1、第二讲 电学实验及创新 123课 前 自 测 诊 断 点击进入课 堂 重 点 攻 坚课后“高仿”检测 释疑命题角度5 年考点定位 201920182017201620151.多 用 电表的原理及使用全国卷 T23全国卷 T23全国卷 T22全国卷 T23全国卷T232.以 测 电阻为核心的实验全国卷 T23全国卷 T23全国卷 T23全国卷 T233.以 测 特性曲线为核心的实验全国卷 T23全国卷 T23全国卷T234.电 学 实验的迁移与创新全国卷 T23全国卷 T22全国卷 T23命题角度一 多用电表的原理及使用 核心知识 1电流表和电压表的读数规则量程精确度读数规则电流表 03 A0.
2、1 A电压表 03 V0.1 V与刻度尺一样，采用 110估读，读数规则较简单，只需要精确值后加一估读数即可电流表 006 A0.02 A估读位与最小刻度在同一位，采用12估读电压表 015 V0.5 V估读位与最小刻度在同一位，采用15估读 2多用电表使用的几个注意事项(1)电流的流向：由于使用多用电表时不管测量什么，电流都要从电表的“”插孔(红表笔)流入，从“”插孔(黑表笔)流出，所以使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔。(2)要区分“机械零点”与“欧姆零点”：“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置，用表盘下边中间的指针定位螺丝调整；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧
3、电阻刻度“0”位置，用欧姆调零旋钮调整。(3)测电阻时每变换一次挡位，都要重新进行欧姆调零。(4)选倍率：测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡的刻度不均匀，使用欧姆挡测电阻时，指针偏转过大或过小都有较大误差，通常只使用表盘中间的一段刻度范围。(5)测电阻时要将电阻与其他元件断开，不要用手同时接触多用电表的两支表笔。(6)多用电表使用完毕应将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡。3多用电表内部电路的常见考查形式多用电表当欧姆表使用时内部有电源，往往会考查闭合电路欧姆定律、电动势和内阻的测定等，常涉及的变形有：(1)与电压表串联形成闭合电路，则 EU URVr，从而计算得到 E；(2
4、)与电流表串联形成闭合电路，则 EI(RAr)，从而计算得到 E；(3)将多用电表的选择开关拨到欧姆挡，红、黑表笔接到二极管的两极上，当黑表笔接二极管正极，红表笔接二极管负极时，测得的电阻较小，反之测得的电阻很大，由此可判断出二极管的正、负极。题点全练 1某同学在测量一只小灯泡电阻的实验中，连接了如图甲所示的实物电路图。闭合开关，发现灯泡不亮，电流表的示数为零。(1)他借助多用电表检查小灯泡，先断开开关，把多用电表的选择开关旋到欧姆挡的“1”挡，再进行_调零；然后将红、黑表笔分别接触、接线柱，多用电表的表盘恰好如图乙所示，说明小灯泡正常，此时的电阻为_。(2)他将多用电表选择开关旋于某直流电压
5、挡，将红、黑表笔分别接触、接线柱；闭合开关，发现电压表的示数约等于电源电动势，说明、接线柱间的导线出现了_(选填“断路”或“短路”)。(3)故障排除后，为了使电流表的示数从零开始，要在_(选填“、”或“、”)接线柱间再连接一根导线，并在闭合开关前把滑动变阻器的滑片置于最_(选填“左”或“右”)端。解析：(1)根据欧姆表的使用方法可知，每次选完挡后应重新进行欧姆调零；欧姆表的读数为 R6.01 6.0。(2)将红、黑表笔分别接触、接线柱，闭合开关，发现电压表的示数约等于电源电动势，说明、接线柱间的导线出现了断路。(3)为使电流表的示数从零开始，滑动变阻器应采用分压式接法，所以应在、接线柱间再连接
6、一根导线；闭合开关前应将滑片置于输出电压最小的最左端。答案：(1)欧姆 6(或 6.0)(2)断路(3)、左2(2019全国卷)某同学要将一量程为 250 A 的微安表改装为量程为 20 mA 的电流表。该同学测得微安表内阻为 1 200，经计算后将一阻值为 R 的电阻与该微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。图(a)图(b)(1)根据图(a)和题给条件，将图(b)中的实物连线。(2)当标准毫安表的示数为 16.0 mA 时，微安表的指针位置如图(c)所示。由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是_。(填正确答案
