届二轮复习电学实验学案江苏专用文档格式.docx
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_____________________________________________________________________。
解析
(1)灯泡的额定电流为600mA,因此电流表应选择600mA量程的A1;
本实验采用滑动变阻器分压接法,因此滑动变阻器应选择总阻值较小的R1。
(2)根据原理可知,本实验应采用滑动变阻器分压接法,同时灯泡内阻较小,故电流表采用外接法,连接实物图如图所示。
(3)小灯泡的伏安特性曲线如图。
(4)因另一滑动变阻器R2的阻值为500Ω较大,比小灯泡电阻大的多,则在滑动变阻器开始滑动的阶段,滑动变阻器与小灯泡并联后的阻值一直很小,所以电压表和电流表的读数会一直很小,当滑动变阻器接近左端时,小灯泡两端的电压会突然接近电源电压,则此时电压表和电流表的读数会突然增大。
答案
(1)A1 R1
(2)如解析图 (3)如解析图
(4)开始示数一直较小,几乎不变,滑片接近最左端时,示数突然变大
2.(2018·
苏锡常镇四市一调)在“测电源电动势和内阻”的实验中,某实验小组同学根据图2甲电路进行测量实验。
图2
(1)根据图甲电路,请在乙图中用笔画线代替导线,完成实物电路的连接。
(2)实验小组同学操作正确,记录下几组电压表和电流表的示数,并在坐标系内作出电压表示数U和对应的电流表示数I的图象,如图丙所示。
由图象可测得E测和r测,则E测________E真;
r测________r真(选填“>
”“=”或“<
”)。
(3)为了克服系统误差,同学们又根据图3a电路进行测量。
同样作出U-I图象,如图b所示。
经过讨论发现,利用图丙和图b可以消除系统误差得出电源的电动势和内阻的真实值,则E真=________,r真=________。
图3
解析
(1)电路连线如图。
(2)用甲图测量时,可把电压表与电源看做一个等效电源,根据闭合电路欧姆定律可知,电动势E=UA,同时由于电压表的分流作用,使电流表示数偏小,因此电动势和内阻的测量值均小于真实值。
(3)根据闭合电路欧姆定律可知,电源的电动势为UB;
丙图与横轴的交点表示电源的短路电流,因此电源的内阻r==。
答案
(1)实物连线如解析图所示
(2)<
<
(3)UB
3.(2018·
江苏省海安高级中学1月月考)某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ,步骤如下:
(1)用游标为20分度的游标卡尺测量其长度如图4甲所示,由图可知其长度为L=________mm。
图4
(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙所示,由图可知其直径D=________mm。
(3)用多用电表的电阻“×
10”挡,按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻,表盘示数如图5所示,则该电阻的阻值约为________Ω。
图5
(4)该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R,现有的器材及其代号和规格如下:
待测圆柱体电阻R;
电流表A1(量程0~4mA,内阻约50Ω);
电流表A2(量程0~30mA,内阻约30Ω);
电压表V1(量程0~3V,内阻约10kΩ);
电压表V2(量程0~15V,内阻约25kΩ);
直流电源E(电动势4V,内阻不计);
滑动变阻器R1(阻值范围0~15Ω,允许通过的最大电流2.0A);
滑动变阻器R2(阻值范围0~2kΩ,允许通过的最大电流0.5A);
开关S;
导线若干
为使实验误差较小,要求测得多组数据进行分析,某同学设计了如图6的电路,试指出不妥之处________。
图6
A.电流表应选A2
B.电流表应采用外接法
C.滑动变阻器应选R1,采用分压式接法
D.滑动变阻器应选用R2
解析
(1)由图示游标卡尺可知,其示数为:
50mm+3×
0.05mm=50.15mm;
(2)由图示螺旋测微器可知,其示数为:
4.5mm+20.0×
0.01mm=4.700mm;
10”挡粗测电阻,由图5所示表盘可知,该电阻的阻值约为12×
