第1部分专题7 第18讲电学实验（PPT课件）-【创新教程】2025年高考物理大二轮专题增分方案

2025-02-12

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第18讲　电学实验第一部分专题整合知识突破专题七　实验技能与创新下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理核心素养助学提能课堂评价高考预测 01 02 限时集训能力达标 03 物理第一部分：专题七　实验技能与创新下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理核心素养助学提能下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理　　　　下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理　　　　　　下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理　　　　　　下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理　　　　下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理课堂评价高考预测下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理下一页上一页返回导航第一部分：专题七　实验技能与创新物理本部分在高考试题中每年都出现，实验原理、仪器的选择、电路的分析是高考的重点．在备考过程中要：(1)掌握基本仪器的原理和使用；(2)掌握基本的实验目的、原理和实验思想，如伏安法测电阻，电流表的内、外接法及滑动变阻器的连接方式；(3)掌握处理实验数据的基本方法，如图像法、平均值法等．涉及电源电动势和内阻的实验、电路故障分析、实物图的连接是实验命题的重点．考点一　以测电阻为核心的实验实验电路的选择及分析名称电路测量原理伏安法 Rx＝eq \f(U,I)，小外偏小，大内偏大伏安法消除系统误差 Rx＝eq \f(U2,I2)－eq \f(U1,I1) Rx＝eq \f(U1U2,I2U1－I1U2) 活用电表法伏伏法 V2内阻已知时，Rx＝eq \f(U1,U2)RV2 安安法 A1内阻已知时，Rx＝eq \f(I1,I2－I1)RA1 等效替代法电源输出电压不变，将S合到2，调节R1，使电流表的示数与S合到1时的示数相等，则Rx＝R1 等效替代法电源输出电压不变，将S合到b，调节R1，使电压表的示数与S合到a时的示数相等，则Rx＝R1 半偏法闭合S1，断开S2，调节R1使G表指针满偏；闭合S2，只调节R2使G表半偏(R1≫Rg)，则R2＝Rg测＜Rg真半偏法使R2＝0，闭合S，调节R1使V表满偏；只调节R2使V表半偏(RV≫R1)，则R2＝RV测＞RV真欧姆表法电路略，注意：①要在指针靠近中央时读数；②换挡要进行欧姆调零；③欧姆表刻度左密右疏 [例1]　(2024·新课标卷，23)学生实验小组要测量量程为3 V的电压表的内阻RV.可选用的器材有，多用电表，电源E(电动势5 V)，电压表(量程5 V，内阻约3 kΩ)，定值电阻R0(阻值为800 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ)，开关S，导线若干．完成下列填空： (1)利用多用电表粗测待测电压表的内阻．首先应________(把下列实验步骤前的字母按正确操作顺序排列)： A．将红、黑表笔短接 B．调节欧姆调零旋钮，使指针指向零欧姆 C．将多用电表选择开关置于欧姆挡“×10”位置再将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的________(填“正极、负极”或“负极、正极”)相连，欧姆表的指针位置如图(a)中虚线Ⅰ所示．为了减少测量误差，应将选择开关旋转到欧姆挡________(填“×1”“×100”或“×1k”)位置．重新调节后，测量得到指针位置如图(a)中实线Ⅱ所示，则粗测得到的该电压表内阻为________kΩ(结果保留1位小数)． (2)为了提高测量精度，他们设计了如图(b)所示的电路，其中滑动变阻器应选________(填“R1”或“R2”)，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端； (3)闭合开关S，滑动变阻器滑片滑到某一位置时，电压表 (4)测量得到U1＝4.20 V，U＝2.78 V，则待测电压表内阻RV＝________ kΩ(结果保留3位有效数字)． [解题指导] (1)由多用电表测电阻步骤及读数误差分析，注意电压表正负极； (2)由滑动变阻器分压接法及电流表内外接法分析； (3)由闭合电路欧姆定律分析．