适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题8物理实验第2讲电学实验课件
展开1.(2021广东卷)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡,将两表笔 ,调节欧姆调零旋钮,使指针指向右边“0 Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高,相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大,由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而 。
(2)再按下图连接好电路进行测量。①闭合开关S前,将滑动变阻器R1的滑片滑到 (选填“a”或“b”)端。 将温控室的温度设置为T,电阻箱R0调为某一阻值R01。闭合开关S,调节滑动变阻器R1,使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R01。断开开关S。
再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端,闭合开关S。反复调节R0和R1,使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R02。断开开关S。②实验中记录的阻值R01 (选填“大于”“小于”或“等于”)R02,此时热敏电阻阻值RT= 。 (3)改变温控室的温度,测量不同温度时的热敏电阻阻值,可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。
答案 (1)短接 减小 (2)①b ②大于 R01-R02解析 (1)欧姆调零时,应该将两表笔短接;多用电表的指针向右偏转角度越大,电阻越小,由此可判断热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。(2)为了电路的安全,一开始滑动变阻器接入电路的阻值应该最大,滑片应该置于b端。根据实验原理,R01=R02+RT,所以RT=R01-R02,R01>R02。
2.(2022北京卷)物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。(1)用电压表(内阻约为3 kΩ)和电流表(内阻约为0.1 Ω)测量一个电阻的阻值(约为5 Ω)。要求尽量减小实验误差,应该选择的测量电路是图1中的 (选填“甲”或“乙”)。
(2)一多用电表表盘上的电阻刻度线正中间标有“15”字样。用它测量约20 kΩ电阻的阻值,下列实验步骤正确的操作顺序为 (填各实验步骤前的字母)。 A.将选择开关置于“×1 k”位置B.将选择开关置于“OFF”位置C.将两表笔分别接触待测电阻两端,读出其阻值后随即断开D.将两表笔直接接触,调节欧姆调零旋钮,使指针指向“0”
(3)图2是“测量电源的电动势和内阻”实验的电路图。某同学在实验中,闭合开关后,发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片,电压表有示数且不变,电流表始终没有示数。为查找故障,在其他连接不变的情况下,他将电压表连接a位置的导线端分别试触b、c、d三个位置,发现试触b、c时,电压表有示数;试触d时,电压表没有示数。若电路中仅有一处故障,则 (选填选项前的字母)。 A.导线ab断路 B.滑动变阻器断路C.导线cd断路D.滑动变阻器短路
答案 (1)甲 (2)ADCB (3)C解析 (1)因为R< ,则待测电阻属于小电阻,要用电流表外测法,为了尽量减小实验误差,应该选择的测量电路是图1中的甲。(2)正确的使用步骤如下:先将选择开关置于“×1k”位置,将两表笔直接接触,调节欧姆调零旋钮,使指针指向“0”,然后将两表笔分别接触待测电阻两端,读出其阻值后随即断开,最后将选择开关置于“OFF”位置,故正确的操作顺序是ADCB。(3)在实验中,闭合图2中开关后,发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片,电压表有示数且不变,电流表始终没有示数,说明在电路中有断路的地方。在其他连接不变的情况下,他将电压表连接a位置的导线端分别试触b、c、d三个位置,发现试触b、c时,电压表有示数;试触d时,电压表没有示数,则说明导线cd断路,故C正确,A、B、D错误。
3.(2022辽宁卷)某同学要将一小量程电流表(满偏电流为250 μA,内阻为1.2 kΩ)改装成有两个量程的电流表,设计电路如图甲所示,其中定值电阻R1=40 Ω,R2=360 Ω。(1)当开关S接A端时,该电流表的量程为0~ mA。 (2)当开关S接B端时,该电流表的量程比接在A端时 (选填“大”或“小”)。
(3)该同学选用量程合适的电压表(内阻未知)和此改装电流表测量未知电阻Rx的阻值,设计了图乙、丙两个电路。不考虑实验操作中的偶然误差,则使用 (选填“乙”或“丙”)电路可修正由电表内阻引起的实验误差。
答案 (1)1 (2)大 (3)丙解析 (1)由题图甲可知当S接A时,R1和R2串联接入电路,和电流表并联,满偏时电流表两端的电压为Um=Imr=250×10-6×1.2×103 V=0.3 V,
