备战2019年高考物理高频考点解密专题15电学实验教学案.doc
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1、1专题 15 电学实验核心考点 考纲要求实验八:测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)实验九:描绘小电珠的伏安特性曲线实验十:测定电源的电动势和内阻实验十一:练习使用多用电表实验十二:传感器的简单使用1 要 求 会 正 确 使 用 的 仪 器 主 要 有 :游 标 卡 尺 、 螺 旋 测 微 器 、 电 流 表 、 电压 表 、 多 用 电 表 、 滑 动 变 阻 器 、 电 阻箱 等2要求认识误差问题在实验中的重要2考点 1 测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)1基本实验要求(1)实验原理根据电阻定律公式知道只要测量出金属丝的长度和它的直径 d,计算出横截面积 S,并用伏安法测出电
2、阻 Rx,即可计算出金属丝的电阻率。(2)实验器材被测金属丝,直流电源(4 V),电流表(00.6 A),电压表(03 V),滑动变阻器(50 ),开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺。(3)实验步骤用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值 d。接好用伏安法测电阻的实验电路。用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量三次,求出其平均值 l。把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置。改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数 I 和 U 的值,填入记录表格内。将测得的 Rx、 l、 d 值,代入公式 中,计算出金属丝的电
3、阻率。(4)电流表、电压表测电阻两种方法的比较电流表内接法 电流表外接法电路图误差原因 电流表分压 U 测 =Ux UA 电压表分流 I 测 =Ix IV电阻测量值 测测测 IR=Rx RARx测量值大于真实值时,用电流表内接法。实验试探法:按图接好电路,让电压表一根接线柱 P 先后与 a、 b 处接触一下,如果电压表的示数有较大变化,而电流表示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表示数有较大的变化,而电压表示数变化不大,则可采用电流表内接法。(2)注意事项先测直径,再连电路:为了方便,测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。电流表外接法:本实验中被测金属丝的阻值较小,故采用电流表外接法。
4、电 流 控 制 : 电 流 不 宜 过 大 , 通 电 时 间 不 宜 过 长 , 以 免 金 属 丝 温 度 过 高 , 导 致 电 阻 率 在 实 验 过 程 中 变大 。(3)误差分析若为内接法,电流表分压。若为外接法,电压表分流。长度和直径的测量。3仪器选择的基本思路(1)优先考虑安全因素各电表的实际读数不能超过其量程,电阻类元件中的实际电流(或电压)不能超过其允许的最大电流(或电压)。实际处理过程中,需要估算回路中的最大电流(一般假设滑动变阻器采用限流式接法时进行估算)。如:用伏安法作出标有“6 V,0.6 W”字样的小灯泡的 UI 图象,而实际加在小灯泡两端的电压的最大值不能超过
5、6 V。(2)考虑读数误差因素4一般要求各电表的实际读数不小于其量程的 31,以减小读数误差。(3)仪器选择的一般步骤A首先选择唯一性的器材;B粗画电路图(暂不接电流表和电压表);C估算回路中电流和电压的最大值,在电表的指针有较大幅度偏转但不超过其量程的情况下,结合已知器材的规格,确定实验电路和实验器材。4电阻测量方法荟萃(1)伏安法:电路图外 接 法 :内 接 法 :特点:大内小外(内接法测量值偏大,测大电阻应用内接法测量)(2)安安法若电流表内阻已知,则可将其当做电流表、电压表以及定值电阻来使用。如图甲所示,当两电表所能测得的最大电压接近时,如果已知 的内阻 R1,则可测得 的内阻 R2=