解析：(1)利用多用电表粗测待测电压表的内阻．首先应选择欧姆挡即C选项：将多用电表选择开关置于欧姆挡“×10”位置；接着将红、黑表笔短接即A选项；进行欧姆调零即B选项：调节欧姆调零旋钮，使指针指向零欧姆．故首先操作顺序为CAB. 多用电表使用时电流“红进黑出”的规则可知：测量电阻时电源在多用电表表内，故将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的“负极、正极”相连．读数时欧姆表的指针位置如图(a)中虚线Ⅰ所示，偏转角度较小即倍率选择过小，为了减少测量误差，应将选择开关旋转到欧姆挡倍率较大处，而根据表中数据可知选择“×1 k”倍率又过大，故应选择欧姆挡“×100”的位置；测量得到指针位置如图(a)中实线Ⅱ所示，则粗测得到的该电压表内阻为R＝16.0×100 Ω＝1.60 kΩ. (2)图(b)所示的电路，滑动变阻器采用的是分压式连接，为了方便调节，应选最大阻值较小的滑动变阻器，即R1；为保护电路，且测量电路部分电压从零开始调节，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应置于a端． (3)通过待测电压表的电流大小与定值电阻电流相同为I＝eq \f(U1－U,R0)，根据欧姆定律得待测电压表的阻值为 Rv＝eq \f(U,I)＝eq \f(UR0,U1－U). (4)测量得到U1＝4.20 V，U＝2.78 V，代入待测电压表的阻值表达式RV＝eq \f(UR0,U1－U)，则待测电压表内阻RV＝eq \f(2.78×800,4.20－2.78)Ω≈1 566 Ω≈1.57 kΩ. 答案：(1)CAB　负极、正极　×100　1.6　(2)R1　a　(3)eq \f(UR0,U1－U)　(4)1.57 1．(2024·山东卷，14)某学习小组对两种型号铅笔芯的电阻率进行测量．实验器材如下：学生电源(输出电压0～16 V) 滑动变阻器(最大阻值10 Ω，额定电流2 A)；电压表V(量程3 V，内阻未知)；电流表A(量程3 A，内阻未知)；待测铅笔芯R(X型号、Y型号)；游标卡尺，螺旋测微器，开关S，单刀双掷开关K，导线若干．回答以下问题： (1)使用螺旋测微器测量铅笔芯直径，某次测量结果如图甲所示，该读数为________mm； (2)把待测铅笔芯接入图乙所示电路，闭合开关S后，将滑动变阻器滑片由最右端向左调节到合适位置，将单刀双掷开关K分别掷到1、2端，观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显，则测量铅笔芯电阻时应将K掷到________(填“1”或“2”)端； (3)正确连接电路，得到Y型号铅笔芯IU图像如图丙所示，求得电阻RY＝________Ω(保留3位有效数字)；采用同样方法得到X型号铅笔芯的电阻为1.70 Ω； (4)使用游标卡尺测得X、Y型号铅笔芯的长度分别为40.68 mm、60.78 mm，使用螺旋测微器测得X、Y型号铅笔芯直径近似相等，则X型号铅笔芯的电阻率________(填“大于”或“小于”)Y型号铅笔芯的电阻率．解析：(1)根据螺旋测微器的读数规则可知，其读数为d＝2 mm＋0.01×45.0 mm＝2.450 mm； (2)由于电压表示数变化更明显，说明电流表分压较多，因此电流表应采用外接法，即测量铅笔芯电阻时应将K掷到1端； (3)根据图丙的IU图像，结合欧姆定律有RY＝eq \f(2.50 V,1.31 A)＝1.91 Ω； (4)根据电阻定律R＝ρeq \f(l,S)，可得ρ＝eq \f(RS,l)，两种材料的横截面积近似相等，分别代入数据可知ρX＞ρY. 答案：(1)2.450　(2)1　(3)1.91　(4)大于 2．(2023·辽宁卷，12)导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆．现有一根用导电漆制成的截面为正方形的细长样品 (固态), 某同学欲测量其电阻率，设计了如图 (a) 所示的电路图，实验步骤如下： a．测得样品截面的边长a＝0.20 cm； b．将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触，其中甲、乙、丁位置固定，丙可在乙、丁间左右移动； c．将丙调节至某位置，测量丙和某探针之间的距离L； d．