2020高考物理二轮复习专题18电学实验讲含解析

电学实验实验实验七：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）实验八：描绘小电珠的伏安特性曲线实验九：测定电源的电动势和内阻实验十：练习使用多用电表实验十一：传感器的简单使用1．要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等。2．要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道用多次测量求平均值的方法减少偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差。3．要求知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果。间接测量的有效数字运算不作要求。纵观近几年高考试题，预测2019年物理高考试题还会考：与电阻测量有关的电学实验仍是今年年高考命题的热点，同进伴随对基本仪器的读数能力的考查，命题形式可能为填空、选择性填空、电路图或实物连线、图象图表分析等；重视对实验操作能力的考查；实验器材的选择，包括滑动变阻器、电阻箱、电表量程的选择考向01电学测量仪器与读数1.讲高考（1）考纲要求掌握电流表、电压表和多用表的使用方法及电流表、电压表和多用表的读数方法；掌握多用表的使用方法。（2）命题规律与电阻测量有关的电学实验仍是2015年高考命题的热点，同进伴随对基本仪器的读数能力的考查案例1．某实验小组利用如图（a）所示的电路探究在25℃~80℃范围内某热敏电阻的温度特性，所用器材有：置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻RT，其标称值（25℃时的阻值）为900.0Ω：电源E（6V，内阻可忽略）：电压表（量程150mV）：定值电阻R0（阻值20.0Ω），滑动变阻器R1（最大阻值为1000Ω）：电阻箱R2（阻值范围0-999.9Ω）：单刀开关S1，单刀双掷开关S2。实验时，先按图（a）连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0℃，将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0：保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0：断开S1，记下此时R2的读数，逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0°C，实验得到的R2-t数据见下表。案例2．【2017·新课标Ⅲ卷】（9分）图（a）为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头G的满偏电流为250μA，内阻为480Ω。虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA挡，欧姆×100Ω挡。（1）图（a）中的A端与______（填“红”或“黑”）色表笔相连接。（2）关于R6的使用，下列说法正确的是_______（填正确答案标号）。A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置（3）根据题给条件可得R1+R2=______Ω，R4=_______Ω。（4）某次测量时该多用电表指针位置如图（b）所示。若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”相连的，则读数为________；若此时B端是与“5”相连的，则读数为________。（结果均保留3位有效数字）【答案】（1）黑（2）B（3）160880（4）1.47mA（或1.48mA）1100Ω2.95V【考点定位】多用电表的使用【方法技巧】会规范使用多用电表，能正确读出多用电表的示数，是解决本题的关键，在平时实验训练过程中要多加注意规范操作和正确使用。2．讲基础(1)电学测量仪器的使用与读数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，负极流出使指针指示比满偏刻度的13多的位置3V和3A量程估读到最小分度的110；15V量程估读到最小分度的15；0.6A量程应估读到最小分度的12电压表欧姆表使指针尽量指在表盘中间位置取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率(2)多用电表使用“四注意”:①极性:从电表外部看,电流应从红表笔(“+”极)流入电表,从黑表笔(“-”极)流出电表。②功能:利用多用电表测电压和电流时,选择开关对应的是电表的量程;而测电阻时,选择开关对应的是倍率。③调零:测量电阻时,要进行两次调零:机械调零和欧姆调零。“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置。调整的是表盘下边中间的定位螺丝;“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,调整的是欧姆调零旋钮。④保护:测电阻时,应把被测电阻从电路中拆下测量;多用电表长期不用时,必须取出表内的电池。3．讲典例案例1．某实验小组要测量某一段金属丝的电阻率。（1）实验时先用螺旋测微器测量金属丝的直径，用米尺测量金属丝接入电路后的长度，如图下所示，则金属丝的直径d＝______________mm，金属丝的长度l＝________cm.（2）若金属丝的电阻大约为5欧，实验室给出了下列器材：A．电池组(3V，内阻1Ω)B．电流表(0～3A，内阻0.0125Ω)C．电流表(0～0.6A～3A，内阻0.125Ω)D．电压表(0～3V～15V，内阻3kΩ)E．滑动变阻器(0～20Ω，额定电流1A)F．滑动变阻器(0～2000Ω，额定电流0.3A)G．开关、导线为了使测量尽可能减小误差，电流表应选用量程________A，滑动变阻器应选用________(填写器材前字母序号)，安培表应采用________(填“内”或“外”)接法．