高考物理考点解读+命题热点突破专题13电学实验.docx

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高考物理考点解读+命题热点突破专题13电学实验

高考物理考点解读+命题热点突破专题13电学实验

【考向解读】

高考对物理实验的考查，是在《考试说明》规定的实验基础上进行重组与创新，旨在考查考生是否熟悉这些常规实验器材，是否真正动手做过这些实验，是否能灵活的运用学过的实验理论、实验方法、实验仪器，去处理、分析、研究某些未做过的实验，包括设计某些比较简单的实验等．所给的物理情景和要求跟教材内容多有明显区别，是以教材中实验为背景或素材，通过改变实验条件或增加条件限制，加强对考生迁移能力、创新能力和实验能力的考查．

【命题热点突破一】电阻的测量

1．本类试题包括不同类型的测电阻方法，可以充分利用本节总结的八种方法．

2．包括实验：

描绘小电珠的伏安特性曲线；实验：

测定金属的电阻率；测大电阻、小电阻、电压表电阻、电流表电阻．

例1、（2016·全国Ⅱ，23，9分）某同学利用图甲所示电路测量量程为2.5V的电压表的内阻（内阻为数千欧姆），可供选择的器材有：

电阻箱R（最大阻值99999.9Ω），滑动变阻器R1（最大阻值50Ω），滑动变阻器R2（最大阻值5kΩ），直流电源E（电动势3V），开关1个，导线若干．

实验步骤如下：

①按电路原理图甲连接线路；

②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图甲中最左端所对应的位置，闭合开关S；

③调节滑动变阻器，使电压表满偏；

④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00V，记下电阻箱的阻值．

回答下列问题：

（1）实验中应选择滑动变阻器________（填“R1”或“R2”）．

（2）根据图甲所示电路将图乙中实物图连线．

（3）实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为________Ω（结果保留到个位）．

（4）如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________（填正确答案标号）．

A．100μAB．250μAC．500μAD．1mA

（2）如图所示．

（3）根据原理可知U2＝2V，U1＝Umax－U2＝0.5V，R0＝630.0Ω，I＝，RV＝＝2520Ω.

（4）当电压表满偏时，满偏电流Imax＝＝≈1mA，D正确．

【答案】　

（1）R1　

（2）连线见解析图　（3）2520　（4）D

【变式探究】（2015·重庆）同学们测量某电阻丝的电阻Rx，所用电流表的内阻与Rx相当，电压表可视为理想电压表．

①若使用如图甲所示电路图进行实验，要使得Rx的测量值更接近真实值，电压表的a端应连接到电路的______点（选填“b”或“c”）．

②测得电阻丝的U－I如图乙所示，则Rx为________Ω（保留两位有效数字）．

③实验中，随电压进一步增加电阻丝逐渐进入炽热状态．某同学发现对炽热电阻丝吹气，其阻值会变化．他们对此现象进行探究，在控制电阻丝两端的电压为10V的条件下，得到电阻丝的电阻Rx随风速v（用风速计测）的变化关系如图丙所示．由图可知当风速增加时，Rx会__________（选填“增大”或“减小”）．在风速增加过程中，为保持电阻丝两端电压为10V，需要将滑动变阻器RW的滑片向______端调节（选填“M”或“N”）．

④为了通过电压表的示数来显示风速，同学们设计了如图丁所示的电路．其中R为两只阻值相同的电阻，Rx为两根相同的电阻丝，一根置于气流中，另一根不受气流影响，为待接入的理想电压表．如果要求在测量中，风速从零开始增加，电压表的示数也从零开始增加，则电压表的“＋”端和“—”端应分别连接到电路中的______点和______点（在“a”“b”“c”“d”中选填）．

【答案】　①c　②4.1（4.0～4.2）　③减小，M

④b　d

【变式探究】

（2015·新课标全国）电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表的电流的两倍．某同学利用这一事实测量电压表的内阻（半偏法）实验室提供材料器材如下：

待测电压表（量程3V，内阻约为3000欧），电阻箱R0（最大阻值为99999.9欧），滑动变阻器R1（最大阻值100欧，额定电压2A），电源E（电动势6V，内阻不计），开关两个，导线若干．

（1）虚线框内为同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整．

（2）根据设计的电路写出步骤

___________________________________________________

（3）将这种方法测出的电压表内阻记为Rv′与内阻的真实值Rv比较：

Rv′________Rv（填“>”“＝”或“<”）主要理由是_________________________________________________.

