2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題六 物理實(shí)驗(yàn) 考點(diǎn)2 電學(xué)實(shí)驗(yàn).doc

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考點(diǎn)2　電學(xué)實(shí)驗(yàn) 考點(diǎn)一　電學(xué)基本儀器的使用 【必記要點(diǎn)】 1．電流表、電壓表、歐姆表的比較 儀器 極性 量程選擇 讀數(shù) 電流表 有正、負(fù)極的電表，電流由電表的正極流入，負(fù)極流出 使指針指示超過滿偏刻度的的位置 3 V和3 A量程估讀到最小分度的1/10；15 V量程估讀到最小分度的1/5；0.6 A量程估讀到最小分度的1/2 電壓表 歐姆表 使指針盡量指在表盤的中間位置左右 表盤讀數(shù)乘以相應(yīng)擋位的倍率 2.使用多用電表應(yīng)注意的問題 (1)電流的流向 由于使用多用電表時(shí)不管測量項(xiàng)目是什么，電流都要從電表的“＋”插孔(紅表筆)流入，從“－”插孔(黑表筆)流出，所以使用歐姆擋時(shí)，多用電表內(nèi)部電池的正極接的是黑表筆，負(fù)極接的是紅表筆。 (2)要區(qū)分開“機(jī)械零點(diǎn)”與“歐姆零點(diǎn)” “機(jī)械零點(diǎn)”在表盤刻度左側(cè)“0”位置。調(diào)整的是表盤下邊中間的定位螺絲；“歐姆零點(diǎn)”在表盤刻度的右側(cè)電阻刻度“0”位置，調(diào)整的是歐姆擋的調(diào)零旋鈕。 (3)選倍率 測量前應(yīng)根據(jù)估計(jì)阻值選用適當(dāng)?shù)膿跷?。由于歐姆擋刻度的非線性，使用歐姆擋測電阻時(shí)，表頭指針偏轉(zhuǎn)過大或過小都有較大誤差。通常只使用表盤中間一段刻度范圍，指針偏轉(zhuǎn)角度在滿偏到滿偏之間為測量的有效范圍。如當(dāng)待測電阻約為2 kΩ時(shí)，應(yīng)采用“100”擋。 [例1]　某同學(xué)想通過一個(gè)多用電表的歐姆擋直接測量某電壓表(量程為10 V)的內(nèi)阻(大約為幾十千歐)，該多用電表刻度盤上電阻刻度的中間值為30。 圖6－2－1 (1)歐姆擋的選擇開關(guān)撥至________(選填“1 k”或“100”)擋，先將紅、黑表筆短接調(diào)零后，選用圖6－2－1甲中________(選填“A”或“B”)方式連接。 (2)如圖乙所示，某同學(xué)讀出歐姆表的讀數(shù)為________Ω；如圖丙所示，電壓表的讀數(shù)為________V，歐姆表電池的電動(dòng)勢為________V。 [解析]　(1)用多用電表測電阻時(shí)，應(yīng)讓指針指在中間刻度附近，因而應(yīng)選“1 k”擋。多用電表測電阻時(shí)，需要用其內(nèi)部電源，黑表筆接內(nèi)部電源的正極，電壓表的兩接線柱中，“＋”接線柱應(yīng)接高電勢端，因而A電路的連接方式正確。 (2)題圖乙中歐姆表的讀數(shù)為401 kΩ＝40 kΩ題圖丙中電壓表的讀數(shù)為5.0 V。 由閉合電路歐姆定律知?dú)W姆表中電池的電動(dòng)勢E＝U＋I(xiàn)r＝U＋r＝5.0 V＋30103 V＝8.75 V。 [答案]　(1)1 k　A　(2)4104　5.0　8.75 規(guī)律總結(jié) 歐姆表刻度盤特點(diǎn)及多用電表讀數(shù)技巧 1．歐姆表刻度盤不同于電壓、電流刻度盤 (1)左∞右0：電阻無限大與電流、電壓零刻度重合，電阻刻度零與電流、電壓最大刻度重合。 (2)刻度不均勻：左密右疏。 (3)歐姆擋是倍率擋，即讀出的示數(shù)應(yīng)再乘以該擋的倍率，電流、電壓擋是量程范圍擋。 在不知道待測電阻的估計(jì)值時(shí)，應(yīng)先從小倍率開始，熟記“小倍率小角度偏，大倍率大角度偏”(因?yàn)闅W姆擋的刻度盤上越靠左讀數(shù)越大，且測量前指針指在左側(cè)“∞”處)。 2．讀數(shù)技巧 (1)歐姆表的讀數(shù) a．為了減小讀數(shù)誤差，指針應(yīng)指在表盤到的部分，即中央刻度附近。 b．指針?biāo)诳潭缺P處每個(gè)小格表示1時(shí)，要估讀到下一位，其余情況都不用估讀。 c．電阻值等于指針示數(shù)與所選倍率的乘積。 (2)測電壓、電流時(shí)的讀數(shù)，要注意其量程，根據(jù)量程確定精確度，精確度是1、0.1、0.01時(shí)要估讀到下一位，精確度是2、0.02、5、0.5時(shí)，不用估讀到下一位。 【題組訓(xùn)練】 1．(用多用電表測電阻和電流)某同學(xué)想測量電壓表0～3 V擋的內(nèi)阻，他從實(shí)驗(yàn)室拿來一個(gè)多用電表、3節(jié)干電池、50 Ω的滑動(dòng)變阻器1個(gè)、開關(guān)和若干導(dǎo)線。 