7、标号)图(c)A18 mA B21 mAC25 mA D28 mA(3)产生上述问题的原因可能是_。(填正确答案标号)A微安表内阻测量错误，实际内阻大于 1 200 B微安表内阻测量错误，实际内阻小于 1 200 CR 值计算错误，接入的电阻偏小DR 值计算错误，接入的电阻偏大(4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为 R 的电阻换为一个阻值为 kR 的电阻即可，其中 k_。解析：(1)实物连线如图所示。(2)串联电路中电流处处相等，根据比例关系得，毫安表示数为 16.0 mA 时，对应微安表的刻度为 160.0 A，当微安表指针到满量程 250 A 时，毫
8、安表的示数应为 25 mA，即为改装后电表的量程。选项 C 正确。(3)根据 IgRg(IIg)R 得 IIgRgR Ig出现该情况可能是微安表内阻测量错误，实际电阻大于 1 200，或者并联的电阻 R 计算错误，接入的电阻偏小。选项 A、C 正确。(4)若微安表的满偏电压为 U，则对并联的电阻 R 有U(250.25)103RU(200.25)103kR解得 k9979。答案：(1)见解析图(2)C(3)AC(4)9979核心知识 1电学仪器和电路的选择原则安全、准确、方便(1)电源的选择：一般可以根据待测元件的额定电流或额定电压选择符合需要的电源。(2)电表的选择：一般根据电源电动势或待测
9、元件的额定电压选择电压表，再估算待测电流的最大值选择电流表。注意测量时要使电表的指针偏转角度较大。命题角度二 以测电阻为核心的实验 电流表内接法电流表外接法电路误差来源电流表的分压电压表的分流测量结果R 测RxRA，偏大R 测 RxRVRxRV，偏小适用条件 RxRA(测大电阻)或 RA 已知RVRx(测小电阻)或 RV已知“3 用电表”如果知道电表的内阻，电流表、电压表就既可以测电流，也可以测电压，还要以作为定值电阻来用，即“一表 3 用”(3)变阻器的选择：在安全条件下，分压电路选最大阻值较小、额定电流较大的，限流电路选最大值与待测电阻差不多的。分压电路限流电路电路电压调节范围0UERxR
10、xR0EUE要求待测电压或电流从 0 开始变化时，必须选择分压电路；要求测量精确度高(或多测量几组数据或数据区分度大)时，应选择分压电路；虽然没有明确的要求，但滑动变阻器的总电阻比待测电阻阻值小很多时，应选择分压电路；其他情况优先选择限流电路(节能)2实物图连线的 4 个注意事项(1)各导线都应接在接线柱上。(2)不应在导线中间出现分叉，且导线不能跨过仪器。(3)连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。(4)开关要控制整个电路。题点全练 1(2018全国卷)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻 Rx 的阻值。图中 R0 为标准定值电阻(R020.0)；可视为理想电压表；S1
11、为单刀开关，S2 为单刀双掷开关；E 为电源；R 为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验：(1)按照实验原理线路图(a)，将图(b)中实物连线。(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合 S1。(3)将开关 S2 掷于 1 端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表 的示数 U1；然后将 S2 掷于 2 端，记下此时电压表 的示数 U2。(4)待测电阻阻值的表达式 Rx_(用 R0、U1、U2 表示)。(5)重复步骤(3)，得到如下数据。12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.49U2U13.443.433.393.403.39(
12、6)利用上述 5 次测量所得U2U1的平均值，求得 Rx_。(保留一位小数)解析：(1)根据原理图，沿电流的流向依次连接。先将 E、R、S1 连接起来，组成闭合回路。将 R0、Rx 与 R 连接起来。将、S2 与 Rx 连接起来。实物连线如图所示。(4)由于为理想电压表，故 S2 接 1，或接 2 时流过 R0、Rx的电流相等。根据欧姆定律和串联电路的特点得U1R0U2R0Rx，解得 RxU2U11 R0。(6)求出 5 次U2U1的平均值为 3.41，代入 RxU2U11 R0 得，Rx48.2。答案：(1)见解析图(4)U2U11 R0(6)48.22(2019天津高考)现测定长金属丝的电
13、阻率。(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示，其读数是_mm。(2)利用下列器材设计一个电路，尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻 Rx 约为 100，画出实验电路图，并标明器材代号。电源 E(电动势 10 V，内阻约为 10)电流表 A1(量程 0250 mA，内阻 R15)电流表 A2(量程 0300 mA，内阻约为 5)滑动变阻器 R(最大阻值 10，额定电流 2 A)开关 S 及导线若干(3)某同学设计方案正确，测量得到电流表 A1 的读数为 I1，电流表 A2 的读数为 I2，则这段金属丝电阻的计算式 Rx_。从 设 计 原 理 看，其测 量 值 与 真 实
