1、第四讲电学创新实验“电学创新实验”学前诊断 点击链接 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
2、接方法在进行实物图连线时要按电路图的顺序去连，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。(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，则必须先把开关打到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，再把开关打到d点。(3)诊断卷第3题中，理解已知内阻的电流表相当于一
3、个电压表，而用 I1rI2I1得到的是压敏电阻的真实值。1导电玻璃是制造 LCD 的主要材料之一。为测量导电玻璃的电阻率，某小组同学选取长度 L25.00 cm、直径 d0.900 mm 的圆柱体导电玻璃进行实验，用欧姆表粗测该导电玻璃的电阻 Rx，发现其电阻约 12.0。主要步骤如下，完成下列填空。(1)为精确测量 Rx 的阻值，该小组设计了如图所示的实验电路。可供使用的主要器材如下：电源E：电动势4.5 V，内阻约1；定值电阻R0：阻值为20；电压表V1：量程3 V，内阻约3 k；电压表V2：量程15 V，内阻约15 k；电流表A1：量程200 mA，内阻约1.5；电流表A2：量程3 A，
4、内阻约0.5；滑动变阻器R1：阻值范围01 k；滑动变阻器R2：阻值范围020。图中电压表应选用_；电流表应选用_；滑动变阻器应选用_。(填器材代号)该小组进行了如下操作：a将滑动变阻器的滑片移到最右端，将 S1 拨到位置 1，闭合 S2，调节滑动变阻器，读出电流表和电压表的示数分别为 0.185 A和 2.59 V；b将滑动变阻器的滑片移到最右端，将 S1 拨到位置 2，调节滑动变阻器，读出电流表和电压表的示数分别为 0.125 A 和 2.65 V；c将滑动变阻器的滑片移到最右端，断开 S2。可求得 Rx_。(2)由以上实验可求得该导电玻璃电阻率的值 _m。解析：(1)电源电动势为4.5
5、V，小于电压表V2量程的13，因此结合待测电阻Rx的粗测阻值，可知电压表应选用量程为3 V的电压表V1；电流表应选用量程为200 mA的电流表A1；滑动变阻器应选用最大阻值与待测导电玻璃阻值差不多的滑动变阻器R2。设电流表内阻为RA，对操作步骤a，由欧姆定律可得U1I1(RARx)；对操作步骤b，由欧姆定律可得U2I2(RAR0)；联立解得RxU1I1 U2I2 R012.8。(2)由电阻定律得RxLS，Sd24，解得该导电玻璃的电阻率3.26105 m。答案：(1)V1 A1 R2 12.8(2)3.261052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
6、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。(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
7、)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
8、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)如解析图1所示 越来越大(2)如解析图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(2017全国卷)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100 A，内阻大约为2 500)的内阻。可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20，另一个阻值为2 000)；电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9)；电源E(电动势约为1.5 V)；单刀开关S1和S2。C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。(1)按原理图(a)将图(b
9、)中的实物连线。(2)完成下列填空：R1的阻值为_(填“20”或“2 000”)。为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的_端(填“左”或“右”)对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近。将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0，接通S1。将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置。最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势_(填“相等”或“不相等”)。将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2 601.0 时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为_(结果保留到个位)。(
10、3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：_。解析：(1)根据题中的原理图(a)，将题图(b)中的实物连线如图所示。(2)R1起分压作用，应选用最大阻值较小的滑动变阻器，即R1的电阻为20，为了保护微安表，闭合开关前，滑动变阻器R1的滑片C应移到左端，确保微安表两端电压为零；反复调节D的位置，使闭合S2前后微安表的示数不变，说明闭合后S2中没有电流通过，B、D两点电势相等；将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2 601.0 时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变。说明2 500.0 RARA2 601.0，则解得RA2 550。(3)要提高测量微安表内阻的精
11、度，可调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程。答案：(1)见解析图(2)20 左 相等 2 550(3)调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程考点二 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 题中，将电动势和内电阻的测量对象由一般干电池换成了太阳能硅光电池，测量原理不变。3诊断卷第 6 题中，伏安特性曲线的描绘对象不是小灯泡，换成了没有存储电能的太阳能电池板，设
12、计原理没有发生变化。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
13、，则I1 ER0 rR0 I2，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I1R0，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(2017绍兴期中)(1)小南同学在老师做了“探究产生电磁感应的条件”实验后，对实验用的线圈产生了兴趣，想知道绕线圈所用铜丝的长度。他上网查得铜的电阻率为1.7108m，测算出铜丝(不含外面的绝缘漆层)的横截面积为5 108 m2，而后想用伏安法测出该线圈的电阻，从而计算得到铜丝的长度。为测量
14、线圈的电阻，实验室提供了10 V学生电源，“5，3 A”的滑动变阻器，量程为00.6 A的电流表，量程为015 V的电压表，导线若干。小南同学按步骤连接好电路后进行测量，他将滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端，电流表指针从如图乙位置变化到图丙位置，请读出图乙的示数为_A，试分析小南此次实验选用的电路为图甲中电路图_(填“”或“”)。(2)小南选择合适的电路图后得到了多组数据，并将点迹描绘在图丁的I-U坐标系中，请在图中描绘出线圈的伏安特性曲线，并求得该线圈导线的长度为_。(结果保留4位有效数字)解析：(1)由电流表读数变化很小，且不是从零开始变化。故实验采用电路图所示电路；由题知电流表量程为0.
15、6 A，由图示电流表可知，其分度值为0.02 A，题图乙示数为：0.16 A。(2)根据坐标系内描出的点作出图像如图所示：由图示图像可知：电阻：RUI 100.165 60.6，由电阻定律：RLS可知，电阻丝长度：LRS 60.651081.7108 m178.2 m。答案：(1)0.16 (2)见解析图 178.2 m3(2017肇庆检测)某实验小组设计了如图甲的电路，其中RT为热敏电阻，电压表量程为3 V，内阻RV约为10 k，电流表量程为0.5 A，内阻RA约为几欧，R为电阻箱。(计算结果保留两位有效数字)(1)该实验小组首先利用该电路进行描绘热敏电阻的伏安特性曲线的实验。闭合开关，调节
16、电阻箱，记录不同情况下电压表的示数U1、电流表的示数I和电阻箱的阻值R，在I-U坐标系中，将各组U1、I的数值标记在相应位置，描绘出热敏电阻的部分伏安特性曲线，如图乙中曲线所示。为了完成该实验，应将导线c端接在_(选填“a”或“b”)点。(2)利用(1)中记录的数据，通过分析计算可得外电路的电压U2的计算式为_。(用U1、I、R和RA表示)(3)实验小组利用(2)中的公式，计算出各组的U2，将U2和I的数据也描绘在I-U坐标系中，如图乙中直线所示。根据图像分析可知：电源的电动势E_V，内电阻r_。(4)实验中查询得到RA4.0，当电阻箱的阻值调到6 时，热敏电阻消耗的电功率P_W。解析：(1)利用伏安法测电阻，由图像可知热敏电阻的阻值远小于电压表电阻，所以采用电流表外接法；故导线c应接在a点。(2)根据串、并联电路规律可知：外电压：U2U1I(RRA)。(3)由U2EIr，故电源的电动势为6.0 V，内电阻为r6.04.00.4 5.0。(4)等效电源内阻r0(5.04.06.0)15；在I-U图像中作等效电源的外电路伏安特性曲线U615I，如图所示；与热敏电阻的伏安特性曲线的交点坐标为(2.5，0.24)。所以热敏电阻的电功率为0.60 W。答案：(1)a(2)U2U1I(RRA)(3)6.0 5.0(4)0.60(0.580.62均可)
