2011年高三物理二轮复习专题七 第2课时 电学实验

第2课时电学实验热点实验例析一、基本仪器的使用例1在如图1所示的电路中，四节干电池串联，小灯泡A、B的规格均为“3.8V,0.1A”．合上开关S后，无论怎样移动滑动片，A、B灯都不亮．用多用电表的直流电压档检查故障；图1Ⅰ①现将多用电表的开关置于下列量程的______挡较为合适(用字母序号表示)A．2.5VB．10VC．50VD．250V②测得c、d间电压约为5.8V，e、f间电压为0，则故障可能是()A．A灯丝断开B．B灯丝断开C．d、e间连线断开D．B灯被短路Ⅱ.接着利用欧姆表的“×1”挡测电阻，欧姆表已经“欧姆调零”．①测试前，一定要将电路中的开关S____________；②测c、d间和e、f间电阻时，某次测试结果如图2所示，读数为________．图2答案Ⅰ：①B②AⅡ：①断开②22Ω以题说法1.电压表的量程应根据待测电器的额定电压或电源电动势选取，读数原则是指针应转过满刻度的13.2．欧姆表的使用中应注意换挡要重新调零，读数原则是应在中值电阻附近读数较准确．预测演练1关于多用电表的使用，下列说法正确的是()A.把多用电表的选择开关旋至适当的直流电压挡，用图甲所示电路，合上开关S，则可测小灯泡两端的电压B.把多用电表的选择开关旋至适当的直流电流挡，用图乙所示电路，合上开关S，则可测通过小灯泡的电流C．把多用电表的选择开关旋至适当的欧姆挡，进行调零后，用图丙所示电路，开关S保持断开，则可测小灯泡的电阻D．把多用电表的选择开关旋至适当的欧姆挡，进行调零后，用图丁所示电路，会观察到此时欧姆表示数很小答案CD二、测定性实验1．测定电源电动势和内阻例2(2010·广东卷·34(2))某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻,使用的器材还包括定值电阻(R0＝5Ω)一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图3(a)．①在图3(b)的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接．②请完成下列主要实验步骤：A．检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图3(c)所示，读得电阻值是________；B．将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49V；C．将开关S2____，电压表的示数是1.16V；断开开关S1.③使用测得的数据，计算出干电池的内阻是________(计算结果保留二位有效数字)．④由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏________(填“大”或“小”)．图3解析①电路图如下图所示②由题中电阻箱图可读出阻值为20Ω，C步骤中，须将S2闭合.③只闭合S1时,电压表的示数等于电源电动势E＝1.49V,S2也闭合时，电压表测电阻箱两端的电压为U＝1.16V，由电路中电流相等可得：E－UR0＋r＝UR，代入数值得r＝0.69Ω.④因为电压表不是理想电压表，内阻不是无穷大,测电动势时,电源内阻和R0都分得部分电压,使得电压表示数小于电源电动势．答案①见图②20Ω闭合③0.69Ω④小预测演练22010年世博会在上海举行，本次世博会大量采用低碳环保技术，太阳能电池用作照明电源是其中的亮点之一．硅光电池是太阳能电池的一种，某同学为了测定某种硅光电池的电动势和内电阻，设计了如图4甲所示的电路，图中与A1串联的定值电阻的阻值为R0，电流表视为理想电表，在一定强度的光照下进行下述实验：图4(1)闭合开关，调节滑动变阻器，读出电流表A1、A2的值I1、I2.为了作出此电池的U－I曲线，需要计算出电路的路端电压U，则U＝________(用题中所给字母表示)；(2)根据测量数据作出该硅光电池的U－I图象如图乙所示，该电池的电动势E＝________V，在流过电流表A2的电流等于200mA的情况下，此电池的内阻r＝________Ω.(3)若将该硅光电池两端接上阻值为6Ω的电阻，此时对应的电池内阻r＝________Ω.