闭合开关S, 调节电阻箱R的阻值，使电流表示数I＝0.40 A, 读出相应的电压表示数U, 断开开关S； e．改变丙的位置，重复步骤c、d, 测量多组L和U, 作出UL图像如图(b)所示，得到直线的斜率k. 回答下列问题： (1)L是丙到________(填“甲”“乙”或“丁”) 的距离； (2)写出电阻率的表达式ρ＝______(用k、a、I表示)； (3)根据图像计算出该样品的电阻率ρ＝______ Ω·m(保留两位有效数字)．解析：(1)由于电压表测量的是乙、丙之间的电压，则L是丙到乙的距离． (2)根据电阻定律有R＝ρeq \f(L,a2)，再根据欧姆定律有R＝eq \f(U,I)，联立有U＝eq \f(ρI,a2)L，则ρ＝eq \f(ka2,I)， (3)根据图像可知k＝6.5 V/m，则根据(2)代入数据有ρ＝6.5×10－5 Ω·m. 答案：(1)乙　(2)eq \f(ka2,I)　(3)6.5×10－5 考点二　以闭合电路欧姆定律为核心的实验用多用电表测量电学中的物理量 1.原理：闭合电路欧姆定律，I＝eq \f(E,Rx＋R内)(其中R内＝Rg＋R＋r，I与Rx成一一对应关系) 2．中值电阻R中＝Rg＋R＋r 3．红、黑表笔短接，欧姆调零，Ig＝eq \f(E,Rg＋R＋r) 4．电流方向：“红进黑出” 测量电源的电动势和内电阻伏安法 1.原理：U＝E－Ir 2．误差来源：电压表的分流 3．误差分析：E测<E真，r测<r真　eq \b\lc$\rc$(\a\vs4\al\co1(r测＝\f(RV·r,RV＋r))) 伏安法 1.原理：U＝E－Ir 2．误差来源：电流表的分压 3．误差分析：E测＝E真， r测>r真　(r测＝r＋RA) 测量电源的电动势和内电阻伏阻法 1.原理：E＝U＋eq \f(U,R)r 2．关系式：eq \f(1,U)＝eq \f(r,E)·eq \f(1,R)＋eq \f(1,E) 3．误差分析：E测<E真， r测<r真　eq \b\lc$\rc$(\a\vs4\al\co1(r测＝\f(RV·r,RV＋r))) 测量电源的电动势和内电阻安阻法 1.原理：E＝IR＋Ir 2．关系式：eq \f(1,I)＝eq \f(1,E)·R＋eq \f(r,E)或R＝E·eq \f(1,I)－r 3．误差分析：E测＝E真，r测>r真　(r测＝r＋RA) [例2]　(2024·云南保山市三模)如图所示，图甲为多用电表中欧姆表的电路图，已知灵敏电流计表头内阻Rg＝900 Ω，满偏电流Ig＝100 μA，电源电动势E＝1.5 V，内阻r＝1 Ω.定值电阻R1＝10 Ω，R2＝90 Ω.图乙为多用电表的表盘，请回答下列问题： (1)电源的__________端为负极(填“左”或“右”)． (2)当开关拨至1时，欧姆表的倍率是________(填“×1”“×10”“×100”或“×1 k”)． (3)某同学把开关拨至1后，进行欧姆调零，当调零完毕时，滑动变阻器接入电路的电阻应为________ Ω.接着测量某一电阻，电表指针指示位置如图乙所示，则该电阻阻值为________ Ω. [解析]　(1)在多用电表当欧姆表使用的过程中，电流从红表笔流入，从黑表笔流出，所以黑表笔接着内部电源正极，所以电源的左端为负极． (2)当开关拨至1时，这时候电流表等效的量程为I1＝Ig＋eq \f(IgRg,R1＋R2)＝1 mA，所以这时候的中值电阻为R内＝R中＝eq \f(E,I1)＝1 500 Ω，所以当开关拨至1时，欧姆表的倍率是“×100”． (3)电流计与R1、R2的合电阻为RA1＝eq \f(RgR1＋R2,Rg＋R1＋R2)＝90 Ω，滑动变阻器接入电路的电阻为R＝(1 500－90－1) Ω＝1 409 Ω.该电阻阻值为R′＝14×100 Ω＝1 400 Ω. [答案]　(1)左　(2)×100　(3)1 409　1 400 [例3]　(2024·辽宁卷，11)某探究小组要测量电池的电动势和内阻．可利用的器材有：电压表、电阻丝、定值电阻(阻值为R0)、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干．他们设计了如图所示的实验电路原理图． (1)实验步骤如下： ①将电阻丝拉直固定，按照图(a)连接电路，金属夹置于电阻丝的________．