【解析】　

（1）实验电路如图所示．

（3）断开S2，调节电阻箱使电压表成半偏状态，电压表所在支路的总电阻也增大，此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压，故R′V>RV.

【答案】　

（1）

（2）见解析　（3）>　见解析

【举一反三】

在《测定金属丝电阻率》的实验中：

（1）已知金属丝的电阻约为10Ω，用伏安法测量其电阻，提供的器材有：

A．量程为300mA，内阻约为0.5Ω的电流表

B．量程为3A，内阻约为0.1Ω的电流表

C．量程为3V，内阻约为3kΩ的电压表

D．量程为15V，内阻约为30kΩ的电压表

E．阻值是0－5Ω，额定电流是2A的滑动变阻器

F．电动势为6V，电阻约为0.1Ω的电池

G．开关一个，导线若干

要求测量时，两电表指针的偏转均超出其量程的一半，电流表应选用________，电压表应选用________．（用序号表示）

（2）在下图所示的虚线框内画出测电阻丝电阻的电路图．

（3）实验中已测得金属丝直径d＝0.300mm，长度l＝25.0cm，如图所示，选择正确的量程后，根据图中两电表示数可以求出该金属丝的电阻率ρ＝________.

【思路点拨】　

（1）根据估算通过待测电阻的最大电流选择电流表．根据电源的电动势选择电压表．

（2）根据实验要求确定滑动变阻器与电流表接法，作出实验电路图．变阻器的总电阻小于待测电阻时，变阻器应采用分压式接法．将待测电阻的大约值与两电表的内阻比较，确定电流表的接法．③由图读出两电表的读数，由欧姆定律求出金属丝的电阻，再由电阻定律求解电阻率．本题要掌握器材选取的原则：

精确、安全，方便，知道如何确定电流表的内外接．明确实验的测量原理．

【解析】　

（1）据题电源的电动势为6V，则电压表应选择C：

量程为3V，内阻约为3kΩ的电压表；通过金属丝的最大电流约为Imax＝＝A＝300mA，根据实验要求电流表应选择A：

量程为300mA，内阻约为0.5Ω的电流表．

（2）由于滑动变阻器总电阻小于金属丝的电阻，所以变阻器应采用分压式接法．

因为＝300，＝20，得

>

所以为减小测量误差，电流表应采用外接法，测电阻丝电阻的电路图如答案图所示．

【答案】　

（1）A　C　

（2）电路图如图所示

（3）2.83×10－6Ω·m

【命题热点突破二】测定电源电动势和内阻

1．测电源电动势和内阻的理论依据是闭合电路欧姆定律，利用闭合电路欧姆定律的不同表达式．

2．由于实验要描点连线，而后用图线求出电源电动势及内电阻，因此需要将闭合电路欧姆定律线性化，这个过程需要通过合理的选择函数及自变量来实现．

例2、[2016·四川理综，8（Ⅱ），11分]用如图所示电路测量电源的电动势和内阻．实验器材：

待测电源（电动势约3V，内阻约2Ω），保护电阻R1（阻值10Ω）和R2（阻值5Ω），滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干．

实验主要步骤：

①将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；

②逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；

③以U为纵坐标，I为横坐标，作U—I图线（U、I都用国际单位）；

④求出U—I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.

回答下列问题：

（1）电压表最好选用________；电流表最好选用________．

A．电压表（0～3V，内阻约15kΩ）

B．电压表（0～3V，内阻约3kΩ）

C．电流表（0～200mA，内阻约2Ω）

D．电流表（0～30mA，内阻约2Ω）

（2）滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大．两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________．

A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱

B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱

C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱

D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱

（3）选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E＝________，r＝________，代入数值可得E和r的测量值．

【解析】　

（1）在此电路测量中，其误差来源于电压表分流，即需要电压表内阻远大于电源内阻，电压表应选A.当滑动变阻器R＝0时，Imax＝≈160mA，电流表应选C.

