11、
e．仍為 I 電阻箱
的讀數(shù) R
[解析 ]
f．R －R ＋150 Ω
(1)根據(jù)所給器材，要測量在不同溫度下 R 的阻值，只
能將電阻箱、熱敏電阻、毫安表與電源串聯(lián)形成測量電路，如圖所示。
(2)依據(jù)實驗原理電路圖連線；調(diào)節(jié)控溫容器 M 內(nèi)的溫度，使得 R 溫度為 95 ℃，此時 R 阻值為 150 Ω，將電阻箱調(diào)到適當?shù)淖柚担?
以保證儀器安全；閉合開關，調(diào)節(jié)電阻箱，記錄毫安表的示數(shù)I
0
，并
記錄電阻箱的讀數(shù) R
0
，根據(jù)歐姆定律有 I0＝ ；將 RT
R ＋150 Ω
的溫
12、
度降為 T
1
(20 ℃＜T ＜95 ℃)；調(diào)節(jié)電阻箱，使得毫安表的讀數(shù)仍
為 I
，記錄電阻箱的讀數(shù) R ，根據(jù)歐姆定律：
I0＝ ，則 ＝ ，解得 R R ＋R R ＋150 Ω R ＋R
＝R －R ＋150 Ω。
【解題法】
傳感器實驗的側重與注意點
在高考中關于傳感器的實驗主要側重于實驗電路的設計與連接， 實驗數(shù)據(jù)的圖象處理，解決該類問題注意以下幾點：
(1)依據(jù)題目要求或根據(jù)傳感器的估計阻值設計電路，如分壓、 限流接法，電流表的內(nèi)、外接。
(2)實物連線時，一般先將串聯(lián)的主體電路連接
13、好，然后連接并
第7頁
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1 2
1
1
1 2
0
1
1
1
2
2
1 2
1 2
0
k
0
k
gE
。
0
k
0 1 1
聯(lián)的器材。
典例 2
如圖所示為某種電子秤的原理示意圖， AB 為一均勻
的滑動變阻器，阻值為 R，長度為 L，兩邊分別有 P 、P 兩個滑動頭， 與 P 相連的金屬細桿可在被固定的豎直光滑絕緣桿 MN 上保持水平 狀態(tài)，金屬細桿與托盤相連。金屬細桿所受重力忽略不計，彈簧處于 原長時 P 剛好指向 A 端，若 P 、
14、P 間出現(xiàn)電壓時，該電壓經(jīng)過放大 通過信號轉換器后在顯示屏上顯示出質(zhì)量的大小。已知彈簧的勁度系 數(shù)為 k，托盤自身質(zhì)量為 m ，電源的電動勢為 E，電源的內(nèi)阻忽略不 計，信號放大器、信號轉換器和顯示器的分流作用忽略不計，求：
(1)托盤上未放物體時在托盤的自身重力作用下 P 距 A 端的距離 x ；
(2)在托盤上放有質(zhì)量為 m 的物體時 P 距 A 端的距離 x ；
(3)在托盤上未放物體時通常先校準零點，其方法是調(diào)節(jié) P ，從 而使 P 、P 間的電壓為零，校準零點后將被稱物體放在托盤上。試 推導出被稱物體的質(zhì)量 m 與 P 、P 間電壓 U 的函數(shù)關系式。
15、
[答案 ]
m g
(1)
(m＋m )g (2)
kL
(3)m＝ U
[解析 ]
(1)由力的平衡知識知
m g
m g＝kx ，x ＝
(2)放上重物重新平衡后
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0
2 2
0
＝ ，x＝x
x
R L
gE
x
2 1
0
g
0
m g＋mg＝kx ，x ＝
(m＋m )g 。
k
(3)設電路中的電流為 I，則 E＝IR，
設 P1、P2 間的電阻為 Rx，距離為 x，則
R x kL U＝
16、IR ， －x ，解得 m ＝ U。
【解題法】
傳感器的工作過程設計
1．如圖甲表示某電阻 R 隨攝氏溫度 t 變化的關系，圖中 R 表示 0 ℃時的電阻，k 表示圖線的斜率。若用該電阻與電池 (E，r)、電流 表 R 、變阻器 R′串聯(lián)起來，連接成如圖乙所示的電路，用該電阻 做測溫探頭，把電流表的電流刻度改為相應的溫度刻度，于是就得到 了一個簡單的“電阻測溫計”。
(1)現(xiàn)要把電流表的刻度值改為相應的溫度刻度值，則高溫刻度 應在表盤的________ (選填“左”或“右” )側；
(2)在標識“電阻測溫計”的溫度刻度時，需要弄清所測溫度和 電流的
17、對應關系。請用 E、R 、k 等物理量表示所測溫度 t 與電流 I 的關系式：t＝________；
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1
2
1
2
3
4
1
2
g
kI k
g 0
E
g 0
1
k
1
(3)由(2)知，計算溫度和電流的對應關系，需要測量電流表的內(nèi) 阻(量程 3 mA，內(nèi)阻約為 200 Ω，設符號為“A ”)。已知實驗室還有下 列器材：