圖6－2－2 (1)先用多用表粗測其內(nèi)阻，把選擇開關(guān)旋到歐姆擋的“100”倍率，將________(填“紅”或“黑”)表筆接電壓表的“－”接線柱，另一只表筆接“3 V”的接線柱，多用表的指針位置如圖6－2－2甲所示，則電壓表的內(nèi)阻為________Ω。 (2)再用伏安法測量其內(nèi)阻，把多用表的選擇開關(guān)旋到直流電流的________(填“100”“10”或“1”)mA擋，請?jiān)趫D乙完成其余的連線。 (3)實(shí)驗(yàn)中多用表的示數(shù)為I，電壓表的示數(shù)為U，則電壓表的內(nèi)阻為RV＝________。 解析　(1)由于多用電表的黑色表筆是流出電流的，故它應(yīng)該與電壓表的正接線柱連接，紅色表筆應(yīng)該與電壓表的負(fù)接線柱連接；電壓表的內(nèi)阻為R＝30100 Ω＝3 000 Ω。 (2)由于電路中的最大電流約為I＝＝1.5 mA，若選擇“10 mA”和“100 mA”量程，則指針偏轉(zhuǎn)的角度會(huì)很小，誤差較大，如果通過變阻器的調(diào)壓作用，可以讓電壓表中的電流在1 mA以內(nèi)，故多用表的直流電流擋選擇“1 mA”量程。 (3)由于電壓表測量的就是電壓表的電壓，電流表測量的就是電壓表的電流，故電壓表的電阻為R＝。 答案　(1)紅　3.0103(或3 000)　(2)1　如圖所示 (3) 2．(用多用電表判斷電路故障)某照明電路出現(xiàn)故障，其電路如圖6－2－3所示，該電路用標(biāo)稱值12 V的蓄電池為電源，導(dǎo)線及其接觸完好。維修人員使用已調(diào)好的多用表直流50 V擋檢測故障。他將黑表筆接在c點(diǎn)，用紅表筆分別探測電路的a、b點(diǎn)。 圖6－2－3 圖6－2－4 (1)斷開開關(guān)，紅表筆接a點(diǎn)時(shí)多用表指示如圖6－2－3所示，讀數(shù)為________V，說明________正常(選填：蓄電池、保險(xiǎn)絲、開關(guān)、小燈)。 (2)紅表筆接b點(diǎn)，斷開開關(guān)時(shí)，表針不偏轉(zhuǎn)，閉合開關(guān)后，多用表指示仍然和圖6－2－4相同，可判定發(fā)生故障的器件是________(選填：蓄電池、保險(xiǎn)絲、開關(guān)、小燈)。 解析　(1)由題圖可知，直流50 V擋的最小分度為1 V，故按“十分之一”估讀法可知讀數(shù)應(yīng)為11.5 V左右。由于測得的電壓基本等于蓄電池電動(dòng)勢的標(biāo)稱值，說明a、c兩點(diǎn)與電源之間是通路，只能是此電路之外的保險(xiǎn)絲、開關(guān)、小燈中出現(xiàn)了斷路故障，但故障的具體位置不能確定。(2)同理可知，兩表筆接c、b時(shí)測得結(jié)果仍等于電源電動(dòng)勢，說明多用表、開關(guān)、保險(xiǎn)絲、蓄電池形成了一閉合回路，故只能是與多用表并聯(lián)的小燈發(fā)生了斷路故障。 答案　(1)11.5(11.2～11.8之間的值均可)　蓄電池 (2)小燈 考點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)器材與實(shí)驗(yàn)電路的選擇 【必記要點(diǎn)】 一、滑動(dòng)變阻器的使用 1．滑動(dòng)變阻器兩種連接方式的比較 　　方式 內(nèi)容　　 限流接法 分壓接法 對比 說明 電路圖 串、并聯(lián)關(guān)系不同 負(fù)載R上電 壓調(diào)節(jié)范圍 ≤U≤E 0≤U≤E 分壓電路調(diào)節(jié)范圍大 負(fù)載R上電 流調(diào)節(jié)范圍 ≤I≤ 0≤I≤ 分壓電路調(diào)節(jié)范圍大 閉合S前 觸頭位置 b端 a端 都為了保護(hù)負(fù)載 2.滑動(dòng)變阻器兩種連接方式的選擇 ①當(dāng)題中要求負(fù)載上電壓或電流從零開始調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)采用分壓式接法； ②當(dāng)題中要求測量精確度高且調(diào)節(jié)范圍大時(shí)，一般用分壓式接法； ③當(dāng)滑動(dòng)變阻器的總電阻比待測電阻阻值的一半還小時(shí)，一般用分壓式接法； ④負(fù)載電阻的阻值小于滑動(dòng)變阻器的總電阻或相差不多，且電壓、電流不要求從零可調(diào)時(shí)，一般用限流式接法； ⑤兩種接法均可使用時(shí)，優(yōu)先用限流式接法(節(jié)能)。 二、電流表內(nèi)、外接法的比較與選擇 1．兩種接法的比較 比較項(xiàng)目 電流表內(nèi)接法 電流表外接法 電路 誤差原因 由于電流表內(nèi)阻的分壓作用，電壓表測量值偏大 由于電壓表內(nèi)阻的分流作用，電流表測量值偏大 測量結(jié)果 R測＝＝RA＋Rx＞Rx，測量值偏大 R測＝＝＜Rx，測量值偏小 適用條件 Rx?RA　大電阻 Rx?RV　小電阻 2.