10Ω=120Ω。
(4)电源电动势为4V,电压表应选V1,电路最大电流约为:
I==A=0.025A=25mA,电流表应选A2,为方便实验操作,滑动变阻器应选R1,待测电阻阻值大于滑动变阻器最大阻值,滑动变阻器采用分压接法,电压表内阻远大于待测电阻阻值,电流表采用外接法,故选A、B、C。
答案
(1)50.15
(2)4.700(3)120 (4)ABC
基本仪器的使用与读数
1.基本仪器的使用
(1)电压表应并联、电流表应串联在电路中,且电流应由正接线柱流入、负接线柱流出。
(2)开始实验前,变阻器的触头位置应保证电路中用电器的安全,即保证电路中流过的电流最小或加在用电器两端的电压最小。
(3)多用电表使用前应检查指针是否停在表盘刻度左端的零刻度位置。
若不指零,要用小螺丝刀进行机械调零;
红、黑表笔要分别插入“+”、“-”插孔;
根据测量项目,将选择开关置于相关区域的适当量程上。
用多用电表测电阻:
机械调零第一步,断开表笔调螺母;
指针指向∞时,根据阻值来选挡;
接着进行电调零,短接表笔指0Ω,测时双手勿触阻;
测量阻值高精度,中值附近去读数;
以后每次换挡后,均要重新电调零;
勿忘得数乘倍率,
用完拨回“OFF”挡。
长期不用,还应把表内电池取出。
2.电表读数的基本方法
测量值=最小刻度×
小格数+估读值。
【例1】(2018·
镇江市高三第一次模拟)小华利用图7电路测量某种导电液体的电阻率,玻璃管的横截面积S=2×
10-3m2,通过K可以控制管内导电液体的长度,管两端接有导电活塞(电阻不计),右活塞固定,左活塞可在管内自由移动。
实验器材如下:
电源(电动势为12V,内阻不计),两只相同的电压表V1、V2(量程为
3V,内阻足够大),电阻R1=400Ω,电阻R2=1500Ω,电阻箱R(0~9999.9Ω),单刀双掷开关S,刻度尺。
图7
(1)小华的主要实验步骤如下:
①向玻璃管内注导电液体,用刻度尺测量液柱长度如图8所示,其长度L=________cm;
②连接好电路,把S拨到位置“1”,电压表V1的示数如图9所示,示数为U1=________V;
③将S拨到位置“2”,调节电阻箱使电压表V2的示数仍为U1,此时电阻箱的阻值R=300Ω;
④求得管内液柱的电阻Rx=________Ω,导电液体的电阻率ρ=________Ω·
m。
(保留两位有效数字)
图8 图9
(2)请指出小华实验的不足之处__________________________________________。
(3)在实验步骤③中,若在小华调节电阻箱的过程中,无意中由于K未关紧而漏掉了少量的液体,则小华测得的电阻率ρ的值将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(4)小清同学仍利用该装置进行实验,他通过K调节管内液柱长度,记录多组数据如表所示,绘制出R-关系图象后也可求出液体的电阻率ρ。
请你在图10中绘制出此图象。
物理量
次数
R/102Ω
/m-1
1
0.6
1.0
2
1.2
2.0
3
1.8
3.0
4
2.4
4.0
5
5.0
图10
解析
(1)①液柱长度:
20.10cm;
②电压表V1的示数为U1=2.00V。
④由欧姆定律可知:
U1+R2=U1+Rx,解得Rx=2000Ω,根据Rx=ρ,则ρ=,代入数据解得ρ=20Ω·
(2)小华实验的不足之处:
未多次测量取平均值。
(3)在实验步骤③中,若在小华调节电阻箱的过程中,无意中由于K未关紧而漏掉了少量的液体,则液柱长度减小,测得的电阻Rx减小,则小华测得的电阻率ρ的值将变小。
(4)图象如图
答案
(1)①20.10(在20.08~20.12之间均可)
②2(2.0、2.00均可) ④2000 20
(2)未多次测量取平均值 (3)不变 (4)如解析图所示
【变式1】(2018·
镇江市高三第一次模拟)
(1)图11是某只多用电表的表盘示意图,当用“×
10”欧姆挡测量某定值电阻的阻值时,其指针位置如图中①所示,其示数为________Ω;
当用“0~10V”量程测量电压时,其指针位置如图中②所示,其示数为________V。
(2)图12甲中螺旋测微器的示数为________mm;
图乙中游标卡尺的示数为________mm。
图11
图12
解析
(1)当用“×
