内容正文:
专题十九 电学实验
二 轮 专 题 复 习
命题点1
1
命题点2
2
命题点3
3
内容
索引
命题点4
4
命题点5
5
命题点6
6
命题点1
PART
01
第一部分
命题点1 电阻测量类实验
近3年18卷18考
滑动变阻器的限流接法和分压接法
(1)两种接法的比较(不考虑电源的内阻)
比较项目 限流式接法 分压式接法
电路图
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(2)滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况
①要求电压表能从零开始读数;
②当待测电阻Rx≫R0(滑动变阻器的最大阻值)时;
③若采用限流式接法,电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许的最大电流。
(3)滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且不要求电压从零开始变化,通常情况下,由于限流电路结构简单、耗能少,优先使用限流式接法。
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考向1 电阻的测量
(2024·新课标卷,T23)学生实验小组要测量量程为3 V的电压表V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V1(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
CAB
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再将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的____________(选填“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________(选填“×1”“×100”或“×1 k”)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)。
负极、正极
×100
1.6
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[解析] 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;接着将红、黑表笔短接即A选项;进行欧姆调零即B选项。故首先操作顺序为CAB。由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题图(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“×100”的位置。重新调节后,测量得到指针位置如题图(a)中实线Ⅱ所示,则粗测得到的该电压表内阻R=16.0×100 Ω=1.6 kΩ。
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(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________(选填“R1”或“R2”),闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端。
[解析] 题图(b)所示的电路,滑动变阻器采用的是分压式接法,为了方便调节,应选最大阻值较小的滑动变阻器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。
R1
a
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(3)闭合开关S,滑动变阻器滑片滑到某一位置时,电压表V1、待测电压表
的示数分别为U1、U,则待测电压表内阻RV=________(用U1、U和R0表示)。
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(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)。
1.57
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命题视角:题目以“测量电压表的内阻”为命题情境,主要考查了多用电表的使用和读数、实验器材的选取和电路设计等知识。
方法技巧:测大电阻时,要注意电阻串联分压规律的应用。
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考向2 导体电阻率的测量
某同学在实验室做“测定金属的电阻率”的实验,除被测金属丝外,还有如下实验器材可供选择:
A.直流电源:电动势约为3 V,内阻可忽略不计;
B.电流表A:量程0~100 mA,内阻约为5 Ω;
C.电压表V:量程0~3 V,内阻为3 kΩ;
D.滑动变阻器:最大阻值为100 Ω,允许通过最大电流为0.5 A;
E.开关、导线等。
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(1)该同学用刻度尺测得金属丝接入电路长度L=0.820 m,用螺旋测微器测量金属丝直径时的测量结果如图甲所示,从图中读出金属丝的直径为____________________mm。
[解析] 根据螺旋测微器的读数规律,该读数d=0.5 mm+28.7×0.01 mm=0.787 mm。
0.787(0.785~0.789)
(2)用多用电表欧姆“×1”挡测量接入电路部分的金属丝电阻时,多用电表的示数如图乙所示,从图中读出金属丝电阻约为________Ω。
[解析] 根据欧姆表的读数规律,该读数R=9.0×1 Ω=9.0 Ω。
9.0
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(3)若该同学根据伏安法测出金属丝的阻值R=10.0 Ω,则这种金属材料的电阻率为___________Ω·m。(结果保留2位有效数字)
5.9×10-6
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(2024·山东卷,T14)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0~3 V,内阻未知);
电流表A(量程0~3 A,内阻未知);
待测铅笔芯R(X型号、Y型号);
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游标卡尺,螺旋测微器,开关S,单刀双掷开关K,导线若干。
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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。
