专题
16
电学实验
实验专题
网络构建
考题二 伏安法测电阻
考题三 测定电源的电动势和内阻
栏目索引
考题一 多用电表的原理、使用及读数
问题
考题四 电学创新拓展实验
考题一 多用电表的原理、使用及读数问题
1.
游标卡尺、螺旋测微器的读数技巧
记住两点:一是所有读数一定以毫米为单位并注意主尺刻度对应的毫米数,根据结果再变换单位;二是以毫米为单位,小数点后数字分别是,螺旋测微器是
3
位、
20
分度和
50
分度游标卡尺是
2
位、
10
分度游标卡尺和毫米刻度尺是
1
位
.
知识精讲
2.
电压表、电流表、多用电表的读数技巧
(1)
对电表读数问题,要先弄清楚电表的精确度,即每小格的数值,再确定估读的方法,
是
还是
估
读,明确读数的小数位数
.
(2)
多用电表的使用问题,在弄清其基本原理的基础上,会选择测量项目及量程、挡位,能区分机械调零和欧姆调零的区别,掌握测量电阻的步骤,此外,会看多用电表表盘,最上排不均匀刻度为测电阻时读数刻度,读出表盘刻度后应乘以挡位倍率;中间刻度是均匀的,为测量电压和电流的读数刻度,下面三排数字为方便读数所标注;最下排刻度专为测量
2.5 V
以下交流电压所用,一般较少使用
.
4.
欧姆表使用六注意
(1)
选挡接着调零;
(2)
换挡重新调零;
(3)
待测电阻与电路、电源要断开;
(4)
尽量使指针指在表盘中间位置附近;
(5)
读数之后要乘以倍率得阻值;
(6)
用完后,选择开关要置于
“
OFF
”
挡或交流电压最高挡
.
答案
例
1
(1)
指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器,请完成下列问题:
典例剖析
在使用多用电表测量时,指针的位置
如图
1
甲
所示,若选择开关拨至
“×
1
”
挡,则测量的结果为
______
Ω
;若选择开关拨至
“
50 mA
”
挡,则测量结果为
________
_
______
mA
.
图
1
18
22.6(22.4
~
22.8
)
解析
解析
所
测的电阻
R
=
18
×
1 Ω
=
18 Ω.
选择开关拨至
“
50 mA
”
挡,电流
为
I
=
22.6 mA.
解析答案
(2)
多用电表测未知电阻阻值的电路如图乙所示,电池的电动势为
E
、
内阻为
r
,
R
0
为调零电阻,
R
g
为表头内阻,电路中电流
I
与待测电阻的阻值
R
x
关系
图象
如图丙所示,则该图象的函数关系式为
__________________
;
解析
根据闭合电路欧姆定律得:
(3)
下列根据图丙中
I
-
R
x
图线作出的解释或判断中正确的是
_____.
A
.
因为函数图线是非线性变化的,所以欧姆表的示数左小右大
B.
欧姆表调零的实质是通过调节
R
0
使
R
x
=
0
时电路中的电流
I
=
I
g
C.
R
x
越小,相同的电阻变化量对应的电流变化量越大,所以欧姆表的示
数
左
密右疏
D.
测量中,当
R
x
的阻值为图丙中的
R
2
时,指针位于表盘中央位置的右侧
解析
√
√
R
x
越小,相同的电阻变化量对应的电流变化量越大,所以欧姆表的示数左密右疏,
C
正确;
测量中,当
R
x
的阻值为图丙中的
R
2
时,电流比半偏电流小,指针位于表盘中央位置的左侧,
D
错误
.
选
B
、
C
.
1.
某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率
ρ
.
步骤如下:
(1)
用
20
分度的游标卡尺测量其长度如图
2
甲所示,可知其长度为
_
_
____mm
;
解析
游标卡尺
的读数为
L
=
50 mm
+
3
×
0.05 mm
=
50.15 mm
;
解析答案
[
变式
训练
]
1
2
图
2
50.15
(
2)
用螺旋测微器测量其直径如图乙所示,可知其
直径
为
________ mm
;
解析
螺旋测微器
的读数为
D
=
4 mm
+
0.5 mm
+
20.0
×
0.01 mm
=
4.700 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
,表盘的示数如图丙所示
,
则
该电阻的阻值约为
________ Ω
.