14、值相比 _(填“偏大”“偏小”或“相等”)。解析：(1)d20.00.01 mm0.200 mm。(2)本题中测量金属丝的电阻，无电压表，故用已知内阻的电流表 A1 充当电压表，由于电流表 A1的额定电压 UA1ImR11.25 V，比电源电动势小得多，故电路采用分压式接法，电路图如图所示。(3)当电流表 A1、A2 读数分别为 I1、I2 时，通过 Rx 的电流为 II2I1，Rx 两端电压 UI1R1，故 RxUI I1R1I2I1，不考虑读数误差，从设计原理看测量值等于真实值。答案：(1)0.200(0.1960.204 均可)(2)见解析图(3)I1R1I2I1 相等核心知识 在高考电
15、学设计性实验中，常以定值电阻的合理使用为背景来命题。求解这类问题的关键是必须弄清定值电阻在设计电路中的主要作用，一般来说，定值电阻有三种作用：命题角度三 以测特性曲线为核心的实验 题点全练 1(2019咸阳二模)某同学为了较精确地测量某一节干电池的电动势和内阻，实验室准备了下列器材：A待测干电池 E(电动势约为 1.5 V，内阻约为 1)B电流表 G(满偏电流 3.0 mA，内阻为 100)C电流表 A(量程 00.6 A，内阻约为 1)D滑动变阻器 R1(010，额定电流为 2 A)E滑动变阻器 R2(01 k，额定电流为 1 A)F定值电阻 R0(阻值为 900)G开关一个，导线若干(1)
16、为了能比较准确地进行测量，同时还要考虑操作的方便，实验中滑动变阻器应选_。(2)根据题意在图甲中画出该实验所需要的电路图。(3)根据电路图，将图乙中实物图连接起来，组成完整的电路。(4)如图丙所示，是某同学根据正确的实验得到的数据作出的图线，其中，纵坐标 I1 为电流表 G 的示数，横坐标 I2 为电流表 A 的示数，由图可知，被测干电池的电动势为_V，内阻为_(保留两位有效数字)。解析：(1)电源电动势为 1.5 V，较小，电源的内阻较小，为多测几组实验数据，方便实验操作，应选最大阻值较小的滑动变阻器，因此滑动变阻器应选 D。(2)题述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，将电流表G 与
17、定值电阻 R0 串联，改装成电压表，用电流表 A 测电路电流，滑动变阻器 R1 串联接入电路，实验电路图如图 1 所示。(3)完整的电路如图 2 所示。(4)根据欧姆定律和串联电路的知识得电源两端电压为：UI1(900100)1 000I1，根据题给图像与纵轴的交点得电动势为 E1.4 mA1 000 1.4 V，与横轴的交点可得出路端电压为 1.0 V 时电流是 0.6 A，由闭合电路欧姆定律 EUIr 可得，电源内阻 rEUI1.4 V1.0 V0.6 A0.67。答案：(1)D(2)见解析图 1(3)见解析图 2(4)1.4067(0.660.68 均可)2(2019山东日照联考)电阻温
18、度计是根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计。铂电阻温度计是最精确的温度计，因为铂的化学惰性，成为272.5 至 961.78 范围内的首选材料，其电阻与温度成一次函数关系。某实验小组利用如图甲所示的电路探究铂金属的温度特性。所用器材有：铂金丝RPt；电源；电流表；滑动变阻器 R1；电阻箱 R2；单刀开关 S1，单刀双掷开关 S2。实验步骤如下：按电路图甲，连好实物图乙；将RPt置于冰水混合物中，开关S2与1接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电流表的读数为I0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，开关S2与2接通，调节R2，使电流表的读数仍为I0；断开S2，记下此时R2的读
19、数100.0；再将RPt置于标准大气压下沸水中，重复上述过程，此时R2的读数为138.5。回答下列问题：(1)在图乙中，将实物连线补充完整。(2)闭合 S1 前，图乙中 R1 的滑片应移动到_(填“a”或“b”)端。(3)在图丁坐标纸上作出 RPt-t 图线。(4)当测得 R2 的阻值为 247.09 时，RPt 处在_的环境中(保留到个位数)。(5)实验后，小明用螺旋测微器测得铂金丝的直 径 如 图 丙 所 示，则 铂 金 丝 的 直 径 为_mm。解析：(1)按电路图连接实物图如图1所示。(2)为了保护用电器，闭合开关前应将滑动变阻器的最大电阻接入电路中即闭合S1前，题图乙中R1的滑片应移
