高考复习电学实验专题.docx
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高考复习电学实验专题
实验七 测定金属的电阻率
一、螺旋测微器
1．构造：
如图所示是常用的螺旋测微器。
它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，旋钮D、微调旋钮D′和可动刻度E、测微螺杆F连在一起，通过精密螺纹套在B上。
2．原理：
测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01mm。
即螺旋测微器的精确度为0.01mm。
读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。
3．读数：
测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出。
测量值（mm）＝固定刻度数（mm）（注意半毫米刻度线是否露出）＋可动刻度数（估读一位）×0.01（mm）。
温馨提示：
螺旋测微器需要估读，最后一位数字为估计数字，读数和记数时估计位为有效数字的最后一位。
例如：
如图所示，固定刻度示数为2.0mm，不足半毫米从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：
2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm。
二、游标卡尺
1．构造：
如图所示，主尺、游标尺（主尺和游标尺上各有一个内外测量爪）、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉。
2．用途：
测量厚度、长度、深度、内径、外径。
3．原理：
利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。
不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1mm。
常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，其读数见下表：
刻度格数（分度）
刻度总长度
每小格与1mm的差值
精确度（可准确到）
10
9mm
0.1mm
0.1mm
20
19mm
0.05mm
0.05mm
50
49mm
0.02mm
0.02mm
4．读数：
若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为（x＋K×精确度）mm。
三、常用电表的读数
对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可。
四、伏安法测电阻
1．电流表、电压表测电阻两种方法的比较
电流表内接法
电流表外接法
电路图
误差原因
电流表分压U测＝Ux＋UA
电压表分流I测＝Ix＋IV
电阻测量值
测量值大于真实值
测量值小于真实值
适用条件
RA≪Rx
RV≫Rx
大电阻用内接法
小电阻用外接法
2．伏安法测电阻的电路选择
（1）阻值比较法：
先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法。
（2）临界值计算法：
>
时，用电流表外接法；
<
时，用电流表内接法。
（3）实验试探法：
按图接好电路，让电压表接线柱P先后与a、b处接触一下，如
果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，可采用电流表内接法。
五、测定金属的电阻率
热点一 测量仪器、仪表的读数
【典例1】
（1）如图所示的两把游标卡尺，它们的游标尺从左至右分别为9mm长10等分、19mm长20等分，它们的读数依次为________mm，________mm。
（2）使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径，示数如图所示，则a、b金属丝的直径分别为________mm，________mm。
（3）图甲用0.6A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_______A，表针的示数是______A；当使用3A量程时，对应刻度盘上每一小格代表______A，图中表针示数
为______A。
图乙使用较小量程时，每小格表示______V，图
中指针的示数为______V。
若使用的是较大量程，则这时表盘
刻度每小格表示________V，图中表针指示的是________V。
（4）旋钮式电阻箱如图所示，电流从接线柱A流入，从B
流出，则接入电路的电阻为_______Ω。
今欲将接入电路的电
阻改为2087Ω，最简单的操作方法是________。
若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为________。
答案
（1）17.7；23.85
（2）2.150 0.048（3）①0.02 0.44 0.1 2.20 ②0.11.70 0.5 8.5（4）1987，将“×1k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0，0～19998Ω
【跟踪短训】
1．完成下列读数
（1）如图所示：
①接0～3V量程时读数为________V；②接0～15V量程时读数为________V；
③接0～3A量程时读数为________A；④接0～0.6A量程时读数为________A。
（2）a．____mm；b．___mm；c．____mm；d．_____mm；e．_______mm。
（1）①1.88；②9.4；③0.82；④0.16
（2）a．0.484b．0.532c．4.078d．5.666e．11.14
热点二 器材的选择、实验操作及误差分析
【典例2】（2013·北京卷）某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值。
（1）现有电源（4V，内阻可不计）、滑动变阻器（0～50Ω，额定电流2A）、开关和导线若干，以及下列电表：
A．电流表（0～3A，内阻约0.025Ω）B．电流表（0～0.6A，内阻约0.125Ω）
C．电压表（0～3V，内阻约3kΩ）D．电压表（0～15V，内阻约15kΩ）
为减小测量误差，在实验中，电流表应选用________，电压表应选用________（选填器材前的字母）；实验电路应采用图中的_______（选填“甲”或“乙”）。
