1、第四讲电学创新实验考点一 实验原理的拓展与创新该类实验的特点是题目来源于教材，但又高于教材，实验的基本原理和思想方法是考查的核心，要解决此类实验问题，应摒弃简单地背诵实验而向分析理解实验转变。需要考生学会迁移应用1学会正确连接实物图(1)连接实物图的方法是先串后并，即先按电流流向将电源与其中一支路连成串联电路，而后将其他支路的元件并联在相应的两点间，电路连接时应注意：顺序：电源正极开关用电器电源负极。量程：估算电路中最大电压、电流值，确定电压表、电流表的量程。正负：保证电流从正接线柱流进，从负接线柱流出。开关：一般紧靠电源，控制干路。(2)分压式电路的实物连接方法在进行实物图连线时要按电路图的
2、顺序去连，线要接在接线柱上，且线不能交叉；滑动变阻器分压式接法接入电路时有三个接线柱，与电阻等元件并联的一定是一上、一下两个接线柱，和电源相连的一定是两个下接线柱；电表连接时要注意正、负极和量程，电压表连接时要注意电流表的内、外接法。2准确理解实验创新点(1)诊断卷第1题中，要求闭合开关后，金属棒沿箭头方向移动，因此连接线路时应注意电流的流向。(2016全国丙卷)某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验。两根金属导轨 ab 和 a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁(未画出)的 N 极位于两导轨的正上方，S 极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。(1)在图中画
3、出连线，完成实验电路。要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动。(2)诊断卷第2题中，要求报警器在温度达到或超过 60时报警，则必须在开关打到 c点，电阻箱的阻值调至 650.0，调节滑动变阻器，直到报警器开始报警。(2016全国乙卷)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过 60 时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过 Ic 时就会报警)，电阻箱(最大阻值为 999.9)，直流电源(输出电压为 U，内阻不计)，滑动变阻器 R1(最大阻值为 1 000)，滑动变阻器 R2(最大阻值为 2 000)，
4、单刀双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节。已知 U 约为 18 V，Ic 约为 10 mA；流过报警器的电流超过 20 mA 时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在 60 时阻值为 650.0。(3)诊断卷第3题中，理解“电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍”这句话是解决本题的关键。(2015全国卷)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法)，实验室提供的器材如下：待测电压表V(量程 3 V，内阻约为 3 000)，电阻箱 R0(最大阻值为 99 999.9)，滑动变阻器 R1(最大阻值 100
5、，额定电流 2 A)，电源 E(电动势 6 V，内阻不计)，开关两个，导线若干。1.采用伏安法测量电源电动势E和内阻r时，某创新小组对方案进行了研讨，设计出了如图所示的测量电源电动势E和内阻r的电路，E是辅助电源，A、B两点间有一灵敏电流计G。(1)补充下列实验步骤：闭合开关S1、S2，调节R和R使得灵敏电流计G的示数为零，读出电流表和电压表的示数I1和U1，其中I1_(填“大于”“小于”或“等于”)通过电源E的电流。改变滑动变阻器R、R的阻值，重新使得_，读出电流表和电压表的示数I2和U2。(2)根据测量值求出E_，r_。(3)该实验方案的优点是消除了_(填“偶然”或“系统”)误差。解析：(
6、1)闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R和R使得灵敏电流计G的示数为零，这时A、B两点的电势A、B的关系是AB，读出电流表和电压表的示数I1和U1，电流表测量的是干路上的电流，I1等于通过电源E的电流。改变滑动变阻器R、R的阻值，重新使得灵敏电流计G的示数为零，读出电流表和电压表的示数I2和U2。(2)根据闭合电路欧姆定律得EI1rU1，EI2rU2，解得EU1I1U2U1I1I2I1U2I2U1I1I2，rU2U1I1I2。(3)两次测量，调节R和R使得灵敏电流计G的示数为零，使得A、B之间的等效电阻为零，利用消元法消除了电表内阻造成的系统误差。答案：(1)等于 灵敏电流计G的示数为零(2)