（2）滑动变阻器的滑片从左向右滑，电压变大，说明电阻变大，则一条导线接在电阻丝左端接线柱，另一根接在金属杆任意一个接线柱，C正确．

（3）由闭合电路欧姆定律得E＝U＋I（R2＋r），则U＝E－I（R2＋r）．U—I图线纵轴截距为电动势，故E＝ka，图线斜率的绝对值为电源内阻与R2之和，所以r＝k－R2.

【答案】　

（1）A　C　

（2）C　（3）ka　k－R2

【变式探究】（2015·安徽）某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材：

一个满偏电流为100μA，内阻为2500Ω的表头，一个开关，两个电阻箱（0—999.9Ω）和若干导线．

（1）由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为50mA的电流表，则应将表头与电阻箱________（填“串联”或“并联”），并将该电阻箱阻值调为________Ω.

（2）接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量，实验电路如图1所示，通过改变电阻R测相应的电流I，且作相关计算后一并记录如下表．

1

2

3

4

5

6

R（Ω）

95.0

75.0

55.0

45.0

35.0

25.0

I（mA）

15.0

18.7

24.8

29.5

36.0

48.0

IR（V）

1.42

1.40

1.36

1.33

1.26

1.20

①根据表中数据，图2中已描绘出四个点，请将第5、6两组数据也描绘在图2中，并画IR—I图线

②根据图线可得电池的电动势E是________V，内阻r是________Ω.

【答案】　

（1）并联　5.0　

（2）①倾斜直线（略）　②1.53　2.0

【变式探究】

某同学利用DIS，定值电阻R0、电阻箱R1等实验器材测量电池a的电动势和内阻，实验装置如图1所示，实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R，用电压传感器测得端电压U，并在计算机上显示出如图2所示的1/U－1/R关系图线a，重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻，得到图2中的图线b.

（1）由图线a可知电池a的电动势Ea＝________V，内阻r0＝________Ω.

（2）若用同一个电阻R先后与电池a及电池b连接，则两电池的输出功率Pa________Pb（填“大于”“等于”或“小于”），两电池的效率ηa________ηb（填“大于”“等于”或“小于”）．

【答案】　见解析

【举一反三】

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

（A－1）

1.0

2.0

2.9

4.0

5.0

（1）利用测得的数据在坐标纸上画出适当的图像；

（2）由图像可知，该电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.（结果保留两位有效数字）

【思路点拨】

（1）本题由安阻法测量电动势和内电阻；由闭合电路欧姆定律可得出有关电流和电阻的关系式；由数学知识可知哪种图像更科学；由公式及表中的数据利用描点法可画出正确的图像；

（2）由图像交点及斜率的意义可得出有关电动势和内电阻的表达式，则可求得电动势和内电阻；本题要注意利用闭合电路欧姆定律得出正确的表达式，再结合图像即可得出正确结论；

（2）由公式及数学知识，可得图像中的k＝E＝＝6.0V（5.8～6.2都给分）

b＝r＝2.0Ω

【答案】　

（1）坐标选取R与1/I（见解析图）

（2）6.0（5.8～6.2）　2.0（1.8～2.2）

【方法技巧】滑动变阻器两种接入电路方法的选择

滑动变阻器以何种方式接入电路，应遵循安全性、精确性、方便性、节能性原则综合考虑，灵活选取．

1．滑动变阻器的限流式接法，如图所示

2．滑动变阻器的分压式接法，如图所示

（1）题目中要求被测电阻两端电压可以从零开始调节，必须选择分压式接法．

（2）若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过电压表（或电流表）额定值或用电器的额定值时，只能采用分压接法．

（3）当被测电阻的阻值Rx≫R，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压接法，如果被测电阻比较大，均匀调节滑动变阻器会使得输出电压比较均匀，方便调节，只是耗电多一些．