所以总电流为I总=Im+I=0.75 mA+0.25 mA=1 mA,即量程为0~1 mA。(2)当开关S接B端时,由图甲可知R1和电流表串联再和R2并联,由于和电流表并联的电阻变小,当电流表满偏时,流过R2的电流变大,干路电流变大,即量程变大,所以比接在A端时大。(3)图乙是电流表的外接法,误差是由于电压表的分流引起的;图丙是电流表的内接法,误差是由于电流表的分压引起的,因为题目中电压表电阻未知,故采用图丙的方法可以修正由电表内阻引起的实验误差。
4.(2022湖北卷)某探究小组学习了多用电表的工作原理和使用方法后,为测量一种新型材料制成的圆柱形电阻的电阻率,进行了如下实验探究。(1)该小组用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D,示数如图甲所示,其读数为 mm。再用游标卡尺测得其长度l。
(2)该小组用如图乙所示的电路测量该圆柱形电阻Rx的阻值。图中电流表量程为0.6 A、内阻为1.0 Ω,定值电阻R0的阻值为20.0 Ω,电阻箱R的最大阻值为999.9 Ω。首先将S2置于位置1,闭合S1,多次改变电阻箱R的阻值,记下电流表的对应读数I,实验数据见下表。根据表中数据,在图丙中绘制出 -R图像。再将S2置于位置2,此时电流表读数为0.400 A。根据图丙中的图像可得Rx= Ω(结果保留两位有效数字)。最后可由表达式ρ= 得到该材料的电阻率(用D、l、Rx表示)。
(3)该小组根据图乙的电路和图丙的 -R图像,还可以求得电源电动势E= V,内阻r= Ω。(结果均保留两位有效数字) (4)持续使用后,电源电动势降低、内阻变大。若该小组再次将此圆柱形电阻连入此装置,测得电路的电流,仍根据原来描绘的图丙的图像得到该电阻的测量值会 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案 (1)3.700
(3)12 3.0(4)偏大解析 (1)用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D,螺旋测微器的分度值为0.01 mm,需要估读到分度值的下一位,则读数为3.5 mm+0.01 mm×20.0=3.700 mm。
(3)由(2)可知E=12 V,r=3.0 Ω。(4)根据表达式E=I'(r+R0+RA+Rx)
因电源电动势变小,内阻变大,而计算Rx电阻时,仍然用原测量得到的较大的电动势E和较小的内阻r,则得到的Rx测量值偏大。
注意:(1)10分度的游标卡尺,若以mm为单位,小数点后只有1位。20分度和50分度的游标卡尺若以mm为单位,小数点后有2位。(2)游标卡尺在读数时先确定游标尺的分度,先读主尺数据,再读游标尺数据,最后两数相加。游标卡尺读数不估读。(3)不要把游标尺的边缘当成零刻度,而把主尺的刻度读错。(4)螺旋测微器读数时,要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出;要准确读数到0.01 mm,估读到0.001 mm,即结果若用mm做单位,则小数点后必须保留三位数字。
【对点训练】1.(命题点1、2)在练习使用游标卡尺和螺旋测微器的实验中,测量一枚1元硬币的直径和厚度。(1)用游标卡尺测量其直径,如图甲所示,直径是 mm。 (2)用螺旋测微器测量其厚度,如图乙所示,厚度是 mm。
答案 (1)25.00(2)1.850解析 (1)用游标卡尺测量其直径是25 mm+0.05 mm×0=25.00 mm。(2)用螺旋测微器测量其厚度是1.5 mm+0.01 mm×35.0=1.850 mm。
2.(命题点1、2、3)(1)一同学用一游标尺上标有20等分刻度的游标卡尺测一物体的长度,测得的结果如图甲所示,则该物体的长度为 mm。 (2)用螺旋测微器测量金属丝的直径,从图乙中读出金属丝的直径为 mm。
(3)如图丙所示,一电压表接0~15 V量程,读数为 V。 (4)如图丁所示,一电流表接0~0.6 A量程,读数为 A。
答案 (1)20.30(2)0.520(3)10.8(4)0.16解析 (1)20分度的游标卡尺精确度为0.05 mm,则物体的长度为l=20 mm+6×0.05 mm=20.30 mm。(2)金属丝的直径为d=0.5 mm+2.0×0.01 mm=0.520 mm。(3)接0~15 V量程时,每小格表示0.5 V,读数为10.8 V。(4)接0~0.6 A量程时,每小格表示0.02 A,读数为0.16 A。
【方法规律归纳】一、明确三个“选择”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要求的直流电源。(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;读数时电表的指针摆动的幅度应较大,一般应使指针能达到半偏。特别提醒选择电学实验仪器要遵循安全性原则和准确性原则(尽量减小误差)。
2.电流表内接法与外接法的选择 特例:已知电流表内阻用内接法;已知电压表内阻用外接法
注意:两种接法的判断(1)比值判断法(2)临界值判断法
