2012届高考物理第二轮专题复习方案课件 电学实验.

专题十三电学实验一、电学量的测量主干知识整合物理量测量方法备注电流利用电流表测量串联，读数＝指示的格数×精度＋估读电压利用电压表测量并联，读数＝指示的格数×精度＋估读物理量测量方法备注电阻用多用电表测量①读数＝指针指示数×倍率(指针指示在上端表盘中间附近位置较准)②“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮．每变换一次挡位，都要重新进行欧姆调零③内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔物理量测量方法备注电阻用电阻箱替代测量电阻的读数＝各挡位电阻值的累加用伏安法测量Rx＝(U表示电阻两端电压，I表示通过电阻的电流)半偏法测电流表内阻、半偏法测电压表内阻调好满偏后，保持滑动变阻器滑片位置不变，以保持测量电路的电流或电压基本不变物理量测量方法备注电源的电动势和内阻利用闭合电路欧姆定律求解①方程组法：测出几组I、U的数据，建立E＝U＋Ir的方程组，可求出几组E、r值，最后取平均值②图象法：建立U－I图象，从图中得出E、r值二、电学实验备考要点三、控制电路的设计技巧1．滑动变阻器控制电路的方式有分压式和限流式两种，下列几种情况必须选用分压式接法：(1)要求被控制电路的电流(或电压)从零开始可连续调节时(如：测绘导体的伏安特性曲线等实验)；(2)被控制电路的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0时；(3)实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时；(4)若采用限流式接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过电表或电器的额定值时．2．若测量电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且被控制电路的电阻RL与滑动变阻器的最大值R0接近或RL略小于R0，则应该采用限流式接法．测定电源的电动势和内阻实验必须采用限流式接法．四、电学仪器的选择技巧电学实验器材和电路选择的原则是安全、精确和方便，器材的选择与实验所用的电路密切相关，因此在选择器材前首先要根据实验目的和实验原理设计测量精确、安全可靠、操作方便的实验电路，再根据实验电路的需要选择器材．具体如下：1．电源的选择：一般可以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；选择的电表的量程应使电表的指针摆动的幅度较大，一般应使指针能达到半偏左右，以减小读数的偶然误差，提高精确度．3．变阻器的选择：所选用的变阻器的额定电流应大于电路中通过变阻器的最大电流，以确保变阻器的安全；为满足实验中电流变化的需要和调节的方便，在分压式接法中，应选用电阻较小而额定电流较大的变阻器，在限流式接法中，变阻器的阻值不能太小．要点热点探究►探究点一测量性实验电学测量性实验的核心是电阻的测量，如定值电阻、电流表和电压表内阻、电源内阻的测量．电阻测量的基本原理是部分电路欧姆定律或闭合电路欧姆定律，具体测量的主要方法有伏安法、半偏法、替换法等．例1现要测量某小量程电流表的内阻，其内阻在5Ω～8Ω之间，可选用的器材如下：A．待测电流表A(量程10mA)；B．电压表V1(量程0.3V，内阻约500Ω)；C．电压表V2(量程3V，内阻约3kΩ)；D．滑动变阻器R1(最大电阻10Ω)；E．滑动变阻器R2(最大电阻500Ω)；F．定值电阻R3(阻值10Ω)；G．电源E(电动势3V);H．开关S及导线若干．要求测量结果尽可能精确且电流表、电压表的示数能从零开始调节．(1)器材应选用________________(填器材序号字母)；(2)在虚线框内画出实验电路图并标明符号；(3)电流表A内阻的表达式为RA＝______________，式中各符号的物理意义为________________．例1(1)ABDEFGH(2)如图所示(3)－R3U为电压表读数I为电流表读数【解析】由于待测电流表内阻较小，且量程较小，即使给待测电流表串联上定值电阻R3，二者两端的总电压也不能超过Im(RA＋R3)＝0.01×(8＋10)V＝0.18V，所以电压表应选B；根据电压表的示数能从零开始调节的要求，可知滑动变阻器需要连成分压式，则应选总电阻较小的滑动变阻器，即选D；为使滑动变阻器便于调节且保护电表不被烧毁，需用滑动变阻器R2作为保护电阻，即选E；为了使电压表B的示数能超过其量程的13，需要给电流表串联一个调节电阻R3，即选F.【点评】本题通过给电流表串联一个定值电阻R3解决了电流表和电压表量程不匹配的问题，这是电学实验设计中一个常用的手法．另外，常见的解决量程不匹配问题的方法就是进行电表改装．本题是一道测电阻的题目，下面的变式题则是一道测电动势E和内阻r的题目．[2011·浙江卷]为测量一电源的电动势及内阻，(1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为9V的电压表．A．量程为1V、内阻大约为1kΩ的电压表V1B．量程为2V、内阻大约为2kΩ的电压表V2C．量程为3V、内阻为3kΩ的电压表V3选择电压表________串联________kΩ的电阻可以改装成量程为9V的电压表．(2)利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号V1、V2或V3与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表)，在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图．(3)根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50V时，电阻箱的阻值为15.0Ω；电压表示数为2.00V时，电阻箱的阻值为40.0Ω，则电源的电动势E＝________V、内阻r＝________Ω.例1变式题(1)V3或C6(2)如图所示(3)7.510【解析】(1)要改装成9V的电压表，必须在原电压表上串联一固定电阻，题中给出三种电压表，只有C的电阻是确定值，所以应选电压表C，串联电阻R＝3×9－33kΩ＝6kΩ.