（2）如图是测量Rx的实验实物图，图中已连接部分导线。
请根据在
（1）问中所选电路图，补充完成图中实物间的连线。
（3）接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U。
某次电表示数如图所示，可得该电阻的测量值Rx＝
＝____Ω（保留两位有效数字）。
（4）若在
（1）问中选用甲电路，产生误差的主要原因是________；若在
（1）问中选用乙电路，产生误差的主要原因是________。
（选填选项前的字母）
A．电流表测量值小于流经Rx的电流值B．电流表测量值大于流经Rx的电流值
C．电压表测量值小于Rx两端的电压值D．电压表测量值大于Rx两端的电压值
（5）在不损坏电表的前提下，将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端，随滑片P移动距离x的增加，被测电阻Rx两端的电压U也随之增加，下列反映U－x关系的示意图中正确的是________。
答案
（1）B C 甲
（2）如解析图所示 （3）5.2 （4）BD （5）A
【跟踪短训】
2．有一待测的电阻器Rx，其阻值在40～50Ω之间，实验室准备用来测量该电阻器阻值的实验器材有：
电压表V（量程0～10V，内阻约20kΩ）；
电流表A1（量程0～300mA，内阻约20Ω）；
电流表A2（量程0～800mA，内阻约4Ω）；
滑动变阻器R1（最大阻值为10Ω，额定电流为2A）；
滑动变阻器R2（最大阻值为250Ω，额定电流为0.1A）；
直流电源E（电动势为9V，内阻约为0.5Ω）；开关及若干导线。
实验要求电表读数从零开始变化，并能多测几组电流、电压值，以便画出U－I图线。
（1）电流表应选用________（填写器材代号）。
（2）滑动变阻器应选用________（填写器材代号）。
（3）请在图甲的方框内画出实验电路图，并将图乙中的器材连接成符合要求的电路。
答案：
（1）A1
（2）R1
探究高考命题视角：
视角1 基本仪器的使用及读数；
视角2 实验仪器的选择、测量电路、控制电路的选择；
视角3 完善基本操作过程；
视角4 根据题目给出的实验器材，用所学知识解决实际问题，设计新的实验方案。
【探究跟踪】某课题组通过实验测量河水的电阻率．现备有一根均匀的长玻璃管（两端各有一个可移动圆形电极，可装入样品水，接触电阻不计）、直尺、待测的水样品．电路器材如表一，他们用伏安法多次测量的数据如表二（为实验处理方便，实验时每次都把电流表示数调到相同）；实验中还用10分度的游标卡尺测量了玻璃管的内径，结果如图甲所示。
表一
器材编号
器材名称
规格
1
电流表
200μA，内阻约10Ω
2
电压表
12V，内阻约100kΩ
3
电池组
12V，内阻不计
4
滑动变阻器
10Ω，1A
5
开关
6
导线
若干
7
定值电阻
100Ω
表二
序号
水柱长度/cm
电压表示数/V
电流表示数/μA
1
10
2
100
2
20
4
100
3
30
6
100
4
40
8
100
5
50
10
100
（1）玻璃管内径d的测量值为________cm。
（2）根据表一器材和表二数据确定测量电路中电流表应该________（填“内接”或“外接”），电路的连接方式应该采用________（填“分压电路”或“限流电路”）。
（3）用水柱长度L与计算出的水柱电阻R在图乙中描点，画出R－L图象（要求标出坐标轴的物理量、单位和对应的数值）。
（4）计算出所测水的电阻率为________Ω·m。
答案
（1）2.26
（2）内接 分压电路 （3）如解析图所示（4）80.2
1．（2013·安徽卷，21Ⅱ）
（1）在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示，校零时的读数为________mm，合金丝的直径为________mm。
（2）为了精确测量合金丝的电阻Rx，设计出如图甲所示的实验电路图，按照该电路图完成图乙中的实物电路连接。
答案
（1）0.007 0.638（在0.636mm～0.640mm都算正确）
（2）见解析图
2．某学习小组用伏安法测量一未知电阻Rx的阻值，给定器材及规格为：
电流表A（量程为0～5mA，内阻约为10Ω）；
电压表V（量程为0～3V，内阻约为3kΩ）；
最大阻值约为100Ω的滑动变阻器；电源E（电动势约为3V）；开关S、导线若干。
（1）由于不知道未知电阻的阻值范围，先采用如图甲所示的电路试测，读得电压表示数大约为2.5V，电流表示数大约为5mA，则未知电阻Rx的阻值大约为__Ω。
（2）经分析，该电路测量误差较大，需改进。
请直接在图甲上改画：
①在不需要的连线上画“×”表示，②补画上需要添加的连线。
（3）对改进的电路进行测量，并根据测量数据画出了如图乙所示的U－I图象，得Rx＝________Ω。
（结果保留三位有效数字）
答案
（1）500
（2）如下图所示 （3）500
5．实际电流表有内阻，可等效为理想电流表与电阻的串联。
测量实际电流表G1内阻r1的电路如图所示。
供选择的仪器如下：
①待测电流表G1（0～5mA，内阻约300Ω）；
②电流表G2（0～10mA，内阻约100Ω）；③定值电阻R1（300Ω）；
④定值电阻R2（10Ω）；⑤滑动变阻器R3（0～1000Ω）；
⑥滑动变阻器R4（0～20Ω）；⑦干电池（1.5V）；⑧电键S及导线若干。
（1）定值电阻应选________，滑动变阻器应选________。
（填写序号）
（2）将实物图连接完整。
（3）补全实验步骤：
①连接好实验电路，将滑动触头移至最______端（填“左”或“右”）；
②闭合电键S，移动滑动触头至某一位置，记录G1、G2的读数I1、I2；
③多次移动滑动触头，记录相应的G1、G2读数I1、I2；
④以I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线，如图所示。
（4）根据I2－I1图线的斜率k及定值电阻，写出待测电流表内阻的表达式：
________。
答案
（1）③ ⑥
（2）如下图所示 （3）左（4）r1＝（k－1）R1
实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线
注意事项
1．电流表外接法：
本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法。
2．滑动变阻器应采用分压式连接