（3）右上图是某同学根据所选器材设计电路，连接了部分电路，请你再用两根导线帮他把电路连接完整．（4）根据所选器材调节滑动变阻器，测得的一组电压和电流如下图所示，则电流表的示数为________A，电压表的示数为________V，结合前面测得的数据求得金属丝的电阻率为____________Ω·m【答案】0.798～0.80060.100.6E外0.482.203.81×10－6(3)由于本实验要使流过电阻的电流不能太大，因为电流过大，电阻的阻值变化较大，测量误差较大，所以滑动变阻器应用限流式，电流表外接，电路如图：(4)由图可得：电压表示数为：U=2.2V，电流表示数为：I=0.48A，根据和，联立解得：Ω·m。【趁热打铁】某实验小组为了研究多用电表欧姆挡的原理，选用了MF141型多用电表，它的表盘如图1所示。欧姆挡内部电路的一部分如图2所示，电阻Ro=4.20kΩ,，Rp=3.30kΩ，表头满偏电流Ig=197μA，内阻rg=457Ω。虚线框内的电路可等效为一个电流表G，设等效电流表G允许输入的最大电流为IG。(1)当滑动变阻器的滑动头P在a端时，IG=___μA（计算结果保留三位有效数字）；当滑动变阻器的滑动头P从a端滑到b端的过程，滑动变阻器接入电路中电阻如何变化____，虚线框中的总电阻如何变化____。（填“逐渐增大”、“逐渐减小”、“先增大后减小”或“先减小后增大”）(2)如图3甲所示，电源电动势E=1.5v，内阻r1=0.6Ω，RG=3.95kΩ。接入R1对应为多用电表的×1挡。A、B两个表笔中____是黑表笔，红黑表笔短接进行调零后（即调节P的位置），虚线框内的等效电阻为____Ω。(3)如图3乙所示，将电阻R1换成电阻R2，对应为多用电表的×10挡，则R1与R2相比应有R2___R1（填“大于”、“等于”或“小于”）。在完成第(2)问的调零后，将多用电表由×1档换为×10挡后，重新进行调零时，应将P向____端滑动。（填“a”或“b”）(4)如图4所示为该多用电表的×1K挡的电路。其中电源电动势E2=10.5V，内阻r2=5000Ω,R1=38kΩ。将红黑表笔短接，进行电阻调零后，虚线框内的总电阻应为____kΩ。【答案】373；逐渐减小；逐渐减小；B；39.4大于；a；40(4)该多用电表的×1K挡的电路由图1可知，多用电表的中值电阻为40000，中值电阻为欧姆表的内阻，即为虚线框内的总电阻。点睛：解决本题关键理解多用电表中的欧姆档，中值电阻为欧姆表的内阻，中值电阻可以通过表头读出，但注意在表盘上的中间数值要乘以相应的倍率。（2）本题关键要从减小实验误差的角度选择仪器，能根据欧姆定律解答。考向02控制电路和内外接法1.讲高考（1）考纲要求掌握滑动变阻器的使用方法及连接方法，会用伏安法测电阻（2）命题规律命题形式可能为填空、选择性填空、电路图或实物连线、图象图表分析等．案例1．一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位单刀双掷开关，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位置，闭合S1；（3）将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器动端的位置，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/V0.861.031.221.361.493.443.433.393.403.39（6）利用上述5次测量所得的平均值，求得Rx=__________Ω。（保留1位小数）【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国III卷）【答案】如图所示：48.2【解析】【命题意图】本题主要考查电阻测量、欧姆定律、电路连接研及其相关的知识点。案例2．【2017·新课标Ⅰ卷】（10分）某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡L（额定电压3.8V，额定电流0.32A）；电压表VV（量程3V，内阻3kΩ）；电流表A（量程0.5A，内阻0.5Ω）；固定电阻R0（阻值1000Ω）；滑动变阻器R（阻值0~9.0Ω）；电源E（电动势5V，内阻不计）；开关S；导线若干。考点定位】研究小灯泡的伏安特性曲线【名师点睛】电路图主要是控制电路、测量电路的连接。小灯泡阻值为小电阻——外接法，电压从0开始测量——分压式接法。然后由伏安特性曲线分析阻值的变化，注意纵轴是电流。第（3）问求小灯泡消耗的实际功率较难，因小灯泡的阻值随电流的变化而变化，通过闭合电路的欧姆定律找到小灯泡实际的电流、电压值。案例3．【2016·全国新课标Ⅱ卷】（9分）某同学利用图（a）所示电路测量量程为2.5V的电压表○V的内阻（内阻为数千欧姆），可供选择的器材有：电阻箱R（最大阻值99999.9Ω），滑动变阻器R1（最大阻值50Ω），滑动变阻器R2（最大阻值5kΩ），直流电源E（电动势3V）。开关1个，导线若干。实验步骤如下①按电路原理图（a）连接线路；②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图（a）中最左端所对应的位置，闭合开关S；③调节滑动变阻器，使电压表满偏；考点定位】半偏法测电压表的内阻【名师点睛】此题考查测量电压表内阻以及电表的改装问题；实验是在课本上的“半偏法”的基础上略加改编而成的，考查考生对实验原理的理解及迁移运用能力，解题关键是要搞清实验的原理及实验的步骤；实物图连线也是经常做的题目，比较简单。2．讲基础（1）控制电路(滑动变阻器的接法)的比较与选择①控制电路的比较比较项目限流式接法分压式接法电路电压调节的范围RR＋R0E→E0→E电能损耗节能耗能电路连接简便复杂②控制电路的选择：优先选用限流式．以下情况考虑分压式：(1)要求待测电路的U、I从0变化；(2)R滑≪Rx；(3)选用限流式时，Ux、Ix过大(超过电表量程，烧坏电表、电源或用电器等)或Ux、Ix过小(最大值不超过电表满量程的13，读数误差大).选用原则：（1）优先限流接法，因为它电路结构简单，耗能较少；（2）下列情况之一者