届二轮复习电学实验学案江苏专用.docx
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届二轮复习电学实验学案江苏专用
专题九 电学实验
考情分析
2016
2017
2018
电学实验
T10：
等效法测电阻，电表的选取、图象法处理实验数据
T11：
温控装置
T10：
测量某干电池的电动势和内阻
命题解读
本专题有四个实验，分别为决定导线电阻的因素、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测量电源的电动势和内阻、练习使用多用电表。
从三年命题情况看，命题特点为：
（1）注重基础。
如基本仪器的原理和使用、实验器材的选取、电流表的内、外接法及滑动变阻器的连接方式、电路故障的分析等。
（2拓展创新。
如测电阻，图象法、替代法等灵活应用，考查学生的实验能力。
整体难度偏难，命题指数★★★★★，复习目标是达B冲A。
1.（2018·淮安、宿迁等上学期期中学业质量检测）为描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室备有下列器材：
A.小灯泡（额定电压3V，额定电流600mA）
B.电流表A1（量程0～0.6A，内阻约为0.5Ω）
C.电流表A2（量程0～3A，内阻约为0.1Ω）
D.电压表V（量程0～3V，内阻约为10kΩ）
E.滑动变阻器R1（0～10Ω，2A）
F.滑动变阻器R2（0～500Ω，1A）
G.直流电源E（约3V）
H.开关、导线若干
（1）实验中电流表应选用________，滑动变阻器应选用________（以上均填器材代号）。
（2）请用笔画线代替导线，在图1甲中将本实验的电路连接完整。
图1
（3）正确实验，测量出多组数据，以灯泡两端的电压U为横轴，电流表的示数I为纵轴，描点如图乙所示，请在图乙中作出小灯泡的伏安特性曲线。
（4）上述实验过程中，小虎同学不慎将所选滑动变阻器损坏，便选用另一滑动变阻器，重新连成图甲所示的完整电路，闭合开关，从最右端向最左端缓慢匀速移动滑动变阻器滑片的过程中，观察到电流表和电压表的示数变化情况是_________
_____________________________________________________________________。
解析
（1）灯泡的额定电流为600mA，因此电流表应选择600mA量程的A1；本实验采用滑动变阻器分压接法，因此滑动变阻器应选择总阻值较小的R1。
（2）根据原理可知，本实验应采用滑动变阻器分压接法，同时灯泡内阻较小，故电流表采用外接法，连接实物图如图所示。
（3）小灯泡的伏安特性曲线如图。
（4）因另一滑动变阻器R2的阻值为500Ω较大，比小灯泡电阻大的多，则在滑动变阻器开始滑动的阶段，滑动变阻器与小灯泡并联后的阻值一直很小，所以电压表和电流表的读数会一直很小，当滑动变阻器接近左端时，小灯泡两端的电压会突然接近电源电压，则此时电压表和电流表的读数会突然增大。
答案
（1）A1 R1
（2）如解析图 （3）如解析图
（4）开始示数一直较小，几乎不变，滑片接近最左端时，示数突然变大
2.（2018·苏锡常镇四市一调）在“测电源电动势和内阻”的实验中，某实验小组同学根据图2甲电路进行测量实验。
图2
（1）根据图甲电路，请在乙图中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。
（2）实验小组同学操作正确，记录下几组电压表和电流表的示数，并在坐标系内作出电压表示数U和对应的电流表示数I的图象，如图丙所示。
由图象可测得E测和r测，则E测________E真；r测________r真（选填“>”“＝”或“<”）。
（3）为了克服系统误差，同学们又根据图3a电路进行测量。
同样作出U－I图象，如图b所示。
经过讨论发现，利用图丙和图b可以消除系统误差得出电源的电动势和内阻的真实值，则E真＝________，r真＝________。
