2020版高考物理二轮复习 第二部分 高考题型研究 2-4 电学实验基础命题点课件

第二部分高考题型研究02实验题型研究第4讲电学实验基础命题点一、实验关键问题归纳——抓共性1．实验器材的选择实验器材的选择原则安全、精确、方便，在保证不超过电压表和电流表量程的条件下尽量使指针偏角大些，精确度更高些实验器材的选择思路先估算回路中电流和电压的最大值，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材电流表和电压表的选择①根据电源的参数来选择②根据电路中的最大电流(或者最大电压)来选择③根据用电器的额定电流(或者额定电压)来选择滑动变阻器的选择①用分压式接法时，应该选用最大阻值较小、额定电流较大的滑动变阻器②用限流式接法时，应该选用最大阻值和被测电阻接近或比被测电阻大3－5倍的滑动变阻器2.电流表的内接法和外接法(1)若Rx＞RARV，则采用电流表内接法，此时R测＝U测I测＝Rx＋RARx.(2)若Rx＜RARV，则采用电流表外接法，此时R测＝U测I测＝RxRVRx＋RVRx.3．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法通常滑动变阻器应选用限流式接法，但在下列三种情况下，必须选择分压式接法．(1)若采用限流式电路，电路中的最小电流超过用电器的额定电流，必须选用分压式电路．(2)当用电器电阻远大于滑动变阻器的最大电阻，且实验要求的电压变化范围较大或要求测量多组实验数据时，必须选用分压式电路．(3)要求回路中某部分电路的电压或电流从零开始可连续变化时必须选用分压式电路．4．实物图连线的注意事项(1)按从电源“＋”极到“－”极的顺序连接电路，对有多条回路的电路，可逐条连接．(2)电流表与被测电路串联，电流表不能直接接到电源两端；电压表与被测电路并联，电压表可以直接接到电源两端．两者“＋”接线柱均靠近电源“＋”极，“－”接线柱靠近电源“－”极．(3)滑动变阻器的限流式接法应“一上一下”；分压式接法应先将全部电阻丝接入电路，再将被测电路与滑动变阻器的上接线柱按电路图连接．(4)连接完成后检查是否与电路图一致，有无元件连接错误5．保护电阻的处理为了保护电路，一般会在电路中加入一个保护电阻，例如在测电源电动势和内阻实验方案一中可将保护电阻看成滑动变阻器的一部分；方案二中可将保护电阻看成电源内阻的一部分，求解电源内阻时一定要注意减去保护电阻的阻值．图2—4—16．电表的“三用”如果知道电表的内阻，则电流表、电压表既可以测电流，又可以测电压，还可以作为定值电阻来使用，即“一表三用”．二、常考实验练中自检——查缺漏类型(一)以多用电表的原理及使用为核心的实验多用电表是中学电学中的一种常用仪器，“练习使用多用电表”是高考考查的热点实验之一，考查的主要内容有多用电表的改装及工作原理，电表读数，使用多用电表测量电路中的电压、电流和电阻，利用多用电表分析电路的故障等，综合性比较强，难度也比较大．预计2020年高考可能会将多用电表的工作原理穿插在其他电学实验中进行考查．【例1】(2019年梅州二模)在物理课外活动中，小明同学制作了一个简单的多用电表，图甲为电表的电路原理图．已知选用的电流表内阻Rg＝10Ω、满偏电流Ig＝10mA，当选择开关接3时为量程250V的电压表．该多用电表表盘如图乙所示，下排刻度均匀，C为上排刻度线的中间刻度，由于粗心上排刻度线对应数值没有标出．图2—4—2(1)若指针指在图乙所示位置，选择开关接1时其读数为________；选择开关接3时其读数为________．(2)为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势，小明同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如下实验：①将选择开关接2，红、黑表笔短接，调节R1的阻值使电表指针满偏．②将多用电表红、黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使多用电表指针指在C处，此时电阻箱示数如图丙所示，则C处刻度应为________Ω.③计算得到多用电表内电池的电动势为________V．(保留两位有效数字)(3)调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，若指针指在图乙所示位置，则待测电阻的阻值为________Ω.(保留两位有效数字)【解析】(1)选择开关接1时测电流，多用电表为量程是10mA的电流表，其分度值为0.2mA，示数为7.0mA；选择开关接3时测电压，多用电表为量程是250V的电压表，其分度值为5V，其示数为175V.(2)②由题图丙所示电阻箱可知，电阻箱示数为0×1000Ω＋1×100Ω＋5×10Ω＋0×1Ω＝150Ω；③由题图乙所示可知，指针指在C处时，电流表示数为5mA＝0.005A，C处电阻为中值电阻，则电表内阻为150Ω，电源电动势E＝I(R＋r)＝0.005×(150＋150)V＝1.5V.(3)根据第(1)问可知，表头所示电流为7.0mA；调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，此时电路中的电流值也为7.0mA，而表内电池的电动势为E＝1.5V，表内总电阻为150Ω，由欧姆定律可知：R＝1.50.007Ω－150Ω≈64Ω；所以待测电阻的阻值为64Ω.