解析
欧姆表
的读数为
R
=
22
×
10 Ω
=
220 Ω
.
1
2
4.700
220
解析答案
2.
已知
G
表的内阻
R
g
为
990 Ω
,满偏电流
I
g
=
100
μA
.
用它改装成
如图
3
所
示的一个多量程多用电表,电流、电压和电阻的测量都各有两个量程
(
或分度值
)
不同的挡位
.1
、
2
两个挡位为电流表挡位,其中的大量程是小量程的
10
倍
.
(1)
关于此多用电表,下列说法错误的是
_____.
A.
当转换开关
S
旋到位置
4
时,是电阻挡
B.
当转换开关
S
旋到位置
6
时,是电压挡
C.
转换开关
S
旋到
5
的量程比旋到
6
的量程大
D.
A
表笔为红表笔,
B
表笔为黑
表笔
1
2
图
3
解析
√
1
2
解析
当
转换开关
S
旋到位置
4
时,表头与电表中的电源相连接,是电阻挡,
A
正确;
当转换开关
S
旋到位置
6
时,表头与电阻串联,电阻起分压作用,是电压挡,
B
正确;
当转换开关
S
旋到
5
串联的电阻小于旋转到
6
串联的电阻,可知旋转到
6
,串联的电阻分压作用大,电压表量程大,
C
错误;
根据电流
“
红进黑出
”
可知,
B
表笔为黑表笔,
A
表笔为红表笔,
D
正确
.
因选错误的,故选
C
.
1
2
返回
(2)
图中电源电动势均为
3.5 V
,当把选择开关
S
旋到位置
4
,在
AB
之间接
3 500 Ω
电阻时,表头
G
刚好半偏,该测量过程操作的顺序和步骤都正确无误,
则
R
1
=
____ Ω
,
R
2
=
______ Ω
.
答案
解析
11
99
1
2
返回
解析
由题知,在
AB
之间接
3 500 Ω
电阻时,表头
G
刚好半偏,即改装后电流表
的总内阻
R
内
=
3 500 Ω
,当转换开关
S
在
2
时
(
如图
a)
,电流表量程为
I
2g
=
=
1 mA.
由题知,转换开关
S
在
1(
如图
b)
时,电流表的量程为
I
1g
=
10 mA
,由串并联电路特点得
:
+
I
g
=
I
2g
,
+
I
g
=
I
1g
,
联
立解得
R
1
=
11 Ω
,
R
2
=
99 Ω
.
1.
仪器的选择
(1)
电源的选择:一般根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源
.
(2)
电表的选择:一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表;根据待测电路的最大电流选择电流表;电表的指针摆动的幅度不宜较大,一般应使指针能达到半偏左右
.
考题二 伏安法测电阻
知识精讲
2.
电路的选择
(1)
测量电路的选择
比较项目
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
=
>
R
x
,偏大
R
测
=
<
R
x
,偏小
适用条件
R
x
≫
R
A
(
测大电阻
)
R
V
≫
R
x
(
测小电阻
)
(2)
控制电路的选择:
①
从节能的角度考虑,优先选用限流式
.
②
以下三种情况必须用分压式:
a.
要求待测电路的
U
、
I
从
0
变化
.
b.
R
滑
≪
R
x
.
c.
选用限流式,
U
x
、
I
x
过大
(
超过电流表量程,烧坏电表、电源或用电器等
).
3.
伏安法测电阻的常规设计实验
需要一个电流表和一个电压表,利用欧姆定律求其电阻
.
但有时题目中缺少电压表或缺少电流表,或电压表、电流表的量程不符,这时可以把已知内阻的电流表当作电压表来使用,把已知内阻的电压表当作电流表来使用,甚至可以把已知内阻的电流表
(
或电压表
)
和电阻箱改装成符合要求的电压表
(
或电流表
).
4.
定值电阻作为保护电阻,是定值电阻最常见的应用
近几年考题当中,经常出现用阻值已知的定值电阻
(
或电阻箱
)
充当电压表,或用阻值已知的定值电阻
(
或电阻箱
)
充当电流表
.
