1、第2讲 电学实验与创新,考向一 基本器材的原理及使用 (电表的改装与读数、多用电表的原理与使用),【典例1】 (2018湖北宜昌模拟)某实验小组利用如图1所示电路,可测量多用电表内电池的电动势和电阻“1”挡内部电路的总电阻.使用的器材有:多用电表、电流表、滑动变阻器、导线若干.,回答下列问题: (1)将多用电表挡位调到电阻“1”挡,再将红表笔和黑表笔短接进行欧姆调零.随后按如图所示把多用电表、电流表、滑动变阻器连接起来,如果图1中接线正确,那么与多用电表的a接线柱相接的是 (填“黑”或“红”)表笔.,解析:(1)红正黑负,电流从红表笔流入电表,从黑表笔流出电表,电流从电流表正接线柱流入,由图1
2、所示电路图可知,与多用电表的a接线柱相接的是黑表笔.,答案:(1)黑,(2)调节滑动变阻器的滑片,从图1位置向右滑动过程中,电流表的读数(选填“增大”“减小”或“不变”).,解析:(2)调节滑动变阻器的滑片从图1位置向右滑动过程中,滑动变阻器接入电路的阻值减小,电路总电阻变小,由欧姆定律可知,电路电流增大,电流表的读数增大.,答案:(2)增大,答案:(3)32 0.20 9.60(9.4010.0 V之间都可得分) 16.0,规律总结,1.游标卡尺的读数,2.螺旋测微器的读数 测量值=固定刻度读数+可动刻度读数(含估读值)0.01 mm. 3.电压表、电流表、多用电表的读数 (1)03 V量程
3、的电压表(或03 A的电流表)的读数方法相同,精确度分别是0.1 V(或0.1 A),读数时要注意读到小数点后面两位. (2)015 V量程的电压表的精确度是0.5 V,读数时只要求读到小数点后面 一位. (3)00.6 A量程的电流表的精确度是0.02 A,读数时只要求读到小数点后面两位,并且注意“半格估读”,即读到最小刻度的一半0.01 A. (4)欧姆表的刻度不均匀,指针在中间刻度附近时测量相对精确,测量结果一般取两位有效数字,读数时注意乘以相应挡位的倍率.,4.使用多用电阻测电阻的“五步法” (1)选倍率. (2)进行欧姆调零. (3)将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量. (4)读出指
4、针示数乘以倍率,得测量值. (5)测量结束后,将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡. 5.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
5、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.一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率,如估计值为200 ,就应该选“10”的倍率. (5)测电阻时要将电阻与其他元件断开.测电阻时不要用手接触多用电表的表笔金属头. (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.,【预测练1】 (2018四川德阳二诊)某探究小组为了研究用“半偏法”测电阻和改装电表,先用“半偏法”测量程为150 A的电流表A的内阻,后将电流表A改装成电压表.,(1)某同学首先采用如图(甲)所示的实验电路测量该电流表A的内阻Rg,图中R0为滑
6、动变阻器、R为电阻箱.他按电路图连接好电路,将R0的阻值调到最大,闭合开关S1后,他应该正确操作的步骤是 .(选出下列必要的步骤,并将其序号排序) A.记下R的阻值 B.调节R0的阻值,使电流表的指针偏转到满刻度 C.闭合S2,调节R0和R的阻值,使电流表的指针偏转到满刻度的一半 D.闭合S2,保持R0不变,调节R的阻值,使电流表的指针偏转到满刻度的一半,答案:(1)BDA,解析:(1)按电路图连接好电路,将R0的阻值调到最大,闭合开关S1后,调节R0的阻值,使电流表的指针偏转到满刻度,闭合S2,保持R0不变,调节R的阻值,使电流表的指针偏转到满刻度的一半,记下R的阻值,电流表的内阻等于R的阻