(计算结果保留两位有效数字)答案(1)I1R0(2)2.904.0(3)5.62．伏安法测电阻例3某学习小组为探究导电溶液的电阻在体积相同时，电阻值与长度的关系．选取了一根乳胶管,里面灌满了盐水,两端用粗铜丝塞住管口,形成一段封闭的盐水柱．进行了如下实验：(1)在用多用电表粗测盐水电阻时,该小组首先选用“×100”欧姆挡，其阻值如图5中指针a所示，为了减小多用电表的读数误差，多用电表的选择开关应换用________欧姆挡；(2)改换选择开关后，应先进行__________，若测得阻值如图中指针b所示，则盐水的阻值大约是____________Ω；图5(3)现采用伏安法测盐水柱的电阻，有如下实验器材：A．直流电源：电动势12V，内阻很小，额定电流为1AB．电流表A：量程0～10mA，内阻约10Ω；C．电压表V：量程0～15V，内阻约15kΩ；D．滑动变阻器R：最大阻值10kΩ；F．开关、导线等该小组已经完成部分导线的连接，请你在实物接线图6中完成余下导线的连接．图6(4)握住乳胶管的两端把它均匀拉长，多次实验测得盐水柱长度L、电阻R的数据如下表：为了研究盐水柱的电阻R与长度L的关系，该小组用纵坐标表示电阻R，作出了如图7所示的图线，你认为横坐标表示的物理量是________．实验次数1234567长度L(cm)20.025.030.035.040.045.050.0电阻R(kΩ)1.32.13.04.15.36.78.4图7答案(1)×1000(2)欧姆调零6000(3)实物电路图如图所示(4)L2以题说法本题是一个探究性实验，由图象可知R与横坐标表示的物理量是线性关系，在处理时可对L的数据进行L2、L3、…,找线性关系,也可以利用L，3L、…,去找线性关系．预测演练3某同学查阅资料发现自动铅笔笔芯的电阻随温度升高而变小．在实验室里，他取一段长为16cm的自动铅笔笔芯，用多用电表测量其电阻大约为4Ω.该同学要较精确测量铅笔芯的电阻，现有下述器材可供选择：A．直流电源3V，内阻不计；B．直流电流表0～3A(内阻0.1Ω)C．直流电流表0～600mA(内阻0.5Ω)D．直流电压表0～3V(内阻3kΩ)E．直流电压表0～15V(内阻200kΩ)F．滑动变阻器(10Ω，1A)G．滑动变阻器(1kΩ，300mA)(1)除开关、导线外，实验中能够在电压表上从零开始读取若干组数据,需要选用的器材有:______(填写字母代号);(2)用线条代替导线，连接实验电路图8；图8(3)该同学在下表中记录了实验数据，请你根据实验数据，在图9的坐标纸上画出该铅笔芯的伏安特性曲线；U/V00.30.50.711.21.51.722.2I/A00.080.130.180.250.300.360.390.430.45图9(4)该同学又利用铅笔芯制成一个魔术道具,将“1.2V、1.2W”的小灯泡与一段适当长度的该铅笔芯串联，接到一节电动势为1.5V、内阻为0.2Ω的纽扣电池两端，若铅笔芯长度合适,小灯泡的电压低于0.8V时，灯泡基本不发光;点燃火柴给铅笔芯加热，就会发现小灯泡亮起来，火柴熄灭，灯泡随之熄灭．请你给他一个建议，应当取用长为__________cm的铅笔芯串接在电路中，才能发生上述神奇的现象．答案(1)ACDF(2)实物连接如图所示(3)铅笔芯的伏安特性曲线如图所示(4)3.43．决定导线电阻的因素例4某同学在做测定金属丝电阻率的实验中，取一根粗细均匀的康铜丝，先用螺旋测微器测出康铜丝的直径d；然后分别测出不同长度l1，l2，l3，l4、…的康铜丝的电阻R1,R2，R3，R4、…，以R为纵坐标，以l为横坐标建立直角坐标系，画出R－l图象．甲乙丙丁图10(1)某次测量康铜丝的直径时螺旋测微器的示数如图10丁所示．可知此次测得康铜丝的直径为________mm.(2)图乙是测量康铜丝电阻的原理图，根据原理图在如图甲所示的实物图中画出连线．(3)利用上面的电路图测出电阻值比真实值______(填“偏大”或“偏小”)，这种误差叫做________．(4)坐标图丙中的6个点表示实验中测得的6组康铜丝的长度l、电阻R的值．请你利用R－l图象和螺旋测微器多次测量求得的康铜丝直径d，求出康铜丝的电阻率ρ＝________.