物理实验专题电学部分.docx
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物理实验专题电学部分
第三部分:
电学实验
一.高考热点:
电阻的测量
附:
测量仪器的选取原则:
(1)安全性原则:
不能超过电表量程。
(2)准确性原则:
在符合
(1)的条件下,尽量选择小量程,减少读数误差。
测量时,
电流、电压指针的偏角超过满刻度的2/3为佳(可理解成指针偏转范围越大越好,但至少要达到1/3)。
(3)方便性原则:
容易控制被测量物理量的变化(要求被测物理量变化比较缓慢)。
1.伏安法:
(1)电流表的内、外接法:
内大大,外小小。
(如:
测量“大”电阻时,为减小系统误差,应采用电流表内接法,且测量值大于真实值)
图中___表测量不准确。
且测量值偏大,是由图中___表测量不准确。
且测量值偏大,是由
于____表的____作用。
导致Rx的测量值偏____。
于___表的____作用。
导致Rx的测量值偏____。
(2)滑动变阻器的“分压、限流”接法:
分压式接法:
如下图A,此电路结构较难掌握。
当变阻器滑片移至最___(填“左”或“右”)端时,它与被测电阻Rx并联,此时Rx两端电压U=E。
当滑片移至另一端时,Rx两端电压U=0。
分压式接法的结构决定了电路的特点:
(1)测量电路的电压(电流)可从0开始调节。
(2)测量电路的电压(电流)调节范围最大,能读取的数据较多。
(3)当滑动变阻器的最大值R滑 限流式接法: 与分压式接法相反,电压(电流)可调节范围小,不利于读取多组数据,但此电路结构简单,能耗较低。 若实验无上述 (1), (2)要求,且R滑等于或略大于Rx时,优先采用限流接法。 图A图B图C 2.替代法: 如图C 3.多用电表粗测法: (在后面电表的使用中介绍) 二、考纲实验: 七: 测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器) 7-1: (10分)在探究“决定导线电阻因素”的实验中,需要进行以下测量. (1)用螺旋测微器测得导线的直径如图所示.其读数是 mm. (2)欲用伏安法测定一段电阻丝的电阻,其阻值约为 ,要求测量结果尽量准确,并且电压、电流测量范围尽可能大一些.下列器材中电流表应选用的是(填选项代号,下同) ,电压表应选用的是 ,滑动变阻器应选用的是 .在下面的方框内画出应采用的电路图. A.电池组E(6V,内阻很小) B.电流表A1(0~3A,内阻0.0125Ω) C.电流表A2(0~0.6A,内阻0.125Ω) D.电压表V1(0~3V,内阻3kΩ) E.电压表V2(0~6V,内阻6kΩ) F.滑动变阻器R1(0~5Ω,2A) G.滑动变阻器R2(0~1000Ω,1A) H.电键、导线 7-2: (12分)有一根细长而均匀的金属管线样品,横截面如图甲所示.此金属管线长约30Cm,电阻约10Ω.已知这种金属的电阻率为ρ,因管内中空部分截面积形状不规则,无法直接测量,请你设计一个实验方案,测量中空部分的截面积S0,现有如下器材可选: A.毫米刻度尺 B.螺旋测微器 C.电流表Al(600mA,1.0Ω) D.电流表A2(3A,0.1Ω) E.电压表V(3V,6KΩ) F.滑动变阻器R1(2KΩ,0.5A) G.滑动变阻器R2(10Ω,2A) H.蓄电池E(6V,0.05Ω) I.开关一个,带夹子的导线若干 (1)上列器材中,应选用的器材有___________(填代号) (2)在上面方框中画出你所设计的电路图,并把图乙的实物连成实际测量电路,要求尽可能测出多组有关数值. (3)实验中要测量的物理量有: ,计算金属管线内部空问截面积S0的表达式为: S0= 7-3: (10分)某同学用下列器材测量一电阻丝的电阻Rx: 电源E,适当量程的电流表电压表各一只,滑线变阻器R,电阻箱RP,开关S1、S2,导线若干。 他设计的电路图如图(a)所示,具体做法: 先闭合S1,断开S2,调节R和RP,使电流表和电压表示数合理,记下两表示数为I1,U1;再保持RP阻值不变,闭合S2,记下电流表和电压表示数为I2、U2. (1)请你帮他按电路图在实物图(b)上连线; (2)写出被测电阻Rx=▲(用电表的读数表示); (3)此实验中因电流表有内阻,电压表内阻不是无限大,使被测电阻的测量值真实值(选填“大于、小于或等于”). 