7、值,所以正确操作的步骤是BDA.,(2)如果按正确操作步骤测得电阻箱R的阻值为100 ,则电流表的内阻Rg=;与电流表内阻的真实值Rg相比,Rg Rg(填“” “=”或“”).,答案:(2)100 ,(3)将上述电流表A改装成量程为3 V的电压表,则需将电流表与阻值为 的电阻串联.用它来测量电压时,表盘指针位置如图(乙)所示,此时电压表的读数大小为 V.,答案:(3)19 900 2.80,【预测练2】 指针式多用表是实验室中常用的测量仪器,请完成下列问题:,解析:(1)若选择开关拨至“25 mA”挡,由题图(a)所示表盘可知,其分度值为0.5 mA,所测电流为11.5 mA. 答案:(1)1
8、1.50,(1)在使用多用电表测量时,若选择开关拨至“25 mA”挡,指针的位置如图(a)所示,则测量结果为 mA.,(2)多用电表测未知电阻阻值的电路如图(b)所示,电池的电动势为E、内阻为r,R0为调零电阻,Rg为表头内阻,电路中电流I与待测电阻的阻值Rx关系图像如图(c)所示,则该图像的函数关系式为I= ;,(3)下列根据图(c)中I-Rx图线做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R0使Rx=0时电路中的电流I=Ig C.Rx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,
9、当Rx的阻值为图(c)中的R2时,指针位于表盘中央位置的左侧,答案:(3)BCD,(4)根据图线可知该电池的电动势E= .,答案:(4)IgR1,考向二 电学实验的核心考查 (实验器材的选取、限流与分压接法判断、实验数据的分析与计算等),【典例2】 (2018天津卷,9)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 k),除了Rx、开关S、导线外,还有下列器材供选用: A.电压表(量程01 V,内阻约10 k) B.电压表(量程010 V,内阻约100 k) C.电流表(量程01 mA,内阻约30 ) D.电流表(量程00.6 A,内阻约0.05 ) E.电源(电动势1.5 V,额定电流0.
10、5 A,内阻不计) F.电源(电动势12 V,额定电流2 A,内阻不计) G.滑动变阻器R0(阻值范围010 ,额定电流2 A),(1)为使测量尽量准确,电压表选用 ,电流表选用 ,电源选用.(均填器材的字母代号),解析:(1)若电源选用E,则通过Rx的最大电流为0.15 mA,电流表选用C还达不到半偏,故电源应选用F.电压表内阻应尽可能与被测电阻阻值相差大一些且接近电源电压,故电压表选用B.电路中的最大电流约为1 mA,故电流表选用C. 答案:(1)B C F,(2)画出测量Rx阻值的实验电路图.,解析:(2)因为待测电阻阻值较大,所以电流表应采用内接法.因为滑动变阻器的阻值很小,若采用限流
11、接法接入电路起不到多大的限流作用,所以滑动变阻器应采用分压接法. 答案:(2)如图所示,解析:(3)因为电流表采用内接法,电压表测出的电压为Rx与电流表串联后两端电压,U测U实,而R= ,所以R测R实. 答案:(3)大于 电压表的读数大于待测电阻两端的实际电压(其他表述正确也可),(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看,待测电阻测量值会 其真实值(填“大于”“小于”或“等于”),原因是 .,规律总结,1.明确三个“选择”,电学实验难离它 (1)实验器材的选择 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. 电表的选择:一般根据电源的电动势或待测用电