图3
解析
（1）电路连线如图。
（2）用甲图测量时，可把电压表与电源看做一个等效电源，根据闭合电路欧姆定律可知，电动势E＝UA，同时由于电压表的分流作用，使电流表示数偏小，因此电动势和内阻的测量值均小于真实值。
（3）根据闭合电路欧姆定律可知，电源的电动势为UB；丙图与横轴的交点表示电源的短路电流，因此电源的内阻r＝＝。
答案
（1）实物连线如解析图所示
（2）< < （3）UB
3.（2018·江苏省海安高级中学1月月考）某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ，步骤如下：
（1）用游标为20分度的游标卡尺测量其长度如图4甲所示，由图可知其长度为L＝________mm。
图4
（2）用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，由图可知其直径D＝________mm。
（3）用多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘示数如图5所示，则该电阻的阻值约为________Ω。
图5
（4）该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R，现有的器材及其代号和规格如下：
待测圆柱体电阻R；
电流表A1（量程0～4mA，内阻约50Ω）；
电流表A2（量程0～30mA，内阻约30Ω）；
电压表V1（量程0～3V，内阻约10kΩ）；
电压表V2（量程0～15V，内阻约25kΩ）；
直流电源E（电动势4V，内阻不计）；
滑动变阻器R1（阻值范围0～15Ω，允许通过的最大电流2.0A）；
滑动变阻器R2（阻值范围0～2kΩ，允许通过的最大电流0.5A）;
开关S；导线若干
为使实验误差较小，要求测得多组数据进行分析，某同学设计了如图6的电路，试指出不妥之处________。
图6
A.电流表应选A2
B.电流表应采用外接法
C.滑动变阻器应选R1，采用分压式接法
D.滑动变阻器应选用R2
解析
（1）由图示游标卡尺可知，其示数为：
50mm＋3×0.05mm＝50.15mm；
（2）由图示螺旋测微器可知，其示数为：
4.5mm＋20.0×0.01mm＝4.700mm；
（3）用多用电表的电阻“×10”挡粗测电阻，由图5所示表盘可知，该电阻的阻值约为12×10Ω＝120Ω。
（4）电源电动势为4V，电压表应选V1，电路最大电流约为：
I＝＝A＝0.025A＝25mA，电流表应选A2，为方便实验操作，滑动变阻器应选R1，待测电阻阻值大于滑动变阻器最大阻值，滑动变阻器采用分压接法，电压表内阻远大于待测电阻阻值，电流表采用外接法，故选A、B、C。
答案
（1）50.15
（2）4.700（3）120 （4）ABC
基本仪器的使用与读数
1.基本仪器的使用
（1）电压表应并联、电流表应串联在电路中，且电流应由正接线柱流入、负接线柱流出。
（2）开始实验前，变阻器的触头位置应保证电路中用电器的安全，即保证电路中流过的电流最小或加在用电器两端的电压最小。
（3）多用电表使用前应检查指针是否停在表盘刻度左端的零刻度位置。
若不指零，要用小螺丝刀进行机械调零；红、黑表笔要分别插入“＋”、“－”插孔；根据测量项目，将选择开关置于相关区域的适当量程上。
用多用电表测电阻：
机械调零第一步，断开表笔调螺母；指针指向∞时，根据阻值来选挡；接着进行电调零，短接表笔指0Ω，测时双手勿触阻；测量阻值高精度，中值附近去读数；以后每次换挡后，均要重新电调零；勿忘得数乘倍率，
用完拨回“OFF”挡。
长期不用，还应把表内电池取出。
2.电表读数的基本方法
测量值＝最小刻度×小格数＋估读值。
【例1】（2018·镇江市高三第一次模拟）小华利用图7电路测量某种导电液体的电阻率，玻璃管的横截面积S＝2×10－3m2，通过K可以控制管内导电液体的长度，管两端接有导电活塞（电阻不计），右活塞固定，左活塞可在管内自由移动。
实验器材如下：