選擇電流表內(nèi)、外接的方法 內(nèi)接法 外接法 計(jì)算法 ＞或Rx＞ ＜或Rx＜ 試觸法 若不知Rx的大概阻值，可采用“試觸法”，將電路如圖所示連接，空出電壓表的一個(gè)接頭S，然后將S分別與a、b接觸一下 若電流表“相對變化”明顯，說明電壓表分流作用較大，采用內(nèi)接法 若電壓表“相對變化”明顯，說明電流表分壓作用較大，采用外接法 [例2]　(2018鄭州質(zhì)檢)在探究小燈泡的伏安特性時(shí)，所用小燈泡上標(biāo)有“2.5 V 0.6 W”字樣，實(shí)驗(yàn)室提供的器材有： A．電流表A1(內(nèi)阻約為5 Ω、量程為0～25 mA) B．電流表A2(內(nèi)阻約為1 Ω 、量程為0～300 mA) C．電壓表V1(內(nèi)阻約為5 kΩ、量程為0～3 V) D．電壓表V2(內(nèi)阻約為15 kΩ、量程為0～15 V) E．滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為10 Ω、額定電流為0.6 A) F．滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值為1 000 Ω、額定電流為0.2 A) G．穩(wěn)壓電源E(電動(dòng)勢為9.0 V、內(nèi)阻可忽略) H．開關(guān)一個(gè)、定值電阻若干、導(dǎo)線若干 由以上信息回答下列問題： (1)實(shí)驗(yàn)前設(shè)計(jì)的電路圖如圖6－2－5甲所示。為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，該實(shí)驗(yàn)所用的電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器應(yīng)分別為________(選填器材前的字母)。為保護(hù)滑動(dòng)變阻器和燈泡，應(yīng)在電路中串聯(lián)的定值電阻R0合適的電阻值應(yīng)為________(選填“1 Ω”、“10 Ω”、“30 Ω”、“100 Ω”)。 圖6－2－5 (2)請確定測量電路中電壓表右側(cè)導(dǎo)線的正確位置后，在圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線，將實(shí)物完整連接起來。 (3)連接好電路后，通過改變滑動(dòng)變阻器的滑片位置，并通過計(jì)算機(jī)描繪了該小燈泡的伏安特性曲線如圖丙所示。若將兩個(gè)這樣的小燈光并聯(lián)后直接接在電動(dòng)勢E＝3 V、內(nèi)阻r＝5 Ω的電源上，每個(gè)小燈泡所消耗的實(shí)際功率為________W。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 [解析]　(1)由小燈泡的標(biāo)稱可知，其額定電流為I＝＝ A＝0.24 A＝240 mA，即電流表應(yīng)選B，電壓表應(yīng)選C，滑動(dòng)變阻器以分壓式接入電路，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇阻值較小的，即選擇E，由于電源的電動(dòng)勢為9.0 V，為了保護(hù)電路，定值電阻應(yīng)選擇10 Ω。(2)電壓表的內(nèi)阻遠(yuǎn)大于小燈泡的電阻值，測量電路部分應(yīng)選擇電流表外接，即接在a點(diǎn)，用筆畫線代替導(dǎo)線將實(shí)物圖連接，如答圖甲所示。(3)設(shè)每只燈泡加上的實(shí)際電壓和實(shí)際電流分別為U和I，在閉合電路中，E＝U＋2Ir，則U＝E－2Ir＝3－10I，即I＝－，在題圖丙坐標(biāo)系內(nèi)作出I－U圖象如答圖乙所示，由圖象可知，兩圖象交點(diǎn)坐標(biāo)為U＝1.2 V、I＝0.18 A，每只燈泡的實(shí)際功率P′＝UI＝1.20.08 W≈0.22 W [答案]　(1)B、C、E　10 Ω　(2)如答圖甲　(3)0.22 規(guī)律總結(jié) 電路選擇的原則 1．安全性原則 選用儀器組成電路，首先要保證實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行。例如通過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不得超過其量程，滑動(dòng)變阻器、被測電阻不得超過其額定電流。 2．精確性、方便性原則 “精確”是指選用儀器組成實(shí)驗(yàn)電路時(shí)要盡可能減小測量誤差，提高精確度。 “方便”是指實(shí)驗(yàn)中便于調(diào)節(jié)控制，便于讀數(shù)。 3．運(yùn)用儀器少，耗電少原則。 【題組訓(xùn)練】 1．(實(shí)驗(yàn)儀器的選擇)LED綠色照明技術(shù)已經(jīng)走進(jìn)我們的生活。某實(shí)驗(yàn)小組要精確測定額定電壓為3 V的LED燈正常工作時(shí)的電阻，已知該燈正常工作時(shí)電阻大約500 Ω，電學(xué)符號(hào)與小燈泡電學(xué)符號(hào)相同。 