（4）当被测电阻的阻值Rx≪R时，随着滑片从左向右调节输出电压基本不变，直到接近最右端时输出电压才会有明显变化，因此不方便调节，不适合采用分压式接法．

二、电压表、电流表的选择

1．实验一般要求测量结果尽可能精确．

2．电压表、电流表均能在表盘中央区域内读数．

3．可以通过调节电压表测多组数据并通过描点连线并作图的方法处理数据．

4．电压表给出其内阻（如：

“内阻等于”“内阻为”），可以当成电流表，电流表给出内阻可当成电压表，经过转换后使得量程比较合适，能够在中央区域读数．

【高考真题】

1．（2016·全国Ⅱ，23，9分）某同学利用图甲所示电路测量量程为2.5V的电压表的内阻（内阻为数千欧姆），可供选择的器材有：

电阻箱R（最大阻值99999.9Ω），滑动变阻器R1（最大阻值50Ω），滑动变阻器R2（最大阻值5kΩ），直流电源E（电动势3V），开关1个，导线若干．

实验步骤如下：

①按电路原理图甲连接线路；

②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图甲中最左端所对应的位置，闭合开关S；

③调节滑动变阻器，使电压表满偏；

④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00V，记下电阻箱的阻值．

回答下列问题：

（1）实验中应选择滑动变阻器________（填“R1”或“R2”）．

（2）根据图甲所示电路将图乙中实物图连线．

（3）实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为________Ω（结果保留到个位）．

（4）如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________（填正确答案标号）．

A．100μAB．250μAC．500μAD．1mA

（2）如图所示．

（3）根据原理可知U2＝2V，U1＝Umax－U2＝0.5V，R0＝630.0Ω，I＝，RV＝＝2520Ω.

（4）当电压表满偏时，满偏电流Imax＝＝≈1mA，D正确．

【答案】　

（1）R1　

（2）连线见解析图　（3）2520　（4）D

2．（2016·浙江理综，22，10分）某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3V，内阻约为3kΩ的电压表和量程为0.6A、内组约为0.1Ω的电流表．采用分压电路接线，图甲是实物的部分连线图，待测电阻为图乙中的R1，其阻值约为5Ω.

（1）测R1阻值的最优连接方式为导线①连接________（填“a”或“b”）、导线②连接________（填“c”或“d”）．

（2）正确接线测得实验数据如表，用作图法求得R1的阻值为________Ω.

U/V

0.40

0.80

1.20

1.60

2.00

2.40

I/A

0.09

0.19

0.27

0.35

0.44

0.53

（3）已知图乙中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R2的边长是R1的，若测R2的阻值，则最优的连线应选________（填选项）．

A．①连接a，②连接c

B．①连接a，②连接d

C．①连接b，②连接c

D．①连接b，②连接d

（3）根据电阻定律R＝ρ，可以计算出题图中两个电阻R1和R2的阻值相等，因此测量R2的电阻时，电路接法与测量R1相同即可，B正确．

【答案】　

（1）a　d　

（2）图见解析；4.5～4.7　（3）B

3．（2016·江苏物理，10，8分）小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系．已知该金属电阻在常温下的阻值约10Ω，R随t的升高而增大．实验电路如图所示，控温箱用以调节金属电阻的温度．实验时闭合S，先将开关K与1端闭合，调节金属电阻的温度，分别记下温度t1，t2，…和电流表的相应示数I1，I2，….然后将开关K与2端闭合，调节电阻箱使电流表的示数再次为I1，I2，…，分别记下电阻箱相应的示数R1，R2，….

（1）有以下两电流表，实验电路中应选用________．

A．量程0～100mA，内阻约2Ω

B．量程0～0.6A，内阻可忽略

（2）实验过程中，要将电阻箱的阻值由9.9Ω调节至10.0Ω，需旋转图中电阻箱的旋钮“a”“b”“c”，正确的操作顺序是________．

①将旋钮a由“0”旋转至“1”　②将旋钮b由“9”旋转至“0”

③将旋钮c由“9”旋转至“0”

（3）实验记录的t和R的数据见下表：

温度t（℃）

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

阻值R（Ω）

9.6

10.4

11.1

12.1

12.8

请根据表中数据，在方格纸上作出R—t图象．

由图线求得R随t的变化关系为R＝________Ω.