7、I1U2I2U1I1I2 U2U1I1I2 (3)系统2某实验小组为了研究小灯泡的伏安特性曲线，先按照图甲所示的电路图连接电路，实验过程中操作规范，测量准确，得到一系列数据，如图乙中的散点。该实验小组对实验进行了改进，如图丙所示，将小灯泡L的玻璃罩敲碎，灯丝保存完好，仍然置于灯座上，取一个大小合适的玻璃杯，将灯座倒扣在杯沿上，在玻璃杯里慢慢加水，使得突出的灯丝刚好完全没入水中，电路的其余部分均不接触水，再将该灯座依然接入图甲中小灯泡L处，这样接通电路以后，灯丝不至于热到发光，温度可以基本控制在25。实验过程中操作规范，测量准确，得到一组数据，如图丁中的一组散点。已知水的电阻远大于灯丝的电阻。(
8、1)请在图乙上描绘小灯泡的伏安特性曲线K1；曲线K1表明，随着电压升高，小灯泡的电阻_(填“越来越小”“基本不变”或“越来越大”)。(2)请在图丁上描绘小灯泡灯丝的伏安特性曲线K2；曲线K2表明，随着电压升高，水中灯丝电阻_(填“越来越小”“基本不变”或“越来越大”)。(3)对比两次实验表明，在同样的电压值下，曲线K1的电流值基本都远远小于曲线K2的电流值，其原因是_。解析：(1)用平滑的曲线将各点相连，如图1所示；因I-U图像中图像的斜率表示电阻的倒数，故由图1可知，电阻越来越大。(2)同理作出图像如图2所示，由图2可知，电阻基本保持不变。(3)由两I-U图像可知，在同样的电压下，曲线K1的
9、电流值基本都远小于曲线K2的电流值，即曲线K1的电阻值明显大于曲线K2对应的电阻值，原因是描绘曲线K2时灯丝保持恒温，而描绘曲线K1时灯丝的温度高于描绘曲线K2时灯丝的温度，而金属导体的电阻随温度的升高而增大。答案：(1)如图1所示 越来越大(2)如图2所示 基本不变(3)描绘曲线K2时灯丝保持恒温，而描绘曲线K1时灯丝的温度发生变化，且一直高于描绘曲线K2时灯丝的温度3某同学准备利用下列器材测量干电池的电动势和内阻。A待测干电池两节，每节干电池电动势约为1.5 V，内阻约几欧姆B直流电压表V1、V2，量程均为3 V，内阻约为3 kC定值电阻R0，阻值未知D滑动变阻器R，最大阻值为RmE导线和
10、开关(1)实验之前，需要利用该电路测出定值电阻R0，方法是先把滑动变阻器R调到最大阻值Rm，再闭合开关，电压表V1和V2的读数分别为U10、U20，则R0_(用U10、U20、Rm表示)。(2)实验中移动滑动变阻器R的滑片，读出电压表V1和V2的多组数据U1、U2，描绘出U1-U2图像如图乙所示，图中直线斜率为k，与横轴的截距为a，则两节干电池的总电动势E_，总内阻r_(用k、a、R0表示)。解析：(1)由题图甲可知，V2测量定值电阻R0与滑动变阻器R两端的电压，V1测量滑动变阻器R两端的电压，则定值电阻R0两端的电压为U20U10，由闭合电路欧姆定律可知，R0U20U10U10RmU20U1
11、0U10Rm。(2)由闭合电路欧姆定律可知EU2 U2U1R0r，变形得U1 R0rrU2 R0r E，则有0 R0rar R0r E，rR0rk，解得E kak1，rR0k1。答案：(1)U20U10U10Rm(2)kak1 R0k1考点二 实验器材的等效与替换试题的创新点有时是改变实验器材，或者选用一个“全新”的元件引入实验中进行应用或研究，注重考查考生的知识迁移能力和解决实际问题的能力。需要考生学会迁移应用1诊断卷第 4 题某兴趣小组欲通过测定工业污水(含多种重金属离子)的电阻率来判断某工厂废水是否达到排放标准(一般工业废水电阻率的达标值 200 m)。如图甲所示为该同学所用盛水容器，其
12、左、右两侧面为金属薄板(电阻极小)，其余四面由绝缘材料制成，左、右两侧带有接线柱，容器内表面长 a40 cm，宽 b20 cm，高 c10 cm，将水样注满容器后，用多用电表粗测水样电阻约为 2 750。(1)为精确地测量所取水样的电阻，该小组从实验室中找到如下实验器材：A电流表(量程 5 mA，电阻 RA 为 50)B电压表(量程 15 V，电阻 RV 约为 10 k)C滑动变阻器(020，额定电流 1 A)D电源(12 V，内阻约 10)E开关一只、导线若干请在图乙实物图中完成电路连接。将电阻率的测量对象换成了工业废水，测量原理、电路设计均没有变化。2诊断卷第 5、6 题中，5(2015广
13、东高考)某实验小组研究两个未知元件 X 和 Y 的伏安特性，使用的器材包括电压表(内阻约为 3 k)、电流表(内阻约为 1)、定值电阻等。6(2016合肥联考)某同学发现很多教辅用书中提到的二极管正接电阻均是某一定值，而他又注意到人教版高中物理教材中写到“二极管是非线性元件，它的电阻与通过的电流大小有关”。他为了探求真知，找来一个 LED 蓝光二极管：伏安特性曲线的描绘对象不是小电珠，换成了某未知元件，但设计原理不变。1在测定一组干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：A电流传感器1B电流传感器2C定值电阻R0(3 k)D滑动变阻器R(020)E开关和导线若干某同学发现上述器材中没有电压传