A．電源 E(電動勢 12 V，內(nèi)阻 r 較小)
B．電流表 A (量程 0.6 A，內(nèi)阻約為 0.3 Ω)
C．滑動變阻器 R (0～
18、20 Ω)
D．滑動變阻器 R (0～20 kΩ)
E．電阻箱 R (0～99.99 Ω)
F．電阻箱 R (0～999.9 Ω)
G．電壓表 V (量程 3.0 V，內(nèi)阻約為 3 kΩ)
H．電壓表 V (量程 15.0 V，內(nèi)阻約為 5 kΩ)
還有開關(單擲、雙擲等)，導線若干。
請在方框內(nèi)設計一個合適的電路，用于測量電流表內(nèi)阻 R (電路 中用你選擇的器材符號表示 )。
答案
(1)左
E 1
(2) － (r＋R′＋R ＋R )
(3)見解析
解析
(1)溫度升高，R 的阻值越大，電流表
19、的讀數(shù)越小，所以把
電流表的刻度值改為相應的溫度刻度值時，高溫刻度應在表盤的左側。
(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律得 I＝ ，所以 t＝
r＋R′＋R ＋R ＋kt
E
kI
－ (r＋R′＋Rg＋R0)。
(3)測電流表 A 的內(nèi)阻，可用伏安法，也可用半偏法。
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U
1
I
1
2
若用伏安法，電路圖如圖甲所示，其原理為 U1＝I1(RA1＋R4)，則 RA1＝ －R4。
1
若用半偏法，電路圖如圖乙所示，其原理為當電流表 A
1
由滿偏變?yōu)榘肫珪r，RA1＝R
20、4。
的示數(shù)
2．實驗室備有以下器材：電壓傳感器、電流傳感器、滑動變阻 器 R (阻值變化范圍 0～20 Ω)、滑動變阻器 R (阻值變化范圍 0～1000 Ω)、電動勢適當?shù)碾娫础⑿襞?(4 V,2 W)、開關、導線若干。
(1)要完整地描繪小燈泡的 U-I 曲線，請在方框中畫出實驗電路 圖，并標出所用滑動變阻器的符號。
第11頁
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0
(2)實驗中描繪出的小燈泡 U-I 曲線如圖所示，由圖可知，小燈 泡燈絲電阻隨溫度升高而 ________ 。 ( 填“增大”“減小”或“不 變”)
(3)如果用上述器材測量所給電源
21、的電動勢和內(nèi)電阻，實驗電路 如圖甲所示，圖中 R 是阻值為 9.0 Ω 的保護電阻，實驗中測得多組 數(shù)據(jù)記錄在下表中，試在同一坐標系中畫出等效電源的 U-I 圖象，由 圖象可求出電源自身內(nèi)阻約為 ________Ω。
序號
1 2 3 4 5 6
U/V 4.00 3.40 2.80 2.00 1.50 0.80 I/A 0.20 0.25 0.33 0.40 0.46 0.52
(4)若將上述小燈泡直接與電源和保護電阻組成串聯(lián)電路，如圖 乙所示，此時小燈泡消耗的電功率約為 ________W。
答案
(1)電路圖見解析
(2)增
22、大
(3)圖見解析
1.0
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Δ U ? 6 ?
0.6
Δ I
è ?
(4)0.82(0.80～0.84 W 均正確)
解析
(1)要描繪小燈泡的伏安特征曲線，電壓與電流應從零開
始變化，滑動變阻器要采用分壓接法，由于小燈泡的阻值較小，電流 傳感器應用外接法，電路圖如圖所示。
(2)由圖示 U-I 圖象可知，隨電壓與電流的增大，燈泡實際功率增 大，燈絲溫度升高，電壓與電流的比值增大，燈絲電阻增大，由此可 知，小燈泡燈絲電阻隨溫度升高而增大。
(3)根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)作出等效
23、電源 U-I 圖象如圖所示，由圖示圖 象可知，電源內(nèi)阻 r＝ －R0＝? －9.0÷ Ω＝1.0 Ω。
(4)由圖示圖象可知，燈泡兩端電壓為 2.1 V，電流為 0.39 A ，燈
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泡的電功率為 P＝UI＝2.1×0.39 W≈0.82 W。
物理建模
設計探究性實驗的處理方法
1．設計探究性實驗
所謂設計探究性實驗，就是題目要求考生運用學過的實驗方法， 自行設計一個新的實驗方案，它要求考生設計實驗原理，選擇實驗器 材，安排實驗步驟，設計數(shù)據(jù)處理方法以及分析實驗誤差等。主要考 查考生是否理解實驗原理
24、和實驗儀器的使用，是否具有靈活運用實驗 知識的能力，是否具有在不同情況下遷移知識的能力。設計性實驗對 考生的能力要求較高，是高考經(jīng)?？疾榈念}型之一。