(填“A”或“B”)端； ②闭合开关S，快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数U，断开开关S，记录金属夹与B端的距离L； ③多次重复步骤②，根据记录的若干组U、L的值，作出图(c)中图线Ⅰ； ④按照图(b)将定值电阻接入电路，多次重复步骤②，再根据记录的若干组U、L的值，作出图(c)中图线Ⅱ. (2)由图线得出纵轴截距为b，则待测电池的电动势E＝________. (3)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为k1、k2，若eq \f(k2,k1)＝n，则待测电池的内阻r＝____________(用n和R0表示)． [解题指导] (1)从电路安全原则考虑；(2)由闭合电路欧姆定律及电阻定律得出eq \f(1,U)与eq \f(1,L)函数表达式，由图线的纵轴截距求电池的电动势；(3)由图像斜率的意义求待测电池的内阻． [解析]　(1)为了保护电路，闭合开关前，金属夹置于电阻丝的最大阻值处，由题图可知，应该置于A端． (2)对于电路图(a)，根据闭合电路欧姆定律有U＝E－Ir，设金属丝的电阻率为ρ，横截面积为S，结合欧姆定律和电阻定律I＝eq \f(U,R)，R＝ρeq \f(L,S)，联立可得U＝E－eq \f(US,ρL)r，整理可得eq \f(1,U)＝eq \f(1,E)＋eq \f(Sr,Eρ)·eq \f(1,L)，对于电路图(b)，根据闭合电路欧姆定律有U＝E－I(r＋R0)，结合欧姆定律和电阻定律I＝eq \f(U,R)，R＝ρeq \f(L,S)，联立后整理eq \f(1,U)＝eq \f(1,E)＋eq \f(Sr＋R0,Eρ)·eq \f(1,L)，可知图线的纵轴截距b＝eq \f(1,E)，解得E＝eq \f(1,b)， (3)由题意可知k1＝eq \f(Sr,Eρ)，k2＝eq \f(Sr＋R0,Eρ) 又eq \f(k2,k1)＝n，联立解得r＝eq \f(R0,n－1). [答案]　(1)A　(2)eq \f(1,b)　(3)eq \f(R0,n－1) 1．(2024·山西阳泉市高三三模)某学校一物理兴趣小组选用内阻Rg＝10 Ω、满偏电流Ig＝10 mA的电流表、标识不清的电源，以及定值电阻、导线、滑动变阻器等组装成了一个多用电表，其结构如图甲所示．当选择开关接“3”时为量程15 V的电压表，该多用电表表盘如图乙所示，中排刻度均匀，上排刻度线对应数值还没有及时标出． (1)其中电阻R2＝________ Ω； (2)兴趣小组在实验室找到了一个电阻箱，利用组装好的多用电表设计了下面从“校”到“测”的实验： ①将选择开关接“2”，红、黑表笔短接，调节R1的阻值使电表指针满偏； ②将多用电表红、黑表笔与图丙电阻箱相连，调节电阻箱使多用电表指针指在电表刻度盘中央刻度C处，电阻箱示数如图丙所示，此多用电表中所用电源的电动势为________ V； ③用待测电阻Rx代替电阻箱接入两表笔之间，表盘指针指在图乙中所示的位置，则可知待测电阻为Rx＝________ Ω(保留3位有效数字)； ④小组成员另外拿来一块电压表，将两表笔分别触碰电压表的两接线柱，其中________表笔(填“红”或“黑”)接电压表的负接线柱，发现电压表读数为1.45 V，可求得该电压表内阻为________ Ω. 解析：(1)由题意可知，当选择开关接“3”时为量程15 V的电压表，根据欧姆定律，有U＝Ig(Rg＋R2) 可得R2＝eq \f(U,Ig)－Rg＝eq \f(15,10×10－3) Ω－10 Ω＝1 490 Ω. (2)②C处为表盘的中央刻度，所以C处刻度所对应的电阻为中值电阻，即欧姆表的内电阻，由题图丙可得电阻箱的示数为R内＝0×1 000 Ω＋1×100 Ω＋5×10 Ω＋0×1 Ω＝150 Ω，也即C处刻度线的标注值应为150 Ω，电源的电动势为E＝150×0.01 V＝1.5 V. ③指针指在题图乙所示的位置时，流过待测电阻的电流为5.4 mA，根据闭合电路欧姆定律，有E＝I(Rx＋R内)，代入数据可得Rx≈128 Ω. ④根据“红进黑出”的原则，欧姆表的红表笔接电压表的负接线柱，当电压表的示数为1.45 V时，根据分压原理有eq \f(E－U,R内)＝eq \f(U,RV) 代入数据，有eq \f(1.50 V－1.45 V,150 Ω)＝eq \f(1.45 V,RV) 解得RV＝4 350 Ω. 答案：(1)1 490　(2)②1.5　③128　④红　4 350 2．