6、12IR。如图乙所示,当两电表的满偏电压 UA2UA1时, 串联一定值电阻 R0后,同样可测得 的电阻 R2=102()I。(3)伏伏法若电压表内阻已知,则可将其当做电流表、电压表和定值电阻来使用。如图甲所示,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= 1UR1。如图乙所示,两电表的满偏电流 IV1IV2时, 并联一定值电阻 R0后,同样可得 的内阻 R2=210UR。5(4)比较法测电阻如图所示,测得电阻箱 R1的阻值及 表、 表的示数 I1、 I2,可得 Rx=21I。如果考虑电表内阻的影响,则 I1(Rx RA1)=I2(R1 RA2)。(5)半偏法测电流表内
7、阻电路图如图所示步骤: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 2;由上可得 RA=R。特别提醒:当 R0RA时,测量误差小,此方法比较适合测小阻值的电流表的内阻,且阻值的测量值偏小;电源电动势应选大些的,这样 表满偏时 R0才足够大,闭合 S2时总电流变化才足够小,误差才小。( 2018辽 宁 省 庄 河 市 高 级 中 学 ) 某 同 学 要 测 量 一 个 由 均 匀 新 材 料 制 成 的 圆 柱 体 的 电 阻 率 。 步骤 如 下 :( 1) 游 标 卡 尺 测 量 其 长 度 如 图 甲 所 示 , 可 知 其 长
8、 度 为 _ ;( 2) 用 螺 旋 测 微 器 测 量 其 直 径 如 图 乙 所 示 , 可 知 其 直 径 为 _ ;6( 3) 选 用 多 用 电 表 “ 1”挡 , 按 正 确 的 操 作 步 骤 此 圆 柱 体 的 电 阻 , 表 盘 的 示 数 如 图 所 示 。( 4) 为 更 精 确 地 测 量 其 电 阻 , 可 供 选 择 的 器 材 如 下 :电 流 表 1A( 量 程 30m, 内 阻 约 为 2) ;电 流 表 2( 量 程 5, 内 阻 约 为 10) ;电 压 表 1V( 量 程 , 内 阻 r) ;电 压 表 2( 量 程 , 内 阻 约 为 3) ;定 值
9、电 阻 ;滑 动 变 阻 器 ( 最 大 阻 值 5) ;滑 动 变 阻 器 ( 最 大 阻 值 10) ;电 源 ( 电 动 势 约 为 4V, 内 阻 r约 为 ) ;开 关 , 导 线 若 干 。为 了 使 测 量 尽 量 准 确 , 测 量 时 电 表 读 数 不 得 小 于 其 量 程 的13, 电 压 表 应 选 _, 电 流 表 应选 _。 ( 均 填 器 材 代 号 )( 5) 根 据 你 选 择 的 器 材 , 请 在 线 框 内 画 出 实 验 电 路 图 。 ( 需 标 注 器 材 代 号 )7【参考答案】(1)50.15 (2)4.700( ) (4) 1V 2A (5
10、)如图所示【试题解析】(1)游标卡尺的固定刻度读数为 50 mm,游标尺上第 3 个刻度游标读数为 0.053 m=0.15 mm,所以最终读数为:50 mm+0.15 mm=50.15 mm;(2)螺旋测微器的固定刻度读数为 4.5 mm,可动刻度读数为 0.0120.0 mm=0.200 mm,所以最终读数为:4.5 mm+0.200 mm=4.700 mm。(3)该电阻的阻值约为 221 =22 ;(4)电源电动势为 4 V,测量时电表读数不得小于其量程的13,故电压表应选 V1,且串联定值电阻R0扩大量程;电流表的最大电流约为 2 V/32 =62 mA,故电流表应选 A2;(5)由于
11、电压表与定值电阻串联后阻值为 2 000 欧姆,电流表内阻为 10 欧姆,待测电阻约为 22 欧姆,故采用电流表外接法;滑动变阻器采用 R2,调节不方便;采用 R1,因阻值较小,应采用分压电路,故电路图如图:1测金属电阻率的实验:8(1)测长度时,金属丝的起点、终点位置如图 a 所示,则长度为_cm;(2)用螺旋测微器测金属丝的直径,示数如图 b 所示,则直径为_mm;(3)用多用电表“1”挡估测其电阻,示数如图 c 所示,则阻值为_;(4)在图 d 中完成实物连线(滑动变阻器要求接限流式);(5)闭合开关前应将滑动变阻器的滑片 P 移至最_(选填“左”或“右”)端。【 答 案 】 ( 1)
12、60.50( 60.4860.51) ( 2) 1.980( 1.9791.981) ( 3) 5 ( 4) 连 图 如 图所 示 ( 5) 左(4)连图如图所示。9(5)闭合开关前应将滑动变阻器的滑片 P 移至阻值最大处,由连接图可知应该移到最左端。考点 2 描绘小电珠的伏安特性曲线1基本实验要求(1)实验原理测多组小灯泡的 U、 I,并绘出 IU 图象;由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系。(2)实验器材小灯泡“3.8 V,0.3 A”、电压表“03 V15 V”、电流表“00.6 A3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔。(3)实验步骤画出电路图(如图所示)。将小