12、器的额定电压选择电压表;根据待测电流的最大电流选择电流表.一般应使指针能达到半偏左右.,(2)电流表内接法与外接法的选择,(3)分压电路与限流电路的选择 以小控大用分压,相差无几用限流.即当滑动变阻器的阻值较小时,常采用分压电路;当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时,常采用限流电路.另外,必须采用分压电路的情况有三种:要求电压从零开始变化;滑动变阻器太小,不能起到限流的作用;限流电路不能获取有区分度的多组数据.若两种电路均可,则采用限流式,因为限流式损耗功率小.,2.测电源电动势和内阻的三种方法,【预测练3】 (2018陕西咸阳模拟)(1)某同学为了测量某阻值约为5 的金属棒的电阻率,进行了如下
13、操作:分别使用10分度游标卡尺和螺旋测微器测量金属棒的长度L和直径d,某次测量的示数如图1和图2所示,长度L= mm,直径d= mm.,解析:(1)游标卡尺主尺示数与游标尺示数之和是游标卡尺的示数,故长度L为23 mm+50.1 mm=23.5 mm;螺旋测微器固定刻度示数与可动刻度示数之和是螺旋测微器示数,故直径d为6.5 mm+21.30.01 mm=6.713 mm. 答案:(1)23.5 6.713,(2)现备有下列器材:待测金属棒:Rx(阻值约5 );电压表:V1(量程3 V,内阻约3 k);V2(量程15 V,内阻约9 k);电流表:A1(量程0.6 A,内阻约0.2 );A2(量
14、程3 A,内阻约0.05 ); 电源:E1(电动势3 V,内阻不计);滑动变阻器:R1(最大阻值约20 );R2(最大阻值约1 000 );开关S;导线若干.,若滑动变阻器采用限流接法,为使测量尽量精确,电压表应选 ,电流表应选 ,滑动变阻器应选 (均选填器材代号).正确选择仪器后请在图3中用笔画线代替导线,完成实物电路的连接.用伏安法测得该电阻的电压和电流,并作出其伏安特性曲线如图4所示,若图像的斜率为k,则该金属棒的电阻率= .(用题目中所给各个量的对应字母进行表述),【预测练4】 (2018上海市宝山区二模)在“用DIS测电源的电动势和内阻”的实验中: (1)图(a)为实验电路图,定值电
15、阻R0=1 ,R为滑动变阻器,矩形框B代表的是;图(b)为实验的实物连接图,请用笔画线代替导线完成该实物连接图.,解析:(1)由图可知,B并联在电源两端,故B应为电压传感器;根据原理图连接实物图如图所示.答案:(1)电压传感器 见解析图,(2)实验测得的路端电压U、相应电流I的拟合曲线如图(c)所示,由此得到电源电动势E= V,r= ;当电压传感器的示数为1.6 V时电源的输出功率为 W.,答案:(2)2.0 0.8 0.8,(3)实验测得的数据如图(c)所示,则实验中选用的滑动变阻器最合理的阻值范围为 . A.05 B.020 C.050 D.0200 ,答案:(3)C,考向三 电学实验的创
16、新考查 (实验电路的设计、传感器或新型器材的应用等),【典例3】 (2018陕西模拟)材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻现象”,利用这种效应可以测量压力大小,若图(甲)为某压敏电阻在室温下的电阻压力特性曲线,其中RF,R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值,为了测量压力F,需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值RF,请按要求完成下列实验.,(1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路,在图(乙)的虚线框内画出实验电路原理图(压敏电阻及所给压力已给出,待测压力大小约为0.4 102 N,0.8102 N,不考虑压力对电路其他部分的影响).要求误差较小.提供的器材如下: A.压敏电
