2020年高考物理二轮复习 题型研究二 第二讲 1明2选3画——逐步攻克电学实验题课件

第二讲1明2选3画——逐步攻克电学实验题考生普遍感觉电学实验题比力学实验题难度大一些，分析近几年的高考题也可以发现电学实验题的创新幅度小一些，不像很多力学实验题那样看起来就是一个全新的实验。而电学实验题往往是以大纲要求的5个基本实验为原型，从测量对象、实验原理、实验分析与数据处理等方面进行创新演绎。只要考生多从这几个方面学习、思考、研究、巩固，对于电学实验题也可以做到得心应手，“满分”而归。电学设计实验的难点是电路的设计思路，其突破方法为1．明——明确实验目的2．选——通过实验目的与实验器材的结合，选择合适的实验原理3．画——画出可能实验原理图，结合题设条件确定最优的电路原理图[典题例析][例1](2019·青岛三模)如图甲是多用电表简化电路图，电流计满偏电流0.5mA、内阻20Ω；电池电动势1.5V、内阻可忽略；电阻R1阻值20Ω；R3阻值24990Ω。(1)A插孔应接________表笔(选填“红”或“黑”)。(2)若指针指在图乙中所示位置，选择开关接1时其读数为________；选择开关接3时其读数为________。(3)测量电阻时，需先进行欧姆调零，此时应将R2的阻值调整为________Ω。(4)用多用电表测电流或电阻的过程中，下列说法正确的是________。A．测量电阻时，更换倍率后必须重新进行欧姆调零B．测量电流时，更换量程后必须重新进行调零C．测量未知电阻时，必须先选择倍率最大挡进行试测D．测量未知电流时，必须先选择电流最大量程进行试测[解析](1)从题图甲可以看出，欧姆表的内接电源上端为负极，再加上电流必须从G表的红表笔流进，从黑表笔流出，所以A插孔要接红表笔。(2)选择开关接1时，是电流表，其量程为I＝Ig＋RgR1Ig＝1mA，从题图乙所指的数可以读出电流为0.68mA，选择开关接3时，是电压表，量程为U＝Ug＋2IgR3＝25V，结合图乙指针可以确定此时电压为17.1V。(3)调节调零电阻使电流表G满偏，此时通过电源的电流为2Ig，则调零电阻的阻值R2＝E2Ig－R12＝1490Ω。(4)在测量电阻时，更换倍率后，欧姆表的内部电阻发生了变化，欧姆挡的零刻度在最右边，也就是电流满偏处，所以必须重新进行调零，故选项A正确；在测量电流时，根据电流表的原理，电流的零刻度在左边，更换量程后不需要调零，故选项B错误；在测量未知电阻时，若先选择倍率最大挡进行试测，当被测电阻较小时，易使指针偏角过大，打弯指针，所以应从倍率较小的挡进行试测，若指针偏角过小，再换用倍率较大的挡，故选项C错误；在测量未知电流时，为了电流表的安全，必须先选择电流最大量程进行试测，若指针偏角过小，再换用较小的量程进行测量，故D正确。[答案](1)红(2)0.68mA17.1V(3)1490(4)AD[例2](2019·天津耀华中学二模)某实验小组找到一段十几厘米长用来作定值电阻的粗细均匀的导线，想要测定其电阻率，其操作步骤如下：a．用螺旋测微器选取导线不同位置测量其直径D，求平均值并由此计算截面积Sb．用毫米刻度尺测出导线长度Lc．选择仪器，设计电路，将导线连入，利用伏安法测电阻R0d．根据电阻定律R＝ρLS计算电阻率(1)上述操作中有一处明显失误，正确做法应为_________。(2)测量直径时，其中一次如图所示，其读数_______mm。(3)若已知这段导体的电阻约为20Ω，要尽量精确的测量其电阻值，已知电源电动势E＝14V，内阻可忽略不计，则除了需要导线、开关以外在以下备选器材中应选用的是________。(只填字母代号)A．电流表(量程0～0.6A，内阻约1Ω)B．电流表(量程0～3A，内阻约0.22Ω)C．电压表(量程0～3V，内阻约3kΩ)D．电压表(量程0～15V，内阻约15kΩ)E．滑动变阻器(0～5Ω，允许最大电流2.0A)F．滑动变阻器(0～2000Ω，允许最大电流0.5A)(4)根据所选仪器，控制电路和测量电路应分别选择________。A．限流内接B．限流外接C．分压内接D．分压外接[解析](1)b处有明显错误，正确的做法是用毫米刻度尺测出导线接入电路的有效长度L，而非导线的全长。(2)螺旋测微器的读数为：1.5mm＋38.0×0.01mm＝1.880mm。(3)电源电动势E＝14V，故电压表选择D；电路中的最大电流I＝ER＝1420A＝0.7A，故电流表选择A；滑动变阻器E的电阻比待测电阻小，滑动变阻器F的电阻比待测电阻大得多，从方便操作的角度来看，选择滑动变阻器E，且采用分压式电路。(4)导体的电阻是小电阻，故采用外接法，由(3)分析可知，控制电路采用分压式电路，故选D。[答案](1)用毫米刻度尺测出导线接入电路的有效长度L(2)1.880(3)ADE(4)D[例3](2019·武汉模拟)现要测量电压表的内阻和电源的电动势，提供的器材有：电源(电动势约为6V，内阻不计)，电压表V1(量程0～2.5V，内阻约为2.5kΩ)，电压表V2(量程0～3V，内阻约为10kΩ)，电阻箱R0(最大阻值为9999.9Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为3kΩ)，滑动变阻器R2(最大阻值为500Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。(1)在图(a)中完成实验电路原理图的连线。