新教材适用2024版高考物理二轮总复习第1部分核心主干复习专题专题7物理实验第18讲常考电学实验课件

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第18讲　常考电学实验
“科学探究”展示 一、重要实验的注意点1.欧姆表的使用注意点(1)若表头指针偏转过大，表示待测电阻较小，应当换低倍率的挡位；(2)若表头指针偏转过小，表示待测电阻很大，应当换高倍率的挡位。
3.测电源的电动势和内阻的三种常用方法
二、定值电阻的应用技巧
多用电表的原理及使用(1)多用电表的读数电流表、电压表的刻度是均匀的，读数时应注意量程；欧姆表的刻度是不均匀的，读数时应乘以倍率。(2)多用电表使用的几个注意事项①电流的流向：使用多用电表时不管测量电阻还是测量电流或电压，多用电表的红表笔都连内部电流表的正接线柱，黑表笔连负接线柱，电流都是从红表笔进黑表笔出。
题型1　电学基本器材的使用与读数
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。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欧姆调零后再测量；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欧姆调零后再测量。
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。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)欧姆表刻度不均匀的原因
(2023·广东广州一模)某同学为了制作一个简易台灯：先将电源、开关、小灯泡和滑动变阻器连成图甲所示的电路，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡达到合适亮度；然后用图乙所示的多用电表测量滑动变阻器接入电路的阻值，以便用定值电阻代替滑动变阻器完成制作。
(1)预估：根据滑动变阻器的最大阻值及滑片位置，估计接入电路的阻值约20 Ω；(2)选挡：将_____(选填“K”“S”或“T”)旋转到_______位置；(3)调零：将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，短接红黑表笔，旋转_____(选填“K”“S”或“T”)，使指针______________________；(4)测量：①_____________________________________________；②将黑表笔与滑动变阻器金属杆上的接线柱接触，红表笔与滑动变阻器的接线柱_____(选填“a”“b”“c”或“d”)接触。多用电表的指针位置如图丙，其读数为_______________________Ω。
对准欧姆“0”(零)刻度线
断开电路开关(或将滑动变阻器从电路中拆离)
18.0(17.8～18.2均可)
【解析】　(2)选挡：因电阻约为20 Ω，则将调零旋钮K旋转到×1位置。(3)调零：将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，短接红黑表笔，旋转T，使指针对准欧姆“0”(零)刻度线。(4)测量：①断开电路开关(或将滑动变阻器从电路中拆离)；②将黑表笔与滑动变阻器金属杆上的接线柱接触，红表笔与滑动变阻器的接线柱a接触。多用电表的指针位置如图丙，其读数为18.0 Ω。
(2022·湖南，12,9分)小梦同学自制了一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表，其内部结构如图所示，R0为调零电阻(最大阻值为R0m)，Rs、Rm、Rn为定值电阻(Rs＋R0(1)短接①②，将单刀双掷开关S与m接通，电流表G示数为Im；保持电阻R0滑片位置不变，将单刀双掷开关S与n接通，电流表G示数变为In，则Im_______(选填“大于”或“小于”)In。(2)将单刀双掷开关S与n接通，此时欧姆表的挡位为_______(选填“×1”或“×10”)。(3)若从“×1”挡位换成“×10”挡位，调整欧姆零点(欧姆零点在电流表G满偏刻度处)时，调零电阻R0的滑片应该_______(选填“向上”或“向下”)调节。
(2)S与n接通时，欧姆表内阻大，欧姆表的挡位倍率大，即为“×10”挡。(3)从“×1”挡位换为“×10”挡位，即开关S从m拨向n，电路总电阻增大，干路电流减小，①②短接时，为了使电流表满偏，则需要增大通过电流表所在支路的电流，所以需要将R0的滑片向上调节。