例
2
发光二极管在生产和生活中得到了广泛的应用,
如图
4
所
示是一种发光
二极管的实物图,正常使用时,带
“
+
”
号的一端接高电势,带
“
-
”
号的一端接低电势,某同学想描绘它的伏安特性曲线,实验测得它两端的电压
U
和通过它的电流
I
的数据如下表所示
.
典例剖析
图
4
U
/V
0
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
2.40
2.80
I
/mA
0
0.9
2.3
4.3
6.8
12.0
19.0
30.0
(1)
实验室提供的器材如下:
A.
电压表
(
量程
0
~
3 V
,内阻约
10
kΩ
)
B.
电压表
(
量程
0
~
15 V
,内阻约
25
kΩ
)
C.
电流表
(
量程
0
~
50 mA
,内阻约
50 Ω)
D.
电流表
(
量程
0
~
0.6 A
,内阻约
1 Ω)
E.
滑动变阻器
(
阻值范围
0
~
10 Ω
,允许最大电流
3 A)
F.
电源
(
电动势
6 V
,内阻不计
)
G.
开关,导线若干
该同学做实验时,电压表选用的是
___
,
电流表选用的是
____.(
填选项字母
)
解析
由
表中数据可知:最大电压为
2.8 V
,电压表选
A
;
最大
电流为
30 mA
,电流表选
C
;
解析答案
A
C
(2)
请
在图
5
中
以笔画线代替导线,按实验要求将实物图中的连线补充完整
.
图
5
解析答案
解析
因电压、电流要从
0
测起,滑动变阻器用分压式接法;二极管的电阻更接近电流表的内阻,故电流表用外接法,实物图的连接如图甲
.
答案
见解析图甲
(3)
在实验过程中,开关
S
闭合前,滑动变阻器的滑片应置于最
________
端;
(
填
“
左
”
或
“
右
”
).
解析
因
滑动变阻器是分
压式
接法,在开始前滑动变阻器的滑片应置于最左端
;
解析答案
左
(4)
根据表中数据,在图乙所示的坐标纸中画出该发光二极管的
I
-
U
图线
.
解析答案
解析
根据表中数据,在图上描出各点,用光滑的曲线连接起来,如图乙
.
答案
见解析图乙
(5)
由
I
-
U
图线可知:二极管的电阻值随工作电压的增大而
________(
填
“
不变
”“
增大
”
或
“
减小
”
)
解析
由
图线可知,二极管的电阻值随电压的增大而减小;
减小
解析答案
(
6)
若此发光二极管的最佳工作电流为
10 mA
,现将此发光二极管与电动势为
3 V
、内阻不计的电池组相连,还需串联一个阻值
R
=
________
的电阻,才能使它工作在最佳状态
.(
结果保留三位有效数字
)
解析
根据
U
-
I
图线,当二极管的工作电压
为
1.9
V
时,工作电流约为
10 mA
,
串联电阻上
分
到
电压应为
1.1 V
,故应串联的电阻为
:
R
=
=
110 Ω
.
110 Ω
解析答案
3.
使用理想电压表、理想电流表、滑动变阻器、直流电源等仪器,研究一只小灯泡完整的伏安特性,测得
I
-
U
图象
如图
6
甲
所示
.
已知滑动变阻器滑动片的有效移动长度为
30 cm
,变阻器的最大阻值为
22.5 Ω
,电源电动势为
6 V
,内阻不计
.
(1)
在图乙的虚线框内,不改变
滑动
变阻器
和电源的位置,补上
电压表、
电流表
、灯泡,画出完整的
电路图
.
要求
滑动变阻器的滑动片向左
滑动
时
,灯泡的电压增大
.
3
4
[
变式
训练
]
图
6
解析答案
3
4
解析
滑动
变阻器采用分压接法,电流表内、外接法均可,滑动片左移灯泡电压变大,电路图如图所示
.
答案
电路图如图所示
3
4
(2)
根据
I
-
U
图象可知:从
A
到
B
的过程中灯泡的电阻逐渐
________(
选填
“
增大
”
或
“
减小
”
)
,改变的阻值为
_____Ω
.