电源（电动势为12V，内阻不计），两只相同的电压表V1、V2（量程为
3V，内阻足够大），电阻R1＝400Ω，电阻R2＝1500Ω，电阻箱R（0～9999.9Ω），单刀双掷开关S，刻度尺。
图7
（1）小华的主要实验步骤如下：
①向玻璃管内注导电液体，用刻度尺测量液柱长度如图8所示，其长度L＝________cm；
②连接好电路，把S拨到位置“1”，电压表V1的示数如图9所示，示数为U1＝________V；
③将S拨到位置“2”，调节电阻箱使电压表V2的示数仍为U1，此时电阻箱的阻值R＝300Ω；
④求得管内液柱的电阻Rx＝________Ω，导电液体的电阻率ρ＝________Ω·m。
（保留两位有效数字）
图8 图9
（2）请指出小华实验的不足之处__________________________________________。
（3）在实验步骤③中，若在小华调节电阻箱的过程中，无意中由于K未关紧而漏掉了少量的液体，则小华测得的电阻率ρ的值将________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
（4）小清同学仍利用该装置进行实验，他通过K调节管内液柱长度，记录多组数据如表所示，绘制出R－关系图象后也可求出液体的电阻率ρ。
请你在图10中绘制出此图象。
物理量
次数
R/102Ω
/m－1
1
0.6
1.0
2
1.2
2.0
3
1.8
3.0
4
2.4
4.0
5
3.0
5.0
图10
解析
（1）①液柱长度：
20.10cm；②电压表V1的示数为U1＝2.00V。
④由欧姆定律可知：
U1＋R2＝U1＋Rx，解得Rx＝2000Ω，根据Rx＝ρ，则ρ＝，代入数据解得ρ＝20Ω·m。
（2）小华实验的不足之处：
未多次测量取平均值。
（3）在实验步骤③中，若在小华调节电阻箱的过程中，无意中由于K未关紧而漏掉了少量的液体，则液柱长度减小，测得的电阻Rx减小，则小华测得的电阻率ρ的值将变小。
（4）图象如图
答案
（1）①20.10（在20.08～20.12之间均可）
②2（2.0、2.00均可） ④2000 20
（2）未多次测量取平均值 （3）不变 （4）如解析图所示
【变式1】（2018·镇江市高三第一次模拟）
（1）图11是某只多用电表的表盘示意图，当用“×10”欧姆挡测量某定值电阻的阻值时，其指针位置如图中①所示，其示数为________Ω；当用“0～10V”量程测量电压时，其指针位置如图中②所示，其示数为________V。
（2）图12甲中螺旋测微器的示数为________mm；图乙中游标卡尺的示数为________mm。
图11
图12
解析
（1）当用“×10”欧姆挡测量某定值电阻的阻值时，其指针位置如图中①所示，其示数为3×10Ω＝30Ω；当用“0～10V”量程测量电压时，其指针位置如图中②所示，其示数为4.6V。
（2）螺旋测微器的示数为：
9mm＋0.01mm×19.2＝9.192mm；
游标卡尺的示数为：
0.7cm＋0.1mm×5＝7.5mm。
答案
（1）30 4.6
（2）9.192（在9.190～9.194之间均可） 7.5
仪器的选择、实验方法与数据处理
1.实物连线的基本方法
先图后物、由正到负；先串后并、注意量程；接线到位、不可交叉。
（1）分析各元件的连接方式和控制电路的方式。
（2）画出实验电路图。
（3）画线连接各元件，一般先从电源正极开始，到开关再到滑动变阻器等，按顺序以单线连接的方式将干路中要串联的元件依次串联起来，然后再将要并联的元件并联到电路中。
（4）电压表应并联在电路中，电流表应串联在电路中，且电流应由正接线柱流入、负接线柱流出。
（5）变阻器的触头位置应保证电路中用电器的安全，即保证电路中流过的电流最小或加在用电器两端的电压最小。
（6）连线不能交叉。
2.测量电路的选择
当RxRA时用内接法，如图13甲；当RxRV时用外接法，如图乙。
图13
3.控制电路的选择
