2012学海导航高考物理二轮总复习专题导练专题八 实验专题 电学实验

专题八实验专题(2011·江苏卷)某同学利用如图8.21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：如图8.21电阻R/w5.010.015.025.035.0电压U/V1.001.501.802.142.32请根据实验数据作出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=______w.(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10w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？【解析】替换Rx后，在电源不变的情况下由电压表示数找出对应的电阻值，当电源的内阻增大，对应外电阻上的电压将减小，故测量结果偏小．【答案】(1)如右图(2)20(3)偏小改变滑动变阻器阻值，使电压表示数为1.50V.【命题解读】在考纲中权定的三个电学实验探究目标不同，但是测量电路和控制电路的选取是一样的，一些考查的基本流程是雷同的，如合理选择器材(从量程角度考虑两表)、正确画出电路(比较两表内阻的大小，电流表外接还是内接，甚至还要有保护电阻的参与)、连接电路、准确判断(电路中出现故障如何判断)、描点连线、得出结论、误差分析(测量结果偏大还是偏小)等等，这些内容构成江苏高考的主流．热点一重视实验的基础性【例1】(2010·宁夏卷)用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的．某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成图8.23虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围．为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图所示，图中的电压表内阻很大．RL的测量结果如表1所示．回答下列问题：(1)根据图8.23所示的电路，在图8.24所示的实物图上连线．图8.23温度t(℃)30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值(w)54.351.548.344.741.437.934.7图8.2-4(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系，在图8.25坐标纸上作RL-t关系图线．图8.25(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图8.26(甲)(乙)所示．电流表的读数为__________，电压表的读数为.此时等效电阻RL的阻值为__________；热敏电阻所处环境的温度约为__________．图8.26323.03050.06105.02150115.0mA,65.00V43.5640115.0103.0.IURw根据电路图连接电路．根据数据描出点，拟合成直线．，，对照图找出【解析】相应的温度℃【答案】(1)如下图所示(2)如右图所示(3)115.0mA5.00V43.5w64.0℃(62.0℃～66.0℃)【规律方法】已知电路图连接实物图一定要按部就班，拟定电流的方向，从电源的正极开始，一个连一个，先串联再并联，最后检测电路；对于读数类问题一定要注意有效数字，要注意单位，要注意最小刻度即对应的估读；描点连线时要注意坐标轴的合理性，每一小格的选取是否让图误差更小，连线时采用拟合法先看看图线的朦胧态对应的形状，再用平滑的图线连线成形，最后要注意误差分析．【变式练习】某同学利用多用电表测量二极管的反向电阻．完成下列测量步骤：(1)检查多用电表的机械零点．(2)将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔，将选择开关拨至电阻测量挡适当的挡位处．(3)将红、黑表笔，进行欧姆调零．(4)测反向电阻时，将表笔接二极管正极，将表笔接二极管负极，读出电表示数．(5)为了得到准确的测量结果，应让电表指针尽量指向表盘(填“左侧”、“右侧”或“中央”)；否则，在可能的条件下，应重新选择量程，并重复步骤(3)、(4)．(6)测量完成后，将选择开关拨向位置．【解析】本题考查多用电表的使用．首先要机械调零．在选择量程后还要进行欧姆调零而且每一次换倍率都要重复这样的过程．将红黑表笔短接，即为欧姆调零．测量二极管的反向电阻时应将红笔接二极管的正极，黑笔接负极．欧姆表盘的刻度线分布不均匀，在中央的刻度线比较均匀，所以尽量让指针指向表盘的中央．测量完成后应将开关打到OFF挡．【答案】短接红黑中央OFF【例题2】某同学将铜片和锌片插入水果中制成一个“水果电池”，该同学利用下列所给器材测量水果电池的电动势E和内阻r.A．电流表G1(内阻Rg=15Ω，满偏电流Ig=2mA)B．电流表G2(量程20mA，内阻约2Ω)C．滑动变阻器R1(0～1000Ω)D．电阻箱R2(0～9999.9Ω)E．待测水果电池(电动势E约4V，内阻r约200Ω)F．开关S，导线若干热点二提倡实验的创新度(1)实验中用电流表G1改装成量程0～4V的电压表，需________(选填“串联”或“并联”)一个阻值为Ω的电阻；(2)用电流表G2和改装成的电压表测量水果电池的电动势和内阻，为尽量减小实验的误差，请在虚线方框中画出实验电路图；(3)该同学实验中记录的6组对应的数据如下表，试根据表中数据在图8.27中描点画出U-I图线；由图线可得，水果电池的电动势E=______V，内电阻r=______Ω；(4)实验测得的水果电池的电动势和内阻与真实值相比，E测______E真，r测______r真(选填“大于”、“小于”或“等于”)．I/mA4.05.08.010.012.014.0U/V3.042.852.301.901.501.14图8.27133415210G4V3.80V(3.753.85)190198(185194)2112035.REr本题中没有电压表，所以要用灵敏电流计改装．