（3）图象如图所示，由图象可知，电阻R与温度t的关系为R＝8.8＋t（Ω）＝0.04t＋8.8（Ω）．

【答案】　

（1）A　

（2）①③②（或①②③）　（3）图象见解析；0.04t＋8.8（0.04t＋8.6～0.04t＋9.0都算对）

4．[2016·天津理综，9（3）]某同学想要描绘标有“3.8V　0.3A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整．可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：

电压表V1（量程0～3V，内阻等于3kΩ）

电压表V2（量程0～15V，内阻等于15kΩ）

电流表A1（量程0～200mA，内阻等于10Ω）

电流表A2（量程0～3A，内阻等于0.1Ω）

滑动变阻器R1（0～10Ω，额定电流2A）

滑动变阻器R2（0～1kΩ，额定电流0.5A）

定值电阻R3（阻值等于1Ω）

定值电阻R4（阻值等于10Ω）

定值电阻R5（阻值等于1kΩ）

电源E（E＝6V，内阻不计）

（1）请在虚线框中画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁．

（2）该同学描绘出的I—U图象应是下图中的________．

（2）小灯泡灯丝为金属，温度升高电阻增大，只有B正确．

【答案】　

（1）见解析图　

（2）B

5．（2016·理综，19，6分）某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合．为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是（　　）

A．一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器

B．一个伏特表和多个定值电阻

C．一个安培表和一个电阻箱

D．两个安培表和一个滑动变阻器

一个安培表和一个电阻箱，通过改变电阻箱阻值，可改变回路中的电流，利用安培表即可测得电流，至少测量2组，再利用E＝I（R＋r），即可求得E、r，其电路图如图丙所示，C可行．

由于电流表内阻很小，必须与滑动变阻器串联接入电路，才能保证电流表不烧坏，但由于无法得出滑动变阻器的准确阻值，无法测得E、r，D不可行．

6．[2016·四川理综，8（Ⅱ），11分]用如图所示电路测量电源的电动势和内阻．实验器材：

待测电源（电动势约3V，内阻约2Ω），保护电阻R1（阻值10Ω）和R2（阻值5Ω），滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干．

实验主要步骤：

①将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；

②逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；

③以U为纵坐标，I为横坐标，作U—I图线（U、I都用国际单位）；

④求出U—I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.

回答下列问题：

（1）电压表最好选用________；电流表最好选用________．

A．电压表（0～3V，内阻约15kΩ）

B．电压表（0～3V，内阻约3kΩ）

C．电流表（0～200mA，内阻约2Ω）

D．电流表（0～30mA，内阻约2Ω）

（2）滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大．两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________．

A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱

B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱

C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱

D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱

（3）选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E＝________，r＝________，代入数值可得E和r的测量值．

【解析】　

（1）在此电路测量中，其误差来源于电压表分流，即需要电压表内阻远大于电源内阻，电压表应选A.当滑动变阻器R＝0时，Imax＝≈160mA，电流表应选C.

（2）滑动变阻器的滑片从左向右滑，电压变大，说明电阻变大，则一条导线接在电阻丝左端接线柱，另一根接在金属杆任意一个接线柱，C正确．

（3）由闭合电路欧姆定律得E＝U＋I（R2＋r），则U＝E－I（R2＋r）．U—I图线纵轴截距为电动势，故E＝ka，图线斜率的绝对值为电源内阻与R2之和，所以r＝k－R2.

【答案】　

（1）A　C　

（2）C　（3）ka　k－R2

7．（2016·浙江理综，17，6分）如图所示为一种常见的身高体重测量仪．测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔．质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比．当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学身高和质量分别为（　　）

A．v（t0－t），UB.v（t0－t），U

C．v（t0－t），（U－U0）D.v（t0－t），（U－U0）

8．[2016·理综，21

（1）]热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图