2．設計探究性實驗的設計原則
(1)科學性
設計的方案應有科學的依據(jù)及正確的操作方式。
①方案中所依據(jù)的原理應遵循物理規(guī)律，且要求選用的規(guī)律簡單、 正確。
②方案中所安排的操作程序應合理，其操作符合實驗規(guī)則要求。 ③方案中進行數(shù)據(jù)處理及誤差分析應依靠科學的方法。
(2)安全性
按設計方案實施時，應安全可靠，不會對儀器、器材造成損壞。 ①選用器材時，應考慮儀器、器材的性能及量值 (如儀表的量程、
電器
25、的額定值等 )的要求。
②設計方案時，應安排保護措施。
(3)精確性
實驗誤差應控制在誤差允許的范圍之內(nèi)，盡可能選擇誤差較小的 方案。
①在安裝器材時或在使用儀器之前，應按實驗要求對器材、儀器 精心調(diào)整。如在使用某些儀表前，應進行機械調(diào)零。
②選用合適的測量工具 (直尺、儀表)及合適的量值范圍，使之 與被測數(shù)值相匹配。如使用多用電表測量某電阻時，應選用合適的擋 位，使測量時電表指針指在中央刻度值附近。
第14頁
共19頁
③實驗中可能出現(xiàn)因操作而帶來的偶然誤差，往往需要多次重 復實驗，獲取多組實驗數(shù)據(jù)，以備選取有效數(shù)據(jù)。
④設
26、計合理的數(shù)據(jù)處理方式。如將多組有效數(shù)據(jù)相加后除以測 量次數(shù)，取其算術平均值 (一般求待測量的算術平均值，而不是求某 些中間量的算術平均值 )。
(4)簡便性、直觀性
設計實驗應便于操作、讀數(shù)，便于進行數(shù)據(jù)處理，便于實驗者 觀察。
3．設計性實驗的設計思路
解決設計性實驗問題的關鍵在于選擇實驗原理，它是進行實驗 設計的根本依據(jù)和起點。它決定應當測量哪些物理量、如何安排實驗 步驟等項目。實驗原理的確定：一是根據(jù)問題的要求，二是根據(jù)問題 的條件。
如果問題中沒有給定 (或給足)實驗器材，實驗設計的基本思路是： (1)根據(jù)問題的條件和要求，構思相關的物理情景；
(2
27、)確定實驗原理；
(3)確定需要測量的物理量；
(4)制訂實驗方案。
有時，對同一個問題，可以構思出不同的物理情景，導出物理 量的不同表達形式，以這些表達式作為實驗設計的依據(jù)，會有不同的 實驗原理和實驗方案。
如果問題中已經(jīng)給出實驗器材，則設計實驗時只能按所給的器 材來構思物理情景。相對而言，實驗原理和實驗方案都會受到較大的 限制。
【典例】 某同學對有故障的電熱毯進行探究。圖甲是電熱毯的 電路示意圖，其中電熱線和導線通過金屬接線片連接。圖乙為測試電 路實物圖， A、 B 為測試表筆，電壓表內(nèi)阻很大，可視為理想電表。
第15頁
共19頁
28、
1
1 2
(1)請畫出與圖乙對應的電路圖。
(2)斷開 K ，用上述測試電路在 1 和 1′之間檢測得知電熱線無 故障，然后測得電熱線的 U-I 曲線如圖丙所示。已知電熱線材料的電
阻率為 2.8×10
－7
Ω·m，電熱線的直徑為 0.200 mm，可求得此電熱線
的電阻為 ________kΩ，總長度為 ________m。(結果均保留兩位有效 數(shù)字)
(3)為了進一步檢查故障，該同學閉合開關 K 和 K ，用表筆 A 和 B 分別對圖甲中所示的各點進行測試，部分測試結果如下表所示。 由此測試結果可判斷出電路有斷路，位置在
29、 ________之間 (在“ 1 和 2”“1′和 2′”“2 和 3”“2′和 3′”中選填一項 )。
第16頁
共19頁
4.3
l l
2
[解析]
(1)電路圖如答案圖所示
(2)U-I 曲線中，圖線的斜率即為電阻的測量值，
2.5
R＝ kΩ＝0.58 kΩ，
根據(jù) R＝ρ ＝ρ ，
S ?d?
π? ÷2
è ?
代入數(shù)據(jù)得 l＝65 m。
(3)測 3 與 3′間，電流表無示數(shù)，說明圖中的電熱線或某兩點間 斷路；測 1 和 1′間時，電流表有示數(shù)，說明電熱線無故障；測 1 和
3 間電流表有示數(shù)，說明 1 和 3 間沒有斷路；測 2′和 3′間電壓表 無示數(shù)，電流表有示數(shù)，說明 2′和 3′間沒有斷路，測 1 和 2′間 電流表無示數(shù)，說明 1 和 2′間斷路，所以斷路位置必在 1′和 2′ 間。
[答案 ]
(1)
(2)0.58(0.57 到 0.59 均可) 65(64 到 66 均可) (3)1′和 2′
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[心得體會 ]
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高考物理一輪教學案專題十二考點二實驗十一 傳感器的簡單使用 含解析