要将改装为大量程的的电压表，要串联一个电阻，阻值为比较改装后的电压表和电流表以及电源的内阻，可以确定电流表外接以减小误差．如下图甲所示．如图乙所示，读出图线与纵坐标的截距即电动势填～均可【解析】，内电阻填～均可．.4EErr测测用电流表外接法测电源电动势与内阻，相当于测电源与电流表串联后的等效电动势与等效内阻，，可知【规律方法】根据闭合电路的欧姆定律测量电源电动势和内阻【变式练习】(1)一多用电表的电阻挡有三个倍率，分别是×1、×10、×100.用×10挡测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很小，为了较准确地进行测量，应换到挡．如果换挡后立即用表笔连接待测电阻进行读数，那么缺少的步骤是，若补上该步骤后测量，表盘的示数如图8.28，则该电阻的阻值是Ω.\图8.28(2)某研究性学习小组利用图8.29所示电路测量电池组的电动势E和内阻r.根据实验数据绘出如图8.210所示的R-1/I图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E=V，r=Ω.图8.29图8.210【答案】（1）×100调零（或从新调零）2.2×103（或2.2k）（2）3.00.931002.210.3.0V9120.,.EERRrIIr表头指针偏转角度小，说明测量电阻的阻值偏大，应选择大倍率的挡挡，换挡后必须重新调零，由图刻度读出测量电阻的阻值为由闭合电路欧姆定律，所以图中直线的斜率值为电源电动势的值，截距为内电阻的值，所以求出电源电动势为，内电阻为【解析】热点三关注实验的评估性【例3】某物理兴趣小组的同学想用如图8.211甲所示的电路探究一种热敏电阻的温度特性．(1)请按电路原理图将图乙中所缺的导线补接完整．为了保证实验的安全，滑动变阻器的滑动触头P在实验开始前应置于______端．(选填“a”或“b”)图8.211(2)正确连接电路后，在保温容器中注入适量冷水．接通电源，调节R记下电压表和电流表的示数，计算出该温度下的电阻值，将它与此时的水温一起记入表中．改变水的温度，测量出不同温度下的电阻值．该组同学的测量数据如下表所示，请你在图8.212的坐标纸中画出该热敏电阻的R′-t关系图．对比实验结果与理论曲线(图中已画出)可以看出二者有一定的差异．除了读数等偶然误差外，你认为还可能是由什么原因造成的？_____________________________________温度/℃30405060708090100阻值/kΩ7.85.33.42.21.51.10.90.7(3)已知电阻的散热功率可表示为P散=k(t-t0)，其中k是比例系数，t是电阻的温度，t0是周围环境温度．现将本实验所用的热敏电阻接到一个恒流源中，使流过它的电流恒为40mA，t0=20℃，k=0.16W/℃，由理论曲线可知，该电阻的温度大约稳定在______℃，此时电阻的发热功率为______W.图8.1-12【解析】(1)连线图如下(2)作图如上原因：电流表的分压造成电阻的测量值总比真实值大．随着温度的升高，热敏电阻的阻值变小，电流表的分压作用更明显，相对误差更大．(能答出任一要点即可)(3)在(2)的R-t图象中作出如图所示的图线，据其与理论图线的交点即可求得电阻的温度为50±2，发热功率为4.8±0.3.【规律方法】“伏安法测电阻”——要求熟练掌握电流表的两种接法：内接法和外接法；熟练应用部分电路欧姆定律；“描绘小灯泡的伏安特性曲线”——原理是部分电路欧姆定律，电流表用外接法，变阻器用分压式接法；“测电源的电动势和内阻”——原理是闭合电路欧姆定律，变阻器用限流式接法；“电表改装(测内阻)”——熟练掌握串并联电路的分配规律，掌握半偏法测内阻；可见，电学实验中考查最为频繁的就是测量电路与控制电路的选取．【变式练习】用伏安法测量电阻阻值R，并求出电阻率r.给定电压表(内阻约为50kΩ)、电流表(内阻约为40Ω)、滑动变阻器、电源、电键、待测电阻(约为250Ω)及导线若干．(1)画出测量R的电路图．(2)图8.213甲中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，试写出根据此图求R值的步骤：.求出的电阻值R=.(保留3位有效数字)图8.213甲(3)待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体，用游标为50分度的卡尺测量其长度与直径，结果分别如图8.213中乙、丙所示．由图可知其长度为，直径为.(4)由以上数据可求出r=.(保留3位有效数字)2225229(221237)0.800cm0.194cm8.4610m(8.16123410m8.761,VxxARRRUIkRkrrRRSl由题中数据的所以电流表外接，滑动变阻器阻值未知，故采用分压或限流皆可，如下图所示．①作直线，舍去左起第点，其余个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧．②求该直线的斜率，则～均为正确．由图可知其长度为，直径为根据得～【解析】20m)均为正确【答案】（1）见解析（2）作U-I直线，舍去左起第2点，其余5个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧（3）0.800cm0.194cm(4)8.46×10-2Ω×m热点四强调实验的综合性(2010·上海卷)某同学利用DIS、定值电阻R0、电阻箱R1等实验器材测量电池a的电动势和内阻，实验装置如图8.214(a)所示．实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R，用电压传感器测得端电压U，并在计算机上显示出如图8.214(b)所示的1/U-1/R关系图线a.重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻，得到图8.214(b)中的图线b.(1)由图线a可知电池a的电动势Ea=_____V，内阻ra=_____Ω.(2)若用同一个电阻R先后与电池a及电池b连接，则两电池的输出功率Pa______Pb(填“大于”、“等于”或“小于”)，效率ηa_______ηb(填“大