(3)试触法:当无法估计电阻的阻值,难以比较 与 的大小关系时,可采用试触法,看电流表、电压表变化大小来确定,若电流表示数较电压表示数变化明显,说明外接时电压表分流作用大,应采用内接法;若电压表示数较电流表示数变化明显,说明内接时电流表的分压作用大,应采用外接法。3.分压电路与限流电路的选择(1)从节能的角度考虑,优先选用限流式。(2)以下三种情况必须用分压式:①要求待测电路的 特例:有时根据题目中给的测量数据进行选择U、I从0变化;②R滑≪Rx;③选用限流式时,Ux、Ix过大(超过电流表量程,烧坏电表、电源或用电器等)。
二、数据处理和误差分析1.线性图像处理实验数据的一般方法和步骤:先根据物理规律写出物理方程,再把物理方程转换成线性方程的数学函数式,最后把数学函数式与线性图像相结合,在图中提取斜率、截距、面积等信息。2.判断实验误差导致测量值偏大或偏小,要从实验原理和方法上去寻找根源,所以要弄清实验原理和方法,然后依据物理规律做适当推理,最后写出测量值的表达式。
[典例1](2022全国乙卷)一同学探究阻值约为550 Ω的待测电阻Rx在0~5 mA范围内的伏安特性。可用器材有电压表V(量程为3 V,内阻很大),电流表A(量程为1 mA,内阻为300 Ω),电源E(电动势约为4 V,内阻不计),滑动变阻器R(最大阻值可选10 Ω或1.5 kΩ),定值电阻R0(阻值可选75 Ω或150 Ω),开关S,导线若干。
(1)要求通过Rx的电流可在0~5 mA范围内连续可调,将图甲所示的器材符号连线,画出实验电路的原理图。(2)实验时,图甲中的R应选最大阻值为 (选填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器,R0应选阻值为 (选填“75 Ω”或“150 Ω”)的定值电阻。 (3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线。若在某次测量中,电压表、电流表的示数分别如图乙和图丙所示,则此时Rx两端的电压为 V,流过Rx的电流为 mA,此组数据得到的Rx的阻值为 Ω(保留3位有效数字)。
答案 (1)见解析图(2)10 Ω 75 Ω(3)2.30 4.20 548解析 (1)电流表内阻已知,电流表与R0并联扩大电流表量程,进而测量通过Rx的电流,电压表测量Rx两端的电压;滑动变阻器采用分压式接法,满足通过Rx的电流在0~5 mA内连续可调的条件,电路图如下。
(2)电路中R应选最大阻值为10 Ω的滑动变阻器,方便电路的调节,测量效率高、实验误差小;通过Rx的电流最大为5 mA,需要将电流表量程扩大为原来的5倍,根据并联分流,即并联电路中电流之比等于电阻的反比,
(3)电压表每小格表示0.1 V,向后估读一位,即U=2.30 V;电流表每小格表示0.02 mA,本位估读,即读数为0.84 mA,电流表量程扩大5倍,所以通过Rx的电流为I=4.20 mA;根据欧姆定律可知Rx= =548 Ω。
【对点训练】3.(命题点3)一块电压表的刻度线清楚,但刻度上的数字模糊不清。某同学要测定该电压表的内阻,除了待测电压表之外,实验室提供的器材如下。A.电流表(量程为1 mA)B.变阻箱R0(0~9 999.9 Ω)C.滑动变阻器R1(最大阻值为20 Ω,额定电流为1 A)D.滑动变阻器R2(最大阻值为500 Ω,额定电流为0.5 mA)E.电源(电动势为9 V,内阻约为1 Ω)F.开关一个,导线若干。
(1)采用如图甲所示的实验电路,选用的滑动变阻器为 (选填“R1”或“R2”)。(2)连接好实验电路,在闭合开关S前将滑动变阻器的滑片调到 (选填“a”或“b”)端。电阻箱的阻值调到最大,闭合开关S,调节滑动变阻器和电阻箱,使电压表指针满偏,记录电流表的读数I和电阻箱的阻值R。 (3)保持电压表的指针满偏,调节滑动变阻器、电阻箱的阻值,记录多组实验数据,绘出的I- 图像如图乙所示。则该电压表的量程为 ,内阻为 。
答案 (1)R1 (2)a (3)3 V 6 kΩ解析 (1)采用如题图甲所示的实验电路,滑动变阻器接成分压电路,则选用的滑动变阻器为阻值较小的R1。(2)连接好实验电路,在闭合开关S前将滑动变阻器的滑片调到a端。
【方法规律归纳】1.三种电表改装方法
2.欧姆表使用“六点注意”(1)电流的流向:使用欧姆挡时,多用电表内部电池的正极接黑表笔,负极接红表笔,从电源外部看,电流从红表笔流入,从黑表笔流出。(2)区分“机械调零”和“欧姆调零”:“机械调零”调节指针至表盘刻度左侧“0”位置,调节表盘下边的指针定位螺丝;“欧姆调零”调节指针至表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,调节欧姆调零旋钮。(3)倍率选择:使用欧姆挡测电阻时,表头指针偏转过大或过小均有较大误差,指针落在刻度盘的中间区域时读数较准确。(4)换挡需重新进行欧姆调零。(5)读数之后要乘以倍率得阻值。(6)电池用久了,电动势变小,内阻变大,使测量结果偏大。
[典例2](命题点2、3)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器,请回答下列问题。
