高考物理备考 艺体生百日突围系列 专题17 电磁学实验(含解析)-人教版高三全册物理试题.doc
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1、专题17 电磁学实验第一部分 名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现,试题在考查主干知识的同时,注重考查必修中的基本概念和基本规律。考纲要求1、掌握电流表、电压表和多用表的使用方法及电流表、电压表和多用表的读数方法;掌握多用表的使用方法。2、掌握滑动变阻器的使用方法及连接方法,会用伏安法测电阻。3、能明确实验目的,能理解实验原理和方法,能控制实验条件,会使用仪器,会观察、分析实验现象,会记录、处理实验数据,并得出结论。命题规律1、与电阻测量有关的电学实验仍是2015年高考命题的热点,同进伴随对基本仪器的读数能力的考查。2、命题形式可能为填空、选择性填空、电路图或实物连线、图象图表分析等。3、
2、重视对实验操作能力的考查;实验器材的选择,包括滑动变阻器、电阻箱、电表量程的选择。第二部分知识背一背(1)电学测量仪器的使用与读数仪器极性量程选择读数电流表有正、负极的电表,电流由电表的正极流入,负极流出使指针指示比满偏刻度的多的位置3 V和3 A量程估读到最小分度的;15 V 量程估读到最小分度的;0.6 A量程应估读到最小分度的电压表欧姆表使指针尽量指在表盘中间位置取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率(2)多用电表使用“四注意”:极性:从电表外部看,电流应从红表笔(“+”极)流入电表,从黑表笔(“-”极)流出电表。功能:利用多用电表测电压和电流时,选择开关对应的是电表的量程;而测电阻时,选择
3、开关对应的是倍率。调零:测量电阻时,要进行两次调零:机械调零和欧姆调零。“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置。调整的是表盘下边中间的定位螺丝;“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,调整的是欧姆调零旋钮。保护:测电阻时,应把被测电阻从电路中拆下测量;多用电表长期不用时,必须取出表内的电池。(3)控制电路(滑动变阻器的接法)的比较与选择控制电路的比较比较项目限流式接法分压式接法电路电压调节的范围EE0E电能损耗节能耗能电路连接简便复杂控制电路的选择:优先选用限流式以下情况考虑分压式:(1)要求待测电路的U、I从0变化;(2)R滑Rx;(3)选用限流式时,Ux、Ix过大(超过电表量程,烧坏
4、电表、电源或用电器等)或Ux、Ix过小(最大值不超过电表满量程的,读数误差大).(4)伏安测电阻实验中电流表的内、外接法比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差原因由于电流表内阻的分压作用,电压表测量值偏大由于电压表内阻的分流作用,电流表测量值偏大比较项目电流表内接法电流表外接法测量结果电阻的测量值大于真实值电阻的测量值小于真实值适用条件RxRA,大电阻RxRV,小电阻特别提醒:在RV、RA均不知的情况下,可采用试触法.如下图所示,分别将a端与b、c接触,如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显,说明电压表分流作用大,应采用内接法;如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显,说明电流表分压作
5、用 大,应采用外接法.(5)选择实验仪器的三大原则安全性原则:要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器,使实验切实可行,能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程,电阻类器件的电流不能超过允许通过的最大电流等。精确性原则:根据实验的需要,选用精度合适的测量工具,但对某个实验来讲,精确程度达到要求即可,并不是精度越高越好。方便性原则:在不违反前两个原则的前提下,尽量使测量电路简单好接,测量中的调节控制操作方便。(a)用分压式接法时,滑动变阻器应该选用阻值较小的,而额定电流较大的。(b)用限流式接法时,滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的,额定电流应大于被测电阻的额定电流第三部分 技能+方法一