审题突破1.如何根据电路图进行实物连接呢？2．如何判定电流表和电压表的内接与外接呢？3．本实验为何采用滑动变阻器的限流式接法呢？答案(1)1.880(1.878～1.882均正确)(2)电路连接如图所示(3)偏小系统误差(4)R－l图象中直线的斜率为k＝Rl＝3.00.30Ω/m＝10Ω/m又由R＝ρlS和S＝πd24，得ρ＝＝kS＝5πd22Ω·m.预测演练4现实验室里备有以下列表中实验器材，请你帮助完成设计一电路来测量“金属丝的电阻率”．要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能得到多组数据.序号实验器材参数或用途1金属丝(L)长度为L0直径为D2电流表(A1)量程10mA内阻r1＝40Ω3电流表(A2)量程500μA内阻r2＝750Ω4电阻(R1)阻值约为100Ω起保护作用5滑动变阻器(R2)总阻值约20Ω6电池(E)电动势1.5V内阻很小7开关(S)8导线若干(1)下面图11所示的方框中是一位同学设计的电路图的一部分，请你在他设计的电路图上，帮助该同学补充完整，并标明所用器材的代号．图11(2)若选测量数据中的一组数据计算电阻率ρ，则所用的表达式ρ＝________________，式中各符号的意义是_______________________________________________________________________________________________________________.(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径D的读数如图12所示,则读数为________mm.图12答案(1)如图所示(2)πD2(I2r2－I1r1)4L0I1，I1为A1的读数，I2为A2的读数，r1为A1的内阻，r2为A2的内阻，L0为金属丝的长度，D为金属丝的直径(3)0.900三、应用型实验例5(2010·安徽卷·21Ⅱ)太阳能是一种清洁、“绿色”能源．在我国上海举办的2010年世博会上，大量利用了太阳能电池．太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件．某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I－U特性.所用的器材包括：太阳能电池、电源E、电流表A、电压表V、滑动变阻器R、开关S及导线若干．图13(1)为了达到上述目的，请将图13连成一个完整的实验电路图．(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图14的I－U图象．由图可知，当电压小于2.00V时，太阳能电池的电阻________(填“很大”或“很小”)；当电压为2.80V时，太阳能电池的电阻约为________Ω.图14解析(1)实验电路图如图所示．(2)当电压小于2.00V时，电流几乎为0，太阳能电池的电阻很大；当电压为2.80V时，对应电流约为2.8mA,太阳能电池的电阻为R＝2.802.8×10－3Ω＝1000Ω.答案(1)如图所示(2)很大1000(965～1040都对)预测演练5在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，实验室提供了小灯泡(2.5V,0.3A)、电流表、电压表以及滑动变阻器等实验器材：甲乙图15(1)图15甲为实验中某同学连接好的实验电路图，在开关S闭合之前，应把滑动变阻器的滑片P移到________位置(填“A端”或“B端”)；实验中滑片P从中间位置向B端移动过程中会观察到电压表读数变________(填“大”或“小”)．(2)某同学按图甲连接好实验电路，在实验中发现，闭合开关S后，滑动片从A端移动到B端的过程中电压表示数始终为零，可能出现故障的原因是________(填选项前的字母)A．a导线断了B．b导线断了C．c导线断了D．d导线断了(3)某同学根据测量出的数据画出的I－U图象，如图乙所示，当小灯泡两端电压为2.00V时，小灯泡的电阻值R＝_____Ω，小灯泡的实际功率P＝______W(