10”欧姆挡测量某定值电阻的阻值时,其指针位置如图中①所示,其示数为3×
10Ω=30Ω;
当用“0~10V”量程测量电压时,其指针位置如图中②所示,其示数为4.6V。
(2)螺旋测微器的示数为:
9mm+0.01mm×
19.2=9.192mm;
游标卡尺的示数为:
0.7cm+0.1mm×
5=7.5mm。
答案
(1)30 4.6
(2)9.192(在9.190~9.194之间均可) 7.5
仪器的选择、实验方法与数据处理
1.实物连线的基本方法
先图后物、由正到负;
先串后并、注意量程;
接线到位、不可交叉。
(1)分析各元件的连接方式和控制电路的方式。
(2)画出实验电路图。
(3)画线连接各元件,一般先从电源正极开始,到开关再到滑动变阻器等,按顺序以单线连接的方式将干路中要串联的元件依次串联起来,然后再将要并联的元件并联到电路中。
(4)电压表应并联在电路中,电流表应串联在电路中,且电流应由正接线柱流入、负接线柱流出。
(5)变阻器的触头位置应保证电路中用电器的安全,即保证电路中流过的电流最小或加在用电器两端的电压最小。
(6)连线不能交叉。
2.测量电路的选择
当RxRA时用内接法,如图13甲;
当RxRV时用外接法,如图乙。
图13
3.控制电路的选择
(1)当被测电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R时,须用分压式电路。
(2)当要求被测电阻上的电压或电流变化范围较大,且从零开始连续可调时,须用分压式电路。
(3)当被测电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不多,并且电压表、电流表示数变化不要求从零调节时,可采用限流式。
(4)两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法,因为限流式接法消耗功率较小。
4.测电阻的方法
实验电路一般分为电源、控制电路和测量电路三部分。
(1)最为精确的测量方法——等效替代法
①电流等效替代
②电压等效替代
(2)电表内阻测量最常用的方法——半偏法
①半偏电流法
②半偏电压法
5.电源电动势和内阻的测量方法
任何一种实验方法,一定要紧扣闭合电路欧姆定律E=U+Ir,而最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I,这也是命题专家命题时的入手点。
【例2】(2018·
苏北四市第一次调研测试)测定一节干电池的电动势和内阻,电路如图14甲所示,MN为一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝,定值电阻R0=1.0Ω,调节滑片P,记录电压表示数U、电流表示数I及对应的PN长度x,绘制了U-I图象如图乙所示。
图14
(1)由图乙求得电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω。
(2)实验中由于电表内阻的影响,电动势测量值________其真实值(选填“大于”“等于”或“小于”)。
(3)根据实验数据可绘出-x图象,如图丙所示。
图象斜率为k,电阻丝横截面积为S,可求得电阻丝的电阻率ρ=________,电压表内阻对电阻率的测量________(选填“有”或“没有”)影响。
解析
(1)由闭合电路欧姆定律可知U=E-I(r+R0)可知,图乙中的图象与纵坐标轴的交点表示电动势,故E=1.49V;
图象的斜率表示内电阻和定值电阻R0之和,则r+R0=Ω=1.45Ω,解得r=1.45Ω-1.0Ω=0.45Ω。
(2)由图示可知,伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法,由于电压表分流作用,电流表测量值偏小,当外电路短路时,电流测量值等于真实值,电源的U-I图象如图所示,
由图象可知,电动势测量值小于真实值,电源内阻测量值小于真实值。
(3)根据欧姆定律可知,电阻R==,则可知k=,解得ρ=kS;
若考虑电压表内阻,则图象的斜率不变,所以对得出的电阻率没有影响。
答案
(1)1.49 0.45
(2)小于 (3)kS 没有
【变式2】(2018·
江苏省泰州中学高三上学期第二次月考)某种半导体元件,电路符号为“