（1）当被测电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R时，须用分压式电路。
（2）当要求被测电阻上的电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调时，须用分压式电路。
（3）当被测电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不多，并且电压表、电流表示数变化不要求从零调节时，可采用限流式。
（4）两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法消耗功率较小。
4.测电阻的方法
实验电路一般分为电源、控制电路和测量电路三部分。
（1）最为精确的测量方法——等效替代法
①电流等效替代
②电压等效替代
（2）电表内阻测量最常用的方法——半偏法
①半偏电流法
②半偏电压法
5.电源电动势和内阻的测量方法
任何一种实验方法，一定要紧扣闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，而最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I，这也是命题专家命题时的入手点。
【例2】（2018·苏北四市第一次调研测试）测定一节干电池的电动势和内阻，电路如图14甲所示，MN为一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝，定值电阻R0＝1.0Ω，调节滑片P，记录电压表示数U、电流表示数I及对应的PN长度x，绘制了U－I图象如图乙所示。
图14
（1）由图乙求得电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。
（2）实验中由于电表内阻的影响，电动势测量值________其真实值（选填“大于”“等于”或“小于”）。
（3）根据实验数据可绘出－x图象，如图丙所示。
图象斜率为k，电阻丝横截面积为S，可求得电阻丝的电阻率ρ＝________，电压表内阻对电阻率的测量________（选填“有”或“没有”）影响。
解析
（1）由闭合电路欧姆定律可知U＝E－I（r＋R0）可知，图乙中的图象与纵坐标轴的交点表示电动势，故E＝1.49V；图象的斜率表示内电阻和定值电阻R0之和，则r＋R0＝Ω＝1.45Ω，解得r＝1.45Ω－1.0Ω＝0.45Ω。
（2）由图示可知，伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法，由于电压表分流作用，电流表测量值偏小，当外电路短路时，电流测量值等于真实值，电源的U－I图象如图所示，
由图象可知，电动势测量值小于真实值，电源内阻测量值小于真实值。
（3）根据欧姆定律可知，电阻R＝＝，则可知k＝，解得ρ＝kS；若考虑电压表内阻，则图象的斜率不变，所以对得出的电阻率没有影响。
答案
（1）1.49 0.45
（2）小于 （3）kS 没有
【变式2】（2018·江苏省泰州中学高三上学期第二次月考）某种半导体元件，电路符号为“
”，其特点具有单向导电性，即电流从正极流入时电阻比较小，从负极流入时电阻比较大。
（1）某实验兴趣小组要测绘该半导体元件的伏安特性曲线，因该半导体元件外壳所印的标识模糊，为判断正负极，用多用电表电阻挡测定其正反向电阻，将选择开关旋至合适倍率，调整欧姆零点后，将黑表笔接触二极管的左端。
红表笔接触右端时，指针偏角比较小；再将红、黑表笔位置对调时，指针偏角比较大，由此判断__________端为该半导体元件的正极（选填“左”、“右”）。
（2）如图15是厂家提供的伏安特性曲线，该小组只对加正向电压时的伏安特性曲线进行了测绘，以验证与厂家提供的数据是否吻合，可选用的器材有：
图15
A.直流电源，电动势3V，内阻忽略不计；
B.0～20Ω的滑动变阻器一只；
C.量程5V、内阻约50kΩ的电压表一只；
D.量程3V、内阻约20kΩ的电压表一只；