(1)使用多用电表粗测电阻时,将选择开关拨至欧姆挡“×10”挡,经正确操作后,指针指在图甲中的a位置,为了使多用电表测量的结果更准确,该同学应该选择欧姆挡 (选填“×1”或“×100”)挡;若经过正确操作,将两表笔接待测电阻两端时,指针指在图甲中的b位置,则待测电阻约为 Ω。 (2)图乙是该多用电表欧姆挡内部电路示意图,选择“×1 k”挡测量某二极管的阻值,指针指在图甲中的c位置,则与A表笔相连的是二极管的 (选填“正极”或“负极”)。
(3)该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5 V、内阻为1 Ω进行标度的,若该欧姆表中的表头G满偏电流为1 mA、内阻为10 Ω,滑动变阻器R0的阻值范围为0~3 000 Ω,由于电池老化,当电池电动势下降到1.4 V、内阻增大到5 Ω时,欧姆表仍可调零,则调零后R0接入电路的电阻将变 (选填“大”或“小”);若用重新调零后的此欧姆表测得某待测电阻阻值为900 Ω,则这个待测电阻的真实阻值为 Ω。
答案 (1)×1 20(2)正极(3)小 840解析 (1)选择开关拨至欧姆挡“×10”挡,指针偏角很大,说明倍率挡选择较大,则为了使多用电表测量的结果更准确,该同学应该选择欧姆挡“×1”挡;待测电阻为20×1 Ω=20 Ω。(2)该欧姆表的两只表笔中,B表笔内部接电源的正极,在外部电路,电流从B表笔到二极管再到A表笔;指针指在图甲中的c位置,电阻特别大,相当于断路,则二极管是反向接入电路,则B表笔接二极管负极,A表笔接二极管正极。
方法点拨 1.通过对本题及近几年的高考实验试题的研究发现,高考电学实验试题有两个显著的特点:第一,基于教材中的电学实验,着重考查实验原理的简单改进、实验步骤、误差分析;第二,重视实验原理的拓展与创新、实验器材的等效与替换、为消除误差进行的创新以及新型材料与传感器结合的创新。2.本题第(3)问中,根据闭合电路欧姆定律确定当电动势变小时,其中值电阻(欧姆表内阻)也变小,然后根据电流相等求对应真实值。
【对点训练】4.(2023广西桂林、河池、防城港三市联考)(命题点1)在把电流表改装成电压表的实验中,要将量程为200 μA的电流表G改装成量程为5 V的电压表,电流表G的内阻约几百欧。提供的实验器材如下:干电池(电动势E约为1.5 V,内阻r约为10 Ω)、电阻箱R1、R2(均为0~99 999.9 Ω)、开关、导线若干。
(1)先利用如图甲所示的电路,测出电流表G的内阻Rg,有关实验测量的操作步骤如下:①按照图甲连接好电路,电阻箱R1、R2阻值均调至最大,开关S1、S2均断开;②只闭合S1,调节电阻箱R2使电流表G满偏,此时电阻箱R2的阻值为6 990.0Ω;③再闭合S2,调节电阻箱R1使电流表G半偏,此时电阻箱R1的阻值为470.0 Ω,由此可得电流表G内阻Rg的测量值为 Ω。
(3)为减小Rg的测量误差,可以通过补偿回路总电阻的方法,即把半偏时回路的总电阻的变化补回来。实际操作如下:在(1)中粗测出Rg后,再把R2先增加到 Ω[用第(1)问中的有关条件求得具体数值],再闭合S2调节R1使电流表G半偏。用这时R1的读数表示Rg的测量值,如此重复操作多次补偿即可使误差尽量减小。 (4)通过多次补偿测量,最终取Rg=500 Ω,为完成上述改装,需要用一个 Ω的电阻与电流表串联。用改装后的电压表,按图乙所示的电路测量未知电阻Rx。若测量未知电阻Rx时,电流表的读数为0.20 A,而改装后的电压表的表头(刻度盘仍为原电流表的刻度)示数如图丙所示,那么Rx的测量值为 Ω。
答案 (1)③470.0(2)小于(3)7 225.0(4)24 500 15解析 (1)只闭合S1,电流表G的满偏电流为I,当开关S2闭合时,由于电流表与R1的并联电阻远小于电阻R2的电阻,干路电流I不变;调节电阻箱R1使电流表G半偏时,根据并联电路电流的分配与电阻的关系,电流表的内阻Rg=R1=470.0 Ω。
(2)当开关S2闭合时,电流表与R1的并联电阻小于电流表的内阻,电路中的总电阻变小,根据闭合电路欧姆定律,电路中的电流变大;根据并联电路的电流特点,当电流表半偏时,通过电阻R1的电流大于 I,根据并联电路电阻与电流的分配关系可知Rg真>R1,即Rg真>Rg。
并联部分电阻减少了原来的一半,则串联部分电阻要增加同样大小的阻值,因此把R2先增加到6 990.0 Ω+235.0 Ω=7 225.0 Ω,补偿后再次用半偏法测量。
特别提醒本实验要特别注意实验数据的处理方法,弄清“化曲为直”的意义。
[典例3](命题点2)某实验小组需测定电池的电动势和内阻,器材有一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0,并配有可在电阻丝上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺,无法测量电阻丝长度,但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上,利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下。
(1)连接电路,如图甲所示。
甲 (2)开关闭合前,金属夹应夹在电阻丝的 (选填“a”或“b”)端。 (3)改变金属夹的位置,闭合开关,记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I,得到多组数据。
