2023版高考物理步步高大二轮复习讲义第一篇 专题七 第17讲　电学实验【学生版】

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第17讲　电学实验命题规律　1.命题角度：(1)电阻的测量；(2)导体电阻率的测量；(3)用多用电表测量电学中的物理量；(4)测量电源的电动势和内电阻；(5)利用传感器制作简单的自动控制装置.2.常用方法：伏安法、内接法、外接法、替代法、半偏法、电桥法、公式法、图像法．考点一　以测电阻为核心的实验伏安法测电阻R测＝＝Rx＋RA>Rx，适合测量大电阻R测＝＝<Rx，适合测量小电阻导体电阻率的测量1.测电阻Rx＝2.测电阻率ρ，Rx＝ρ，而S＝，Rx＝，联立得ρ＝ 例1　(2022·湖北省新高考联考协作体高三期末)音箱线用于连接功放与音箱，用单晶铜作音箱线，音响的音质会更清晰，因为单晶铜电阻率比普通铜低，下面是测量单晶铜电阻率的实验方案．(1)用螺旋测微器测量一单晶铜丝的直径，示数如图(a)所示，可读得单晶铜丝的直径为________ mm；(2)图(b)为实验电路，为了保证两个电表的示数从零开始变化，请画线将滑动变阻器正确接入电路；(3)电路接好后，闭合开关S，滑动变阻器触头从左移到右，发现电压表示数变化很大，电流表示数总为零，这可能是线夹P处发生______(选填“短路”或“断路”)；(4)线夹P的问题解决后，闭合开关S，滑动变阻器触头移到合适位置不动，再把线夹P从a向b移动，发现电压表示数很小且变化不大，这时应该把连接电压表负接线柱的导线改接在________，再重新把线夹P从a向b移动，读出多组电压表和电流表示数，计算电阻，把多组电阻值与接入电路长度值画成如图(c)的R－x关系图线，根据图线可知R0＝______ Ω，单晶铜的电阻率为________ Ω·m(π取3，计算结果保留两位有效数字)．考点二　以闭合电路欧姆定律为核心的实验用多用电表测量电学中的物理量1.原理：闭合电路欧姆定律，I＝(其中R内＝Rg＋R＋r，I与Rx成一一对应关系)2.中值电阻R中＝Rg＋R＋r3.红、黑表笔短接，欧姆调零，Ig＝4.电流方向：“红进黑出”测量电源的电动势和内电阻伏安法1.原理：U＝E－Ir2.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＝)伏安法1.原理：U＝E－Ir2.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＋r2.关系式：＝·＋3.误差分析：E测<E真，r测<r真　(r测＝)安阻法1.原理：E＝IR＋Ir2.关系式：＝·R＋或R＝E·－r3.误差分析：E测＝E真，r测>r真　(r测＝r＋RA) 例2　(2022·广东肇庆市二模)某同学用以下器材组装一简易欧姆表．毫安表A(量程0～50 mA)电阻箱R(阻值0～999.9 Ω)学生电源(输出电压0～16 V)红、黑表笔各一只导线若干实验步骤如下：(1)用导线将毫安表A、电阻箱R、学生电源串联起来，两只表笔一只接毫安表的负极，一只接学生电源负极，为使电流从黑色表笔流出，和毫安表相连的表笔应为________(选填“红”或“黑”)表笔；(2)将学生电源的电压调至2 V，电阻箱调到100.0 Ω，将两表笔短接，发现毫安表指针向右偏转，调节电阻箱阻值，当阻值为35.0 Ω时，发现毫安表恰好满偏，此时电路中的总电阻为________ Ω；(结果保留一位小数)(3)断开两表笔，他在毫安表0刻度处标记“∞”，“50 mA”刻度处标记“0”，并在其他刻度处标上正确阻值成为一个简易欧姆表，则25 mA处应标记________ Ω；(结果保留一位小数)(4)将学生电源的电压调至6 V，将两表笔短接，调节电阻箱直到毫安表满偏，此时该欧姆表的倍率为________(选填“×2”“×3”或“×10”)，将一未知电阻接入两表笔之间，发现毫安表指在25 mA处，该电阻的阻值为________ Ω(结果保留一位小数)．例3　(2022·山东济南市一模)某实验小组利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻，实验器材如下：干电池一节(电动势约为1.5 V，内阻约为0.5 Ω)；电压表V(量程为0～3 V，内阻约为3 kΩ)；电流表A(量程为0～0.6 A，内阻约为0.2 Ω)；滑动变阻器(最大阻值为20 Ω)；开关、导线若干．(1)实验电路图选择______(选填“甲”或“乙”)．(2)用笔画线代替导线，将图中的器材连成实验电路．(3)完成实验后，某同学利用图像分析由电表内阻引起的实验误差．在下列选项中，实线是根据实验数据描点作图得到的U－I图像；虚线是该电源真实的路端电压U随真实的干路电流I变化的U－I图像．本次实验分析误差的U－I图像是________．(4)为减小电表内阻引起的实验误差，在电表量程不变的情况下，可以采取的措施是________．A．换用内阻更小的电流表B．换用内阻更大的电流表C．换用内阻更小的电压表D．换用内阻更大的电压表例4　(2022·黑龙江省哈师大附中高三期末)某探究小组采用如图甲所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻时，发现量程为0～3 V的电压表出现故障不能正常使用，实验台上有一个量程为0～500 μA、内阻Rg＝200 Ω的灵敏电流计和一个电阻箱R(0～9 999 Ω)．