13、灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图所示电路。测量与记录移动滑动变阻器滑片的位置,测出 12 组左右不同的电压值 U 和电流值 I,并将测量数据填入自己设计的表格中。数据处理A在坐标纸上以 U 为横轴, I 为纵轴,建立直角坐标系。B在坐标纸上描出各组数据所对应的点。C将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线。10(4)实验器材选取原则:安全;精确;操作方便。具体要求A电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流。干电池中的电流一般不允许超过 0.6 A。B用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流。C电压表或电流表的量程不能小于被
14、测电压或电流的最大值。D电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的 13以上。E从便于操作来考虑,限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器,分压式接法要选用小阻值滑动变阻器。2规律方法总结(1)滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较两种接法的电路图负载 R 上电压的调节范围 0RE U E0 U E负载 R 上电流的调节范围 0 I 0 I R(2)两种接法的适用条件限流式接法适合测量阻值较小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)。分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)。(3)注意事项电流表外接法:本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小,因此测量
15、电路必须采用电流表外接法。滑动变阻器应采用分压式接法:本实验要作出 UI 图象,要求测出多组包括零在内的电流、电压值,故控制电路必须采用分压式接法。保护元件安全:为保护元件不被烧毁,开关闭合前滑动变阻器的滑片应位于最大电阻处,加在小灯泡两端的电压不要超过其额定电压。(4)误差分析由于电压表不是理想电表,内阻并非无穷大,对电路的影响会带来误差,电流表外接,由于电压表的分流,使测得的电流值大于真实值。测量时读数带来误差。在坐标纸上描点、作图带来误差。(5)实物连线的原则11先串后并,接线到柱,注意量程和正负。对限流电路,用笔画线代替导线,从电源正极开始,把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”四部分依
16、次串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程,滑动变阻器应调到阻值最大处)。对分压电路,应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来,然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头,比较该接头和滑动触头两点的电势高低,根据“伏安法”部分电表正负接线柱的情况,将“伏安法”部分接入该两点间。(2018山东省济南市长清区)有一个小灯泡上标有“ 3V0.2A”字样,现要测量该灯泡的伏安特性曲线,有下列器材可供选用:A电压表( 03V,内阻 )B电压表( ,内阻 )C电流表( ,内阻 )D电流表( ,内阻 )E滑动变阻器( )F滑动变阻器( )G直流电源( ,内阻不计),另有开关一个、导线若
17、干。(1)实验中电压表应选_,电流表应选_,滑动变阻器应选_。(只填器材的字母代号)(2)在答题卡的虚线框中画出实验电路图,要求电流、电压能从零开始变化。【参考答案】(1)A C E (2)如图所示【试题解析】(1)根据小灯泡的规格“3 V,0.2 A”可知,电压表应选 A,电流表应选 C,由于测定小灯泡伏安特性曲线实验要求电流从零调,变阻器应采用分压式接法,应选择阻值小的变阻器 E 以方便调节;12(2)小灯泡的电阻较小,满足VxAR,所以电流表应用外接法,又变阻器采用分压式接法,电路图如图所示。1在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中,所用器材有:小电珠 L(2.5 V,0.6 W)、滑动变