7-4: 某同学做“测定金属的电阻率”的实验. (1)需要用刻度尺测出被测金属丝的长度l,用螺旋测微器测出金 属丝的直径d,用电流表和电压表测出金属丝中的电流和它两端的电 压分别为I和U;请写出测金属丝电阻率的表达式: =___(用 上述测量的字母表示). (2)若实验中测量金属丝的直径时,螺旋测微器的示数如图所示, 则金属丝直径的测量值为d=mm. (3)用电流表和电压表测金属丝的电阻时,由于电流表、电压表内阻的影响,不论使用电 流表内接法还是外接法,都会产生系统误差。 按如下图所示的电路进行测量,可以消除由于电 表内阻造成的系统误差。 利用该电路进行实验的主要操作过程是: 第一步: 先将R2的滑动头调到最左端,单刀双掷开关S2向1 闭合,闭合开关S1,调节变阻器R1和R2,使电压表和电流表的示数尽量大些(不超过量程),读出此时电压表和电流表的示数U1、I1; 第二步: 保持两滑动变阻器的滑动头位置不变,将单刀双掷 开关S2向2闭合,读出此时电压表和电流表的示数U2、I2;请写 出由以上记录数据计算被测电阻Rx的表达式Rx=. 八、描绘小灯泡的伏安特性曲线 8-1: (10分)有一个小灯泡上标有“4.8V2W”的字样,现在测定小灯泡在不同电压下的电功率,并作出小灯泡的电功率P与它两端电压的平方U2的关系曲线.有下列器材可供选用: A.电压表V1(0~3V,内阻3kΩ) B.电压表V2(0~15V,内阻15kΩ) C.电流表A(0~0.6A,内阻约1Ω)D.定值电阻R1=3kΩ E.定值电阻R2=15kΩF.滑动变阻器R(10Ω,2A) G.学生电源(直流6V,内阻不计) H.开关、导线若干 (1)实验中所用电压表应选用,定值电阻应选用(均用序号字母填写); (2)为尽量减小实验误差,并要求从零开始多取几组数据,请在方框内画出满足实验要求 的电路图; (3)利用上述实验电路图测出的电压表读数UV与此时小灯泡两端电压U的定量关系是,下图的四个图象中可能正确的是. 8-2: 如图甲所示,为某同学测绘额定电压为2.5V的小灯泡的I—U特性曲线的实验电路图. ⑴根据电路图甲,用笔画线代替导线,将图乙中的实验电路连接完整. ⑵开关S闭合之前,图乙中滑动变阻器的滑片应该置于端(选填“A”、“B”或“AB中间”) ⑶实验中测得有关数据如下表: U/V 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 I/A 0.10 0.16 0.20 0.23 0.25 0.26 0.27 根据表中的实验数据,在图丙中画出小灯泡的I—U特性曲线. ⑷若已知小灯泡灯丝在27℃时电阻值约为1.5Ω,并且其电阻值与灯丝的热力学温度成正比,试估算该灯泡以额定功率工作时灯丝的温度约为℃。 (提示: T=273+t) 8-3: 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而增大,某同学为研究这一现象,利用下列实验器 材: 电压表、电流表、滑动变阻器(变化范围0一10Ω)、电源、小灯泡、开关、导线若干来设计实验,并通过实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压). I/A 0 0.12 0.21 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50 U/V 0 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 (1)请在上面的方框中画出实验电路图; (2)在上图中画出小灯泡的I一U曲线; (3)把本题中的小灯泡接到图示电路中,若电源电动势E=2.0V, 内阻不计,定值电阻R=5Ω,则此时小灯泡的功率是_______W. 8-4: 某同学在做“测定小灯泡功率”的实验中得到如下一组U和I 的数据: 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.60 3.00 I/A 0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.205 灯泡发光情况 不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光 (1)从数据中可以看出,当功率逐渐增大时,灯丝的电阻变化情况是;这表 明该导体的电阻随温度的升高而。 (2)若该同学在实验中选用的器材如下: A.待测小灯泡一个 B.E=6V的直流电源(内阻很小)一个 C.最大阻值为10 的滑动变阻器一个 D.量程为300mA的电流表(内阻约1 )一只 E.量程为3V的电压表(内阻约10k )一只 F.导线若干与开关一只 请你通过对该同学测量数扭的分析和给出的器材,在下面的虚线框内画出合理的实验 电路图。 