實(shí)驗(yàn)室提供的器材有： A．電流表A1(量程為0至50 mA，內(nèi)阻RA1約為3 Ω) B．電流表A2(量程為0至3 mA，內(nèi)阻RA2＝15 Ω) C．定值電阻R1＝697 Ω D．定值電阻R2＝1 985 Ω E．滑動(dòng)變阻器R(0至20 Ω)一只 F．電壓表V(量程為0至12 V，內(nèi)阻RV＝1 kΩ) G．蓄電池E(電動(dòng)勢為12 V，內(nèi)阻很小) H．開關(guān)S一只 (1)如圖6－2－6所示，請選擇合適的器材，電表1為________，電表2為________，定值電阻為________。(填寫器材前的字母編號(hào)) (2)將采用的電路圖補(bǔ)充完整。 圖6－2－6 (3)寫出測量LED燈正常工作時(shí)的電阻表達(dá)式Rx＝________(填字母)，當(dāng)表達(dá)式中的________(填字母)達(dá)到________，記下另一電表的讀數(shù)代入表達(dá)式，其結(jié)果為LED燈正常工作時(shí)電阻。 解析　(1)由于電流表A2內(nèi)阻已知，因此電表2應(yīng)為電流表A2，而電路中流過燈泡的最大電流I為6 mA，因此回路總電流小于10 mA，因此電表1不能選電流表A1，而由于電壓表內(nèi)阻已知，流過電壓表的電流最大值恰好為12 mA，因此電表1選電壓表V，為了讓燈達(dá)到額定功率，因此加在燈兩端的電壓最高為3 V，因此與電流表A2串聯(lián)的電阻應(yīng)大于1 kΩ，因此定值電阻應(yīng)選R2。 (2)由于滑動(dòng)變阻器的阻值較小，只能采用分壓式接法，電路連接圖見答案。 (3)由于加在燈泡兩端的電壓U燈＝I2(R2＋RA2)，流過燈泡的電流為－I2，因此Rx＝，當(dāng)表達(dá)式中的I2達(dá)到1.5 mA時(shí)，加在燈泡兩端的電壓恰好為3 V，此時(shí)燈泡恰好正常工作。 答案　(1)F　B　D　(2)如圖所示 (3)　I2　1.5 mA 2．(實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì))電壓表滿偏時(shí)通過該表的電流是半偏時(shí)通過該表電流的兩倍。某同學(xué)利用這一事實(shí)測量電壓表的內(nèi)阻(半偏法)，實(shí)驗(yàn)室提供的器材如下： 待測電壓表V(量程3 V，內(nèi)阻約為3 000 Ω)，電阻箱R0(最大阻值為99 999.9 Ω)，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值100 Ω，額定電流2 A)，電源E(電動(dòng)勢6 V，內(nèi)阻不計(jì))，開關(guān)2個(gè)，導(dǎo)線若干。 (1)虛線框內(nèi)為該同學(xué)設(shè)計(jì)的測量電壓表內(nèi)阻的電路圖的一部分，將電路圖補(bǔ)充完整。 圖6－2－7 (2)根據(jù)設(shè)計(jì)的電路，寫出實(shí)驗(yàn)步驟： _______________________________ ________________________________________________________________________。 (3)將這種方法測出的電壓表內(nèi)阻記為RV′，與電壓表內(nèi)阻的真實(shí)值RV相比，RV′________RV(填“>”、“＝”或“<”)，主要理由是________________________ ________________________________________________________________________。 解析　(1)電路圖如圖所示 (2)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，以保證通電后電壓表所在支路分壓最小，閉合開關(guān)S1、S2，調(diào)節(jié)R1，使電壓表V0指針滿偏，保證滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，斷開開關(guān)S2，調(diào)節(jié)電阻箱R0使電壓表的指針半偏，讀取電阻箱所示的電阻值，此即為測得的電壓表內(nèi)阻； (3)R′V＞RV，電壓表串聯(lián)電阻箱后認(rèn)為電壓不變，而實(shí)際該支路電壓變大，故電阻箱分壓大于計(jì)算值，則會(huì)引起測量值的偏大。 答案　見解析 考點(diǎn)三　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 [例3]　物理學(xué)習(xí)小組在測定某電源的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r時(shí)，找來一段電阻率較大的粗細(xì)均勻的電阻絲ab替代滑動(dòng)變阻器，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)，其中R0是阻值為2 Ω的保護(hù)電阻，滑動(dòng)片P與電阻絲始終接觸良好。