”,其特点具有单向导电性,即电流从正极流入时电阻比较小,从负极流入时电阻比较大。
(1)某实验兴趣小组要测绘该半导体元件的伏安特性曲线,因该半导体元件外壳所印的标识模糊,为判断正负极,用多用电表电阻挡测定其正反向电阻,将选择开关旋至合适倍率,调整欧姆零点后,将黑表笔接触二极管的左端。
红表笔接触右端时,指针偏角比较小;
再将红、黑表笔位置对调时,指针偏角比较大,由此判断__________端为该半导体元件的正极(选填“左”、“右”)。
(2)如图15是厂家提供的伏安特性曲线,该小组只对加正向电压时的伏安特性曲线进行了测绘,以验证与厂家提供的数据是否吻合,可选用的器材有:
图15
A.直流电源,电动势3V,内阻忽略不计;
B.0~20Ω的滑动变阻器一只;
C.量程5V、内阻约50kΩ的电压表一只;
D.量程3V、内阻约20kΩ的电压表一只;
E.量程0.6A、内阻约0.5Ω的电流表一只;
F.量程50mA、内阻约5Ω的电流表一只;
G.待测二极管一只;
H.导线、电键等。
为了提高测量结果的准确度,电压表应选用________,电流表应选用________(填序号字母)。
(3)为了达到测量目的,请在虚线框中画出正确的实验电路原理图。
(4)该小组通过实验采集数据后描绘出了该半导体元件的伏安特性曲线,通过对比,与厂家提供的曲线基本吻合,如果将该半导体元件与一阻值R=50Ω的电阻串联,再接至电动势E=1.5V、内阻不计的电源上,该半导体元件处于正向导通状态,则此时该半导体元件的电功率为________W。
解析
(1)二极管具有单向导电性;
而欧姆表指针偏转较大说明电阻较小,即为正向电流;
而欧姆表内部的电源正极接在黑表笔上,故黑表笔接在二极管的正极处电流较大,故由题意可知,二极管右端为正极。
(2)由题意可知,采用的电源电压为3V,故为了安全和准确,电压表应选取D;
由图可知,最大电流约为30mA,故电流表应选F。
(3)由题意可知,本实验要求作出伏安特性曲线,故要求多测数据,故应采用分压接法;
同时,因二极管电阻较小,故应采用电流表外接法;
(4)设二极管两端电压为U,通过的电流为I,由闭合电路欧姆定律得方程U=1.5-50I,在二极管伏安图象中作出该方程的直线:
该直线与二极管伏安曲线相交,读出交点的纵坐标值即为I=8mA,交点的横坐标值即为U=1.1V,则此时该半导体元件的电功率为P=UI=8.8×
10-3W。
答案
(1)右
(2)D F (3)如解析图所示
(4)8.8×
10-3[在(8.0~9.5)×
10-3W均正确]
电学实验设计
1.设计的原则:
科学、可靠、方便、准确。
2.设计的思路
(1)根据题目要求和给出的条件,根据物理规律和原理,设计实验原理,找出实验原理式。
(2)根据设计的实验原理,由公式确定还有哪些待测量(不能太多),根据基本仪器的使用知识和控制电路的作用,设计实验电路。
(3)根据设计的实验电路,明确需要测量的物理量,由待测量选择、确定实验器材。
(4)由实验器材设计、制定实验步骤,进行误差评估,将测量值代入原理式,求出所要求的物理量。
【例3】(2018·
江苏省南通、徐州、扬州、泰州、淮安、宿迁市第一次调研)测量某电源电动势和内阻,提供如下实验器材:
A.待测电源(电动势约12V、内阻约1Ω、最大允许电流2A)
B.电流表A(量程1A)
C.电流表G(量程1mA、内阻约50Ω)
D.电阻箱(0~99999.9Ω)
E.滑动变阻器(0~20kΩ)
F.滑动变阻器(0~1kΩ)
H.滑动变阻器(0~50Ω)
J.定值电阻(阻值5Ω)
K.定值电阻(阻值100Ω)
L.开关、导线若干
(1)将电流表G改装成电压表,需要测量电流表内阻Rg,实验小组采用如图16甲所示的电路,实验步骤如下:
图16
①连接好电路,闭合开关S1前,变阻器R1的滑片移到________(选填“最左端”或“最右端”)。
②闭合S1,断开S2,调节R1使电流表G满偏。
③闭合S2,保持R1阻值不变,调节电阻箱R2的阻值,使得电流表G半偏,读出电阻箱示数R,则电流表G的内阻Rg=________。
(2)将电流表G改装成量程为15V的电压表,已测得Rg=52.0Ω,则与电流表G串联的电阻箱R2的取值应为________Ω。
(3)用图乙电路测电源电动势和内阻,滑动变阻器R3选用________,定值电阻R0选用________。