(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图,所得图像如图乙所示,图线斜率为k,与纵轴截距为d,设单位角度对应电阻丝的阻值为r0,该电池电动势和内阻可表示为E= ,r= 。(用R0、RA、k、d、r0表示) (5)为进一步确定结果,还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0。利用现有器材设计实验,在图丙方框中画出实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示)。(6)利用测出的r0,可得该电池的电动势和内阻。
(5)电路图如答案图所示。S先打到b端,读出电流表读数I,再把S打到a端,移动Rx上的金属夹,使电流表的读数也为I,此时Rx的值与R0相等,记下偏转角度θ,则r0= 。
方法点拨 1.掌握测量电源电动势和内阻的三种常用方法:任何一种实验方法都要紧扣闭合电路欧姆定律E=U+Ir,而最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I,这也是命题专家命题时的入手点。如下;2.在数据处理问题中,利用图像得出电动势和内阻是常见的方法——注意“化曲为直”。
【对点训练】5.(命题点1)图甲是某同学设计的测量电源的电动势和内阻的实验电路图,图中电压表V的量程为3 V,虚线框内为用灵敏电流表G改装的电流表(解决灵敏电流表G量程不够的问题)。根据实验要求,回答下列问题。(1)已知电流表G的满偏电流Ig=200 mA、内阻Rg=0.80 Ω,电路中已将它改装成量程为600 mA的电流表,则R1= Ω。
(2)通过移动滑动变阻器R的滑片,得到多组电压表V的读数U和电流表G的读数I,作出如图乙所示的图像。某次测量时,电压表示数如图丙所示,则读数为 V,此时对应通过电源的电流为 mA。 (3)请根据图乙求出电源的电动势E等于 V,电源内阻等于 Ω。(结果均保留到小数点后两位) (4)从测量原理来看,利用图甲所示的电路所得的电动势测量值与真实值相比 (选填“偏大”“偏小”或“相等”)。
答案 (1)0.40 (2)2.60 300 (3)2.93(2.92~2.94均可) 0.84(0.82~0.86均可) (4)相等
整理得U=E-I(Rg+3r)则图像纵轴截距为电动势E=2.93 V斜率为Rg+3r=3.31 Ω解得电源内阻为r=0.84 Ω。(4)由于电流表G内阻已知,故按该原理测得的路端电压为真实值,故电流表分压不会造成误差,故测量值等于真实值。
易错提醒本题利用改装后的电流表测量流过电源的电流,由于其内阻已知,故没有系统误差。
6.(2023广东湛江一模)(命题点2)当今人工智能技术迅猛发展,电池是新型人工智能机器人的重要部分,某新型机器人上的一节电池的电动势约为3 V,内阻为2~7 Ω,某课外活动小组利用所学知识设计电路测量该电池的电动势E和内阻r。使用的器材有:A.待测电池B.电流表G(量程3 mA,内阻未知)C.滑动变阻器R1(阻值范围0~1 000 Ω)D.电阻箱R2(0~99.99 Ω)E.电阻箱R3(0~999.99 Ω)F.定值电阻R4=1 ΩG.开关、导线若干
考虑到电池的内阻较小,电流表的内阻不能忽略。经过思考后,该小组设计了如图甲所示的电路,先测出该电流表G的内阻Rg,再利用图乙的电路测量电池的电动势E和内阻r。
(1)该小组连接好电路后,首先对电流表G的内阻Rg进行测量,请完善测量步骤。①保持S2断开,闭合S1,调节R1的滑片位置使其阻值由最大逐渐减小,直到电流表示数等于其量程Im;②保持R1不变,闭合S2,调节电阻箱R3使其阻值由最大逐渐减小,当电流表读数等于 Im时记录下R3的值为199 Ω,则Rg= Ω。 (2)用图甲所示的方法测得的电流表的内阻Rg与真实值相比 (选填“偏大”“偏小”或“相等”)。 (3)该小组测得电流表的内阻Rg之后,利用图乙电路测量得到电阻箱R2的阻值R和电流表的读数I以及计算出 的多组数据后,作出了如图丙所示的 -R图像。根据图线求得电源电动势E= V,内阻r= Ω。(结果均保留一位小数)
答案 (1)199(2)偏小(3)3.0 5.0
[典例4](命题点1)在用传感器观察电容器的充、放电过程实验中,按图甲所示连接电路。电源电动势为8.0 V,内阻可以忽略。单刀双掷开关S先跟2相接,某时刻改接1,一段时间后,把开关再改接2,实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。
(1)开关S改接2后,电容器进行的是 (选填“充电”或“放电”)过程。此过程得到的I-t图像如图乙所示,图中用阴影标记的狭长矩形的面积的物理意义是 。如果不改变电路其他参数,只减小电阻R的阻值,则此过程的I-t曲线与坐标轴所围成的面积将 (选填“减小”“不变”或“增大”)。 (2)若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量Q=3.44×10-3 C,则该电容器的电容为 μF。