(4)设“×10”挡位时欧姆表内阻为R内，电流表满偏电流为Ig，电路简化结构如图
测电阻实验时仪表的选择及接法(1)仪表选择的三个主要原则：安全性(量程不能太小)、准确性(量程不能太大)、方便性(滑动变阻器要方便调节)。
题型2　以测电阻或电表内阻为核心的电学实验
(3)选择滑动变阻器接法的口诀：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：①要求电压从零开始变化；②滑动变阻器太小，不能起到限流的作用；③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。(4)电表有时可反常规使用：已知内阻的电压表可当电流表使用，已知内阻的电流表可当电压表使用。
(5)定值电阻的常见用途：保护电路、改装电压表或电流表。(6)电压表量程的选择：比电源电动势略大或相差不多。(7)电流表量程的选择：和电压表量程与被测电阻的比值相差不多。
〔真题研究1〕(2023·全国乙卷)一学生小组测量某金属丝(阻值约十几欧姆)的电阻率。现有实验器材：螺旋测微器、刻度尺、电源E、电压表(内阻非常大)、定值电阻R0(阻值10.0 Ω)、滑动变阻器R、待测金属丝、单刀双掷开关K、开关S、导线若干。图甲是学生设计的实验电路原理图。完成下列填空：(1)实验时，先将滑动变阻器R接入电路的电阻调至最大，闭合S。
(2)将K与1端相连，适当减小滑动变阻器R接入电路的电阻，此时电压表读数记为U1，然后将K与2端相连，此时电压表读数记为U2。由此得到流过待测金属丝的电流I＝________，金属丝的电阻r＝_________。(结果均用R0、U1、U2表示)(3)继续微调R，重复(2)的测量过程，得到多组测量数据，如下表所示：
(4)利用上述数据，得到金属丝的电阻r＝14.2 Ω。(5)用刻度尺测得金属丝长度l＝50.00 cm。用螺旋测微器测量金属丝不同位置的直径，某次测量的示数如图乙所示，该读数为d＝_________mm。多次测量后，得到直径的平均值恰与d相等。(6)由以上数据可得，待测金属丝所用材料的电阻率ρ＝_________×10－7 Ω·m。(保留2位有效数字)
〔真题研究2〕(2023·海南高考卷)用如图所示的电路测量一个量程为100 μA，内阻约为2 000 Ω的微安表头的内阻，所用电源的电动势约为12 V，有两个电阻箱可选，R1(0～9 999.9 Ω)，R2(0～99 999.9 Ω)
(1)RM应选_____，RN应选_____；(2)根据电路图，请把实物连线补充完整___________；
(3)下列操作顺序合理排列是_____________：①将变阻器滑动头P移至最左端，将RN调至最大值；②闭合开关S2，调节RM，使微安表半偏，并读出RM阻值；③断开S2，闭合S1，调节滑动头P至某位置再调节RN使表头满偏；④断开S1、S2，拆除导线，整理好器材。
(4)如图是RM调节后面板，则待测表头的内阻为_______________，该测量值_______(填“大于”“小于”“等于”)真实值。
(5)将该微安表改装成量程为2 V的电压表后，某次测量指针指在图示位置，则待测电压为___________V(保留3位有效数字)。(6)某次半偏法测量表头内阻的实验中，S2断开，电表满偏时读出RN值，在滑动头P不变，S2闭合后调节电阻箱RM，使电表半偏时读出RM，若认为OP间电压不变，则微安表内阻为________(用RM、RN表示)。
【解析】　(1)根据半偏法的测量原理可知，RM与R1相当，当闭合S2之后，变阻器上方的电流应基本不变，就需要RN较大，对下方分压电路影响甚微。故RM应选R1，RN应选R2。(2)根据电路图连接实物图有。
(3)根据半偏法的实验步骤应为①将变阻器滑动头P移至最左端，将RN调至最大值；③断开S2，闭合S1，调节滑动头P至某位置再调节RN使表头满偏；②闭合开关S2，调节RM，使微安表半偏，并读出RM阻值；④断开S1、S2，拆除导线，整理好器材。(4)根据RM调节后面板读数为1 998.0 Ω。当闭合S2后，原电路可看成如下电路
〔真题研究3〕(2023·湖北高考卷)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图(a)所示电路，所用器材如下：电压表(量程0～3 V，内阻很大)；电流表(量程0～0.6 A)；电阻箱(阻值0～999.9 Ω)；干电池一节、开关一个和导线若干。
题型3　以测电源电动势为核心的电学实验