解析
由
I
—
U
图象可知,从
A
到
B
的过程中灯泡的电阻逐渐增大,由欧姆定律得:电阻的改变量
Δ
R
=
R
B
-
R
A
=
=
5 Ω
.
解析答案
增大
5
3
4
(3)
在获得
A
→
B
段图线数据的过程中,滑动变阻器的滑动片向左移动了
____
cm
的长度
.
答案
解析
10
3
4
4.
某待测电阻
R
x
的阻值在
80
~
100 Ω
之间,现要测量其阻值,实验室提供如下器材
:
A.
电流表
A
1
(
量程
30 mA
,内阻
r
1
=
10 Ω)
B.
电流表
A
2
(
量程
150 mA
,内阻
r
2
约为
30 Ω)
C.
电压表
V(
量程
15 V
,内阻约为
10
kΩ
)
D.
定值电阻
R
0
=
20 Ω
E.
滑动变阻器
R
(
最大电阻约
10 Ω)
F.
电源
E
(
电动势为
4 V)
G.
开关
S
和导线
若干
3
4
图
7
(1)
如果用图
7
甲来测量
R
x
,测得的电阻将
______
真实值
(
填
“
大于
”“
小于
”
或
“
等于
”
)
;
解析
因
待测电阻
R
x
是小电阻,如果用图甲
来测量
R
x
,由于电压表的分流作用,故测得的
电阻
将小于真实值
.
小于
图
7
解析答案
3
4
(2)
如果用图乙来测量
R
x
,测量电流表
A
1
和
A
2
的读数分别为
I
1
和
I
2
,则
R
x
=
____________
;
解析
如果用乙图来测量
R
x
,根据欧姆定律有
,
并联
部分电压为
:
U
=
(
I
2
-
I
1
)
R
0
;
乙
(3)
根据提供的器材要完成此实验,甲、乙两同学分别设计了如图甲、乙两种电路,你认为图
____
更
合适
.
解析答案
返回
3
4
考题
三 测定电源的电动势和内阻
方法指导
测量电源的电动势和内阻的基本原理是闭合电路欧姆定律,数据处理的主要思想方法是
“
化曲为直
”
,常用的方法有三种:
1.
伏安法
——
利用电压表和电流表
.
闭合电路方程为
E
=
U
+
Ir
,利用两组数据,联立方程求解
E
和
r
;也可作出
U
-
I
图象,图线的纵截距表示电源的电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻
.
典例剖析
例
3
某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻,现备有下列器材:
A.
被测干电池一节
B.
电流表
1
:量程
0
~
0.6 A
,内阻
r
=
0.3 Ω
C.
电流表
2
:量程
0
~
0.6 A
,内阻约为
0.1 Ω
D.
电压表
1
:量程
0
~
3 V
,内阻未知
E.
电压表
2
:量程
0
~
15 V
,内阻未知
F.
滑动变阻器
1
:
0
~
10 Ω
,
2 A
G.
滑动变阻器
2
:
0
~
100 Ω
,
1 A
H.
开关、导线若干
解析答案
伏安法测电池电动势和内阻的实验中,由于电流表和电压表内阻的影响,测量结果存在系统误差,在现有器材的条件下,要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻
.
(1)
在上述器材中请选择适当的器材
(
填写器材前的字母
)
:电流表选择
___
,电压表选择
____
,
滑动变阻器选择
____.
解析
一
节干电池的电动势约为
1.5 V
,电压表选
D
;
电流表
的量程为
0
~
0.6 A
,且明确电流表内阻,电流表选
B
;
滑动
变阻器阻值较小利于电表的数值变化,滑动变阻器选
F
.
B
D
F
解析答案
(
2)
实验电路图应选择图
8
中的
________(
填
“
甲
”
或
“
乙
”
)
;
图
8
解析
因
电流表
B
的内阻已知,可将电流表内阻等效为电源内阻,求出等效电阻后,再求出实际电源内阻,故选用甲图;
甲
解析答案
(3)
根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的
U
-
I
图象,则在修正了实验系统误差后,干电池的电动势
E
=
___
V
,内电阻
r
=
___
Ω
.