[解析] 根据螺旋测微器的读数规则可知,其读数d=2 mm+0.01×45.0 mm=2.450 mm。
2.450
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(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________(选填“1”或“2”)端。
[解析] 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。
1
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(3)正确连接电路,得到Y型号铅笔芯I-U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。
1.91
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(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________(选填“大于”或“小于”)Y型号铅笔芯的电阻率。
大于
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考向3 电表的改装
(2024·安徽卷,T12)某实验小组要将电流表G(铭牌标示:Ig=500 μA,Rg=800 Ω)改装成量程为1 V和3 V的电压表,并用标准电压表对其进行校准。选用合适的电源、滑动变阻器、电阻箱、开关和标准电压表等实验器材,按图1所示连接电路,其中虚线框内为改装电路。
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(1)开关S1闭合前,滑片P应移动到________(选填“M”或“N”)端。
[解析] 由题图1可知,该滑动变阻器采用分压式接法,在开关S1闭合前,滑片P应移到M端。
(2)根据要求和已知信息,电阻箱R1的阻值已调至1 200 Ω,则R2的阻值应调至________Ω。
[解析] 当开关S2接a时,电压表量程为3 V,根据欧姆定律有U2=Ig(Rg+R1+R2),其中R1=1 200 Ω,解得R2=4 000 Ω。
M
4 000
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(3)当单刀双掷开关S2与a连接时,电流表G和标准电压表V的示数分别为I、U,则电流表G的内阻可表示为__________________。(结果用U、I、R1、R2表示)
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(4)校准电表时,发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大,经排查发现电流表G内阻的真实值与铭牌标示值有偏差,则只要________即可。(填正确答案标号)
A.增大电阻箱R1的阻值
B.减小电阻箱R2的阻值
C.将滑动变阻器的滑片P向M端滑动
[解析] 校准电表时,发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大,要减小G的示数可以增大两电阻箱的阻值。
A
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(5)校准完成后,开关S2与b连接,电流表G的示数如图2所示,此示数对应的改装电压表读数为________V。(保留2位有效数字)
[解析] 根据闭合电路欧姆定律UV=IA(Rg+R1)=430×10-6×(800+1 200)V=0.86 V。
0.86
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命题点2
PART
02
第二部分
命题点2 测量电源的电动势和内阻
近3年5卷5考
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(2024·重庆市二模)用图1所示的电路测定一节蓄电池的电动势和内阻。蓄电池的电动势E约为2 V,内阻r比较小,为了实验的方便,电路中串联了一个定值电阻R0。
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(1)现有蓄电池、电流表(量程0~0.6 A)、滑动变阻器(0~20 Ω)、开关、导线若干,以及下面的器材:
A.电压表(0~3 V) B.电压表(0~15 V)
C.定值电阻(2 Ω) D.定值电阻(10 Ω)
实验中电压表应选用________, R0应选用________(均选填相应器材前的字母)。
[解析] 电源电动势约为2 V,所以电压表应选A;电流表量程为0~0.6 A,如果定值电阻选择D,电路电流太小,定值电阻应选择C。
A
C
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(2)图2是实验器材实物图,已连接了部分导线,请根据图1,补充完成实物间的连线。
[解析] 根据题图1所示电路图连接实物电路图,实物电路图如图所示。
[答案] 实物图见解析
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(3)某位同学根据实验记录的数据作出如图3所示的U-I图线,可得出蓄电池的电动势E=__________________V,内电阻r=__________________Ω。(结果均保留2位小数)
2.05(2.03~2.07)
0.50(0.45~0.55)
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(4)采用图1电路测量电源电动势和内阻,产生系统误差的主要原因是________。
A.电流表的分压作用 B.电流表的分流作用
C.电压表的分流作用 D.电压表的分压作用
[解析] 由电路图可知,电流表采用外接法,由于电压表的分流作用,电流的测量值偏小,这是实验误差的主要原因,故C正确。
C
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(2024·辽宁、吉林、黑龙江卷,T11)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(a)(b)所示的实验电路原理图。
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(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________(选填“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。
A
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[解析] 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(a)可知,应该置于A端。