20、动到a端。(3)将RPt置于冰水(0)混合物中，RPt的电阻为100，将RPt置于标准大气压下沸水(100)中，RPt的电阻为138.5，其电阻与温度成一次函数关系，所以RPt-t图线如图2所示。(4)由 图 像 可 得，电 阻 与 温 度 间 的 关 系 为：RPt 100 138.5100100t1000.385t；当测得 R2 的阻值为 247.09 即RPt 的电阻为 247.09，代入解得：t382.05 382。(5)螺旋测微器的读数：0.5 mm20.60.01 mm0.706 mm。答案：(1)见解析图 1(2)a(3)见解析图 2(4)382(5)0.706考向一 测量对象的
21、变化 电阻的测量贯穿了 5 个电学实验，但在实际考查中测量对象往往有以下变化：测直径(D1.70 cm/圈数)测电阻丝长度(LRS/)测量金属薄膜的厚度，膜的厚度为d，根据 RLS，求得 d LDR测量金属管内径d和外径D用千分尺测量，伏安法测电阻，根据 RLS和 S4(D2d2)求 d命题角度四 电学实验的迁移与创新 典题例析 例1(2019南阳模拟)有一根长陶瓷管，其表面均匀地镀有一层很薄的电阻膜，管的两端有导电箍 M 和 N，如图甲所示。用多用电表欧姆挡测得 MN 间的电阻膜的电阻约为 1 k。陶瓷管的直径远大于电阻膜的厚度。某同学利用下列器材设计了一个测量该电阻膜厚度 d的实验。A毫米
22、刻度尺B游标卡尺(20 分度)C电流表 A1(量程 05 mA，内阻约 10)D电流表 A2(量程 0100 mA，内阻约 0.6)E电压表 V1(量程 5 V，内阻约 5 k)F电压表 V2(量程 15 V，内阻约 15 k)G滑动变阻器 R1(阻值范围 010，额定电流 1.5 A)H滑动变阻器 R2(阻值范围 0100，额定电流 1 A)I电源 E(电动势 6 V，内阻可不计)J开关一个，导线若干(1)他用毫米刻度尺测出电阻膜的长度为l10.00 cm，用20分度游标卡尺测量该陶瓷管的外径，其示数如图乙所示，该陶瓷管的外径D_ cm。(2)为了比较准确地测量电阻膜的电阻，且调节方便，实验
23、中应选用电流表_，电压表_，滑动变阻器_。(填写器材前面的字母代号)(3)在方框中画出测量电阻膜电阻的实验电路图。(4)连接好电路后移动滑片，闭合开关。改变滑动变阻器接入电路的电阻，记录多组电压表的读数和电流表的读数，根据数据作出的U-I图像为过原点的一条倾斜直线，计算出图线的斜率为k。若镀膜材料的电阻率为，计算电阻膜厚度d的数学表达式为d_(用题目给出的已知量符号或数学常数的符号表示)。解析(1)读取游标卡尺的示数，陶瓷管的外径D13 mm80.05 mm13.40 mm1.340 cm。(2)由于电源电压为6 V，电阻膜的电阻约为1 000，故电路中的电流最大为6 mA，所以电流表应该选用
24、C；因电源电动势为6 V，故电压表应选E；由于变阻器阻值太小而电阻膜电阻太大，限流式接法无法保护电路，故采用分压式接法，故滑动变阻器应该选用阻值较小的G。(3)由于 RxRV RARx，故电流表应用内接法，又因为变阻器应用分压式接法，电路图如图所示。(4)由于U-I图像的斜率为k，则kR，由RlS lDd，则d lkD。答案(1)1.340(2)C E G(3)见解析图(4)lkD考向二 实验原理的变化测电阻可以是测量导体的电阻，也可以是电表的内阻，还可以是电源的内阻。不管哪种，理论依据都是欧姆定律或者闭合电路的欧姆定律。下面以测量电阻为例，分析实验原理的变化创新，注意与伏安法测电阻进行对比。
25、如果已知的内阻R1，则可测得的内阻R2I1R1I2安安法串联一定值电阻R0后，同样可测得的内阻R2I1R1R0I2 两电表的满偏电流接近时，若已知的内阻R1，则可测出的内阻R2 U2U1R1伏伏法并联一定值电阻R0后，同样可得的内阻R2U2U1R1U1R0替代法双掷开关分别与1、2相接，调节电阻箱R1保证电流表两次读数相等，则R1的读数即等于待测电阻的阻值比较法测得电阻箱R1的阻值及表、表的示数I1、I2，可得RxI2R1I1(电表阻值不计)电桥法调节电阻箱R3，当A、B两点的电势相等时，R1和R3两端的电压相等，设为U1，同时R2和Rx两端的电压也相等，设为U2，根据欧姆定律有：U1R1U2
26、R2，U1R3U2Rx。由以上两式解得：R1RxR2R3，这就是电桥平衡的条件，由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值半偏法断开 S2，闭合 S1，调节 R0，使 表满偏为 I0；保持 R0不变，闭合 S2，调节 R，使 表读数为I02；则 RAR(电压半偏法同学们自行思考)A定值电阻 R1B定值电阻 R2C滑动变阻器 R3(最大阻值为 20)D滑动变阻器 R4(最大阻值为 1 000)E电阻箱 Rx(最大阻值为 999.9)F灵敏电流计 G(内阻很小可忽略)典题例析 例2(2019衡水模拟)某实验小组用如图甲所示的电路图来测量电流表(量程 2 mA，内阻约为 200)的内阻，除待测电流表、1.