解析
由
U
-
I
图可知,电源的电动势
E
=
1.5 V
;等效
内电阻
r
′
=
=
1 Ω
;则干电池内阻
为
r
=
1 Ω
-
0.3 Ω
=
0.7 Ω
.
1.5
0.7
5.
某同学设计了
如图
9
甲
所示的电路来测量电源电动势
E
及电阻
R
1
和
R
2
的阻值
.
实验器材有:待测电源
E
(
不计内阻
)
,待测电阻
R
1
,待测电阻
R
2
,电压表
V(
量程为
3 V
,内阻很大
)
,电阻箱
R
(0
~
99.99 Ω)
,单刀单掷开关
S
1
,单刀双掷开关
S
2
,导线若干
.
5
6
[
变式
训练
]
图
9
(1)
先测电阻
R
1
的阻值
.
请将该同学的操作补充完整:
A.
闭合
S
1
,将
S
2
切换到
a
,调节电阻箱,读出其示数
R
0
和对应的电压表示数
U
1
.
B.
保持电阻箱示数不变,
_
_
_________
,读出电压表的示数
U
2
.
C
.
则电阻
R
1
的表达式为
R
1
=
__________.
解析答案
将
S
2
切换到
b
5
6
(2)
该同学已经测得电阻
R
1
=
3.2 Ω
,继续测电源电动势
E
和电阻
R
2
的阻值,其做法是:闭合
S
1
,将
S
2
切换到
a
,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数
R
和对应的电压表示数
U
,由测得的数据,绘出了如图乙所示
的
图线
,则电源电动势
E
=
____ V
,电阻
R
2
=
_____ Ω.
2
0.8
答案
解析
5
6
5
6
6.
甲同学利用
如图
10
所
示的电路测定电源的电动势和内阻,提供的器材有:
A.
干电池两节,每节电动势约为
1.5 V
,内阻未知
B.
直流电压表
V
1
、
V
2
,内阻很大
C.
直流电流表
A
,内阻可忽略不计
D.
定值电阻
R
0
,阻值未知,但不小于
5 Ω
E.
滑动变阻器
F.
导线和
开关
(1)
请根据所给电路图,以笔画线代表导线
,
在图
11
的
实物图上将所缺导线画上
.
解析答案
图
10
图
11
5
6
解析
根据电路图,在给出的实物图上画出所缺的导线,如图甲所示;
答案
见解析图
5
6
(2)
甲同学利用该电路完成实验时,由于某根导线发生断路故障,导致一只电压表始终没有读数,因此只记录了一只电压表和电流表的示数,如下表所示
:
解析答案
U
/V
2.62
2.48
2.34
2.20
2.06
1.92
I
/A
0.08
0.12
0.16
0.20
0.24
0.28
利用表格中的数据
在图
12
中
作出
U
-
I
图象
.
解析
将
(
I
,
U
)
作为坐标值将各点描出,并用直线将各点相连,作图象如图乙所示
;
答案
见解析图
图
12
5
6
(3)
由图象可知,两节干电池总电动势为
________ V
,总内阻为
______
Ω.
由计算得到的数据可以判断,能够示数的电压表应为表
________(
选填
“
V
1
”
或
“
V
2
”
).
解析答案
返回
2.90
3.50
V
1
5
6
考题
四 电学创新拓展实验
知识精讲
高考中电学实验要拿到满分,考生应注意以下
“
三
”
个方面:
第一:认真完成课本上的每一个实验
.
知道每一个实验的目的,掌握每一个实验的原理,熟悉每一个实验步骤,领会每一个实验步骤的作用,学会每一个实验仪器的使用,学会每一个实验的处理方法,弄清每一个实验误差的来源等
.
第二:对于给出实验电路图的创新性实验,要注意从原理出发,理解实验方法,找出图象中两个物理量之间的关系,理想图象中图线的斜率和截距的物理意义
.
第三:对于设计性实验,要注意从原理出发找方法,选器材,定方案
.
高考中,对设计性实验的考查,一般不直接采用课本上的设计方案,但是其设计理念均取材于课本中的必考实验,因此考生要对课本上的每一个实验做到心中有数
.