(2024·黑龙江省哈师大附中高三期末)某探究小组采用如图甲所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻时，发现量程为0～3 V的电压表出现故障不能正常使用，实验台上有一个量程为0～500 μA、内阻Rg＝200 Ω的灵敏电流计和一个电阻箱R(0～9 999 Ω)． (1)为了把灵敏电流计改装成量程为0～3 V的电压表继续实验，电阻箱R应调至________ Ω. (2)请用笔画线代替导线完成图乙的实物电路连接． (3)探究小组中一个同学用灵敏电流计和电阻箱设计了如图丙所示的实验电路，同样测出了干电池的电动势和内阻． ①多次调节电阻箱，记录灵敏电流计的示数I和电阻箱的阻值R，干电池的电动势和内阻分别用E和r表示，则eq \f(1,I)和R的关系式为________________． ②然后以eq \f(1,I)为纵坐标，以R为横坐标，作出了eq \f(1,I)R图线为一直线，如图丁所示，测得直线在纵轴上的截距b＝144，直线的斜率k＝eq \f(5,7)，则该干电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω. 解析：(1)为了把灵敏电流计改装成量程为0～3 V的电压表继续实验，电阻箱R应调至R＝eq \f(U,Ig)－Rg＝5 800 Ω. (2)如图所示． (3)①根据闭合电路欧姆定律有 E＝I(R＋Rg＋r)，整理得eq \f(1,I)＝eq \f(Rg＋r,E)＋eq \f(R,E)， ②由题意可得b＝eq \f(Rg＋r,E)＝144 A－1， k＝eq \f(1,E)＝eq \f(5,7) V－1，解得E＝1.4 V，r＝1.6 Ω. 答案：(1)5 800　(2)见解析图　(3)①eq \f(1,I)＝eq \f(Rg＋r,E)＋eq \f(R,E)　②1.4　1.6 考点三　电学其他实验观察电容器充、放电现象 [例4]　(2024·山东青岛高三期末)利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象，电流传感器可以捕捉到瞬间的电流变化，已知直流电源电动势9 V，内阻可忽略，实验过程中显示出电流随时间变化的It图像如图乙所示． (1)关于电容器充电过程中两极板间电压U、所带电荷量Q随时间t变化的图像，下面正确的是________． (2)如果不改变电路其他参数，只增大电阻R，充电时It曲线与横轴所围成的面积将________(填“增大”“不变”或“变小”)；充电时间将________(填“变长”“不变”或“变短”)． (3)请定性说明如何根据图乙的It图像估算电容器的电容C，其值为C＝________. (4)某同学研究电容器充电后储存的能量E与电容C、电荷量Q及两极板间电压U之间的关系．他从等效的思想出发，认为电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服电场力所做的功．为此他作出电容器两极间的电压U随电荷量Q变化的图像如图所示．下列说法正确的是________． A．对同一电容器，电容器储存的能量E与两极间电压U成正比 B．搬运Δq的电荷量，克服电场力所做的功近似等于Δq上方小矩形的面积 C．若电容器电荷量为Q时储存的能量为E，则电容器电荷量为eq \f(Q,2)时储存的能量为eq \f(E,2) 解析：(1)电容器充电过程中，电容器两端的电压U逐渐增大，最后与电源电动势相等，因此斜率会逐渐减小，最后与横轴平行，故A正确，B错误；根据公式Q＝CU，电容C为定值，可知电容器所带的电荷量逐渐增大，最后保持不变，所以Qt图像的斜率也逐渐变小，最后为零，故C正确，D错误． (2)由电容器的计算公式Q＝CU可知，电容器储存的电荷量与电阻R无关，所以曲线与横轴围成的面积保持不变，当增大电阻R，由于电阻对电流的阻碍作用增强，充电电流减小，所以充电时间将变长． (3)根据图像的物理意义可知，It图像中图线与横轴围成的面积表示电容器的电荷量，电容器的极板带电荷量约为Q0＝40×4×10－5 C＝1.6×10－3 C，根据电容的比值定义式可得电容约为C＝eq \f(Q0,U)＝eq \f(1.6×10－3,9)F＝1.8×10－4 F. (4)从等效的思想出发，认为电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程克服静电力做的功，也就等于UQ图像与横轴围成的面积，则E＝eq \f(1,2)CU2，故A错误；根据图像的物理意义可知，搬运Δq的电荷量，克服静电力所做的功近似等于Δq上方小矩形的面积，故B正确；由电容器的能量公式和电容的定义式可得E＝eq \f(Q2,2C)，又因为Q′＝eq \f(Q,2)由此可得E′＝eq \f(1,4)E，故C错误．答案：(1)AC　(2)不变　变长　(3)见解析　1.8×10－4 F　(4)B 　　　　　　探究影响感应电流方向的因素 [例5](1)在探究楞次定律的实验中，除需要已知绕向的螺线管、条形磁铁外，还要用到一个电表，请从下列电表中选择________． A．量程为0～3 V的电压表 B．量程为0～3 A的电流表 C．量程为0～0.6 A的电流表 D．