8-5: 某同学测绘标有“3.8V,0.3V”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象. ①除了导线和开关外,有以下一些器材可供选择: 电流表: A1(量程100mA,内阻约2Ω);A2(量程0.6A,内阻约0.3Ω); 电压表: V1(量程5V,内阻约5kΩ);V2(量程15V,内阻约15kΩ); 电源: E1(电动势为1.5V,内阻为0.2Ω);E2(电动势为4V,内阻约为0.04Ω) 为了调节方便,测量准确,实验中应选用电流表_____,电压表______,滑动变阻器________,电源_________.(填仪器符号) ②根据实验数据,计算并描绘出R-U的图象如图所示。 由图象可知,此灯泡在不工作时, 灯丝电阻为___________;当所加电压为3.00V时,灯丝电阻为____________,灯泡实际消耗的电功率为___________W. ③根据R-U图象,可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系。 符合该关系的示意图是 下列图中的__________. 8-6: 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中.用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图(在上面)所示方式连接电路,电路中所有元器件都完好,且电压表和电流表已调零.闭合开关后; ①若电压表的示数为2V,电流表的的示数为零,小灯泡不亮,则断路的导线为; ②若电压表的示数为零,电流表的示数为0.3A,小灯泡亮,则断路的导线为_; ③若反复调节滑动变阻器,小灯泡亮度发生变化,但电压表、电流表的示数不能调为零,则断路的导线为___. 九、测定电源的电动势和内阻: 9-1: ⑵某同学做“测定电源的电动势和内阻”实验。 ①他采用如左图所示的实验电路进行测量。 右图给出了实验所需要的各种仪器。 请你按 电路图把它们连成实验电路。 ②这位同学测量时记录了5组数据,并将数据填入了以下表格中。 请你根据这些数据在坐标系中画出U-I图线。 根据图线求出电池的电动势E_______V,内阻r=_________Ω。 次数 1 2 3 4 5 I(A) 0.15 0.25 0.36 0.45 0.56 U(V) 1.40 1.35 1.30 1.25 1.20 ③这位同学对以上实验的系统误差行 了分析。 其中正确的是_______。 A.主要是由电压表的分流引起的 B.主要是由电流表的分压引起的 C.电动势测量值小于真实值 D.内阻测量值大于真实值 9-2: 测量电源的电动势 及内阻 ( 约为 , 约为 )。 器材: 量程 的理想电压表 ,量程 的电流表 (具有一定内阻),固定电阻 ,滑线变阻器 ( ),开关 ,导线若干。 ⑴画出实验电路原理图。 图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出。 ⑵用笔画线代替导线完成实物连接图。 ⑶实验中,当电流表读数为 时,电压表读数为 ;当电流表读数为 时,电压表读数为 。 则可以求出 ________, ________(用 , , , 及 表示)。 9-3: 某课题研究小组,收集了数码相机、手机等用旧了的各种类型的电池,及从废旧收音机上拆下的电阻、电容、电感线圈。 现从这些材料中选取两个待测元件,一是电阻R0(约为2kΩ),二是手机中常用的锂电池(电动势E标称值为3.7V,允许最大放电电流为100mA)。 在操作台上还准备了如下实验器材: A.电压表V(量程4V,电阻RV约为4.0kΩ) B.电流表A1(量程100mA,电阻RA1约为5Ω) C.电流表A2(量程2mA,电阻RA2约为50Ω) D.滑动变阻器R1(0~20Ω,额定电流1A) E.电阻箱R2(0~999.9Ω,最小分度值0.1Ω) F.开关S一只、导线若干 (1)为了测定电阻R0的阻值,小组的一位成员,设计了如图所示的电路原理图并选取了相 应的器材(电源用待测的锂电池),其设计或器材选取中有不妥之处,你认为应该怎样调整? 。 (2)在实际操作过程中,发现滑动变阻器R1、电流表A1已损 坏,请用余下的器材测量锂电池的电动势E和内阻r。 ①请你在方框中画出实验电路图(标注所用器材符号) ②为了便于分析,一般采用线性图象处理数据,请写出与线性 图象对应的相关物理量间的函数关系式。 