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(2)由图线得出纵轴截距为b,则待测电池的电动势E=________。
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命题点3
PART
03
第三部分
命题点3 利用传感器制作简单的自动控制装置
近3年4卷4考
(2024·福建厦门市质检)某实验小组为测量一个热敏电
阻阻值(可变范围15~100 Ω)随温度变化的关系,利用下列仪
器设计了如图甲所示的电路图:
A.电源E(电动势为12 V,内阻约为1 Ω)
B.电压表V1(量程为0~6 V,内阻约为3 kΩ)
C.电压表V2(量程为0~15 V,内阻约为5 kΩ)
D.电流计G(量程为0~100 mA,内阻为10 Ω)
E.滑动变阻器R1(最大阻值为10 Ω,额定电流为3 A)
F.定值电阻R0=10 Ω
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(1)断开开关S2,闭合开关S1,调节滑动变阻器测出较低温度时的热敏电阻阻值。
(2)随着热敏电阻温度升高,所测电流也逐渐增大,当通过热敏电阻电流即将超过100 mA时,闭合开关S2,相当于将电流计改装为量程为________mA的电流表,并继续进行电阻的测量。
200
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(3)为减小实验误差,应保证电表示数超过量程的三分之一,则电压表应选择________(选填“V1”或“V2”)。
[解析] 闭合开关S2后,热敏电阻两端电压最大值Um=IR=200×10-3×15 V=3 V,为减小实验误差,电表示数超过量程的三分之一,电压表应选择V1。
V1
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(4)经过测量得出热敏电阻的阻值R与温度t的关系图像如图乙所示,该小组利用此热敏电阻R与继电器组成一个简单恒温箱温控电路如图丙所示,当线圈的电流达到一定值时,继电器的衔铁被吸合,图中“电源”是恒温箱加热器的电源,则恒温箱的加热器应接在________(选填“A、B”或“C、D”)端;若要提高恒温箱内的温度,应________(选填“调大”或“调小”)可变电阻器R′的阻值。
A、B
调大
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二 轮 专 题 复 习
(2024·广东卷,T12)某科技小组模仿太阳能发电中的
太阳光自动跟踪系统,制作光源跟踪演示装置,实现太阳能
电池板方向的调整,使电池板正对光源。图甲是光照方向检
测电路。所用器材有:电源E(电动势3 V);电压表V1和V2(量
程均有3 V和15 V,内阻均可视为无穷大);滑动变阻器R;两
个相同的光敏电阻RG1和RG2;开关S;手电筒;导线若干。图乙是实物图。图中电池板上垂直安装有半透明隔板,隔板两侧装有光敏电阻,电池板固定在电动机转轴上。控制单元与检测电路的连接未画出。控制单元对光照方向检测电路无影响。请完成下列实验操作和判断。
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(1)电路连接。
图乙中已正确连接了部分电路,请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表间的实物图连线。
[解析] 电路连线如图。
[答案] 见解析图
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(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。
①将图甲中R的滑片置于______端。用手电筒的光斜照射到RG1和RG2,使RG1表面的光照强度比RG2表面的小。
②闭合S,将R的滑片缓慢滑到某一位置。V1的示数如
图丙所示,读数U1为________V,U2的示数为1.17 V。
由此可知,表面光照强度较小的光敏电阻的阻值
________(选填“较大”或“较小”)。
③断开S。
b
1.60
较大
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[解析] ①将题图甲中的R的滑片置于b端。
②电压表量程为3 V,最小刻度为0.1 V,则读数为1.60 V;由此可知表面光照强度较小的RG1两端电压较大,说明表面光照强度较小的光敏电阻的阻值较大。
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(3)光源跟踪测试。
①将手电筒的光从电池板上方斜照射RG1和RG2。
②闭合S,并启动控制单元。控制单元检测并比较两光敏电阻的电压,控制电动机转动。此时两电压表的示数U1<U2,图乙中的电动机带动电池板________(选填“逆时针”或“顺时针”)转动,直至________时停止转动,电池板正对手电筒发出的光。
[解析] ②由于两电压表的示数U1<U2,可知RG1光照强度较大,则说明电动机带动电池板逆时针转动,直至U1=U2时停止转动,电池板正对手电筒发出的光。
逆时针
U1=U2
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命题点4
PART
04
第四部分
命题点4 多用电表的原理及使用
近3年2卷2考
(2024·安徽黄山市二模)小理同学利用实验室器材改装了一个双量程电流表,并利用此改装的电流表设计了一个多倍率的欧姆表。
(1)如图甲所示,双量程电流表的量程分别是0~10 mA
和0~100 mA,当使用0、1两个端点时,量程为
________________。
0~100 mA
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[解析] 当表笔接通2时,两电阻串联,而当表笔接通1时,电流计与R2串联,R1两端满偏的电压大,则通过R1的最大电流较大,因此当表笔接通1时电流表的量程为0~100 mA。
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(2)某同学使用此双量程电流表组装完成了简易双倍率欧姆
表(“×1”和“×10”),电路图如乙图所示。
①A端应与________(选填“红”或“黑”)色表笔相连接。
②电源电动势为1.5 V,换挡开关与2相连,此欧姆表内阻
为________Ω,此时应为________倍率。
红
150
×10
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③为了验证改装的欧姆表(×10)的测量精度,按规范操作在红、黑表笔间接标准电阻R=120 Ω时,指针指示位置如丙图所示,造成这一误差的原因可能是________。
A.电池使用时间较长致电动势偏小