(1)为了把灵敏电流计改装成量程为0～3 V的电压表继续实验，电阻箱R应调至______ Ω.(2)请用笔画线代替导线完成图乙的实物电路连接．(3)探究小组中一个同学用灵敏电流计和电阻箱设计了如图丙所示的实验电路，同样测出了干电池的电动势和内阻．①多次调节电阻箱，记录灵敏电流计的示数I和电阻箱的阻值R，干电池的电动势和内阻分别用E和r表示，则和R的关系式为________________．②然后以为纵坐标，以R为横坐标，作出了－R图线为一直线，如图丁所示，测得直线在纵轴上的截距b＝144，直线的斜率k＝，则该干电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω.考点三　创新型实验1．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真测量电压表内阻使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：＝，＝.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 2．传感器的应用　　　　　　　　例5　(2022·江苏连云港市高三期末)某同学用如图甲所示的电路测量未知电阻Rx的阻值．已知电源电动势约为4.5 V，内阻约为1.5 Ω，电压表满偏电压为3 V，定值电阻R0＝3.5 Ω，电阻箱R最大阻值为99.9 Ω.电阻R/Ω1.02.04.06.08.010.0电压U/V0.751.282.002.452.763.00 (1)将S2接1，闭合开关S1前，该同学首先将电阻箱的阻值调到最大，这样操作是________(选填“正确”或“错误”)的；(2)多次改变电阻箱R的阻值，得到对应电压表的示数U如表格所示，请根据实验数据在图乙中作出U－R关系图像；(3)断开S1，将S2接2，再闭合S1，电压表示数为1.60 V，利用(2)中测绘的U－R图像可得Rx＝________ Ω，考虑到电压表为非理想电表，则Rx测量值________真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)．例6　(2022·山东卷·14)某同学利用实验室现有器材，设计了一个测量电阻阻值的实验．实验器材：干电池E(电动势1.5 V，内阻未知)；电流表A1(量程10 mA，内阻为90 Ω)；电流表A2(量程30 mA，内阻为30 Ω)；定值电阻R0(阻值为150 Ω)；滑动变阻器R(最大阻值为100 Ω)；待测电阻Rx；开关S，导线若干．测量电路如图所示．(1)断开开关，连接电路，将滑动变阻器R的滑片调到阻值最大一端．将定值电阻R0接入电路；闭合开关，调节滑片位置．使电流表指针指在满刻度的处．该同学选用的电流表为________(选填“A1”或“A2”)；若不考虑电池内阻．此时滑动变阻器接入电路的电阻值应为________ Ω.(2)断开开关，保持滑片的位置不变．用Rx替换R0，闭合开关后，电流表指针指在满刻度的处，则Rx的测量值为________ Ω.(3)本实验中未考虑电池内阻，对Rx的测量值________(选填“有”或“无”)影响．1．(2022·甘肃张掖市高三期末)已知电流计G的量程约为几毫安，内阻很小，现要将其量程扩大为原来的3倍，某同学设计如图所示的电路图， 实验室提供了以下器材：A．电源(E1＝3 V)B．电源(E2＝15 V)C．滑动变阻器R1(阻值为0～1 kΩ)D．滑动变阻器R2(阻值为0～15 kΩ)E．电阻箱F．开关、导线．(1)电源应选________，滑动变阻器应选________．(均填器材前所对应的字母)(2)改装步骤如下，请将步骤补充完整：①按电路图连接各器材，把滑动变阻器的滑片调至最________(选填“左”或“右”)端；②将开关S2断开，S1闭合；③调节滑动变阻器的滑片，使电流计G满偏；④保持________不变，再闭合开关S2，把电阻箱调到适当值，使电流计________；⑤不再改变电阻箱的阻值，保持电流计G和电阻箱并联，撤去其他电路，即可将电流计G的量程扩大为原来的3倍．2．(2022·福建龙岩市三模)为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值R随光的照度I的变化而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx)．(1)某光敏电阻在不同照度下的阻值R如下表所示，根据表中的数据，请在图甲的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并判断光敏电阻的阻值R与照度I是否成反比关系．答________(填“是”或“否”)．照度I/lx0.20.40.60.81.01.2阻值R/kΩ5.83.72.72.32.01.8 (2)图乙为街道路灯自动控制电路，利用直流电源E为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填“AB”或“CD”)之间．(3)已知线圈的电阻为140 Ω，直流电源E的电动势E＝36 V，内阻忽略不计．当线圈中的电流大于10 mA时，继电器的衔铁将被吸合，滑动变阻器R′的阻值应调为________ Ω，才能使天色渐暗、照度低于1.0 lx时点亮路灯．(4)使用一段时间后发现，路灯在天色更亮时就已点亮了，为了使路灯能按设计要求点亮和熄灭，变阻器R′的阻值应适当调________(选填“大”或“小”)些．