(3)关于电容器在整个充、放电过程中的q-t图像和UAB-t图像的大致形状,可能正确的有 (q为电容器极板所带的电荷量,UAB为A、B两板间的电势差)。
答案 (1)放电 电容器0.2 s内放出的电荷量 不变(2)430 (3)AD解析 (1)将开关S接通1,电容器与电源相连,所以电容器充电;再将S接通2,电容器通过电阻R放电。图中横坐标分成许多很小的时间间隔,在这些很小的时间间隔里,放电电流可以视为不变,则IΔt为这段时间内放电的电荷量,所以图中用阴影标记的狭长矩形的面积的物理意义是电容器0.2 s内放出的电荷量。根据Q=CU,电荷量与电阻R无关,如果不改变电路其他参考数,只减小电阻R的阻值,则此过程的I-t曲线与坐标轴所围成的面积将不变。
(3)电容器在充电过程中,电流由最大逐渐减小,放电过程电流也是由最大逐渐减小,根据q=It,图像的倾斜程度表示电流的大小,A正确,B错误。电容器的电容不变,根据 ,C错误,D正确。
【对点训练】7.(2023广东高三调研卷)(命题点2)甲、乙、丙三位同学利用如图所示装置探究影响感应电流方向的因素。
(1)如图a所示,甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转,下列操作中同样能使指针向右偏转的有 。 A.闭合开关B.开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动C.开关闭合时将A线圈从B线圈中拔出D.开关闭合时将A线圈倒置再重新插入B线圈中(2)为确切判断B线圈中的感应电流方向,应在实验前先查明灵敏电流计 的关系。
(3)如图b所示,乙同学将条形磁体从B线圈上方由静止释放,使其笔直落入B线圈中,多次改变释放高度,发现释放高度越高,灵敏电流计指针偏转过的角度越大。该现象说明了线圈中 (选填“磁通量”“磁通量变化量”或“磁通量变化率”)越大,产生的感应电流越大。 (4)丙同学设计了如图c所示的装置来判断感应电流的方向。他先使用多用电表的欧姆挡对二极管正负极进行确认,某次测量时发现多用电表指针几乎没有偏转,说明此时黑表笔接触的是二极管的 (选填“正极”或“负极”)。实验操作将磁体插入线圈时,只有灯 (选填“C”或“D”)短暂亮起。
答案 (1)CD(2)指针偏转方向与流入电流方向(3)磁通量变化率(4)负极 C解析 (1)断开开关时,A线圈中电流迅速减小,则B线圈中磁通量减小,出现感应电流,使灵敏电流计指针向右偏转;为了同样使指针向右偏转,应减小B线圈中的磁通量或增加B线圈中反向的磁通量。闭合开关,A线圈中的电流突然增大,则B线圈中的磁通量增大,故A错误。开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动,A线圈中的电流增大,则B线圈中的磁通量增大,故B错误。开关闭合时将A线圈从B线圈中拔出,则B线圈中的磁通量减小,故C正确。开关闭合时将A线圈倒置,再重新插入B线圈中,则B线圈中反向的磁通量增加,故D正确。
(2)判断感应电流具体流向,应先查明灵敏电流计指针偏转方向与电流流入方向的关系。(3)释放高度越高,磁体落入线圈的速度越大,则线圈中磁通量变化率越大,产生的感应电流越大。(4)欧姆挡指针没有偏转时,说明二极管的负极与电源正极相连,根据多用电表红进黑出的操作原则,此时黑表笔接触的是二极管的负极;当磁体插入线圈时,线圈中出现如图所示方向的电流,二极管正向导通,故灯C短暂亮起。
8.(2023福建漳州三模)某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数关系,提供的实验器材有学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线。
甲图甲为实验原理图,在原线圈A、B两端加上电压,用电压表分别测量原、副线圈两端的电压,测量数据如表:
请回答下列问题:(1)在图乙中,应将A、B分别与 (选填“a、b”或“c、d”)连接。 (2)根据上表数据得出的实验结论是在实验误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于 。 (3)在实验序号为2的测量中,若把图丙中的可移动铁芯取走,副线圈匝数n2=200,则副线圈两端电压 (填正确答案标号)。 A.一定小于4.0 VB.一定等于4.0 VC.一定大于4.0 V
答案 (1)c、d(2)两个线圈的匝数之比(3)A解析 (1)在探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验中,原线圈两端应接入交流电,故应将A、B分别与c、d连接。
得出结论是在实验误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比。
(3)若把题图丙中的可移动铁芯取走,磁损耗变大,原线圈中磁通量变化率大于副线圈中磁通量变化率,根据法拉第电磁感应定律知,副线圈两端电压一定小于4.0 V,故B、C错误,A正确。
9.(命题点1)电容器作为储能器件,在生产生活中有广泛的应用。对给定电容为C的电容器充电,无论采用何种充电方式,其两极间的电势差U随电荷量Q的变化图像都相同。(1)请在图甲中画出上述U-Q图像。类比直线运动中由v-t图像求位移的方法,求两极板间电压为U时电容器所储存的电能Ep。