B.改装电流表时接入的电阻1偏小
C.表头真实内阻偏小
A
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改装电流表时接入的电阻1偏小时,导致Ig′偏大,所以测量的I值偏大,指针向右偏,欧姆表示数变小了,B错误;
表头真实内阻偏小,对Ig′没有影响,所以对实验结果也无影响,C错误。
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命题点5
PART
05
第五部分
命题点5 用传感器观察电容器的充、放电过程
近3年5卷5考
(2024·广西卷,T12)某同学为探究电容器充、放电过程,设计了图甲实验电路。器材如下:电容器,电源E(电动势6 V,内阻不计),电阻R1=400.0 Ω,电阻R2=200.0 Ω,电流传感器,开关S1、S2,导线若干。实验步骤如下:
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(1)断开S1、S2,将电流传感器正极与a节点相连,其数据采样频率为5 000
Hz,则采样周期为________s。
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(2)闭合S1,电容器开始充电,直至充电结束,得到充电过程的I-t曲线如图乙,由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为________mA(结果保留3位有效数字)。
[解析] 由题图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为15.0 mA。
15.0
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(3)保持S1闭合,再闭合S2,电容器开始放电,直至放电结束,则放电结束后电容器两极板间电压为________V。
2
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(4)实验得到放电过程的I-t曲线如图丙,I-t曲线与坐
标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.018 8 C,则
电容器的电容C为________μF。图丙中I-t曲线与横坐
标、直线t=1 s所围面积对应电容器释放的电荷量为
0.003 8 C,则t=1 s时电容器两极板间电压为____________V(结果保留2位有效数字)。
4.7×103
5.2
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[解析] 充电结束后电容器两端电压UC′=E=6 V,故可得ΔQ=(UC′-UC)C=0.018 8 C
解得C=4.7×103 μF
设t=1 s时电容器两极板间电压为UC″,得(UC′-UC″)C=0.003 8 C
代入数值解得UC″≈5.2 V。
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命题点6
PART
06
第六部分
命题点6 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
近3年1卷1考
(2024·河北石家庄市质检)某同学利用如图甲所示器材做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验。
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(1)该同学按图乙连接电路,变压器的左侧线圈接
线柱0、8与学生电源的“稳压6 V”接线柱相连。
闭合开关,用多用电表测得右侧线圈0、4接线柱
之间的电压为________。
A.0 B.3.0 V
C.6.0 V D.12.0 V
[解析] 变压器是根据互感现象进行工作的,由题图乙可知,原线圈连接的电压为直流电压,因此副线圈两端的电压为0。
A
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(2)正确连接电路后,变压器选用左侧0、2接线柱和右侧0、4接线柱进行实验,用多用电表测得左侧0、2之间的电压为U1,右侧0、4之间的电压为U2,数据如表所示,可判断学生电源接在了接线柱____________(选填“左侧0、2”或“右侧0、4”)上。
实验次数 1 2 3 4 5
U1/V 1.00 1.90 3.00 4.00 4.80
U2/V 2.10 4.00 6.10 8.20 10.00
[解析] 由于有漏磁,副线圈测量电压小于理论值,所以U1为副线圈,可判断连接交流电源的原线圈是右侧0、4。
右侧0、4
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(3)实验室中还有一个变压器,如图丙所示。现
要测量A、B线圈的匝数,实验步骤如下:
①取一段漆包线,一端与A线圈上端接线柱相连,
顺着原来的绕制方向在变压器的铁芯上再绕制n
匝线圈,漆包线另一端与交流电源一端相连,A线圈下方接线柱与交流电源另一端相连接。
②用多用电表的交流电压挡先后测出交流电源两端的电压U0和B线圈的输出电压U。
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③用多用电表的交流电压挡测出A线圈两端的电压U1。
如果把该变压器看作理想变压器,则A、B线圈的匝数nA=________,nB=
__________。(用题中给出的字母表示)
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比较项目
限流式接法
分压式接法
负载Rx上电
压的调节范围
≤U≤E(R0为滑动变阻器的最大阻值)
0≤U≤E
闭合S前滑
片P的位置
b端
a端
-R1-R2
实验原理
数据处理与误差分析
伏安法(外接法)
(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
实验原理
数据处理与误差分析
伏安法(内接法)
(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)
伏阻法(等效电流表外接)
(1)原理:E=U+r
(2)关系式:=·+
(3)误差分析:E测<E真,r测<r真
实验原理
数据处理与误差分析
安阻法
(等效电流表内接)
(1)原理:E=IR+Ir
(2)关系式:=·R+或R=E·-r
(3)误差分析:E测=E真,r测>r真(r测=r+RA)
[解析] 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=,R=ρ
可得U=E-r,整理可得=+·
同理,对于电路图(b),有=+·
可知图线的纵轴截距b=,解得E=。
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