6、、多用电表测电阻使用“五步”法选档:选倍率,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;调零:进行欧姆调零;测量:将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量;读数:将指针示数乘以倍率,得测量值;整理:测量结束后,将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。特别注意:用欧姆挡测电阻时,如果指针偏转角度太小(即指针所指的欧姆刻度值太大),应该适当增大倍率重新调零后再测量;如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太小),应该适当减小倍率重新调零后再测量。二、控制电路的设计技巧 滑动变阻器控制电路的方式有分压式和限流式两种,下列几种情况必须选用分压式接法: (a)要求被控
7、制电路的电流(或电压)从零开始可连续调节时(如:测绘导体的伏安特性曲线等实验); (b)被控制电路的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0时; (c)实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时; (d)若采用限流式接法,电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过电表或电器的额定值时 若测量电路电流或电压没有要求从零开始连续调节,只是小范围内测量,且被控制电路的电阻RL与滑动变阻器的最大值R0接近或RL略小于R0,则应该采用限流式接法测定电源的电动势和内阻实验必须采用限流式接法三、电学仪器的选择:电源的选择:一般可以根据待测电路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
8、源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表;根据待测电流的最大电流选择电流表;选择的电表的量程应使电表的指针偏转的幅度较大,一般应使指针能达到半偏以上,以减小读数的偶然误差,提高精确度四、实物图连接注意一般先从电源正极开始,须看电流的方向,将干路元件依次连线;最后并接电压表;连线时要注意电表的正、负接线柱,要使电流从正接线柱流入,负接线柱流出.五、器材选择的一般步骤是:找出唯一性的器材;草画电路图(暂不把电表接入);估算最大值(在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值);考虑能否都使电表达到满偏的1/3以上,且不超过电表的量程【例1】图1是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图
9、。(1)根据图1画出实验电路图.(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图2中的所示,电流表量程为0.6A,电压表量程为3V。所示读数为:_。两组数据得到的电阻分别为_和_。【答案】(1)如图(2)0.10A、0.24A、2.0V、0.27V。和,如填为和也行【思维提升】做此类实验,一定要注意实验原理,根据实验要求,选择合适的器材,在读取电表数据时,一定要注意选取的量程,和分度值,【例2】某研究性学习小组欲较准确地测量一电池组的电动势及其内阻,给定的器材如下:A电流表G(满偏电流,内阻)B电流表A(,内阻未知)C滑动变阻器(,)D定值电阻R(阻值)E多用电表F开关与导线若干(1)某
10、同学首先用多用电表的直流挡粗略测量电池组的电动势,电表指针如右图所示,则该电表读数为V。(2分)(2)该同学再用提供的其他实验器材,设计了如下图甲所示的电路,请你按照电路图在图乙上完成实物连线(2分)(3)图丙为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的图线(为电流表G的示数,为电流表A的示数),则由图线可以得到被测电池组的电动势E=V,内阻r=(每空2分)【答案】(1)7.2;(2)如图所示;(3)7.5;5.0(3)电流表和定值电阻组成了一个量程为的电压表,由可得,图象与纵轴的交点为电源的电动势,由图可知,电动势;图象的斜率表示电源的内阻,内阻。【思维提升】本题考查测量电动势和内电阻