本实验要作出U I图线，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法。
3．保护元件安全：
为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压。
误差分析
1．由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值。
2．测量时读数带来误差。
3．在坐标纸上描点、作图带来误差。
热点一 对实验原理及注意事项的考查
【典例1】（2012·安徽卷，21Ⅱ）如图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5V。
（1）完成下列实验步骤：
①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，____________；
②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，____________；
③断开开关，……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线．
（2）在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。
答案
（1）①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱 ②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到其额定电压
（2）如解析图所示
【跟踪短训】
1．某同学在探究规格为“6V，3W”的小电珠伏安特性曲线实验中：
（1）在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至________挡进行测量。
（填选项前的字母）
A．直流电压10V B．直流电流5mAC．欧姆×100 D．欧姆×1
（2）该同学采用如图所示的电路进行测量。
图中R为滑动变阻器（阻值范围0～20Ω，额定电流1.0A），L为待测小电珠，
为电压表（量程6V，电阻20kΩ），
为电流表（量程0.6A，内阻1Ω），E为电源（电动势8V，内阻不计），S为开关。
Ⅰ.在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最________端；（填“左”或“右）
Ⅱ.在实验过程中，已知各元件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是_______点至________点的导线没有连接好；（图中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图中的数字）。
Ⅲ.该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而_______。
（填“不变”、“增大”或“减小”）
答案
（1）D
（2）Ⅰ.左 Ⅱ.1 5（或5 1） Ⅲ.增大
热点二 对电路的连接和实验数据处理的考查
【典例2】在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时，所用器材有：
电动势为6V的电源，额定电压为2.5V的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电流表、电压表、开关和导线，要求能测出尽可能多的数据，图甲所示是没有连接完的实物电路。
（已连接好的导线有a、b、c、d、e、f六根）
（1）请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整。
（2）连好电路，闭合开关，移动滑片P到某处，电压表的示数为2.2V，若要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向________（填“左”或“右”）端滑动。
（3）通过移动滑片P，分别记下了多组对应的电压表和电流表示数，并绘制成了如图乙所示的U－I图线，根据U－I图线提供的信息，可计算出小灯泡的额定功率为________W。
（4）小灯泡的U－I图线是曲线而不是过原点的直线，原因是_________________。
答案：
（1）如图所示
（2）右 （3）0.5 （4）灯丝的电阻会随温度的升高而增大
【跟踪短训】
2．在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：
小电珠（2.5V,0.6W），滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干。
（1）粗测小电珠的电阻，应选择多用电表________倍率的电阻挡（请填写“×1”“×10”或“×100”）；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图甲所示，结果为________Ω。
（2）实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图乙完成实物图中的连线。
（3）开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于________端。
为使小电珠亮度增加，P应由中点向________端滑动。
（4）下表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图象，必须在相邻数据点________间多测几组数据（请填写“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”）。
数据点
a
b
c
d
e
f
U/V
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
I/A
0.000
0.122
0.156
0.185
0.216
0.244
答案
（1）×1 7.5
（2）见解析图 （3）a b （4）ab
探究高考命题视角
视角1 以实验原理及实验方法为基础，探究小灯泡功率与电压的关系，如典例3。
视角2 图象法处理数据及实物连线。
视角3 实验仪器的选择及控制电路的选择
视角4 数据处理方式的改进。
【典例3】（2013·江苏卷）为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用P＝UI得到电功率。
