二轮复习板块十一实验2

二轮复习板块十一实验2--电学*知识清单*高考探秘：本板块涉及到的电学实验有1.基本仪器的读数及多用电表的使用2.以测量电阻为核心的电学实验3.以测电源电动势为核心的电学实验4.电阻测量的5种方法5.电学创新实验近几年全国卷对电学实验的考查比较全面，难度中等。一、基本仪器的读数及多用电表的使用1．游标卡尺、螺旋测微器的2点读数方法一是所有读数一定以毫米为单位并注意主尺刻度对应的毫米数，根据结果再变换单位；二是以毫米为单位，小数点后数字位数分别是：螺旋测微器是3位，20分度和50分度游标卡尺是2位，10分度游标卡尺和毫米刻度尺是1位。2．电压表、电流表、多用电表的读数方法(1)对电表读数问题，要先弄清楚电表的精确度，即每小格的数值，再确定估读的方法，是12、15还是110估读，明确读数的小数位数。(2)多用电表的使用问题，在弄清其基本原理的基础上，会选择测量项目及量程、挡位，能区分机械调零和欧姆调零的区别，掌握测量电阻的步骤，此外，会看多用电表表盘，最上排不均匀刻度为测电阻时读数刻度，读出表盘刻度后应乘以挡位倍率；中间刻度是均匀的，为测量电压和电流的读数刻度，下面三排数字均为方便读数所标注；最下排刻度专为测量2.5V以下交流电压所用，一般较少使用。二、以测量电阻为核心的电学实验【题后反思与总结】：1．仪器的选择(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不宜过大，一般应使指针能达到半偏左右。2．电路的选择(1)测量电路的选择比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差来源电流表的分压电压表的分流测量结果R测＝UI＞Rx，偏大R测＝UI＜Rx，偏小适用条件Rx≫RA(测大电阻)RV≫Rx(测小电阻)(2)控制电路的选择：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：第一要求待测电路的U、I从0变化；第二R滑≪Rx；第三选用限流式时，Ux、Ix过大(超过电流表量程，烧坏电表、电源或用电器等)。三、以测电源电动势为核心的电学实验1．伏安法测电源电动势和内阻的要点分析(1)以电源为研究对象，由于电源的内阻相对电压表的内阻来说小得多，根据伏安法测量的原则可知，当研究对象的电阻比电压表的内阻小得多时，应采用电流表外接法(即相对电源来说电流表在电压表的外边)。(2)在利用UI图象处理数据时，应使各点均匀地分布在图线的两侧，且应把偏离图线较远的点舍掉。同时要注意纵轴起点是否为零，若不为零则图线与横轴交点的横坐标不表示短路电流，但图线的纵截距仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为电源内阻。2．测量电源的电动势和内阻的其他常用方法(1)安阻法：用一个电流表和电阻箱测量，电路如图1所示，测量原理为E＝I1(R1＋r)，多次测量即可求出E和r，此种方法测得的电动势无偏差，但测得的内阻偏大。(2)伏阻法：用一个电压表和电阻箱测量，电路如图2所示，测量原理为E＝U2＋U2R2r，多次测量即可求出r和E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小。(3)伏伏法：用两个电压表(其中电压表的内阻已知)测量，电路如图3所示，测量时先闭合S1，断开S2，测得、的示数分别为U31、U32，此时E＝U31＋U32＋U31RVr，RV为的内阻；再闭合S2，的示数为U31′，此时E＝U31′＋U31′RVr，解方程组可求得E、r，此种方法无系统误差。3.测量电源电动势和内阻实验中几种常见的数据处理图象电路图图象解析式及斜率、纵截距U＝－rI＋E⇒k＝－rb＝E1I＝1E·R＋rE⇒k＝1Eb＝rE1U＝rE·1R＋1E⇒k＝rEb＝1E四、测量电阻的多种方法1.多用电表测电阻的原理：闭合电路欧姆定律I＝ER＋Rg＋r＋Rx＝ER内＋Rx。由上式可以发现：通过电流计的电流I虽然与待测电阻Rx不呈线性关系，但存在一一对应关系，即测出相应的电流，就可算出相应的电阻。2.电流等效替代，实验步骤如下：(1)按图1电路图连好电路，并将电阻箱R0的阻值调至最大，滑动变阻器的滑片P置于a端。(2)闭合开关S1、S2，调节滑片P，使电流表指针指在适当的位置，记下此时电流表的示数为I。(3)断开开关S2，再闭合开关S3，保持滑动变阻器滑片P位置不变，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I。(4)此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻Rx的阻值等效，即Rx＝R0。3.电压等效替代，实验步骤如下：(1)按图2电路图连好电路，并将电阻箱R0的阻值调至最大，滑动变阻器的滑片P置于a端。(2)闭合开关S1、S2，调节滑片P使电压表指针指在适当的位置，记下此时电压表的示数为U。(3)断开S2，再闭合S3，保持滑动变阻器滑片P位置不变，调节电阻箱使电压表的示数仍为U。(4)此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻Rx的阻值等效，即Rx＝R0。特别注意：等效替代的实质是当某一电阻替代电路中的另一电阻后，若电路中的总电流或路端电压不发生变化，那么替代的电阻与被替代的电阻阻值是相等的。分析该法测电阻时一定要紧扣两点：(1)电路中是电流在变还是电压在变。(2)电路的变化是通过什么方式实现的(如电路的串、并连接)。4.在电阻的测量方法中，有一种很独特的测量方法，那就是电桥法。其测量电路如图所示，实验中调节电阻箱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。5根据欧姆定律有：U1R1＝U2R2，U1R3＝U2Rx。由以上两式解得：R1×Rx＝R2×R3。这就是电桥平衡的条件，由该平衡条件也可求出被测电阻Rx的阻值。在用电桥法测电阻时要注意两个要点，一是要明确电路的结构，电路中由四个电阻先两两串联，然后将串联部分并联，那么串联在一起的那部分就是“桥”。二是要明确电桥平衡的条件。6.