9-4: 用如图所示的电路(R1、R2为标准定值电阻,阻值已知)测量电源的电动势E和内电阻r,则: (1)需要读取的数据是 (2)电动势表达式E=内电阻表达式r= (3)如果考虑电流表的内阻,电动势的测量值真实值(填“大于’,、“小于”或“等于”),电源内电阻的测量值真实值(填“大于”、“小于”或“等于”). 9-5: 某同学要测量一节旧电池的电动势和内阻,实验器材仅有一个电流表、一个电阻箱、一个开关和导线若干,该同学按如图所示电路进行实验,测得的数据如下表所示. 实验次数 1 2 3 4 5 R(Ω) 4.0 10.0 16.0 22.0 28.0 I(A) 1.00 0.50 0.34 0.25 0.20 1/I(A-1) 1.0 2.0 2.9 4.0 5.0 (1)若利用图象确定电池的电动势和内阻,则应作 __________(选填“R-I”或“R-1/I”)图象; (2)利用测得的数据在坐标纸上画出适当的图象; (3)由图象可知,该电池的电动势E=V,内阻r=Ω; (4)利用该实验电路测出的电动势E测和内阻r测与真实值E真和r真相比,理论上E测E真,r测r真(选填“>”、“<”或“=”). 十、练习使用多用电表: 10-1: 某同学在实验室采用两种方法测量一只未知电阻Rx的值. (1)他先用多用电表欧姆档进行测量,按照正确的步骤操作后,表针指示情况如图①所示,根据学过的物理知识可知,这种情况误差较大,为了使多用电表测量的结果更准确,应将选择开关旋至欧姆档的倍率(选填“较小”或“较大”)位置。 (2)若采用“伏安法”测量该电阻,所采用的器材及电路图如图②所示。 测量电阻两端电压时,开关S应(选填“断开”或“闭合”),将多用电表选择开关置于直流电压档,红表笔接(填“a”、“b”或“c”,下同),黑表笔接,记下电阻两端电压值U1;测量通过电阻的电流时,开关S应,将多用电表选择开关置于直流电压挡,红表笔接记下通过电阻的电流I1,调节滑动变阻器触头的位置,重复上述方法再测出两组数据U2、I2和U3、I3,利用上述三组数据可求出被测电阻的阻值Rx=. 10-2: 数字万用电表是近年来发展起来的高科技数码产品,是传统机械式表的更新换代产品。 如图甲所示。 数字万用表有测量精度高、读数方便等许多独特的优点。 具体表现在: 测量精度高,以型号“DF930”普通数字万用表为例,其电压挡所有量程内阻高达10M ,而机械指针式电压表内阻一般为几千欧到几十千欧,内电阻高出2~3个数量级。 直流电压挡和直流电流挡的精度为 0.05%,欧姆挡精度为 0.08%,而用指针式电压表、电流表的精度只有 2.5%,欧姆表的精度更低,数字万用表内电阻非常理想。 现有一块型号为“DF930”的数字万用电表,用它来测量一只电池的电动势和内电阻。 提供的测量器材还有: 一只滑动变阻器R(0~30 ),两只开关,导线若干。 实验要求: 利用这些器材,尽量采用最简单的测量方法,分两步进行。 首先测量电动势,待电动势测定之后再测量其内电阻。 (1)连接数字万用表。 在图乙中,电路中的各个元器件都已连接妥当,数字万用表的一个表笔也已与电路连接好,请将另一只表笔正确连入电路。 答: 另一只表笔应接在点. (2)操作步骤: ①将数字万用表选择开关置于档,选择合适的量程,断开开关,闭合开关,记录表的示数,然后反复测量多次,取平均值并记为X. ②将数字万用表选择开关置于档,选择合适的量程,断开开关,闭合开关,记录表的示数,记为Y,紧接着进行以下的操作: 将选择开关置于档,选择合适的量程,然后同时闭合开关S1和S2,记录表的示数并记作Z,把Y和对应的Z作为一组数据记录下来,然后反复测量多次,得到多组数据。 ③即为干电池的电动势.(填“X”、“Y”或“Z”) ④干电池的内电阻的表达式r=(用X、Y、Z表示),将步骤②测得的数据代入公式,求出r的平均值,即为干电池的内电阻. 10-3: 有如下实验器材: 干电池2节;标有“3V、1W”的小灯泡一个;最大阻值为50Ω的滑动变阻器一只;电键、导线若干。 某实验小组利用以上实验器材连成如图所示的电路,在闭合电键后 发现小灯泡不亮。 为了探究小灯泡不亮的原因,同学们进行了如下的检测。 实验一: 一位同学用多用电表的电压档进行检测。 选择直流电压5V档,首先断开开关, 红黑表笔分别接在a、d两点,表的示数接近3V;然后闭合开关,再测量a、d两点之间的电压,发现表的示数为2.6V测量a、b两点之间的电压时,表的示数为零;测b、c两点的电压时,表的示数为2.4V;测c、d两点的电压时,表的示数接近0.2V。 实验二: 另一位同学用多用电表的欧姆档(表盘中央刻度为20)进行测量。 