E.量程0.6A、内阻约0.5Ω的电流表一只；
F.量程50mA、内阻约5Ω的电流表一只；
G.待测二极管一只；
H.导线、电键等。
为了提高测量结果的准确度，电压表应选用________，电流表应选用________（填序号字母）。
（3）为了达到测量目的，请在虚线框中画出正确的实验电路原理图。
（4）该小组通过实验采集数据后描绘出了该半导体元件的伏安特性曲线，通过对比，与厂家提供的曲线基本吻合，如果将该半导体元件与一阻值R＝50Ω的电阻串联，再接至电动势E＝1.5V、内阻不计的电源上，该半导体元件处于正向导通状态，则此时该半导体元件的电功率为________W。
解析
（1）二极管具有单向导电性；而欧姆表指针偏转较大说明电阻较小，即为正向电流；而欧姆表内部的电源正极接在黑表笔上，故黑表笔接在二极管的正极处电流较大，故由题意可知，二极管右端为正极。
（2）由题意可知，采用的电源电压为3V，故为了安全和准确，电压表应选取D；由图可知，最大电流约为30mA，故电流表应选F。
（3）由题意可知，本实验要求作出伏安特性曲线，故要求多测数据，故应采用分压接法；同时，因二极管电阻较小，故应采用电流表外接法；
（4）设二极管两端电压为U，通过的电流为I，由闭合电路欧姆定律得方程U＝1.5－50I，在二极管伏安图象中作出该方程的直线：
该直线与二极管伏安曲线相交，读出交点的纵坐标值即为I＝8mA，交点的横坐标值即为U＝1.1V，则此时该半导体元件的电功率为P＝UI＝8.8×10－3W。
答案
（1）右
（2）D F （3）如解析图所示
（4）8.8×10－3[在（8.0～9.5）×10－3W均正确]
电学实验设计
1.设计的原则：
科学、可靠、方便、准确。
2.设计的思路
（1）根据题目要求和给出的条件，根据物理规律和原理，设计实验原理，找出实验原理式。
（2）根据设计的实验原理，由公式确定还有哪些待测量（不能太多），根据基本仪器的使用知识和控制电路的作用，设计实验电路。
（3）根据设计的实验电路，明确需要测量的物理量，由待测量选择、确定实验器材。
（4）由实验器材设计、制定实验步骤，进行误差评估，将测量值代入原理式，求出所要求的物理量。
【例3】（2018·江苏省南通、徐州、扬州、泰州、淮安、宿迁市第一次调研）测量某电源电动势和内阻，提供如下实验器材：
A.待测电源（电动势约12V、内阻约1Ω、最大允许电流2A）
B.电流表A（量程1A）
C.电流表G（量程1mA、内阻约50Ω）
D.电阻箱（0～99999.9Ω）
E.滑动变阻器（0～20kΩ）
F.滑动变阻器（0～1kΩ）
H.滑动变阻器（0～50Ω）
J.定值电阻（阻值5Ω）
K.定值电阻（阻值100Ω）
L.开关、导线若干
（1）将电流表G改装成电压表，需要测量电流表内阻Rg，实验小组采用如图16甲所示的电路，实验步骤如下：
图16
①连接好电路，闭合开关S1前，变阻器R1的滑片移到________（选填“最左端”或“最右端”）。
②闭合S1，断开S2，调节R1使电流表G满偏。
③闭合S2，保持R1阻值不变，调节电阻箱R2的阻值，使得电流表G半偏，读出电阻箱示数R，则电流表G的内阻Rg＝________。
（2）将电流表G改装成量程为15V的电压表，已测得Rg＝52.0Ω，则与电流表G串联的电阻箱R2的取值应为________Ω。
（3）用图乙电路测电源电动势和内阻，滑动变阻器R3选用________，定值电阻R0选用________。
（选填器材序号）
（4）根据实验测得数据作出电压表读数U与电流表A读数I间的关系图象（图象未画出），由图象读出I＝0时U＝12.1V，图线斜率绝对值为5.9V/A，则电源电动势E＝________V，电源内阻r＝________Ω。
解析
（1）变阻器R1的滑片移到最左端时接入电路的电阻最大，故闭合开关S1前，变阻器R1的滑片移到最左端，闭合S2，电阻箱R2与电流表G并联，当电流表G半偏时，即电流表中电流为原来的一半，则另一半电流流过电阻箱R2，电阻箱R2与电流表G中电流相同，故电阻值也相等。