實(shí)驗(yàn)時(shí)閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)P的位置，測得aP的長度x和對應(yīng)的電壓U、電流I數(shù)據(jù)，并分別繪制了如圖6－2－8乙所示的U－I圖象和如圖丙所示的－x圖象。 圖6－2－8 (1)由圖乙可得電源的電動(dòng)勢E＝__________ V；內(nèi)阻r＝________Ω。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) (2)根據(jù)測得的直徑可以算得電阻絲的橫截面積S＝0.1210－6 m2，利用圖丙可求得電阻絲的電阻率ρ為________Ωm，圖丙中圖象截距的物理意義是______________。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) (3)此實(shí)驗(yàn)用了圖象法處理數(shù)據(jù)，優(yōu)點(diǎn)是直觀，但是不能減少或者消除________________(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。 [解析]　(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律，電壓表示數(shù)即路端電壓U＝E－I(R0＋r)，因此圖乙中縱截距即為電源的電動(dòng)勢E＝3.00 V，斜率絕對值表示保護(hù)電阻R0與電源內(nèi)電阻之和，即(R0＋r)＝ Ω＝3.0 Ω，r＝1.0 Ω。(2)圖丙中截距為x＝0時(shí)，即為電路中金屬絲被短路，所測電阻即為電流表的內(nèi)阻；由圖丙可知，金屬絲長0.6 m，電阻為5.8 Ω，由電阻定律R＝ρ，代入已知條件解得：ρ＝1.210－6 Ωm。 (3)通過圖象法處理數(shù)據(jù)可以消除個(gè)別數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確產(chǎn)生的偶然誤差，對系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差沒有修正作用。 [答案]　(1)3.0　1.0　(2)1.210－6　電流表內(nèi)阻為2.0 Ω　(3)系統(tǒng)誤差 【題組訓(xùn)練】 如圖6－2－9甲所示是測量阻值約幾十歐的未知電阻Rx的原理圖，R1是電阻箱(0～99.9 Ω)，R是滑動(dòng)變阻器，A1和A2是電流表，E是電源(電動(dòng)勢12 V，內(nèi)阻忽略不計(jì))。 圖6－2－9 在保證安全和滿足要求的情況下，使測量范圍盡可能大，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①閉合S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R和電阻箱R1，使A2示數(shù)I2＝0.20 A，記下此時(shí)電阻箱的阻值R1和A1的示數(shù)I1； ②重復(fù)步驟①且使A2示數(shù)仍為I2＝0.20 A，測量多組R1和I1值； ③將實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，如圖乙所示。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)回答以下問題： (1)現(xiàn)有四只供選用的電流表： A．電流表(0～3 mA，內(nèi)阻為2.0 Ω) B．電流表(0～3 mA，內(nèi)阻未知) C．電流表(0～0.3 A，內(nèi)阻為10 Ω) D．電流表(0～0.3 A，內(nèi)阻未知) 請根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程判斷A1應(yīng)選用________，A2應(yīng)選用________(填寫選項(xiàng)字母)。 (2)在圖乙中的坐標(biāo)紙上畫出R1與的關(guān)系圖。 (3)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出Rx＝________Ω。 解析　(1)由圖乙可知，A1示數(shù)的最大值約為0.25 A，則A1應(yīng)選用量程為0.3 A的電流表，由于只要知道電流大小即可，即選用D；由于A2示數(shù)為0.2 A，A2的量程為0.3 A，且必須要知道其內(nèi)阻，因此選用C。 (2)由于題圖所給各點(diǎn)大體處在一條直線上，因此過這些點(diǎn)作一條直線并延長，即得到R1－圖象，如圖所示。 (3)根據(jù)歐姆定律，則有(R1＋RA1)I1＝I2(Rx＋RA2)； 整理可得R1＝I2(Rx＋RA2)－RA1， 由R1－圖象可得k＝I2(Rx＋RA2)， 而R1與的圖象的斜率k＝ΩA＝10 ΩA； 則有Rx＝－RA2＝Ω＝40 Ω。 