18、阻器 R、多用电表、电流表 A、干电池组 E、开关 S、导线若干。(1)粗测小电珠的电阻,应选择多用电表 倍率(选填“1”、“10”或“100”)的电阻挡;调零后,将两根表笔分别与小电珠灯座的两接线柱相连接,若观察到多用电表示数如右图 1 所示,则粗测结果应为 。(2)实验中使用多用电表测量小电珠的电压,请根据图 2 所示的实验电路完成图 3 中的实物连线。(3)开关 S 闭合前,应将滑动变阻器的滑片 P 置于 端;开关 S 闭合后,若滑片 P 位于 R 的中点处,为了使小电珠的亮度增加,应将滑片 P 缓慢地向 端移动。(以上两空均选填“ a”或“b”)(4)下表为实验过程中小电珠两端的电压
19、U 等间隔变化测得的数据,为了能获得更精确的伏安特性曲线,必须在相邻数据点 和 之间适当地多测几组数据。 数据点 U/V 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50I/A 0.000 0.122 0.156 0.185 0.216 0.244【答案】(1)“1” 7.5 (2)实物连线如图所示 (3) a b (4)和13考 点 3 测 定 电 源 的 电 动 势 和 内 阻1基本实验要求(1)实验原理闭合电路的欧姆定律。 E 和 r 的求解:由 U=EIr 得 ,解得 E、 r。用作图法处理数据,如图所示。A图线与纵轴交点为 E;14B图线与横轴交点为 I 短 = rE;C图
20、线的斜率表示 r=U(2)实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。(3)基本操作连接电路。电流表用 0.6 A 的量程,电压表用 3 V 的量程;把滑动变阻器的滑片调到最大阻值处;闭合开关,调节变阻器,使表有明显的示数,记下一组数据,同理记录多组数据。2规律方法总结(1)实验数据求 E、 r 的处理方法列多个方程组求解,再求 E、 r 的平均值。图象法处理:以端电压 U 为纵轴,干路电流 I 为横轴,建系、描点、连线,纵轴截距为电动势 E,直线斜率 k 的绝对值为内阻 r。(2)注意事项为了使端电压变化明显,可使用内阻较大的旧电池。电流不要过大,应小于 0.5 A
21、,读数要快。要测出不少于 6 组的( U, I)数据,变化范围要大些。若 UI 图线纵轴刻度不从零开始,则图线和横轴的交点不再是短路电流,应根据 r= IU确定。电流表要内接(因为 r 很小)。(3)误差来源偶然误差:用图象法求 E 和 r 时作图不准确。系统误差:电压表分流或电流表分压。3实物图连接的技巧实物图连接是一类考查学生实验技能和操作能力较为有效的题型,连线前一定要画出实验电路图,然后按图连线,且必须注意以下几点:(1)连线不能交叉;(2)必须把线接在接线柱上;(3)电流应从电表正接线柱流入,从负接线柱流出;(4)变阻器应处在有效控制状态。在实际操作中,画电路图时,各元件的相对位置应
22、尽量与实物图相吻合;连实物图时,应先串后并,先连控制电路后连测量电路。要特别注意变阻器的分压连接,把变阻器的全电阻、开关、电源连成干路,取变阻器的部分电阻与测15量电路并联即可。4测定电源电动势和内阻的其他方法电源的电动势和内阻测量方法一般为伏安法,另外还有以下几种方法:(1)安阻法:用一个电流表和电阻箱测量,电路如图甲所示,测量原理为: E=I1( R1 r),E=I2( R2 r),由此可求出 E 和 r,此种方法使测得的电动势无偏差,但内阻偏大。(2)伏阻法:用一个电压表和电阻箱测量,电路如图乙所示,测量原理为:E=U1 Rr, E=U2 r,由此可求出 r 和 E,此种方法测得的电动势
23、和内阻均偏小。(3)粗测法:用一只电压表粗测电动势,直接将电压表接在电源两端,所测值近似认为是电源电动势,此时 U=V E,需满足 RVr。(4)双伏法:用两个电压表可测得电源的电动势,电路如图所示。测量方法为:断开 S,测得 V1、V 2的 示 数 分 别 为 U1、 U2。 此 时 , E=U1 U21Vr, RV为 V1的 内 阻 ; 再 闭 合 S, V1的 示 数 为 U1 , 此 时 E=U1 1VRr,解方程组可求得 E 和 r。(2018北京市第十二中)某同学做“用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻”实验,可供选择的实验器材如下:A1 节干电池B电流表,量程 00.6 A,0
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