【答案】(1)7.0mA175V(2)②150③1.5(3)64类型(二)以测电阻为核心的实验此类实验题主要考查电阻的测量方法．考查比较多的是伏安法、半偏法以及等效替代法．近几年有关电表内阻测量的实验题出现较多，考查时常以设计性实验题的形式出现，也常常伴随一些常用电学仪表的读数，有时会结合图象考查考生分析图象的能力．【例2】(2019年贵阳高三模拟)某同学用伏安法测量一未知电阻Rx的电阻值．(1)该同学用电流表内接法和外接法分别测量了Rx的伏安特性，并将得到的电流、电压数据描绘到U－I图上，由电流表外接法得到的图线是图甲中的__________(选填“a”或“b”)．(2)请用图甲中的数据，求出用电流表外接法时Rx的测量值为________Ω(保留两位有效数字)，其测量值与真实值相比________(选填“偏大”或“偏小”)．(3)图乙是用电流表外接法已部分连接好的实物电路，请结合甲图信息补充完成实物接线．图2—4—3【解析】(1)电流表外接法，由于电压表分流作用，测得的电流值会偏大，由图示图象可知，由电流表外接法得到的图线是b.(2)由图示图象可知，电阻：R＝ΔUΔI＝0.60.5Ω＝1.2Ω；因电流的测量值偏大，则电阻测量值偏小．(3)滑动变阻器用分压接法，则电路如图2—4—4所示．图2—4—4【答案】(1)b(2)1.2偏小(3)见解析图类型(三)以描绘特性曲线为核心的实验高考对于电学元件特性曲线的考查并不局限于小灯泡，有时也会考查电源的伏安特性曲线，两者也经常结合起来考查小灯泡或电源实际功率的求解．电源电动势和内阻的测量一直是电学实验的一个热点，常涉及电路的设计、实物电路图的连接、电表的读数以及图象法处理实验数据等，所涉及的图象不仅有I－U(或U－I)图象，也常考查1U－1R(或1I－R)图象等．【例3】(2019年齐鲁名校联考)某学习小组欲描绘小灯泡的伏安特性曲线，现提供下列器材：图2—4—5A．电压表V(量程6V，内阻约6kΩ)B．电流表A(量程0.6A，内阻约10Ω)C．电阻箱R1(0～999.9Ω)D．定值电阻R2＝200ΩE．定值电阻R3＝100ΩF．滑动变阻器R4(0～10Ω)G．滑动变阻器R5(0～100Ω)H．规格为“6V，6W”的待测灯泡I．电源E(电动势约12V，内阻较小)J．开关、导线若干(1)某同学根据实验原理，将电流表的量程由0.6A扩大至1.0A，首先采用了如图甲所示的电路测量电流表内阻．闭合开关S1，反复调节电阻箱阻值，当R1＝19.0Ω时，发现闭合和断开开关S2时电流表指针指示值相同，则电流表的内阻RA＝________Ω.若忽略偶然误差，从理论上分析，实验测得的电流表内阻值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值．(2)图乙是测量灯泡电流随电压变化的实物电路，请你用笔画线代替导线完成电路连接(要求在闭合开关前，滑动变阻器滑动头置于最左端)．(3)实验中，滑动变阻器应选择__________(选填“R4”或“R5”)．【解析】(1)S2闭合和断开电流表示数不变，S2所在导线在S2闭合时没有电流通过，即：UR1＝UA，UR2＝UR3，根据串并联电路规律可知R1RA＝R2R3，解得RA＝9.5Ω.若忽略偶然误差，从理论上分析，实验测得的电流表内阻值等于真实值．(2)本实验中采用滑动变阻器分压接法，同时电流表与电阻箱并联扩大量程，故实物图如图2—4—6所示．图2—4—6(3)因滑动变阻器采用分压接法，所以应采用总阻值较小的滑动变阻器R4.【答案】(1)9.5等于(2)见解析图(3)R4【例4】某学习小组通过实验来研究电器元件Z的伏安特性曲线。他们在实验中测得电器元件Z两端的电压与通过它的电流的数据如下表：U/V0.000.200.501.001.502.002.503.00I/A0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215现备有下列器材：A．内阻不计的6V电源；B．量程为0～3A的内阻可忽略的电流表；C．量程为0～0.3A的内阻可忽略的电流表；D．量程为0～3V的内阻很大的电压表；E．阻值为0～10Ω，额定电流为3A的滑动变阻器；F．开关和导线若干。(1)这个学习小组在实验中电流表应选________(填器材前面的字母)。(2)下面的实验电路图中最合理的一个是________。(3)利用表格中数据绘出的电器元件Z的伏安特性曲线，如图2—4—7所示，分析曲线可知该电器元件Z的电阻随U变大而________(选填“变大”“变小”或“不变”)。图2－4－7(4)若把电器元件Z接入如图2—4—8所示的电路中时，理想电流表的读数为0.150A，已知A、B两端的电压恒为2V，则定值电阻R0阻值为________Ω。(结果保留两位有效数字)图2－4－8【解析】(1)由表中实验数据可知，电流最大测量值为0.215A，电流表应选C。(2)由表中实验数据可知，电压与电流的测量值从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，应用伏安法测元件电压与电流，电流表应测通过元件Z的电流，由图示可知，应选D所示电路。(3)由I－U图象可知，随电压增大，电压与电流的比值增大，元件阻值变大。(4)由图象可知，电流为0.150A时Z两端的电压为1V，A、B两端电压为Z和R0两端的电压之和，所以R0两端的电压也为1V，流过R0的电流为0.150A，所以R0＝UI＝10.150Ω≈6.7Ω。【答案】(1)C(2)D(3)变大(4)6.7