实验所使用的小灯泡规格为“3.0V，1.8W”，电源为12V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10Ω。
（1）准备使用的实物电路如图所示。
请将滑动变阻器接入电路的正确位置。
（2）现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻，电阻R1应选______Ω的定值电阻。
（3）测量结束后，应先断开开关，拆除________两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。
（4）小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图所示。
请指出图象中不恰当的地方。
答案：
（2）10 （3）电池（4）图线不应画为直线，横坐标的标度选择不合适。
【探究跟踪】
某同学测绘标有“4.8V，0.3A”字样的小灯泡的电功率P随电压U变化的图象，要使小灯泡两端的电压从0到4.8V连续变化，为了使测量尽可能准确，除了导线和开关外，可供选择的仪器还有：
A．电流表（量程为0.6A，内阻约1Ω）；B．电流表（量程为3A，内阻约0.2Ω）；
C．电压表（量程为6V，内阻约2kΩ）；D．电压表（量程15V，内阻约4.5kΩ）；
E．滑动变阻器（阻值范围为0～20Ω，额定电流为2A）；
F．滑动变阻器（阻值范围为0～2kΩ，额定电流为0.5A）；
G．电池组（电动势为6V，内阻约为1Ω）。
（1）选用的器材代号为____________。
（2）在图甲所示的虚线框中画出实验电路图。
（3）根据实验测量的数据描出P－U图象，如图乙所示，小灯泡在1.5V电压下的阻值为________Ω。
答案
（1）ACEG
（2）如解析图所示 （3）22.5
1．某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件。
如图所示为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，先需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：
器材（代号）
规格
电流表（A1）
量程0～50mA，内阻约为50Ω
电流表（A2）
量程0～200mA，内阻约为10Ω
电压表（V1）
量程0～3V，内阻约为10kΩ
电压表（V2）
量程0～15V，内阻约为25kΩ
滑动变阻器（R1）
阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A
滑动变阻器（R2）
阻值范围0～1kΩ，允许最大电流100mA
直流电源（E）
输出电压6V，内阻不计
电键（S）、导线若干
（1）为提高实验结果的准确程度，电流表应选用________；电压表应选用________；滑动变阻器应选用________。
（以上均填器材代号）
（2）为达到上述目的，请在虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号。
答案
（1）A2 V1 R1
2．某同学使用了如下器材：
电源E（电动势12V）；电压表V（量程15V，内阻约15kΩ）；电流表A（量程100mA，内阻约10Ω）；滑动变阻器（最大电阻为50Ω）；开关；导线若干。
测出了一个小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示，已知小灯泡的额定电压为12V。
（1）请在图乙所示的虚线框中画出此实验电路。
（2）根据设计的电路图在如图的实物上连线。
（3）由小灯泡的伏安特性曲线可知小灯泡的额定功率为P额＝________W，小灯泡电阻的变化特性为________________。
答案 （3）1.15～1.18均可 灯泡电阻随电压升高而增大（或随温度升高而增大）
3．（2013·天津卷）要测绘一个标有“3V，0.6W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作。
已选用的器材有：
电池组（电动势为4.5V，内阻约1Ω）；电流表（量程为0～250mA，内阻约5Ω）；
电压表（量程为0～3V，内阻约3kΩ）；
电键一个、导线若干。
①实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________（填字母代号）。
A．滑动变阻器（最大阻值20Ω，额定电流1A）
B．滑动变阻器（最大阻值1750Ω，额定电流0.3A）
②实验的电路图应选用下列的图___（填字母代号）。
③实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。
如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V，内阻为5Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W。
答案 ①A ②B ③0.1
实验九 测定电源的电动势和内阻
注意事项
1．可选用旧电池：
为了使电路的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池。
2．电流不要过大，读数要快：
干电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A。
因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。
3．计算法求E、r：
要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组、第2和第5为一组、第3和第6为一组，分别解出E、r值再求平均值。
4．合理选择标度：
为使图线分布空间大，如图所示，纵坐标可以不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，电源的内阻不能用r＝
确定，应根据r＝
确定。
误差分析
①用图象法求E和r时作图不准确。
②由于电流表或电压表的分压或分流存在系统误差。
本实验中测量结果是：
E测热点一 伏安法测电源电动势和内阻
【典例1】（2013·浙江卷）采用如图所示的电路“测定电池的电动势和内阻”。
（1）除了选用照片中的部分器材外，________（填选项）；
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