2020届高考物理艺考生大二轮总复习 上篇 专题六 物理实验 第2讲 电学实验教学案

第2讲电学实验三年考情分析高考命题规律三年考题考查内容核心素养电学实验通常从实验的基本原理出发，侧重考查数据处理分析的能力和实验设计能力，考查的原理基于两个基本的实验原理，即：①部分电路欧姆定律R＝UI，如电阻的测量、电表内阻的测量、电表的改装；②闭合电路欧姆定律E＝U内＋U外及它的演变形式E＝U外＋Ir、E＝I(R＋r)、E＝U外R(R＋r)，并结合函数图像进行考查，如测电源电动势和内阻.2019Ⅰ卷23T电表改装科学态度Ⅱ卷23T研究二极管科学态度、交流Ⅲ卷23T电表改装科学态度2018Ⅰ卷23T测热敏电阻温度特性科学态度、交流Ⅱ卷22T组装多用电表科学态度Ⅲ卷23T测电阻科学态度、交流2017Ⅰ卷23T研究小灯泡的伏安特性科学态度Ⅱ卷23T测电表内阻科学态度Ⅲ卷23T练习使用多用电表科学态度考向一电表改装、多用电表原理和使用[知识必备]——提核心通技法1．电流表、电压表、欧姆表的对比仪器极性量程选择读数电流表有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负极流出使指针指在满偏刻度13～23的位置若最小分度为1、0.1、0.01等，需要估读到最小分度的下一位；如果最小分度不是1、0.1、0.01等，只需要读到最小分度位即可电压表欧姆表使指针尽量指在表盘的中间位置左右取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率2.欧姆表的原理(1)欧姆表内有电源，红表笔与内部电源负极相连，黑表笔与内部电源的正极相连，故其电流方向为“红表笔流进，黑表笔流出”．(2)测电阻的原理是闭合电路欧姆定律．当红、黑表笔短接时，调节滑动变阻器R0(即欧姆调零)，使灵敏电流计满偏，Ig＝ERg＋R0＋r，此时中值电阻R中＝Rg＋R0＋r，当两表笔接入电阻Rx时I＝ERg＋R0＋r＋Rx，电阻Rx与电路中的电流相对应，但不是线性关系，故欧姆表刻度不均匀．3．欧姆表使用六注意(1)选挡接着调零；(2)换挡重新调零；(3)待测电阻与电路、电源要断开；(4)尽量使指针指在表盘中间位置附近；(5)读数之后要乘以倍率得阻值；(6)用完后，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡．[典题例析]——析典题学通法[例1](2019·课标Ⅲ，23)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”)．图(a)(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________、________.图(b)(3)校准红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向________kΩ处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量．若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图(c)所示，则电阻箱接入的阻值为________Ω.[解析]本题考查了欧姆表的改装及电阻箱的读数，考查了学生的实验能力，体现了科学思维中的科学推理素养要素，渗透了实践的价值观念．(1)由题意知改装的欧姆表的中值电阻即内阻为15kΩ，即R0＋rg＋r＋R＝15kΩ，故R＝15kΩ－14kΩ－98.5Ω－1.5Ω＝900Ω.由于滑动变阻器接入电路中的阻值大于R2的最大阻值，故只能选用R1.(2)由闭合电路的欧姆定律有：1．5V＝25μA×(Ra＋15kΩ)，1.5V＝75μA×(Rb＋15kΩ)，解得Ra＝45kΩ，Rb＝5kΩ.(3)红、黑表笔短接，进行欧姆调零．由图得电阻箱的读数为3×10kΩ＋5×1kΩ＋0×100Ω＋0×10Ω＋0×1Ω＋0×0.1Ω＝35000.0Ω.[答案](1)连线如图900R1(2)455(3)035000.0[跟进题组]——练考题提能力1．某同学用量程为0～1mA、内阻为120Ω的表头按图(a)所示电路改装成量程分别为0～1V和0～1A的多用电表．图中R1和R2为定值电阻，S为开关．回答下列问题：(1)根据图(a)所示的电路，在图(b)所示的实物图上连线．(2)开关S闭合时，多用电表用于测量________(填“电流”、“电压”或“电阻”)；开关S断开时，多用电表用于测量________(填“电流”、“电压”或“电阻”)．(3)表笔A应为________色(填“红”或“黑”)．(4)定值电阻的阻值R1＝________Ω，R2＝________Ω.(结果取3位有效数字)解析：(1)见答案．(2)开关S闭合时，表头和R2串联后与R1并联，为电流表，因此用于测量电流；当开关S断开时，R2与表头串联，为电压表，因此用于测电压．(3)电流应从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表，因此表笔A应为黑色．(4)开关S断开时为电压表，U＝Ig(Rg＋R2)，解得R2＝880Ω；开关S闭合时为电流表，R1＝IgRg＋R2I－Ig＝1.00Ω.答案：(1)连线如图所示(2)电流电压(3)黑(4)1.008802．图甲为多用电表的示意图，现用它测量一个阻值约为20Ω的电阻，测量步骤如下：(1)调节________，使电表指针对准________(填“电阻”或“电流”)的“0”刻线．(2)将选择开关旋转到“Ω”挡的________位置(填“×1”“×10”“×100”或“×1k”)．(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节________，使电表指针对准________(填“电阻”或“电流”)的“0”刻线．(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触，若电表读数如图乙所示，该电阻的阻值为________Ω.(5)测量完毕，将选择开关旋转到“OFF”位置．解析：(1)将选择开关拨到欧姆挡前，先要进行机械调零．