电表有着自己神奇的一面，那就是当它接入电路中时，可以显示相应的读数，因此我们便可以利用它相应读数的变化(如半偏)巧妙地测量出它的内阻。半偏法的本质是根据电路中电压或电流的变化，来确定电路中被测电阻阻值的大小，这种思维实质上是根据串联电路的分压或并联电路的分流来实现的。半偏法在高考中常与电表的改装结合在一起考查。对于半偏法测电表内阻有以下两种方案。方案1半偏电流法该方案的实验步骤如下：(1)按图1连接实验电路。(2)断开K2，闭合K1，调节R1，使电流表读数等于其量程Im。(3)保持R1不变，闭合K2，调节R2，使电流表读数等于Im/2，然后读出R2的值，若满足R1≫RA，则可认为RA＝R2。该方案的误差分析：当闭合K2时，总电阻减小，总电流增大，大于原电流表的满偏电流，而此时电流表半偏，所以流经R2的电流比电流表所在支路的电流大，R2的电阻比电流表的电阻小，而我们把R2的读数当成电流表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小。方案2半偏电压法该方案的实验步骤如下：(1)按图2连接实验电路。(2)将R2的值调为零，闭合K，调节R1的滑动触头，使电压表读数等于其量程Um。(3)保持R1的滑动触头不动，调节R2，使电压表读数等于Um/2，然后读出R2的值。若R1≪RV，则可认为RV＝R2。该方案的误差分析：当R2的值由零逐渐增大时，R2与电压表两端的电压也将逐渐增大，因此电压表读数等于Um/2时，R2两端的电压将大于Um/2，则R2＞RV，从而造成RV的测量值偏大。显然半偏电压法适于测量内阻较大的电压表的电阻。五、电学创新实验高考试题中出现的电学创新实验，大都是在教材常规实验的基础上，进行重组、包装、拓展、创新，它们源于教材，但高于教材，解决这类创新实验时，应注意以下三点：(1)无论哪个电学实验，也不管怎么创新都离不开电路，离不开实验仪器的选取，电流表内、外接法的判断，滑动变阻器的分压电路与限流电路的分析。(2)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。(3)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，无须另并联电压表；测电流表内阻时，无须再串联电流表。3月12日作业1.【2019年天津卷】现测定长金属丝的电阻率。①某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示，其读数是______mm。②利用下列器材设计一个电路，尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻xR约为100，画出实验电路图，并标明器材代号。电源E（电动势10V，内阻约为10）电流表1A（量程0~250mA，内阻15R）电流表2A（量程0~300mA，内阻约为5）滑动变阻器R（最大阻值10，额定电流2A）开关S及导线若干③某同学设计方案正确，测量得到电流表1A的读数为1I，电流表2A的读数为2I，则这段金属丝电阻的计算式xR______。从设计原理看，其测量值与真实值相比______（填“偏大”、“偏小”或“相等”）。2．【2019·全国I卷】某同学要将一量程为250μA的微安表改装为量程为20mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1200Ω，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（b）中的实物连接。（2）当标准毫安表的示数为16.0mA时，微安表的指针位置如图（c）所示，由此可以推测出改装的电表量程不是预期值，而是。（填正确答案标号）A．18MaB．21mAC．25mAD．28mA（3）产生上述问题的原因可能是。（填正确答案标号）A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1200ΩB．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1200ΩC．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都正确，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=。3.【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100Ω）；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50.0μA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50.0μA，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（填“变大”或“变小”），电压表V1示数（填“增大”或“减小”），此时应将R的滑片向（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Δ||ΔUt=×10-3V/℃（保留2位有效数字）。4(2019·全国III卷)某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度。可选用的器材还有：定值电阻R0（阻值14kΩ），滑动变阻器R1（最大阻值1500Ω），滑动变阻器R2（最大阻值500Ω），电阻箱（0~99999.9Ω），干电池（E=1.5V，r=1.5Ω），红、黑表笔和导线若干。（1）欧姆表设计将图（a）中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为__________Ω：滑动变阻器选__________（填“R1”或“R2”）。（2）刻度欧姆表表盘通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图（b）所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为______