零刻度在中间的灵敏电流计 (2)某同学按下列步骤进行实验： ①将已知绕向的螺线管与电表连接； ②设计表格：记录将磁铁N、S极插入或抽出过程中引起感应电流的磁场方向、磁通量的变化、感应电流的方向、感应电流的磁场方向； ③分析实验结果，得出结论．上述实验中，漏掉的实验步骤是要查明________________________的关系． (3)在上述实验中，当磁铁插入螺线管的速度越快，电表指针偏角________(选填“不变”“变大”或“变小”)． (4)如图所示，图甲为某实验小组利用微电流传感器做验证楞次定律实验时，在计算机屏幕上得到的波形．横坐标为时间t，纵坐标为电流I，根据图线分析知道：将条形磁铁的N极插入圆形闭合线圈时得到图甲内①所示图线，现用该磁铁，如图乙所示，从很远处按原方向沿一圆形线圈的轴线匀速运动，并穿过线圈向远处而去，图丙中较正确地反映线圈中电流I与时间t关系的是________． [解析]　(1)在探究楞次定律的实验中，除需要已知绕向的螺线管、条形磁铁外，还要用到一个零刻度在中间的灵敏电流计，故选D. (2)依据以上操作，实验中，漏掉的实验步骤是要查明电流流入电表方向与电表指针偏转方向的关系． (3)当磁铁插入螺线管的速度越快，磁通量变化越快，感应电流也较大，电表指针偏角变大． (4)条形磁铁的N极迅速插入感应线圈时，得到题图甲中①所示图线，现有如题图乙所示磁铁自远处匀速沿一圆形线圈的轴线运动，并穿过线圈向远处而去，由楞次定律得出感应电流方向为顺时针(从左向右看)，即为正方向；当远离感应线圈时，则感应电流方向为负方向，故选B. [答案]　(1)D　(2)电流流入电表方向与电表指针偏转方向　(3)变大　(4)B 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 [例6]　(2024·北京模拟预测)某兴趣小组用如图甲所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验． (1)下列说法正确的是________． A．变压器工作时，通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈 B．变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能 C．理想变压器的输入功率等于输出功率，没有能量损失 D．变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零 (2)实际操作中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V，则可推断原线圈的输入电压可能为________． A．3 V　 B．5.5 V　　C．6.0 V　 D．6.5 V (3)图乙为某电学仪器原理图，图中变压器为理想变压器．左侧虚线框内的交流电源与串联的定值电阻R0可等效为该电学仪器电压输出部分，该部分与一理想变压器的原线圈连接；一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为n1、n2(右侧实线框内的电路也可以等效为一个电阻)．在交流电源的电压有效值U0不变的情况下，调节可变电阻R的过程中，当eq \f(R,R0)＝________时，R获得的功率最大． [解析]　(1)变压器是通过互感工作，而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈，故A错误；变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能，故B正确；理想变压器忽略能量损失，原线圈输入功率全部转到副线圈输出功率，故C正确；变压器的原线圈两端电压由发电机提供，则副线圈上不接负载时，原线圈两端电压不变，不为0，故D错误． (2)若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系为eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，当变压器的原线圈接“0”和“8”两个接线柱之间，副线圈的“0”和“4”两个接线柱时，可知原、副线圈匝数比为2∶1，副线圈电压为3.0 V，则原线圈电压应该为6.0 V；实际操作中，不是理想变压器，需要考虑损失部分，则原线圈所接电压大于6.0 V. (3)把变压器和R等效为一个电阻R1，R0当作电源内阻，当内外电阻相等时，即R1＝R0，此时输出功率最大，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，得eq \f(I1R1,I2R)＝eq \f(n1,n2)，将公式eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，代入上式，可得eq \f(R1,R)＝eq \b\lc$\rc$(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))2，从而得出eq \f(R,R0)＝eq \b\lc$\rc$(\a\vs4\al\co1(\f(n2,n1)))2，此时R获得的功率最大． [答案]　(1)BC　(2)D　(3)eq \b\lc$\rc$(\a\vs4\al\co1(\f(n2,n1)))2 与传感器有关的电学实验 [例7](2024·河北卷，12)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤．某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农．该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0～20 V)、数字电流表(0～20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω，1.5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等． (1)判断发光二极管的极性使用多用电表的“×10 k”欧姆挡测量二极管的电阻．如图1所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图2)．由此判断M端为二极管的________(填“正极”或“负极”)． (2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性 ①采用图3中的器材进行实验，部分实物连接已完成．要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始．导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的__________、____________、____________接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”，“B”，“C”或“D”)．图3 ②图4为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强．由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而________(填“增大”或“减小”)．图4 (3)组装光强报警器电路并测试其功能图5为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后，三极管被导通)等元件设计的电路．组装好光强报警器后，在测试过程中发现，当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，为使报警器正常工作，应________(填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值，直至发光二极管发光．图5 [解析]　(1) (2)①题目要求电压表、电流表读数从零开始，所以应该采用滑动变阻器分压式接法连接电路，故L1、L2接滑动变阻器A接线柱，L3必须接在金属杆两端接线柱任意一个，即C或D.②由图像可知，随光照强度增加，IU图像斜率增大，所以电阻减小． (3) 答案：(1)负极　(2)①A　A　D(或C)　②减小　(3)增大 1．(2024·四川成都市二模)某同学欲利用半偏法测量量程为2.0 V的电压表V的内阻(约为几千欧)，设计了如图甲所示电路，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值9 999.9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值20 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值2 kΩ)，直流电源E(电动势3 V)，开关2只，导线若干．实验步骤如下： a．按图甲连接线路； b．闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器滑片，使电压表满偏； c．