11、的实验,要注意明确图象的应用,首先根据电压表的量程可明确对应的读数;其次根据已知原理图,根据原理图先连出其中一个支路,再去连接另一支路,注意导线不能交叉;最后根据图象与纵坐标的截距表示电源的电动势;图象的斜率表示电源的内阻。【例3】测一个阻值约为25k的电阻,备有下列器材:A电流表(量程100A,内阻2k)B电流表(量程500A,内阻300)C电压表(量程10V,内阻100k)D电压表(量程50V,内阻500k)E直流稳压电源(电动势15V,允许最大电流1A)F滑动变阻器(最大电阻1k,额定功率1W)G导线若干(1)电流表应选,电压表应选。(2)画出测量Rx的原理图。【答案】(1)B,C(2)
12、测量电路如图所示。【思维提升】本题(1)的关键是首先根据电源电动势的大小来选择电压表的量程,再根据欧姆定律求出通过待测电阻的最大电流来选择电流表的量程;题(2)的关键是明确滑动变阻器的全电阻远小于待测电阻阻值时,变阻器应用分压式接法;当电流表内阻为已知时,电流表应用内接法。【例4】某同学通过实验描绘一个标有“3V,0.6W”小灯泡的伏安特性曲线,现有电源(电动势6V,内阻不计)、电流表(0-500A,内阻1000)、定值电阻R、开关和导线若干,其他可供选用的器材如下:A、电流表(0250mA,内阻约5)B、电流表(00.6A,内阻约为0.2)C、滑动变阻器(010,额定电流1.0A)D、滑动变
13、阻器(050,额定电流0.2A)(1)为了测定小灯泡上的电压,可以将电流表串联定值电阻的阻值R=_,将其改装成一个量程为3.0V的电压表(2)为减小测量误差并便于操作,实验中电流表应选用_,滑动变阻器应选用_(选填器材前的字母)(3)如图甲是实验器材的实物图,图中已连接了部分导线,请补充完成图甲中实物间的连线,(4)某同学在实验中测出9组对应的数据,已在图乙坐标中描出相应的点,请在图中作出小灯泡的伏安特性曲线,如果将这个小灯泡接到电动势为3.0V,内阻为5.0的电源两端,小灯泡消耗的功率是_W(结果保留两位有效数字)【答案】(1)(2)A、C(3)如图所示(4)如图所示,0.36W(4)伏安特
14、性曲线如图所示。在同一坐标系内作出电源的U-I图象;两图象的交点坐标值是该电源给灯泡供电时灯泡两端电压与通过灯泡的电流,由交点可知,U=2.0V,I=0.18A,故【思维提升】应明确:当实验要求电流从零调或变阻器的全电阻远小于待测电阻时变阻器应采用分压式接法,应选择阻值小的变阻器以方便调节;当待测电阻满足时,电流表应用外接法,满足时,电流表应用内接法;表示电阻和电源的I-U图线的交点表示通过电阻的电流和电阻两端电压【例5】小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大。某同学为研究这一现象,用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压)。实验时用到的器材有:电压表、电流表、滑动变阻器(变化范围
15、010)、电源、小灯泡、电键、导线若干。I/A0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U/V0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00(1)在下面虚线框中画出实验电路图。要求尽量减少实验误差。(2)在下面方格图中画出小灯泡的UI曲线。【答案】(1)见图(2)见右图【思维提升】本题考查了作实验电路图、作灯泡的伏安特性曲线,根据题意确定滑动变阻器与电流表的接法是正确作出实验电路图的关键,要掌握描点法作图的方法【例6】某物理学习小组的同学在研究性学习过程中,用伏安法研究某电子元件(6V,2.5W)的伏安特性曲线,要求多次测
16、量并尽可能减小实验误差,备有下列器材A、直流电源(6V,内阻不计)B、电流表G(满偏电流3mA,内阻10)C、电流表A(00.6A,内阻未知)D、滑动变阻器R(020,5A)E、滑动变阻器(0200,1A)F、定值电阻(阻值为1990)G、开关与导线若干(1)根据题目提供的实验器材,请你设计测量电子元件伏安特性曲线的电路原理图(可用“”表示)(请画在方框内)(2)在实验中,为了操作方便且能够准确地进行测量,滑动变阻器应选用_(温馨提示:填写器材前面的字母序号)(3)将上述电子元件和另一个电子元件接入如图所示的电路甲中,他们的伏安特性曲线分别如图乙中oa、ab所示,电源的电动势E=7.0V,内阻