答案　(1)D　C　(2)見解析　(3)40 考點(diǎn)四　電學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 【必記要點(diǎn)】 1．對于電學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，耍注意以下問題 (1)在解決設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意條件的充分利用，如對于給定確切阻值的電壓表和電流表，電壓表可當(dāng)作電流表使用。電流表也可當(dāng)作電壓表使用，利用這一特點(diǎn)，可以拓展伏安法測電阻的方法，如伏伏法、安安法等。 (2)對一些特殊電阻的測量，如電流表或電壓表內(nèi)阻的測量，電路設(shè)計(jì)有其特殊性。即首先要注意到其自身電阻對電路的影響，其次要充分利用其“自報(bào)電流或自報(bào)電壓”的功能，因此在測電壓表內(nèi)阻時(shí)無需另并聯(lián)電壓表，測電流表內(nèi)阻時(shí)無需再串聯(lián)電流表。 2．解決電學(xué)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)常用的方法 轉(zhuǎn)換法 將不易測量的物理量轉(zhuǎn)換成易于測量的物理量進(jìn)行測量，然后再求待測物理量的值的方法叫轉(zhuǎn)換測量法(簡稱轉(zhuǎn)換法)。如在測量金屬絲電阻率的實(shí)驗(yàn)中，雖然無法直接測量電阻率，但可通過測量金屬絲的長度和直徑，并將金屬絲接入電路測出其電阻，然后再計(jì)算出它的電阻率 替代法 用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的已知量替代被測量，通過調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量，使整個(gè)測量系統(tǒng)恢復(fù)到替代前的狀態(tài)。則被測量等于標(biāo)準(zhǔn)量 控制變量法 研究一個(gè)物理量與其他幾個(gè)物理量的關(guān)系時(shí)，要使其中的一個(gè)或幾個(gè)物理量不變，分別研究這個(gè)物理量與其他各物理量的關(guān)系，然后再歸納總結(jié)。如探究電阻的決定因素實(shí)驗(yàn) [例4]　國標(biāo)(GB/T)規(guī)定自來水在15 ℃時(shí)電阻率應(yīng)大于13 Ωm。某同學(xué)利用圖6－2－10所示電路測量15 ℃自來水的電阻率，其中內(nèi)徑均勻的圓柱形玻璃管側(cè)壁連接一細(xì)管，細(xì)管上加有閥門K，以控制管內(nèi)自來水的水量，玻璃管兩端接有導(dǎo)電活塞(活塞電阻可忽略)，右活塞固定，左活塞可自由移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)器材還有：電源(電動(dòng)勢約為3 V，內(nèi)阻可忽略)，電壓表V1(量程為3 V，內(nèi)阻很大)，電壓表V2(量程為3 V，內(nèi)阻很大)，定值電阻R1(阻值4 kΩ)，定值電阻R2(阻值2 kΩ)，電阻箱R(最大阻值9 999 Ω)，單刀雙擲開關(guān)S，導(dǎo)線若干，游標(biāo)卡尺，刻度尺。 圖6－2－10 實(shí)驗(yàn)步驟如下： A．用游標(biāo)卡尺測量玻璃管的內(nèi)徑d； B．向玻璃管內(nèi)注滿自來水，并用刻度尺測量水柱長度L； C．把S撥到1位置，記錄電壓表V1示數(shù)； D．把S撥到2位置，調(diào)整電阻箱阻值，使電壓表V2示數(shù)與電壓表V1示數(shù)相同，記錄電阻箱的阻值R； E．改變玻璃管內(nèi)水柱長度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟C、D，記錄每一次水柱長度L和電阻箱阻值R； F．?dāng)嚅_S，整理好器材。 圖6－2－11 (1)測玻璃管內(nèi)徑d時(shí)游標(biāo)卡尺示數(shù)如圖6－2－11甲圖所示，則d＝________mm。 (2)玻璃管內(nèi)水柱的電阻Rx的表達(dá)式為：Rx＝________。(用R1、R2、R表示) (3)利用記錄的多組水柱長度L和對應(yīng)的電阻箱阻值R的數(shù)據(jù)，繪制出如圖6－2－11乙圖所示的R－關(guān)系圖象。自來水的電阻率ρ＝________Ωm。(保留兩位有效數(shù)字) (4)本實(shí)驗(yàn)中若電壓表V1內(nèi)阻不是很大，則自來水電阻率測量結(jié)果將________。(填“偏大”、“不變”或“偏小”) [解析]　(1)根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則，玻璃管內(nèi)徑d＝30 mm＋00.05 mm＝30.00 mm。 (2)把S撥到1位置，記錄電壓表V1示數(shù)，得到通過水柱的電流I1＝。由閉合電路歐姆定律，E＝U＋Rx；把S撥到2位置，調(diào)整電阻箱阻值，使電壓表V2示數(shù)與電壓表V1示數(shù)相同，記錄電阻箱的阻值R，得到該支路的電流I2＝。由閉合電路歐姆定律，E＝U＋R2，聯(lián)立解得： Rx＝。 (3)由電阻定律Rx＝，Rx＝，聯(lián)立解得：R＝。R－關(guān)系圖象斜率k＝400 Ωm，又k＝，S＝，解得：ρ＝＝14 Ωm。 (4)本實(shí)驗(yàn)中若電壓表V1內(nèi)阻不是很大，則通過水柱的電流I1大于測量值，則Rx＜R2，得到Rx＜，即自來水電阻測量值偏大，則自來水電阻率測量結(jié)果將偏大。 [答案]　(1)30.00　(2)　(3)14　(4)偏大 【題組訓(xùn)練】 一標(biāo)有“6 V,0.5 A”的小型直流電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子由銅導(dǎo)線繞制的線圈組成，阻值約為1 Ω。某興趣小組設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測量此電動(dòng)機(jī)線圈的電阻。實(shí)驗(yàn)室提供的器材除導(dǎo)線和開關(guān)外還有： A．直流電源E：8 V(內(nèi)阻不計(jì)) B．直流電流表A1：0～0.6 A(內(nèi)阻約為0.5 Ω) C．直流電流表A2：0～3 A(內(nèi)阻約為0.1 Ω) D．直流電壓表V1：0～3 V(內(nèi)阻約為5 kΩ) E．直流電壓表V2：0～15 V(內(nèi)阻約為15 kΩ) F．滑動(dòng)變阻器R1：0～10 Ω，2 A G．標(biāo)準(zhǔn)電阻R2：5 Ω 圖6－2－12 (1)為能較準(zhǔn)確地測出電動(dòng)機(jī)線圈的電阻，應(yīng)選擇電路圖________[填“甲”或“乙”]。 (2)為使電表指針有較大角度的偏轉(zhuǎn)，需要選用的電流表是________，電壓表是________。(填寫實(shí)驗(yàn)器材前面的序號(hào)) (3)閉合開關(guān)后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器控制電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)讀出電流表、電壓表示數(shù)。若某次實(shí)驗(yàn)電壓表的示數(shù)為2.5 V，電流表的示數(shù)為0.4 A，則電動(dòng)機(jī)線圈電阻為________Ω。由此可計(jì)算出該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)輸出的機(jī)械功率為________W(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 解析　(1)電動(dòng)機(jī)額定值為“6 V0.5 A”，因此電流表應(yīng)選B控制電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，兩端最大電壓約為U＝0.51 V＝0.5 V，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，電動(dòng)機(jī)線圈電阻約為1 Ω，電流表內(nèi)阻約為0.5 Ω，電壓表內(nèi)阻很大，電流表應(yīng)采用外接法，因線圈的電阻太小，為保護(hù)電動(dòng)機(jī)和便于實(shí)驗(yàn)，將定值電阻與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)，故應(yīng)選擇甲電路圖。 (2)測電動(dòng)機(jī)線圈電阻，應(yīng)控制電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，此時(shí)通過電動(dòng)機(jī)的電流不大于0.5 A，加在電動(dòng)機(jī)和定值電阻兩端電壓不超過3 V，因此電流表選B，電壓表選D。 (3)由歐姆定律可知r＋R2＝＝ Ω＝6.25 Ω；解得r＝(6.25－5) Ω＝1.25 Ω。 電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，總功率P＝UI＝60.5 W＝3 W，線圈產(chǎn)生的熱功率PQ＝I2r＝0.521.25 W≈0.31 W，則電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率P機(jī)械＝P－PQ＝(3－0.31)W＝3.69 W。 答案　(1)甲　(2)B　D　(3)1.25　2.69 規(guī)范答題與滿分指導(dǎo) 電學(xué)實(shí)驗(yàn)問題 【典例】　(9分)現(xiàn)有一刻度盤總共有N小格、且刻度均勻，量程未準(zhǔn)確確定的電壓表V1，已知其量程在13～16 V之間，內(nèi)阻r1＝150 kΩ。