27、5 V 的电源、开关和导线外，还有下列可供选择的实验器材：(1)为确保安全，精准实验。滑动变阻器应选用_(填写器材前对应的字母)。(2)用笔画线代替导线，将实物图乙连接成实验电路图。(3)在闭合开关前滑动变阻器的滑片应置于_(选填“a”或“b”)端，然后闭合开关移动滑动变阻器的滑片使待测表的示数适当后再不移动滑片，只调节 Rx，发现当 Rx400 时灵敏电流计的示数正好为零；将电阻箱和待测电流表位置互换，其他不动，再次调节 Rx100 时灵敏电流计的示数又正好为零，由此可知待测电流表的内阻为_。解析(1)由于电源电动势较小，而两个滑动变阻器都没有给出额定电流可认为两个都是安全的，此时为便于调节
28、滑动变阻器宜小不宜大，选 C 即可。(2)实物图如图所示。(3)为确保电路安全，闭合开关前滑片应置于 b 端，让分压电路的电压最小。当 Rx400 时电流计的示数正好为零，表明R1RAR2Rx；将电阻箱和待测电流表位置互换，电流计的示数又正好为零时有 R1RxR2RA，于是有 RA RxRx，代入数据得 RA200。答案(1)C(2)见解析图(3)b 200考向三 实验分析与数据处理的变化重视实验广度的拓展，主要体现为重视实验原理的拓展与变化和实验器材的有效重组。原理的变化是创新的热点，附带还会延伸数据处理的变化，以安阻法测量电源的电动势和内阻实验为例，就原理 EI(RrRA)和数据处理而言，
29、即可演变出很多精彩内容。原理变化数据处理RRAE1Ir斜率为 E截距为 rRE1I(rRA)斜率为 E截距为(rRA)1I1ERrRAE斜率为1E截距为rRAE1I1E(RRA)rE斜率为1E截距为rE典题例析 例3(2019江西重点中学联考)如图甲所示，该电路在测量电源电动势和内阻的同时也能完成对未知电阻 Rx 的测量。实验室提供的器材如下：A待测电阻 Rx(约 9)B待测电源C电阻箱(099.9)D电压表 V1(量程 6 V，可以视为理想电表)E电压表 V2(量程 3 V，内阻约 4 k)(1)如果纵坐标表示两个电压表读数之比U1U2，横坐标表示电阻箱的阻值 R，实验结果的图像如图乙所示。
30、则待测电阻 Rx_ (保留两位有效数字)。(2)在(1)问中，由于电压表 V2 的分流，待测电阻 Rx 的测量值比真实值_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。(3)如果纵坐标表示某电压表读数 U，横坐标表示两个电压表读数之差与电阻箱阻值的比值U1U2R，实验结果的图像如 图 丙 所 示。其 中 能 读 出 电 源 电 动 势 和 内 阻 的 是_(选填“A 图线”或“B 图线”)。两图线交点的横坐标为_ A，纵坐标为_ V(结果均保留两位有效数字)。解析(1)根据串联电路的分压原理可知：U2RxU1RRx，故U1U2RxRRx1 RRx，所以纵轴截距为 1，根据图像斜率 k 1Rx3116 18，解得 Rx8。(2)由于电压表 V2 的分流，待测电阻 Rx 测量值比真实值偏小。(3)A 图线反映的是电源的特性，可知电动势为 6 V，内阻 r61 6，B 图线反应的是阻值为 8 的定值电阻的 U-I 关系，两图线交点反应的是电源与定值电阻直接串联时的情况，交点的横坐标 IERxr 686 A0.43 A，纵坐标 UEIr6 V0.436 V3.4 V。答案(1)8.0(2)偏小(3)A 图线 0.43 3.43课后“高仿”检测练熟提能力，正途刷高分点击进入谢观看THANK YOU FOR WATCHING谢
