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第2講 電學(xué)實驗,1.(2016·江蘇單科,10)小明同學(xué)通過實驗探究某一金屬電阻的阻值R隨溫度t的變化關(guān)系,已知該金屬電阻在常溫下的阻值約10 Ω，R隨t的升高而增大，實驗電路如圖1所示，控溫箱用以調(diào)節(jié)金屬電阻的溫度。,圖1,實驗時閉合S，先將開關(guān)K與1端閉合，調(diào)節(jié)金屬電阻的溫度，分別記下溫度t1，t2，…和電流表的相應(yīng)示數(shù)I1，I2，…。然后將開關(guān)K與2端閉合，調(diào)節(jié)電阻箱使電流表的示數(shù)再次為I1，I2，…，分別記下電阻箱相應(yīng)的示數(shù)R1，R2，…。 (1)有以下兩電流表，實驗電路中應(yīng)選用________。 A.量程0～100 mA，內(nèi)阻約2 Ω B.量程0～0.6 A，內(nèi)阻可忽略 (2)實驗過程中，要將電阻箱的阻值由9.9 Ω調(diào)節(jié)至10.0 Ω，需旋轉(zhuǎn)圖中電阻箱的旋鈕“a”、“b”、“c”，正確的操作順序是________。 ①將旋鈕a由“0”旋轉(zhuǎn)至“1” ②將旋鈕b由“9”旋轉(zhuǎn)至“0” ③將旋鈕c由“9”旋轉(zhuǎn)至“0”,(3)實驗記錄的t和R的數(shù)據(jù)見下表,請根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在下面的方格紙上作出R-t圖線。,由圖線求得R隨t的變化關(guān)系為R＝________Ω。,由R-t圖象知，R＝0.04t＋8.8(Ω)。,答案 (1)A (2)①②③ (3)見解析 0.04t＋8.8,2.(2015·江蘇單科，10)小明利用如圖2甲所示的實驗裝置測量一干電池的電動勢和內(nèi)阻。,甲 (1)圖甲中電流表的示數(shù)為________A。 (2)調(diào)節(jié)滑動變阻器，電壓表和電流表的示數(shù)記錄如下：,請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標紙上作出U-I圖線。,乙 圖2,由圖線求得：電動勢E＝________V；內(nèi)阻r＝________Ω。 (3)實驗時，小明進行了多次測量，花費了較長時間，測量期間一直保持電路閉合。其實，從實驗誤差考慮，這樣的操作不妥，因為_________________________。,解析 (1)由實驗裝置圖可知，電流表使用0.6 A量程，所以讀數(shù)為0.44 A。 (2)描點畫圖，如圖所示，根據(jù)U＝-Ir＋E可得電動勢為E＝1.60 V；圖線的斜率絕對值等于內(nèi)阻r＝1.22 Ω。 (3)干電池長時間使用后，電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生變化，導(dǎo)致實驗誤差增大。,答案 (1)0.44 (2)U-I圖象見解析圖 1.60(1.58～1.62都算對) 1.22(1.18～1.24都算對) (3)干電池長時間使用后，電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生變化，導(dǎo)致實驗誤差增大,3.(2014·江蘇單科，10)某同學(xué)通過實驗測量一種合金的電阻率。 (1)用螺旋測微器測量合金絲的直徑。為防止讀數(shù)時測微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動，讀數(shù)前應(yīng)先旋緊如圖3所示的部件________(選填“A”、“B”、“C”或“D”)。從圖中的示數(shù)可讀出合金絲的直徑為________mm。,圖3,圖4 (2)如圖4所示是測量合金絲電阻的電路，相關(guān)器材的規(guī)格已在圖中標出。合上開關(guān)，將滑動變阻器的滑片移到最左端的過程中，發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表的指針只在圖示位置發(fā)生很小的變化。由此可以推斷：電路中________(選填圖中表示接線柱的數(shù)字)之間出現(xiàn)了________(選填“短路”或“斷路”)。,(3)在電路故障被排除后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，讀出電壓表和電流表的示數(shù)分別為2.23 V和38 mA，由此，該同學(xué)算出接入電路部分的合金絲的阻值為58.7 Ω。為了更準確地測出合金絲的阻值，在不更換實驗器材的條件下，對實驗應(yīng)作怎樣的改進？ 請寫出兩條建議。,答案 (1)B 0.410 (2)7、9 斷路 (3)電流表改為內(nèi)接；測量多組電流和電壓值，計算出電阻的平均值。(或測量多組電流和電壓值、用圖象法求電阻值),[考 情 分 析],電學(xué)實驗是每年都考，主要體現(xiàn)在 (1)基本儀器的原理和使用。 (2)基本的實驗?zāi)康?、原理和實驗思?如實驗器材的選取，電流表的內(nèi)、外接法及滑動變阻器的連接方式、電路故障的分析等。 (3)處理實驗數(shù)據(jù)的基本方法，如圖象法、平均值法等。,基本儀器使用與讀數(shù),[規(guī) 律 方 法],1.基本儀器的使用 (1)電壓表應(yīng)并聯(lián)、電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中，且電流應(yīng)由正接線柱流入、負接線柱流出。 (2)開始實驗前，變阻器的觸頭位置應(yīng)保證電路中用電器的安全，即保證電路中流過的電流最小或加在用電器兩端的電壓最小。 (3)多用電表使用前應(yīng)檢查指針是否停在表盤刻度左端的零刻度位置。若不指零，要用小螺絲刀進行機械調(diào)零；紅、黑表筆要分別插入“＋”、“-”插孔；根據(jù)測量項目，將選擇開關(guān)置于相關(guān)區(qū)域的適當量程上。,用多用電表測電阻：機械調(diào)零第一步，斷開表筆調(diào)螺母；指針指向∞時，根據(jù)阻值來選擋；接著進行電調(diào)零，短接表筆指0 Ω，測時雙手勿觸阻；測量阻值高精度，中值附近去讀數(shù)；以后每次換擋后，均要重新電調(diào)零；勿忘得數(shù)乘倍率，用完撥回“OFF”擋。長期不用，還應(yīng)把表內(nèi)電池取出。,2.電表讀數(shù)的基本方法 測量值＝最小刻度×小格數(shù)＋估讀值。,1.如圖5所示為電壓表和電流表的刻度盤示意圖，指針位置分別如圖甲、乙所示。 (1)若使用的是0～3 V量程的電壓表，讀數(shù)為________V。若使用的是0～15 V量程的電壓表，讀數(shù)為________V。 (2)若使用的是0～0.6 A量程的電流表，讀數(shù)為________A。若使用的是0～3 A量程的電流表，讀數(shù)為________A。,[精 典 題 組],圖5,解析 對于電壓表，當選取0～3 V量程時，每小格為0.1 V，讀數(shù)為1.68 V,當選取0～15 V量程時，每小格為0.5 V，讀數(shù)為8.4 V；對于電流表，當選取0～0.6 A量程時，每小格為0.02 A，讀數(shù)為0.46 A，當選取0～3 A量程時，每小格為0.1 A，讀數(shù)為2.30 A。 答案 (1)1.68 8.4 (2)0.46 2.30,2.某中學(xué)的實驗小組的成員在應(yīng)用多用電表測電阻。 (1)多用電表的表盤如圖6所示，其中表盤上的三個重要的部件用三個字母A、B、C標記了出來。該小組的成員在測量電阻時的操作過程如下：,圖6,①在測量電阻前，首先進行的操作應(yīng)是機械調(diào)零，要調(diào)節(jié)部件________(填“A”“B”或“C”)，使多用電表的指針指在表盤最________(填“左”或“右”)端的零刻度線位置； ②將旋鈕C調(diào)節(jié)到“×100”的擋位； ③將紅表筆插到________(填“＋”或“－”)孔，黑表筆插到________(填“＋”或“－”)孔，將兩表筆短接，調(diào)節(jié)部件________(填“A”“B”或“C”)，使多用電表的指針指在表盤最________(填“左”或“右”)端的零刻度線位置；,④完成以上的操作后，將兩表筆與被測量的電阻良好接觸，多用電表的指針幾乎沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，為了減小測量的誤差，從下列選項中選出正確的操作步驟，并進行正確的排序________，最后測出待測電阻的阻值。 A.用兩表筆與待測電阻相接觸 B.將兩表筆短接進行歐姆調(diào)零 C.將旋鈕C調(diào)節(jié)到“×1”的擋位 D.將旋鈕C調(diào)節(jié)到“×1k”的擋位,(2)該小組的成員將多用電表調(diào)節(jié)無誤后，在進行測量時，如果選用“×100”的擋位測量某電阻的阻值，多用電表表盤的指針如圖7所示，則該電阻的阻值為________；如果選用100 mA直流電流擋測量電流，指針的偏轉(zhuǎn)如圖7所示，則該電流的大小為________；如果選用50 V的直流電壓擋測量電壓，指針的偏轉(zhuǎn)如圖7所示，則該電壓的大小為________。,圖7,解析 (1)多用電表使用前要進行機械調(diào)零，使指針指向左邊的零刻度線處，使用中每次換歐姆擋都要進行歐姆調(diào)零，使指針指向右邊的零刻度線處；由于測量電阻時，指針幾乎沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明需增大倍率，使指針指向中央刻度附近。 (2)若用“×100”擋測電阻，讀數(shù)為16.0×100 Ω＝1 600 Ω；若用100 mA的直流電流擋測電流，讀數(shù)為4.8×10 mA＝48 mA；若用50 V的直流電壓擋測電壓，讀數(shù)為24.0 V。 