為測定其準(zhǔn)確量程U1，實(shí)驗(yàn)室提供了如下表所列的器材，要求方法簡潔，盡可能減少誤差，并能測出多組數(shù)據(jù)。 器材(代號(hào)) 規(guī)格 標(biāo)準(zhǔn)電壓表V2 量程3 V，內(nèi)阻r2＝30 kΩ 電流表A 量程3 A，內(nèi)阻r3＝0.01 Ω 滑動(dòng)變阻器R 總阻值1 kΩ 穩(wěn)壓電源E 20 V，內(nèi)阻很小 開關(guān)S、導(dǎo)線若干 (1)某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖6－2－13所示的甲、乙、丙三種電路圖。 圖6－2－13 你認(rèn)為選擇________電路圖測量效果最好。(填“甲”、“乙”、“丙”) (2)根據(jù)測量效果最好的那個(gè)電路圖，將下列有關(guān)器材連接成測量電路。 圖6－2－14 (3)若選擇測量數(shù)據(jù)中的一組來計(jì)算V1的量程U1，則所用的表達(dá)式U1＝________，式中各符號(hào)表示的物理量是： ________________________________________________________________________。 規(guī)范解答 評分標(biāo)準(zhǔn)及答題規(guī)則 (1)電壓表V1的內(nèi)阻r1已知，只要測出電壓表滿偏電流，即可由U1＝Ir1得出V1的量程，但電流表A的量程太大，無法準(zhǔn)確測出其電流，而電壓表V2內(nèi)阻r2已知，故可由I＝得出流過V2的電流，即可將V2表當(dāng)作電流表使用，故選乙圖。 (2)電路連接如圖所示。 (3)U1＝U2式中N為V1的總格數(shù)，N1為V1讀數(shù)對應(yīng)的格數(shù)，r1為V1內(nèi)阻，r2為V2內(nèi)阻，U2為V2讀數(shù)。 [答案]　(1)乙　(2)(3)見解析 (1)第(1)問3分，填空時(shí)直接填寫“乙”，填寫其他內(nèi)容不給分。 名師指點(diǎn) 對于器材選擇和電路選擇類題目，應(yīng)注意要填寫的內(nèi)容。例如器材的選擇，有的題目要求填寫器材代號(hào)，有的題目要求填寫器材前的字母，不可填錯(cuò)。 (2)第(2)問3分，連線有一處錯(cuò)誤，扣3分。 名師指點(diǎn) 電路的連接應(yīng)與選擇的原理圖圖乙相對應(yīng)，若原理圖選擇的是“甲”電路或“丙”電路，即使電路圖連接正確，也不給分。 (3)第(3)問3分。表達(dá)式應(yīng)規(guī)范正確，只寫出表達(dá)式而沒有說明式中各量的意義，不給分。 名師指點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果中若用到所測量的物理量，可設(shè)定這些物理量的符號(hào)，并注明這些符號(hào)所表示的物理意義。 答 題 規(guī) 則 1.電路的連接 連線前一定要畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，然后按圖連線，且必須注意以下幾點(diǎn)： (1)連線不能交叉； (2)必須把線接在接線柱上； (3)電流應(yīng)從電表正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出； (4)變阻器應(yīng)處在有效控制狀態(tài)，在實(shí)際操作中，畫電路圖時(shí)，各元件的相對位置應(yīng)盡量與實(shí)物圖相吻合；連實(shí)物圖時(shí)，應(yīng)先串后并，先連控制電路后連測量電路。要特別注意變阻器的分壓連接，把變阻器的全電阻、開關(guān)、電源連成干路，取變阻器的部分電阻與測量電路并聯(lián)即可。 2．結(jié)果的表達(dá) (1)答題時(shí)弄清需要回答的是實(shí)驗(yàn)器材的名稱、實(shí)驗(yàn)器材的電路符號(hào)還是選項(xiàng)前的代號(hào)； 如例2中選擇的電流表、電壓表及滑動(dòng)變阻器應(yīng)填器材前的代號(hào)。 (2)若填寫的結(jié)果是文字表達(dá)式，表達(dá)式需化簡到最簡，且規(guī)范，表達(dá)式后不要帶單位； 如例4中，U1的表達(dá)式U1＝U2，不可寫成U1＝U2v， (3)若填寫的結(jié)果是數(shù)值，需注意題目或器材對有效數(shù)字的要求，若填空的后面帶有單位，填空時(shí)不再寫單位，若填空的后面無單位，填空時(shí)應(yīng)填寫單位。 如例3中第(1)(2)問中均要求保留兩位有效數(shù)字，在填寫答案時(shí)一定要按要求填空。 (4)電表讀數(shù)要符合電表精度要求，電壓表、電流表最小分度是1、0.1、0.001的要估讀到下一位，最小分?jǐn)?shù)是0.2、0.02、0.5、0.05的不需向下一位估讀。