方法是调节机械定位螺丝，使电表指针指在电流等于零的刻线位置．(2)用多用电表测20Ω的电阻时，要把选择开关旋转到“Ω”挡“×1”的位置．(3)将红、黑表笔短接，进行欧姆调零．调节调零旋钮，使指针指在“Ω”挡的零刻线上．(4)由乙图读出该电阻的阻值为19Ω.答案：(1)定位螺丝电流(2)×1(3)调零旋钮电阻(4)19[规律方法]——知规律握方法多用电表使用“五步”法(1)选倍率：一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率，如估计值为200Ω，就应该选“×10”的倍率．(2)进行欧姆调零．(3)将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量．(4)将指针示数乘以倍率，得测量值．(5)测量结束后，将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡．特别注意：用欧姆挡测电阻时，如果指针偏转角度太小(即指针所指的欧姆刻度值太大)，应该适当增大倍率重新调零后再测量；如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太小)，应该适当减小倍率重新调零后再测量．考向二以测电阻为核心的实验[知识必备]——提核心通技法1．电流表内接法与外接法的判断方法(1)比值判断法若RVRxRxRA，应选用内接法；若RVRxRxRA，应选用外接法．(2)临界值判断法若RxRA·RV，应选用内接法；若RxRA·RV，应选用外接法；若Rx＝R0，内外接法均可．(3)试触法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．2．滑动变阻器限流接法与分压接法的选取原则(1)限流式接法选取原则一般在滑动变阻器总电阻R0与用电器电阻Rx相差不大时，若既不要求较大范围内调节电流和电压，又不要求从零开始读数，则优先选择限流式接法．(2)分压式接法选取原则①滑动变阻器的总电阻R0远小于用电器电阻Rx或电路中串联的其他电阻的阻值，即Rx≫R0；②要求用电器Rx的电流或电压从零开始连续变化；③采用限流式接法时，电路中的最小电流大于用电器Rx的额定电流，或给定的仪表量程偏小．三条中满足一条，采用分压接法．[典题例析]——析典题学通法[例2](2018·全国卷Ⅲ，23T)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图中R0为标准定值电阻(R0＝20.0Ω)；可视为理想电压表；S1为单刀开关，S2为单刀双掷开关；E为电源；R为滑动变阻器，采用如下步骤完成实验．(1)按照实验原理线路图(a)，将图(b)中实物连线；(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合S1；(3)将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表的示数U2；(4)待测电阻阻值的表达式Rx＝________(用R0、U1、U2表示)(5)重复步骤(3)，得到如下数据：12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.49U2U13.443.433.393.403.39(6)利用上述5次测量所得U2U1的平均值，求得Rx＝________Ω.(保留1位小数)[审题指导]本题属于计算型实验题，结合题设条件，利用欧姆定律列方程求解；本题中还有一点也应注意，可视为理想电压表，其对电路无影响．[解析](1)根据原理图进行实物连线，注意滑动变阻器的接法，如图所示．(4)I＝U1R0，Ux＝U2－U1，Rx＝UxI联立得：Rx＝U2－U1·R0U1(6)U1U2的平均值为3.44＋3.43＋3.39＋3.40＋3.395＝3.41Rx＝U2U1－1R0＝(3.41－1)×20.0Ω＝48.2Ω.[答案](1)见解析图(4)U2－U1R0U1(6)48.2[跟进题组]——练考题提能力1．(2019·山东省青岛市二模)某实验探究小组利用半偏法测量电压表内阻，实验室提供了下列实验器材：A．待测电压表V(量程为3V，内阻约为3000Ω)B．电阻箱R1(最大阻值为9999.9Ω)C．滑动变阻器R2(最大阻值为10Ω，额定电流为2A)D．电源E(电动势为6V，内阻不计)E．开关两个，导线若干(1)如图虚线框内为探究小组设计的部分测量电路，请你补画完整；(2)根据设计的电路图，连接好实验电路，进行实验操作，请你补充完善下面操作步骤．首先闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R2的滑片，使电压表达到满偏；保持________不变，断开开关________(选填“S1”或“S2”)，调节________的阻值，使电压表示数达到半偏，读取并记录此时电阻箱的阻值R0；(3)实验测出的电压表内阻R测＝________，它与电压表内阻的真实值RV相比，R测________RV(选填“＞”“＝”或“＜”)．解析：(1)根据半偏法测电压表内阻的原理，滑动变阻器应接成分压式电路，所以电路如图所示．(2)闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R2的滑片，使电压表达到满偏；保持R2的滑片位置不变，使R2左半部分的电压不变，断开开关“S2”，使电压表和电阻箱串联，调节电阻箱接入电路的阻值，使电压表示数达到半偏，读取并记录此时电阻箱的阻值R0；(3)依据上述操作，被测电压表和电阻箱分得电压相等，即电压表内阻和此时电阻箱接入电路部分电阻相等，可通过读取电阻箱接入电路部分电阻，得到被测电压表内阻，R测＝R0；因为，断开开关“S2”后总电阻增大，使R2左半部分得电压增大，即R0两端电压大于被测电压表两端电压，R0的阻值大于被测电压表的内阻，则R测＞RV.答案：(1)如图所示(2)R2的滑片位置S2R1(3)R0＞2．(2020·广东省广州市模拟)为测量某金属丝的电阻率，某同学设计了如图(a)所示的实验电路．请完成下列实验相关内容：(1)为粗测金属丝的总电阻值，该同学用如图(b)所示的多用电表在连接好的电路上进行测量：①机械