答案 (1)①A 左 ③＋ － B 右 ④DBA (2)1 600 Ω 48 mA 24.0 V,儀器的選擇、實驗方法與數(shù)據(jù)處理,[規(guī) 律 方 法],1.實物連線的基本方法 先圖后物、由正到負；先串后并、注意量程；接線到位、不可交叉。 (1)分析各元件的連接方式和控制電路的方式。 (2)畫出實驗電路圖。 (3)畫線連接各元件，一般先從電源正極開始，到開關(guān)再到滑動變阻器等，按順序以單線連接的方式將主電路中要串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來，然后再將要并聯(lián)的元件并聯(lián)到電路中。,(4)電壓表應(yīng)并聯(lián)在電路中，電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中，且電流應(yīng)由正接線柱流入、負接線柱流出。 (5)變阻器的觸頭位置應(yīng)保證電路中用電器的安全，即保證電路中流過的電流最小或加在用電器兩端的電壓最小。 (6)連線不能交叉。,2.測量電路的選擇 當Rx?RA時用內(nèi)接法，如圖甲；當Rx?RV時用外接法，如圖乙。,3.控制電路的選擇 (1)當被測電阻的阻值Rx遠大于滑動變阻器的總電阻R時，須用分壓式電路。 (2)當要求被測電阻上的電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調(diào)時，須用分壓式電路。 (3)當被測電阻的阻值Rx小于滑動變阻器的總電阻R或相差不多，并且電壓表、電流表示數(shù)變化不要求從零調(diào)節(jié)時，可采用限流式。 (4)兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因為限流式接法消耗功率較小。,4.測電阻的方法：實驗電路一般分為電源、控制電路和測量電路三部分。 (1)最為精確的測量方法——等效替代法 ①電流等效替代,②電壓等效替代,(2)電表內(nèi)阻測量最常用的方法——半偏法 ①半偏電流法,②半偏電壓法,5.電源電動勢和內(nèi)阻的測量方法,任何一種實驗方法，一定要緊扣閉合電路歐姆定律E＝U＋Ir，而最關(guān)鍵的是看電路中如何測量出路端電壓U和電路中的總電流I，這也是命題專家命題時的入手點。,1.(2016·淮安5月?？?現(xiàn)有一攝像機電池，無法從標簽上看清其電動勢等數(shù)據(jù)?，F(xiàn)進行如下實驗操作： (1)選取多用電表的直流電壓10 V擋，將兩表筆直接接到電池的正、負兩極，指針偏轉(zhuǎn)情況如圖8，由此可知其電動勢約為________ V。是否可以利用多用電表的歐姆擋直接粗測其內(nèi)阻，答：________(填“可以”或“不可以”)。,[精 典 題 組],圖8,(2)現(xiàn)要更加準確測量其電動勢和內(nèi)阻，實驗室備有下列器材： A.電流表(量程0.6 A，內(nèi)阻為3 Ω) B.電壓表(量程3 V，內(nèi)阻為3 kΩ) C.電壓表(量程30 V，內(nèi)阻為30 kΩ) D.定值電阻R1＝500 Ω E.定值電阻R2＝5 000 Ω F.滑動變阻器(阻值范圍0～30 Ω) G.開關(guān)及導(dǎo)線 ①該實驗中電壓表應(yīng)選________，定值電阻應(yīng)選________。(均選填選項前的字母序號),②實物連線將圖9補充完整。,圖9 ③若將滑動變阻器打到某一位置，讀出此時電壓表讀數(shù)為U，電流表讀數(shù)為I，則電源電動勢和內(nèi)阻間的關(guān)系式為________。,答案 (1)7.1 不可以 (2)①B E ②如圖所示,2.(2016·全國卷Ⅱ，23)某同學(xué)利用圖10所示電路測量量程為2.5 V的電壓表 的內(nèi)阻(內(nèi)阻為數(shù)千歐姆)，可供選擇的器材有：電阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值50 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值5 kΩ)，直流電源E(電動勢3 V)，開關(guān)1個，導(dǎo)線若干。,圖10,實驗步驟如下 ①按電路原理圖10連接線路； ②將電阻箱阻值調(diào)節(jié)為0，將滑動變阻器的滑片移到與圖10中最左端所對應(yīng)的位置，閉合開關(guān)S； ③調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表滿偏； ④保持滑動變阻器滑片的位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表的示數(shù)為2.00 V，記下電阻箱的阻值。 回答下列問題： (1)實驗中應(yīng)選擇滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)。 (2)根據(jù)圖10所示電路將圖11中實物圖連線。