(2)电路图如图所示．(3)测量电源电动势和内阻时，路端电压应为电压表示数的3倍，根据闭合电路的欧姆定律得：4.5＝E－4.515r，6＝E－640r，解得E＝7.5V，r＝10Ω.►探究点二探究性实验例2某实验小组探究一种热敏元件的电阻随温度变化的特性．现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定并且可读出其大小)、电压表、待测元件、保温容器、温度计、开关和导线等．(1)若用上述器材测量该元件的阻值随温度变化的特性，请你用笔连线画出实物连接图．(2)实验的主要步骤：①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，记录________和________，断开开关；③重复第②步操作若干次，测得多组数据．(3)实验小组测得该元件在不同温度下的阻值．并据此绘得R－t关系图线如图5－13－2所示，请根据图线写出该元件的R－t关系式：R＝________.(4)由以上方法测得的电阻值比它的真实值偏________．(5)如果实验室提供的恒定电流源的输出电流为65mA，但没有合适的电压表，测量热敏元件上的电压应选用的器材为________．(填序号)A．电压表V1：量程3V、内阻3kΩ，定值电阻R1＝6kΩB．电压表V2：量程5V、内阻5kΩ，定值电阻R2＝10kΩC．电压表V3：量程10V、内阻10kΩ，定值电阻R3＝1kΩ例2(1)如图所示(2)电压表示数温度计示数(3)100＋1.6t(4)小(5)B【解析】(1)由于电源能显示电流值，所以直接用电压表测热敏元件的电压即可，实物连线如图所示；(2)根据实验目的可知，需要记录的物理量是电压和温度；(3)根据图线写出解析式即可，注意计算图线的斜率为k＝120Ω74℃＝1.60Ω/℃；(4)流过热敏元件的电流小于电源显示的电流值(即电流的测量值)，所以热敏元件的测量值比真实值偏小；(5)根据图中的数据可知，需要的电压表量程为15V，根据电表改装原理易知B组器材可以改装为量程15V的电压表．【点评】本题是电学探究性实验，测量方法相当于伏安法测电阻的外接法，利用电源能显示电流的特性是本题的关键．下面的变式题也是一道电学探究性实验题目．[2011·江苏卷]某同学利用如图5－13－3所示的实验电路来测量电阻的阻值．(1)将电阻箱接入a、b之间，闭合开关．适当调节滑动变阻器R′后保持其阻值不变．改变电阻箱的阻值R，得到一组电压表的示数U与R的数据如下表：请根据实验数据在图5－13－4中作出U－R关系图象．(2)用待测电阻Rx替换电阻箱，读得电压表示数为2.00V．利用(1)中测绘的U－R图象可得Rx＝________Ω.(3)使用较长时间后，电池的电动势可认为不变，但内阻增大．若仍用本实验装置和(1)中测绘的U－R图象测定某一电阻，则测定结果将________(选填“偏大”或“偏小”)．现将一已知阻值为10Ω的电阻换接在a、b之间，你应如何调节滑动变阻器，便仍可利用本实验装置和(1)中测绘的U－R图象实现对待测电阻的准确测定？例2变式题(1)如图所示(2)20(3)偏小改变滑动变阻器阻值，使电压表读数为1.50V【解析】(1)利用表格中的数据，采用描点作图法作图．(2)根据所画出的图象，读出电压2V对应的电阻为20Ω.(3)由闭合电路欧姆定律可知，内阻增大，则干路电流减小，电路中电压表的读数就会减小，根据图象，可知测量值偏小；为了测量准确，需要增大电流，所以可减小滑动变阻器的阻值大小，根据实验数据表格，改变滑动变阻器阻值，使电压表读数为1.50V，就可以实现准确测量．►探究点三实验创新与设计1．实验设计的基本思路2．实验的创新与设计应注意(1)加强对实验思想方法(如模拟法、转换法、放大法、替代法等)的归纳，这样在新的实验情景下，才能设计合理的实验方案；(2)克服思维定势影响，加强对已掌握的实验原理的理解和仪器的正确使用方法的训练，才能在新情境下进行迁移利用；(3)树立创新意识，对教材中的实验要想方设法从其他途径去完成．例3[2011·全国卷]使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端．现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表，量程为60mA的电流表，电阻箱，导线若干．实验时，将多用电表调至×1Ω挡，调好零点；电阻箱置于适当数值．完成下列填空：(1)仪器连线如图5－13－5所示(a和b是多用电表的两个表笔)．若两电表均正常工作，则表笔a为________(选填“红”或“黑”)色．(2)若适当调节电阻箱后，图5－13－5中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图5－13－6甲、乙、丙所示，则多用电表的读数为________Ω，电流表的读数为________mA，电阻箱的读数为________Ω.(3)将图5－13－5中多用电表的两表笔短接，此时流过多用电表的电流为________mA.(保留3位有效数字)(4)计算得到多用电表内电池的电动势为________V.(保留3位有效数字)例3(1)黑(2)14.053.04.6(3)102(4)1.54【解析】(1)欧姆表的内部有电源，黑表笔与高电势端相连，红表笔与低电势端相连，所以与电流表“＋”接线柱相连的一定是黑表笔．(2)多用表指针与“14”正对，所以读数是14.0Ω，毫安表指针与“53”正对，所以读数是53.0mA，电阻箱“×100”、“×10”对应的都是零，所以读数是4×1Ω＋6×0.1Ω＝4.6Ω.(3)多用表×1挡对应的中值电阻是15Ω，则两表笔短接时总电阻为15Ω，由(15＋14)×53＝15I，则I＝102mA.(4)多用表×1挡对应的中值电阻是15Ω，多用表内部电池的电动势为E＝(15＋14)×53×10－3V＝1.54V.【点评】本题为教材学生实验“测定电源的电动势和内阻”之创新，实验巧妙地利用欧姆表的测量原理、中值电阻的意义测定电源的电动势．【备选理由】本题属于教材基本实验的简单拓展，与测金属导体电阻率实验原理相同，该题提供了一种测量不规则