故分别填最左端和R。
（2）将电流表G改装成量程为15V的电压表后，表的总电阻R＝＝Ω＝1.5×104Ω，与电流表G串联的电阻箱R2＝R－Rg＝14948Ω。
（3）滑动变阻器的总阻值小，便于精细调节，故选H，因电流表量程为1A，定值电阻若选100Ω，则测量电流的大小及大小变化范围就非常小，故定值电阻应选J。
（4）由图乙，将定值电阻等效为电源内阻，I＝0时，路端电压即为电动势E＝U＝12.1V，图线斜率绝对值为等效内阻的大小，则电源实际内阻为r＝5.9Ω－5Ω＝0.9Ω。
答案
（1）①最左端 ③R
（2）14948 （3）H J
（4）12.1 0.9
【变式3】（2018·江苏扬州四模）实验室有下列器材：
灵敏电流计G（内阻约为50Ω）；
电压表V（0～3V，内阻约为10kΩ）；
电阻箱R1（0～9999Ω）；
滑动变阻器R2（0～100Ω，1.5A）；
旧干电池一节；导线开关若干。
（1）某实验小组先测灵敏电流计的内阻，电路如图17甲所示，测得电压表示数为
2V，灵敏电流计示数为4mA，电阻箱旋钮位置如图乙所示，则灵敏电流计内阻为________Ω。
图17
（2）为将灵敏电流计的量程扩大为原来的10倍，该实验小组将电阻箱与灵敏电流计并联，则应将电阻箱R1的阻值调为________Ω。
调好后连接成如图丙所示的电路测干电池的电动势和内阻，调节滑动变阻器读出了几组电压表和电流计的示数如下表，请在图18所示的坐标系中作出合适的IG－U图线。
IG/mA
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
U/V
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
图18
（3）由作出的IG－U图线求得干电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。
解析
（1）由图乙所示电阻箱可知，电阻箱示数为R1＝0×1000Ω＋4×100Ω＋5×10Ω＋5×1Ω＝455Ω，由欧姆定律可得Rg＋R1＝＝Ω＝500Ω，电流计内阻为Rg＝（500－455）Ω＝45Ω。
（2）将灵敏电流计的量程扩大为原来的10倍，并联电阻阻值
R＝＝＝5Ω；
根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后根据描出的点作出图象，图象如图所示：
（3）由图示电源IG－U图象可知，图象与横轴交点坐标值为1.4，电源电动势E＝1.4V，电流表内阻RA＝＝Ω＝4.5Ω，图象斜率倒数k＝＝Ω＝20Ω，
电源内阻r＝k－RA＝（20－4.5）Ω＝15.5Ω。
答案
（1）45
（2）5 如解析图所示
（3）1.4 15.5
1.（2018·江苏省南京市、盐城市高三第二次模拟考试）某同学欲测量一卷粗细均匀的、阻值约为100Ω的金属漆包线的长度，备选器材如下：
A.量程为5mA、内阻r1＝50Ω的电流表A1
B.量程为0.6A、内阻r2＝0.2Ω的电流表A2
C.量程为6V、内阻r3约为15kΩ的电压表V
D.最大阻值为15Ω、最大允许电流为2A的滑动变阻器
E.定值电阻R1＝5Ω
F.电动势E＝6V、内阻很小的直流电源
G.开关一个、导线若干
H.螺旋测微器
（1）已知做成这种漆包线芯的金属丝的电阻率为ρ，若金属丝的电阻用R表示，直径用d表示，则这一卷漆包线的长度L＝________。
（2）该同学用螺旋测微器测金属丝的直径如图1甲所示，则螺旋测微器的示数d＝________mm。
（3）为了尽可能精确地测量该金属丝的电阻，电流表应选用________（选填“A”或“B”），请在方框中画出实验原理电路图。
图1
（4）若该同学在测量金属丝直径时没有去除漆包线表面的绝缘漆，这会使实验测得该漆包线的长度与真实值相比_______
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