17、忽略不计,调节滑动变阻器,使电子元件和消耗的电功率恰好相等,则此时电子元件的阻值为_,接入电路的阻值为_(结果保留两位有效数字)【答案】(1)如图所示(2)D(3)10、8【解析】【思维提升】应明确:当实验要求电流从零调或变阻器的全电阻远小于待测电阻时变阻器应采用分压式接法,应选择阻值小的变阻器以方便调节;当待测电阻满足时,电流表应用外接法,满足时,电流表应用内接法【例7】在实验室测量两个直流电源的电动势和内电阻,电源甲的电动势大约为4.5V,内阻大约为;电源乙的电动势大约为1.5V,内阻大约为。由于实验室条件有限,除了导线、开关外,实验室还能提供如下器材:A量程为3V的电压表 B量程为0.6
18、A的电流表C量程为3A的电流表 D阻值为4.0的定值电阻E阻值为100的定值电阻 F最大阻值为10的滑动变阻器G最大阻值为100的滑动变阻器(1)选择电压表、电流表、定值电阻、滑动变阻器等器材,采用图甲所示电路测量电源甲的电动势和内电阻。在数据处理过程中,分别以电流表的示数I和电压表的示数U为横坐标和纵坐标,经过计算机拟合得到如图乙所示的图像,U和I的单位分别为V和A,拟合公式为;根据上述实验结果,请你判断,在实验中定值电阻选择是(填D或者E);电流表选择的是(填B或者C);滑动变阻箱选择的是(填F或者G)。(2)为了简便快捷地测量电源乙的电动势和内电阻,选择电压表、定值电阻等器材,采用如图丙
19、所示电路。定值电阻应选择(填D或者E)。实验中,首先将闭合,断开,电压表示数为;然后将、均闭合,电压表示数为,则电源乙电动势E=V;内阻(该空结果保留2位有效数字)。【答案】(1)D、B、F;(2)D;1.48;0.81电源内阻为:;【思维提升】本题考查了实验器材的选择,实验数据处理,要正确实验器材的选取原则,理解实验原理是正确解题的关键,同时根据安全性原则、准确性原则、与方便操作性原则选择实验器材;电路断路时的路端电压是电源电动势,短路电阻为电源内阻,根据表达式求出电动势与内阻。【例8】同学们知道,将两个金属电极插入任何一个水果中就可以做成一个水果电池,但日常生活中我们很少用“水果电池”,这
20、是为什么呢?某学习小组的同学准备就此问题进行探究。(1)同学们通过查阅资料知道将锌、铜两电极插入水果中,电动势大约会有1V多一点。晓宇同学找来了一个土豆做实验,当用量程为03V、内阻约50k的电压表测其两极时读数为0.96V。但当他将四个这样的水果电池串起来给标称值为“3V,0.5A”的小灯泡供电时,灯泡并不发光。检查灯泡、线路均没有故障,而用电压表测量其电压确实能达到3V多。据您猜想,出现这种现象的原因应当是:(不要求写分析、推导过程)。 (2)晓宇同学用欧姆表直接测“土豆电池”的两极,读得此时的读数为30. 小丽同学用灵敏电流表直接接“土豆电池”的两极,测得电流为0.32mA,根据前面用电
21、压表测得的0.96V电压,由闭合电路欧姆定律得:.因而晓宇同学说土豆的内阻为30,而小丽同学则说是3k。请你判断,用晓宇或小丽同学的方法测量“土豆电池”的内阻,结果是否准确,为什么?请分别说明理由。(3)若实验室除了导线和开关外,还有以下一些器材可供选择: A.电流表A1(量程为00.6A ,内阻为1)B. 灵敏电流表A2(量程为00.6mA ,内阻为800)C灵敏电流表A3(量程为0300A ,内阻未知)D.滑动变阻器R1(最大阻值约10)E.滑动变阻器R2(最大阻值约2k)F定值电阻(阻值2k)G.变阻箱(09999)为了能尽可能准确测定“土豆电池”的电动势和内阻, 实验中应选择的器材是(
22、填器材前的字母代号)。在方框中画出设计的电路图。【答案】(1)水果电池内阻太大(2)晓宇的方法不正确;小丽同学测量的误差也很大。(3)B、G(3)安阻法测电源电动势与内阻需要电阻箱与电流表,由题意可知,水果电池内阻很大,通过水果电池的最大电流较小,为保证安全并精确测量,电流表可选B,灵敏电流表A2(量程为00.6mA,内阻为800),因此实验器材可选:B、G安阻法测电源电动势与内阻的实验电路图如图所示【思维提升】在测电源电动势和内电阻这个实验里,涉及到电路的选择,仪器的选择,数据处理;根据给出的器材选用一个电流表和一个电阻箱,电流表选用量程符合测量要求的,滑动变阻器选用最大阻值与电池内阻相差不
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