17、阻,无压力时阻值R0=6 000 B.滑动变阻器R,全电阻约200 C.电流表A,量程2.5 mA,内阻约30 D.电压表V,量程3 V,内阻约3 k E.直流电源E,电动势3 V,内阻很小 F.开关S,导线若干,解析:(1)由于滑动变阻器总电阻较小,远小于待测电阻,因此滑动变阻器应采用分压接法;同时因待测电阻较大,故应采用电流表内接法. 答案:(1)如图所示,(2)正确连线后,将压敏电阻置于待测压力下,通过压敏电阻的电流是1.33 mA,电压表的示数如图(丙)所示,则电压表的读数为 V. (3)此时压敏电阻的阻值为 ;结合图(甲)可知待测压力的大小F=N.(计算结果均保留两位有效数字),解析
18、:(2)电压表量程为3 V,最小分度为0.1 V,则读数为2.00 V;答案:(2)2.00 (3)1.5103 60,规律总结,解答电学创新实验题的“2个注意、3种方法” 1.对于电学实验的创新,应注意的2个问题 (1)在解决设计型实验时,要注意条件的充分利用,如对于给定确切阻值的电压表和电流表,电压表可当作电流表使用,电流表也可当作电压表使用,利用这一特点,可以拓展伏安法测电阻的方法,如伏伏法、安安法等. (2)对一些特殊电阻的测量,如电流表或电压表内阻的测量,电路设计有其特殊性,即首先要注意到其自身内阻对电路的影响.其次要充分利用其“表”的功能,因此在测电压表内阻时无需另并联电压表,测电
19、流表内阻时无需再串联电流表.再次充分利用电表的角色转换:电流表已知内阻RA时可当电压表用,即UA=IRA;而电压表已知内阻RV时,可当电流表用,即IV= .,2.解决电学设计型实验常用的3种方法 (1)转换法:将不易测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量,然后再反求待测物理量的值,这种方法叫转换测量法(简称转换法).如在测量金属丝电阻率的实验中,虽然无法直接测量电阻率,但可通过测量金属丝的长度和直径,并将金属丝接入电路测出其电阻,然后再计算出它的电阻率. (2)替代法:用一个标准的已知量替代被测量,通过调整标准量,使整个测量系统恢复到替代前的状态,则被测量等于标准量. (3)控制
20、变量法:研究一个物理量与其他几个物理量的关系时,要使其中的一个或几个物理量不变,分别研究这个物理量与其他各物理量的关系,然后再归纳总结,如探究电阻的决定因素实验.,【预测练5】 (2018四川攀枝花三诊)某课外兴趣小组为了消除“伏安法测电阻”实验中电流表内阻、电压表内阻对实验结果的影响,设计了如图(甲)所示的电路进行测量,实验的主要步骤是 将R2的滑动头调到最左端,单刀双掷开关S2向1闭合,闭合开关S1,调节滑动变阻器R1和R2,使电压表和电流表的示数尽量大些(不超过量程),读出此时电压表和电流表的示数U1,I1. 保持两滑动变阻器的滑动头位置不变,将单刀双掷开关S2向2闭合,读出此时电压表和
21、电流表的示数U2,I2. 请回答下列问题 (1)步骤中两电表示数如图(乙)所示,电流表读数为 A,电压表读数为 V. (2)步骤电流表读数为0.40 A,电压表读数为1.20 V,电阻Rx= (保留二位有效数字).,解析:(1)由图(乙)所示电流表可知,其量程为0.6 A,分度值为0.02 A,示数为0.42 A, 由图(乙)所示电压表可知,其量程为3 V,分度值为0.1 V,示数为2.60 V;答案:(1)0.42 2.60 (2)3.2,【预测练6】 (2018河南开封三模)某同学要把电压表改装成可直接测量压力的仪表,设计的电路如图1所示.实验器材如下:待改装电压表(量程03 V,可视为理想电压表),定值电阻R0,压敏电阻Rx,电源(4 V,内阻不计),开关S,导线若干.选用的压敏电阻阻值Rx随压力F变化的规律如图2.,(1)实验中随着压力F的增大,电压表的示数 .(填“变大”“不变”或“变小”),答案:(1)变大,(2)为使改装后仪表的量程为0160 N,且压力160 N对应电压表3 V刻度,则定值电阻阻值R0= ,压力0 N对应电压表 V刻度.,答案:(2)150 1.5,(3)他发现这样改装后的仪表压力刻度分布不均匀,想进一步把图2中的压力刻度改成均匀分布,应选用另一压敏电阻,其阻值Rx与压力F变化关系式为 .,