(2)电路中应选用滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步骤进行实验：①闭合开关前，将滑动变阻器和电阻箱连入电路的阻值调至最大；②闭合开关，将电阻箱调到6kΩ，调节滑动变阻器至适当的位置，此时电压表V1的示数为1.60V，电压表V2的示数为2.40V；③保持滑动变阻器连入电路的阻值不变，再将电阻箱调到2kΩ，此时电压表V1的示数如图(b)所示，其示数为________V，电压表V2的示数为1.40V。(4)根据实验数据，计算得到电源的电动势为________V，电压表V1的内阻为________kΩ，电压表V2的内阻为________kΩ。[解析](1)由于两个电压表的量程都小于电源的电动势，两个电压表串联后的总电压仍然小于电源的电动势，故应该用滑动变阻器作为保护电阻。如果只是测量电动势，可以采用如图甲所示的电路，但是要想计算电压表V1、电压表V2各自的内阻，需要将电路改进，设计的电路有图乙、图丙所示的两种；而通过电压表V1的最大电流约为1mA，通过电压表V2的最大电流约为0.3mA，故设计的电路应该选择图乙。(2)根据(1)中电路图的连接，因为电压表的内阻较大，故滑动变阻器的最大阻值应该大于电压表V1的内阻，故滑动变阻器应该选择R1。(3)题图(b)所示的电压表的最小刻度为0.1V，故估读到0.01V，其读数为2.10V。(4)对图乙，设电压表V1和电压表V2的内阻分别为r1、r2，示数分别为U1、U2，滑动变阻器的电阻调到r，由闭合电路的欧姆定律，得E＝U1＋U2＋U2r2＋U2R01r，E＝U1′＋U2′＋U2′r2＋U2′R02r，其中R01＝6kΩ，R02＝2kΩ，对电压表V1和电压表V2所在的电路，由串并联规律得U1r1＝U2r2＋U2R01，U1′r1＝U2′r2＋U2′R02，代入数据，联立解得E＝5.60V，r1＝2.5kΩ，r2＝10kΩ。[答案](1)见解析图乙所示(2)R1(3)2.10(4)5.602.510[例4]导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时，其电阻值发生相应变化，这种现象称为应变电阻效应。图甲所示，用来称重的电子吊秤，就是利用了这个应变效应。电子吊秤实现称重的关键元件是拉力传感器。其工作原理是：挂钩上挂上重物，传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生微小形变(宏观上可认为形状不变)，拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成将所称物体重量变换为电信号。物理小组找到一根拉力敏感电阻丝RL，其阻值随拉力F变化的图像如图乙所示，小组按图丙所示电路制作了一个简易“吊秤”。电路中电源电动势E＝3V，内阻r＝1Ω；灵敏毫安表量程为10mA，内阻Rg＝50Ω；R1是可变电阻器，A、B两接线柱等高且固定。现将这根拉力敏感电阻丝套上轻质光滑绝缘滑环，将其两端接在A、B两接线柱之间固定不动。通过光滑绝缘滑环可将重物吊起，不计敏感电阻丝重力，现完成下列操作步骤：a．滑环下不吊重物时，闭合开关调节可变电阻R1使毫安表指针满偏；b．滑环下吊上已知重力的重物G，测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ；c．保持可变电阻R1接入电路电阻不变，读出此时毫安表示数I；d．换用不同已知重力的重物，挂在滑环上记录每一个重力值对应的电流值；e．将电流表刻度盘改装为重力刻度盘。(1)试写出敏感电阻丝上的拉力F与重物重力G的关系式F＝________________。(2)设R­F图像斜率为k，试写出电流表示数I与待测重物重力G的表达式I＝________________(用E、r、R1、Rg、R0、k、θ表示)。(3)若R­F图像中R0＝100Ω，k＝0.5Ω/N，测得θ＝60°，毫安表指针半偏，则待测重物重力G＝________N。(4)关于改装后的重力刻度盘，下列说法正确的是________。A．重力零刻度线在电流表满刻度处，刻度线均匀B．重力零刻度线在电流表零刻度处，刻度线均匀C．重力零刻度线在电流表满刻度处，刻度线不均匀D．重力零刻度线在电流表零刻度处，刻度线不均匀(5)若电源电动势不变，内阻变大，其他条件不变，用这台“简易吊秤”称重前，进行了步骤a操作；则测量结果________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。[解析](1)对滑环受力分析，由平衡条件可知：2Fcosθ＝G，解得F＝G2cosθ。(2)由题图乙可知：R＝kF＋R0；由丙电路可知：I＝Er＋Rg＋R1＋R＝Er＋Rg＋R1＋R0＋kG2cosθ。(3)由题意可知，当没有挂重物时电流表指针满偏，即E＝Igr＋Rg＋R1＋R0，又电流表半偏时I＝Er＋Rg＋R1＋R0＋kG2cosθ，联立可得G＝600N。(4)当不挂重物时，电流表满偏，则重力零刻度线在电流表满刻度处，因G与I不是正比关系，则刻度线不均匀，故选C。(5)实验前进行了a操作，则Ig＝Er＋Rg＋R1＋R0，则当挂重物G时：I＝Er＋Rg＋R1＋R＝EEIg＋kG2cosθ，则I不变，对实验的结果无影响，测量结果不变。[答案](1)G2cosθ(2)Er＋Rg＋R1＋R0＋kG2cosθ(3)600(4)C(5)不变