,圖11 (3)實驗步驟④中記錄的電阻箱阻值為630.0 Ω，若認為調(diào)節(jié)電阻箱時滑動變阻器上的分壓不變，計算可得電壓表的內(nèi)阻為________Ω(結(jié)果保留到個位)。 (4)如果此電壓表是由一個表頭和電阻串聯(lián)構(gòu)成的，可推斷該表頭的滿刻度電流為________(填正確答案標號)。 A.100 μA B.250 μA C.500 μA D.1 mA,解析 (1)本實驗測電壓表的內(nèi)阻，實驗中電壓表示數(shù)變化不大，則接入電阻箱后電路的總電阻變化不大，故需要滑動變阻器的最大阻值較小，故選R1可減小實驗誤差。 (2)滑動變阻器為分壓式，連接實物電路如圖所示：,答案 (1)R1 (2)見解析圖 (3)2 520 (4)D,電學(xué)實驗設(shè)計,[規(guī) 律 方 法],1.設(shè)計的原則：科學(xué)、可靠、方便、準確 2.設(shè)計的思路： (1)根據(jù)題目要求和給出的條件，根據(jù)物理規(guī)律和原理，設(shè)計實驗原理，找出實驗原理式。 (2)根據(jù)設(shè)計的實驗原理，由公式確定還有哪些待測量(不能太多)，根據(jù)基本儀器的使用知識和控制電路的作用，設(shè)計實驗電路。,(3)根據(jù)設(shè)計的實驗電路，明確需要測量的物理量，由待測量選擇、確定實驗器材。 (4)由實驗器材設(shè)計、制定實驗步驟，進行誤差評估，將測量值代入原理式，求出所要求的物理量。 近幾年江蘇高考的要求主要是理解題給的設(shè)計性實驗方案并能進行推理。,1.(2016·常州二模)某物理興趣實驗小組的同學(xué)為了測量電動勢約為3 V的某電源的電動勢和內(nèi)阻,實驗室可供選擇的實驗器材如下。 A.電壓表V1(0～3 V，RV1＝10 kΩ) B.電壓表V2(0～15 V，RV2＝50 kΩ) C.電流表A1(0～3 mA，Rg＝100 Ω) D.電流表A2(0～3 A，內(nèi)阻約為0.5 Ω) E.滑動變阻器R1(0～10 Ω) F.滑動變阻器R2(0～1 000 Ω) G.定值電阻R3＝0.5 Ω H.定值電阻R4＝10 Ω I.開關(guān)S以及導(dǎo)線若干,[精 典 題 組],回答下列問題： (1)在設(shè)計本實驗時，為了減小實驗誤差，電壓表應(yīng)選________(填器材前的序號)，為了操作方便，滑動變阻器應(yīng)選________(填器材前的序號)，通過分析可知電流表A1的量程太小、電流表A2的量程太大，該小組的同學(xué)想將電流表A1改裝成量程合適的電流表，則應(yīng)將電流表A1與定值電阻________(填器材前的序號)________(填“串”或“并”)聯(lián)，改裝后的電流表的量程應(yīng)為________A；,(2)請設(shè)計合適的電路圖測量電源的電動勢和內(nèi)阻，畫在如圖12甲所示的虛線框內(nèi)；,圖12,(3)該實驗小組的同學(xué)利用所設(shè)計的電路得到多組數(shù)據(jù)，以電流表A1的示數(shù)為橫坐標、電壓表的示數(shù)為縱坐標建立坐標系，并將各組數(shù)據(jù)描繪在該坐標系中，得到的U－I圖象如圖乙所示，則該電源的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。(結(jié)果保留兩位小數(shù)),答案 (1)A E G 并 0～0.603 (2)見解析圖 (3)2.96 1.67,2.(2016·全國卷Ⅰ，23)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9 Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω)，單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。 在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時阻值為650.0 Ω。,(1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。,圖13 (2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)： ①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為________Ω；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________。,②將開關(guān)向________(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至_______________________________。 (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。,答案 (1)如圖所示,(2)R2 (3)①650.0 b 接通電源后，流過報警器的電流會超過20 mA，報警器可能損壞 ②c 報警器開始報警,