14、感器，但给出了两个电流传感器，于是他设计了如图甲所示的电路来完成实验。(1)该同学利用测出的实验数据作出的I1-I2图线(I1为电流传感器1的示数，I2为电流传感器2的示数，且I1远小于I2)如图乙所示，则由图线可得被测电池的电动势E_ V，内阻r_。(2)若将图线的纵轴改为_，则图线与纵轴交点的物理含义即为被测电池电动势的大小。解析：(1)由闭合电路欧姆定律有EUIr，可得I1R0EI2r，则I1 ER0 rR0I2，即I1与I2间为线性关系，由数学知识可得，k rR0，b ER0，由题图乙可知，b1.5 mA，k0.5103，解得E4.5 V，r1.5。(2)若将图像纵轴改为路端电压，即I
15、1R0，则图像与纵轴交点的物理含义为电源的电动势的大小。答案：(1)4.5 1.5(2)I1R02国标(GB/T)规定自来水在15 时的电阻率应大于13 m。某同学利用图甲所示的电路测量15 的自来水的电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K，以控制玻璃管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略)，右活塞固定，左活塞可自由移动。实验器材还有：电源(电动势约为3 V，内阻可忽略)，电压表V1(量程为03 V，内阻很大)，电压表V2(量程为03 V，内阻很大)，定值电阻R1(阻值4 k)，定值电阻R2(阻值2 k)，电阻箱R(最大阻值9 999)，单刀双掷开
16、关S，导线若干，游标卡尺，刻度尺。实验步骤如下：A用游标卡尺测量玻璃管的内径d；B向玻璃管内注满自来水，并用刻度尺测量水柱的长度L；C把S拨到1位置，记录电压表V1示数；D把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1示数相同，记录电阻箱的阻值R；E改变玻璃管内水柱长度，重复实验步骤C、D，记录每一次水柱的长度L和电阻箱的阻值R；F断开S，整理好器材。(1)测玻璃管内径d时，游标卡尺示数如图乙所示，则d_ mm。(2)玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为Rx_(用R1、R2、R表示)。(3)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据，绘制出如图丙所示的R-1L关系图像。自来水
17、的电阻率_ m(保留两位有效数字)。解析：(1)根据游标卡尺的读数规则，玻璃管内径d30 mm00.05 mm30.00 mm。(2)把S拨到1位置，记录电压表V1示数U，得到通过水柱的电流I1 UR1。由闭合电路欧姆定律，EU UR1Rx；把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1示数相同，记录电阻箱的阻值R，得到该支路的电流I2 UR。由闭合电路欧姆定律，EUURR2，联立解得RxR1R2R。(3)由电阻定律RxLS，RxR1R2R，联立解得RR1R2S 1L。R-1L关系图线斜率k400 m，又kR1R2S，Sd24，解得R1R2d24k14 m。答案：(1)30.00
18、(2)R1R2R (3)143小刚、小聪和小明所在的小组收集了手机的电池以及从废旧收音机上拆下的电阻、电容器、电感线圈等电子器件。现从这些材料中选取两个待测元件进行研究，一是电阻Rx(阻值约2 k)，二是手机中常用的锂电池(电动势E的标称值为3.4 V)。还准备了如下实验器材：A电压表V(量程04 V，内阻RV约10 k)B电流表A1(量程0100 mA，内阻约5)C电流表A2(量程02 mA，内阻约50)D滑动变阻器R(040，额定电流1 A)E电阻箱R0(0999.9)F开关S一个、导线若干(1)小刚采用伏安法测定Rx的阻值，他使用的电源是待测的锂电池。图甲是他连接的部分实验器材，请你完成
19、实物连接。小刚选用的电流表应是_(填“A1”或“A2”)；他用电压表的读数除以电流表的读数作为Rx的测量值，则测量值_(填“大于”或“小于”)真实值。(2)小聪和小明设计了图乙所示的电路图来测量锂电池的电动势E和内阻r。a小聪的实验操作是：闭合开关S，调节电阻箱的阻值为R1时，读出电压表的示数为U1；调节电阻箱的阻值为R2时，读出电压表的示数为U2。根据小聪测出的数据可求得该电池的电动势，其表达式为E_；b小明认为用线性图像处理数据更便于分析。他在实验中多次改变电阻箱阻值，获取了多组数据，画出的1U-1R图像为一条直线，如图丙所示。则该图像的函数表达式为 1U_，由图丙可知该电池的电动势E_
20、V，内阻r_。解析：(1)测量Rx的阻值时，滑动变阻器采取分压接法，由于待测电阻的阻值较大，电流表采取内接法；通过待测电阻的最大电流为Im 3.42 000 A1.7 mA，故电流表选取A2；由于电流表采取内接法，用电压表的读数除以电流表的读数应为待测电阻与电流表内阻的阻值之和，所以测量值大于真实值。(2)a.由闭合电路欧姆定律可知EU1U1R1r，EU2U2R2r，联立解得EU1U2R1R2U2R1U1R2。bEUURr，整理得1U rER1E，所以截距1E0.3 V1，解得E103 V，斜率rE0.60.34.0 V1 340 V1，解得r0.25。答案：(1)如图所示 A2 大于(2)a.U1U2R1R2U2R1U1R2 b.rER1E 103(或3.3)0.25