典例剖析
例
4
某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表,他所选用的器材有:
灵敏电流表
(
待改装
)
,学生电源
(
电动势为
E
,内阻不计
)
,滑动变阻器,单刀
双掷开关,导线若干,导热性能良好的防水材料,标准温度计,
PTC
热敏
电阻
R
t
(PTC
线性热敏电阻的阻值与摄氏温度
t
的关系为
R
t
=
a
+
kt
,
a
>
0
,
k
>
0).
设计电路如图
13
所示,并按如下步骤进行操作:
(1)
按电路图连接好实验器材;
(2)
将滑动变阻器滑片
P
滑到
a
端,单刀双掷开关
S
掷于
c
端,调节滑片
P
使电流
表满偏,并在以后的
操作中保持滑片
P
位置不动,设此时电路总电阻
为
R
,断开电路;
图
13
解析答案
(3)
容器中倒入适量开水,观察标准温度计,每当标准电流表的示数下降
5
℃
,就将开关
S
置于
d
端,并记录此时的温度
t
和对应的电流表的示数
I
,然后断开
开关,请根据温度表的设计原理和电路图,写出电流与温度的关系式
I
=
__________(
用题目中给定的符号
)
;
(4)
根据对应温度记录的电流表示数,重新刻制电流表的表盘,改装成温度表,
根据改装原理,此温度表表盘刻度线的特点是:低温刻度在
______
侧
(
填
“
左
”
或
“
右
”
)
,刻度线分布是否均匀?
_____(
填
“
是
”
或
“
否
”
).
解析
由上式可知,温度越高,电流表中的电流值越小,则低温刻度在表盘的右侧;由于电流与温度的关系不是线性函数,所以表盘的刻度是不均
匀的
.
右
否
解析答案
7
.
图
14
甲
图是乙图所示多用电表欧姆
×
1 k
挡的工作电池,外壳上印着标称电动势
9 V
,但
A
、
B
两极极性没有标示
.
[
变式
训练
]
图
14
(1)
实验小组甲同学选择多用电表的直流电压挡对电池测量:将
(
+
)(
-
)
表笔分别与
A
、
B
相连时电表指针反偏;对调连接,
电表有了
正常示数;再在
A
、
B
两极间接入一只
200 Ω
电阻
,电
表示数减小
(
如
电表刻度盘
所示
).
由以上测量
可以确定
电池的正极是
___(
填
“
A
”
或
“
B
”
).
解析
电压表
接入电路中时,正极应与电源正极相连
,
将
(
+
)(
-
)
表笔分别与
A
、
B
相连时电表指针反偏;
对调
连接
,电表有了正常示数,说明
B
极为正极
;
解析答案
B
(2)
接着要测量这个电池的电动势
E
和内电阻
r
.
乙同学
说至少还需要电流表、电压表、滑动变阻器;丙同学说至少还需要电阻箱;丁同学说
不再需要什么,利用甲的实验数据就可以了
.
显然
丁同学设计的方案不再需要实验操作,他能得到电池的电动势和内电阻么?若能,写出结论;若不能,简述理由
__________________.
答案
解析
E
=
7.0 V
r
=
80 Ω
解析
电池外壳上印着标称电动势
9 V
,则直流电压表的量程取
10 V
,直接
接在电源两端时,测量电源电动势,由图乙可知
E
=
7.0 V
,在
A
、
B
两极间接入一只
200 Ω
电阻时,由图乙可知,电压表示数为
5.0 V
,根据闭合电路欧姆定律得:
U
=
,
代入数据得
:
(3)
最后按图丙所示电路对该电池进行放电实验
.
实验中通过适时调整滑动变阻器,保持电流表示数为
10 mA
不变,每分钟记录一次电压表示数,实验历时
20
分钟
.
将各组电压
—
时间数据在坐标纸上描点作图,经拟合,可认为电压由
6.2 V
均匀下降到
5.8 V.
则这次放电过程中通过电流表的电量
是
____
C
,电流表和变阻器消耗的电能是
____J
.
12
72
返回
解析答案