保持滑动变阻器滑片位置不变，断开开关S2，调节电阻箱使电压表示数为1.0 V，记下电阻箱的阻值． (1)实验中滑动变阻器应选择________(填“R1”或“R2”)． (2)根据图甲电路，用笔画线代替导线，将图乙中实物图连接成实验电路． (3)在步骤b中，闭合开关S1、S2前，滑动变阻器的滑片应该移到图甲中最________(填“左”或“右”)端． (4)在步骤c中，记录的电阻箱阻值为1 998.0 Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，则该电压表的内阻为________ Ω(结果保留到整数位)．实际上在调节电阻箱时滑动变阻器上的分压会发生微小变化，如果要考虑其变化的影响，用半偏法测量的电压表内阻与其真实值相比，测量值________(填“小于”“等于”或“大于”)真实值． (5)该同学进一步研究了该电压表的内部结构，发现它是由一个表头和电阻串联而成，由此可以推断该表头的满偏电流为________． A．500 μA B．750 μA　 C．1 mA　 D．10 mA 解析：(1)滑动变阻器由于采用的是分压接法，为了便于操作，应该选择最大阻值较小的滑动变阻器，故选择R1. (2)实物图如图． (3)在步骤b中，闭合开关S1、S2前，滑动变阻器的滑片应该移到图甲中最左端，其目的是保护电表，且使电压表的示数从零开始调节． (4)在步骤c中，记录的电阻箱阻值为1 998.0 Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，根据串联电路的分压特点有RV＝R＝1 998 Ω. 根据设计的电路，实际上在调节电阻箱时滑动变阻器上的分压要变大，大于2 V，故电阻箱分得的电压大于1 V，电阻箱的阻值大于电压表的真实阻值，测量值大于真实值． (5)该表头的满偏电流为I＝eq \f(U,R)≈1 mA. 答案：(1)R1　(2)见解析图　(3)左　(4)1 998　大于　(5)C 2．(2024·福建省七地市质检)学校物理课外学习小组要测量一节干电池的电动势(约1.5 V)和内阻(小于1 Ω)，选用的实验器材如下： A．电流表A(量程0～0.6 A，内阻约为0.1 Ω)； B．微安表G(量程0～400 μA，内阻为100 Ω)； C．滑动变阻器R′(0～20 Ω)； D．电阻箱R(0～9 999.9 Ω)； E．定值电阻R1(阻值为2.50 Ω)； F．定值电阻R2(阻值为10.00 Ω)； G．开关、导线若干． (1)给定的两个定值电阻，选用________(选填“R1”或“R2”)最合适； (2)将微安表G改装量程为2 V的电压表，该小组应将电阻箱调到阻值为________ Ω. (3)根据选用的实验器材，请在图甲中虚线框内完善实验电路． (4)该小组根据记录的数据，作出微安表G的示数I1随电流表A的示数I2变化的图像如图乙所示，则该节干电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω.(结果均保留3位有效数字) 解析：(1)依题意，可知定值电阻在该电路中主要用于控制干路电流，从而起到保护电流表的作用，若选用定值电阻R1，当滑动变阻器的阻值调到零时，此时干路中的最大电流为 Imax＝eq \f(1.5,1＋2.50) A≈0.4 A，指针最大偏角超过满偏刻度的eq \f(1,3)，读数较为准确，误差较小；若选用定值电阻R2，当滑动变阻器的阻值调到零时，此时干路中的最大电流为Imax′＝eq \f(1.5,1＋10.00) A≈0.14 A，指针最大偏角未超过满刻度的eq \f(1,3)，不利于读数，误差较大，所以定值电阻应选用R1. (2)将微安表G改装成量程为2 V的电压表，则有2 V＝Ig(R＋Rg)，可得电阻箱调到的阻值为 R＝eq \f(2,400×10－6) Ω－100 Ω＝4 900.0 Ω. (3)由于电源内阻较小，为了减小实验误差，电流表应相对于电源外接，则根据选用的实验器材，完善实验电路如图所示 (4)根据闭合电路欧姆定律有E＝I1(R＋Rg)＋(I1＋I2)(r＋R1)，整理得I1＝eq \f(E,R＋Rg＋r＋R1)－eq \f(r＋R1,R＋Rg＋r＋R1)I2，结合图像可知eq \f(E,R＋Rg＋r＋R1)＝288×10－6 A ，eq \f(r＋R1＋r＋R1,R＋Rg)＝0.6×10－3，联立解得该节干电池的电动势E＝1.44 V，内阻r＝0.502 Ω. 答案：(1)R1　(2)4 900.0　(3)见解析图 (4)1.44　0.502 $$

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