表头的情况。故C正确。故选C。
(3)使用欧姆挡时,电流表的满偏电流IA=1 mA,中值电阻的阻值等于欧姆表内阻,所以欧姆表内阻为R=25×100 Ω=2 500 Ω电源电动势大小为E=IAR=1×10-3×2 500 V=2.5 V
归纳总结　电阻的测量实验是高考实验的热点,涉及的实验包括伏安法测电阻、多用电表测电阻、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测量金属的电阻率、测量电流表或电压表的内阻等。主要考查电阻的测量电路设计、控制电路设计、器材的选取与实物连接、实验数据的处理与误差分析等。明确三个“选择”,电学实验难离它1.实验器材的选择(1)电源的选择:一般根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。(2)电表的选择:一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表;根据待测电流的最大电流选择电流表;电表的指针摆动的幅度较大,一般应使指针能达到半偏。
2.电流表内接法与外接法的选择
3.两种接法的判断(1)比值判断法
(2)临界值判断法当被测电阻Rx的大小无法直接判定时,先求临界电阻 。若Rx>R0,则Rx为大电阻,内接法误差小;若Rx