(2)在如图乙所示的充电电路中,R表示电阻,E表示电源(忽略内阻)。通过改变电路中元件的参数对同一电容器进行两次充电,对应的Q-t曲线如图丙中①②所示。a.①②两条曲线不同是 (选填“E”或“R”)的改变造成的。 b.电容器有时需要快速充电,有时需要均匀充电。依据a中的结论,说明实现这两种充电方式的途径。
(3)设想使用理想的“恒流源”替换(2)中电源对电容器充电,可实现电容器电荷量随时间均匀增加。请思考使用“恒流源”和(2)中电源对电容器的充电过程,填写下表,表中空均选填“增大”“减小”或“不变”。
答案 (1)见解析图 Ep= CU2(2)a.R b.减小电阻R,可以实现对电容器更快速充电;增大电阻R,可以实现更均匀充电。(3)
(2)a.由于电源内阻不计,当电容器充满电后电容器两端电压等于电源的电动势,电容器最终的电荷量为Q=CE,由Q-t图可知,两种充电方式最终的电荷量相同,只是时间不同,所以①②曲线不同是R的改变造成的。b.由题图丙可知,要快速充电时,只要减小题图乙中的电阻R;要均匀充电时,只要适当增大题图乙中的电阻R即可。
电学创新类实验归纳分析
同力学实验一样,高考对电学实验的考查,考原始实验的题目很少,大都是创新类电学实验题。这类问题,要通过审题,弄清属于什么类型的创新,然后再结合已有的电学知识(如串联、并联关系、闭合电路欧姆定律等)和实验方法进行推理,找到突破方向。
【典例分析】[典例](命题点5)感冒发热是冬、春季节常见的疾病,用电子体温计测量体温既方便又安全。电子体温计的工作原理是利用热敏电阻的阻值随温度的变化将温度转化为电学量。某实验小组想利用热敏电阻制作一个热敏电阻测温计。(1)实验小组用多用电表欧姆挡粗测常温下该热敏电阻阻值,以下说法正确的是 。 A.使用多用电表每次调换挡位后都要进行机械调零B.用“×100”挡发现指针偏转角度很大,为了准确地进行测量,应换到“×10”挡C.换挡后需要重新进行欧姆调零再进行测量D.使用多用电表测电阻阻值时,应该把被测电阻接入闭合电路中进行测量
(2)该实验小组用伏安法测热敏电阻在不同温度下的电阻时,得到如图甲所示的电阻阻值RT与温度t的关系图像。
(3)若把该热敏电阻RT与电源(电动势E约为1.5 V,内阻不计)、理想电压表(量程为1.5 V)、保护电阻R0、定值电阻R1连成如图乙所示的电路,用该热敏电阻作测温探头,把电压表的电压刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“热敏电阻测温计”。
①根据电路可知,温度越高,则电压表示数 (选填“越大”“越小”或“不变”);根据已知原理刻盘时,盘上温度是 (选填“均匀”或“不均匀”)的。 ②若保护电阻的阻值R0=76 Ω,要使温度从35 ℃变化到42 ℃时,电压表的示数从0.36 V变化到0.42 V,则定值电阻R1= Ω。 ③电源用久后电动势不变而内阻需要考虑时,测量的温度与真实值相比 (选填“偏高”“偏低”或“不变”)。
答案 (1)BC (3)①越大 不均匀 ②74 ③偏低解析 (1)使用多用电表每次调换挡位后,都需要进行欧姆调零,A错误,C正确。欧姆表所测电阻的阻值由表盘读数与挡位倍率的乘积决定,用“×100”挡发现指针偏转角度很大,即表盘示数较小,需要换用小倍率“×10”的挡位,B正确。使用多用电表测电阻阻值时,应该把被测电阻与原来电路断开,D错误。
③电源用久后电动势不变而内阻需要考虑时,与原来相同的温度下电压表的示数会变小,测量的温度比真实值偏低。
方法点拨 解决电学创新实验的“2注意3方法”1.对于电学实验的创新,应注意的2个问题(1)在解决设计型实验时,要注意条件的充分利用,如对于给定确切阻值的电压表和电流表,电压表可当作电流表使用,电流表也可当作电压表使用,利用这一特点,可以拓展伏安法测电阻的方法,如伏伏法、安安法等。(2)对一些特殊电阻的测量,如电流表或电压表内阻的测量,电路设计有其特殊性,即首先要注意到其自身量程对电路的影响,其次要充分利用其“自报电流或自报电压”的功能,因此在测电压表内阻时无需另并联电压表测电压,测电流表内阻时无需再串联电流表测电流。
2.解决电学设计型实验常用的3种方法(1)转换法:将不易测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量,然后再反求待测物理量的值,这种方法叫转换测量法(简称转换法)。如在测量金属丝电阻率的实验中,虽然无法直接测量电阻率,但可通过测量金属丝的长度和直径,并将金属丝接入电路测出其电阻,然后再计算出它的电阻率。(2)替代法:用一个标准的已知量替代被测量,通过调整标准量,使整个测量系统恢复到替代前的状态,则被测量等于标准量。(3)控制变量法:研究一个物理量与其他几个物理量的关系时,要使其中的一个或几个物理量不变,分别研究这个物理量与其他各物理量的关系,然后再归纳总结,如探究电阻的决定因素实验。
【类题演练】1.(命题点3)某同学设计了图甲电路测量一个定值电阻的阻值(约为几千欧),图中电源为两节干电池组成的电池组。实验步骤如下:A.按电路图连接好电路,闭合开关S后,再闭合开关S2,调节滑动变阻器滑片至适当位置,读出电压表的读数U1,电流表的读数I1;B.再闭合开关S1,调节滑动变阻器滑片至适当位置,读出电压表的读数为U2,电流表的读数为I2。