在对多用电表 进行了正确的操作之后,断开开关,两表笔分别接在开关的左端和b点,表的示数为零;两表笔接在b、c两点,表的示数为30Ω左右;两表笔接在c、d两点,表的示数为3Ω左右;两表笔接在d点和电池的负极,表的示数为零。 20070319 问: (1)实验一中“断开开关,红黑表笔分别接在a、d两点,伏特表的示数接近3V;然 后闭合开关,再测量a、d两点的电压时,发现伏特表的示数为2.6V”。 根据这句话对判断小灯泡不亮的原因你能得到哪些有用的结论? (三条) a.; b.; c.; (2)实验二中“对多用电表进行了正确的操作”指的是(填字母代号) A.将红、黑表笔分别插入“+”、“-”测试笔插孔 B.将红、黑表笔分别插入“-”、“+”测试笔插孔 C.将选择开关置于欧姆档的“×1”档 D.将选择开关置于欧姆档的“×10”档 E.将选择开关置于欧姆档的“×100”档 F.短接红、黑表笔,调整调零旋钮,使指针指在欧姆档的“0”刻度线处,然后断开表笔。 G.短接红、黑表笔,调整调零旋钮,使指针指在电流表的“0”刻度线处,然后断开表笔。 (3)“欧姆表的两表笔分别接在c、d两点,表的示数为3左右”,而根据公式计算小灯泡的 电阻是9Ω,其原因是 (4)综合实验一和实验二可以判断小灯泡不亮的原因是(填字母代号) A.小灯泡短路B.小灯泡断路 C.滑动变阻器短路D.滑动变阻器断路 E.闭合开关后开关断路F.电源的内阻太大 G.电源的电动势远小于正常值H.滑动变阻器接入电路的电阻太大 十一: 传感器的简单使用: 11-1: 某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性.现在器材: 直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表,待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等. (1)若用上述器材测量热敏电阻的阻的随温度变化的特性,请你在图的实物图上连线. (2)实验的主要步骤: ①正确连接电路,在保温容器中注入适量冷水,接通电源,调节并记录电源输出的电流值;②在保温容器中添加少量热水,待温度稳定后,闭合开关,,,断开开关; ③重复第②步操作若干次,测得多组数据. (3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值,并据此绘得图10的R-t关系图线,请根据图线写出该热敏电阻的R-t关系式: R=+t(Ω)(保留3位有效数字) 第三部分: 电学实验参考答案 7-1: (1)0.700 (2)A2、V1、R1 7-2: (1)ABCEGHI(2分。 说明: 有选错的不给分) (2)电路及实际测量电路如图所示(2+2分)。 画成限流连接、其它无错的各扣2分) (3)用螺旋测微器测横截面边长a,用毫米刻度尺金属管线长度L,电压表示数U,电流表示数I,S0=a2一ρIL/U、 7-3: (1) (2)先闭合S1,断开S2,调节R和RP,使电流表和电压表示数合理,记下两表示数为I1,U1;设电压表内阻为Rv = + 再保持RP不变,闭合S2,记下电流表和电压表示数为I2、U2。 = + + ∴Rx= (3)“等于”。 7-4: (1) (2)0.795~0.799(3) 8-1: (1)A(2分),D(2分) (2)电路图如图(3分)(3) (1分),C(2分) 8-2: ⑴.(4分)⑶.(4分) ⑵.A(3分)⑷.1580℃~1650℃(3分) 8-3: (1)分压、外接(内接不扣分) (2)略 (3)0.14~0.18W均可 8-4: (1)电阻逐渐变大;变大。 每空1分,共2分 (2)电流表外接,变阻器接成分压器接法。 (6分) 8-5: (2)① A2 V2 R1 R2 ② 1.5 11.5 0.78 ③ A 8-6: ①d导线②b导线③g导线 9-1: ⑴①9.84②AD⑵①图略②1.47,0.50③AC 9-3: 9-4: ⑴用A2替换A1(2分)⑵图略 9-5: (1)▲闭合S1,S2接1时A的读数I1、▲闭合S1,S2接2时A的读数I2 (2)I1I2(R1-R2)/(I2-I1)(I1R1-I2R2)/(I2-I1) (3)等于大于 9-6: (1)(2分)应该画出R-1/I图像 (2)如图所示(2分) (3)6.0(5.8~6.2都给分)(1分),2.0(1.8~2.2都给分) (4)=,>(4分) 10-1: (1)×100(3分) (2)闭合,b,a,断开,c,b(以上每空1分)
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- 物理 实验 专题 电学 部分