(选填器材序号)
(4)根据实验测得数据作出电压表读数U与电流表A读数I间的关系图象(图象未画出),由图象读出I=0时U=12.1V,图线斜率绝对值为5.9V/A,则电源电动势E=________V,电源内阻r=________Ω。
解析
(1)变阻器R1的滑片移到最左端时接入电路的电阻最大,故闭合开关S1前,变阻器R1的滑片移到最左端,闭合S2,电阻箱R2与电流表G并联,当电流表G半偏时,即电流表中电流为原来的一半,则另一半电流流过电阻箱R2,电阻箱R2与电流表G中电流相同,故电阻值也相等。
故分别填最左端和R。
(2)将电流表G改装成量程为15V的电压表后,表的总电阻R==Ω=1.5×
104Ω,与电流表G串联的电阻箱R2=R-Rg=14948Ω。
(3)滑动变阻器的总阻值小,便于精细调节,故选H,因电流表量程为1A,定值电阻若选100Ω,则测量电流的大小及大小变化范围就非常小,故定值电阻应选J。
(4)由图乙,将定值电阻等效为电源内阻,I=0时,路端电压即为电动势E=U=12.1V,图线斜率绝对值为等效内阻的大小,则电源实际内阻为r=5.9Ω-5Ω=0.9Ω。
答案
(1)①最左端 ③R
(2)14948 (3)H J
(4)12.1 0.9
【变式3】(2018·
江苏扬州四模)实验室有下列器材:
灵敏电流计G(内阻约为50Ω);
电压表V(0~3V,内阻约为10kΩ);
电阻箱R1(0~9999Ω);
滑动变阻器R2(0~100Ω,1.5A);
旧干电池一节;
导线开关若干。
(1)某实验小组先测灵敏电流计的内阻,电路如图17甲所示,测得电压表示数为
2V,灵敏电流计示数为4mA,电阻箱旋钮位置如图乙所示,则灵敏电流计内阻为________Ω。
图17
(2)为将灵敏电流计的量程扩大为原来的10倍,该实验小组将电阻箱与灵敏电流计并联,则应将电阻箱R1的阻值调为________Ω。
调好后连接成如图丙所示的电路测干电池的电动势和内阻,调节滑动变阻器读出了几组电压表和电流计的示数如下表,请在图18所示的坐标系中作出合适的IG-U图线。
IG/mA
2.5
1.5
U/V
0.8
0.9
1.1
图18
(3)由作出的IG-U图线求得干电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω。
解析
(1)由图乙所示电阻箱可知,电阻箱示数为R1=0×
1000Ω+4×
100Ω+5×
10Ω+5×
1Ω=455Ω,由欧姆定律可得Rg+R1==Ω=500Ω,电流计内阻为Rg=(500-455)Ω=45Ω。
(2)将灵敏电流计的量程扩大为原来的10倍,并联电阻阻值
R===5Ω;
根据表中实验数据在坐标系内描出对应点,然后根据描出的点作出图象,图象如图所示:
(3)由图示电源IG-U图象可知,图象与横轴交点坐标值为1.4,电源电动势E=1.4V,电流表内阻RA==Ω=4.5Ω,图象斜率倒数k==Ω=20Ω,
电源内阻r=k-RA=(20-4.5)Ω=15.5Ω。
答案
(1)45
(2)5 如解析图所示
(3)1.4 15.5
江苏省南京市、盐城市高三第二次模拟考试)某同学欲测量一卷粗细均匀的、阻值约为100Ω的金属漆包线的长度,备选器材如下:
A.量程为5mA、内阻r1=50Ω的电流表A1
B.量程为0.6A、内阻r2=0.2Ω的电流表A2
C.量程为6V、内阻r3约为15kΩ的电压表V
D.最大阻值为15Ω、最大允许电流为2A的滑动变阻器
E.定值电阻R1=5Ω
F.电动势E=6V、内阻很小的直流电源
G.开关一个、导线若干
H.螺旋测微器
(1)已知做成这种漆包线芯的金属丝的电阻率为ρ,若金属丝的电阻用R表示,直径用d表示,则这一卷漆包线的长度L=________。
(2)该同学用螺旋测微器测金属丝的直径如图1甲所示,则螺旋测微器的示数d=________mm。
(3)为了尽可能精确地测量该金属丝的电阻,电流表应选用________(选填“A”或“B”),请在方框中画出实验原理电路图。
(4)若该同学在测量金属丝直径时没有去除漆包线表面的绝缘漆,这会使实验测得该漆包线的长度与真实值相比_______
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- 二轮 复习 电学 实验 江苏 专用