(1)若在步骤A中,电压表的示数如图乙所示,则U1= V。 乙(2)由实验数据测出电压表内阻RV= ,待测电阻的阻值R= 。(用测量的物理量表示) (3)仅考虑系统误差,该实验待测电阻阻值的测量值 (选填“大于” “等于”或“小于”)它的真实值。
解析 (1)两节干电池的电动势约为3 V,所以电压表使用的量程为3 V,因此电压表的读数为1.80 V。(3)由于是用待测电阻两端的真实电压和通过它的真实电流计算,所以测量值与真实值相等。
2.(2023广西南宁一模)某兴趣小组在物理实验室找到一捆未标注材料的导线。兴趣小组想应用所学的知识来检测这捆导线的电阻率,再通过查阅资料,便可知道导线的材料。实验室现有的器材如下:A.电源(电动势约为5 V,内阻不计)B.待测长度为80 m的导线C.电流表A1(量程为0~0.3 A,内阻约为0.8 Ω)D.电流表A2(量程为0~0.6 A,内阻约为0.5 Ω)E.电阻箱R(阻值范围为0~999.9 Ω)F.定值电阻R0=10 ΩG.开关、导线若干
(1)小组成员先用螺旋测微器测量该导线的直径d,如图甲所示,则d= mm。 (2)小组设计电路图如图乙所示,则X是 ,Y是 ,通过实验作出的图像如图丙所示(两空均填器材前的字母)。 (3)导线的电阻测量值与真实值相比 (选填“偏大”“不变”或“偏小”)。(4)这捆导线的电阻率为 Ω·m,与所查资料数值进行对比,便可知道这捆导线的材料。(π取3.14,结果保留两位有效数字) (5)兴趣小组发现利用该实验电路和实验图像,还可以求出电流表A1的内阻,则电流表A1的内阻为 Ω。(结果保留两位有效数字)
答案 (1)0.900(2)E F(3)不变(4)2.0×10-8(5)1.0 解析 (1)螺旋测微器的最小分度值为0.01 mm,固定刻度的读数为0.5 mm;可动刻度的读数为40×0.01 mm=0.400 mm,则d=0.5 mm+0.400 mm=0.900 mm。(2)根据伏安法测电阻原理可知,X是电阻箱,即E,Y是定值电阻,即F。(3)待测电阻两端的电压和通过的电流测量值准确,则导线的电阻测量值与真实值相比不变。
3.(2023四川成都七中模拟)半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器,其阻值会随压力变化而改变。(1)利用图甲所示的电路测量一传感器在不同压力下的阻值RN,其阻值约几十千欧,现有以下器材:压力传感器电源:电动势6 V电流表A:量程250 μA,内阻约为50 Ω电压表V:量程3 V,内阻约为20 kΩ滑动变阻器R:阻值范围0~100 Ω开关S,导线若干
为了提高测量的准确性,应该选下面哪个电路图进行测量 。
(2)通过多次实验测得其阻值RN随压力F变化的关系图像如图乙所示。由图乙可知,压力越大,阻值RN (选填“越大”或“越小”),且压力小于2.0 N时的灵敏度比压力大于2.0 N时的灵敏度(灵敏度指电阻值随压力的变化率 ) (选填“高”或“低”)。
(3)利用该压力传感器设计了如图丙所示的自动分拣装置,可以将质量不同的物体进行分拣,图中RN为压力传感器,R'为滑动变阻器,电源电动势为6 V(内阻不计)。分拣时将质量不同的物体用传送带运送到托盘上,OB为一个可绕O转动的杠杆,下端有弹簧,当控制电路两端电压小于等于3 V时,杠杆OB水平,物体水平进入通道1;当控制电路两端电压大于3 V时,杠杆的B端就会被吸下,物体下滑进入通道2,从而实现分拣功能。重力加速度g取10 m/s2,若要将质量大于0.16 kg的货物实现分拣,至少应该将R'接入电路的阻值调为 kΩ(结果保留三位有效数字)。
适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题8物理实验第3讲光学与热学实验课件: 这是一份适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题8物理实验第3讲光学与热学实验课件,共40页。PPT课件主要包含了内容索引,体系构建•真题感悟,高频考点•探究突破,知识网络构建,高考真题再练,命题点点拨等内容,欢迎下载使用。
适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题8物理实验第1讲力学实验课件: 这是一份适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题8物理实验第1讲力学实验课件,共60页。PPT课件主要包含了内容索引,体系构建•真题感悟,知识网络构建,高考真题再练,高频考点•探究突破,命题点点拨,专项模块•素养培优等内容,欢迎下载使用。
适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题5振动与波光学第2讲光学课件: 这是一份适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题5振动与波光学第2讲光学课件,共36页。PPT课件主要包含了内容索引,体系构建•真题感悟,高频考点•探究突破,知识网络构建,高考真题再练,命题点点拨,情境突破等内容,欢迎下载使用。