(1)根据图(a)，完成图(b)中的实物图连线___________。(2)调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U－I图像如图(c)所示，则干电池的电动势为___________V(保留3位有效数字)、内阻为___________Ω(保留2位有效数字)。
(4)由于电压表内阻不是无穷大，本实验干电池内阻的测量值_______(填“偏大”或“偏小”)。
【解析】　(1)实物连线如图：
解得RA＝2.5 Ω。(4)由于电压表内阻不是无穷大，则实验测得的是电压表内阻与电源内阻的并联值，即实验中测得的电池内阻偏小。
〔对点训练〕(2023·吉林统考模拟)研究小组利用如图(a)所示电路测量某水果电池的电动势和内阻。电流表A1和A2量程均为200 μA，内阻相同。电阻箱R、R0和R1的最大阻值均为99 999 Ω。
(1)测量电流表的内阻。调节电阻箱R、R0的阻值均为2 000 Ω，闭合开关S1和S2，调节电阻箱R1使电流表A2的示数为零，电阻箱R1的阻值如图(b)所示，则电流表的内阻RA＝_________Ω。(2)保持S1闭合，断开S2。将电阻箱R0调到___________Ω，使R0与A2整体可视为量程为0.5 V的电压表。
(3)接着，保持电阻箱R0不变，改变电阻箱R的值，记录电流表A1和A2的值I1和I2，实验数据如表所示。根据表中数据绘制图像如图(c)所示，则水果电池的电动势E＝_____V，内阻r＝_________Ω。(计算结果保留一位有效数字)
【解析】　(1)根据题意可知，闭合开关S1和S2，当电流表A2的示数为零时，则A2两端的电势相等，由于电阻箱R、R0的阻值相等，可知两条支路的电流相等，则电流表A1的内阻RA与电阻箱R1的阻值相等，由图(b)可得RA＝900 Ω。
〔真题研究4〕(2023·湖南高考卷)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图甲所示，R1、R2、R3为电阻箱，RF为半导体薄膜压力传感器，C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。
题型4　电学创新实验
(1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值，示数如图乙所示，对应的读数是____________Ω。(2)适当调节R1、R2、R3，使电压传感器示数为0，此时，RF的阻值为__________(用R1、R2、R3表示)。(3)依次将0.5 g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小)，读出电压传感器示数U，所测数据如下表所示：
根据表中数据在图丙上描点，绘制U－m关系图线。
(4)完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0，电压传感器示数为200 mV，则F0大小是_______________N(重力加速度取9.8 m/s2，保留3位有效数字)。(5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量C、D间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1，此时非理想毫伏表读数为200 mV，则F1_____(选填“>”“＝”或“<”)F0。
【答案】　(3)见解析图。
【解析】　(1)由题图乙知，欧姆表表盘示数为10 Ω，所选挡位为“×100”挡，则对应的读数是10 Ω×100＝1 000 Ω。
(3)根据表格中的数据，描点作图，图线为一条过原点的直线。
〔真题研究5〕(2023·江苏高考卷)小明通过实验探究电压表内阻对测量结果的影响。所用器材有：干电池(电动势约1.5 V，内阻不计)2节；两量程电压表(量程0～3 V，内阻约3 kΩ；量程0～15 V，内阻约15 kΩ)1个；滑动变阻器(最大阻值50 Ω)1个；定值电阻(阻值50 Ω)21个；开关1个及导线若干。实验电路如图甲所示。
(1)电压表量程应选用____________(选填“0～3 V”或“0～15 V”)。(2)图乙为该实验的实物电路(右侧未拍全)。先将滑动变阻器的滑片置于如图所示的位置，然后用导线将电池盒上接线柱A与滑动变阻器的接线柱_____(选填“B”“C”或“D”)连接，再闭合开关，开始实验。
(3)将滑动变阻器滑片移动到合适位置后保持不变，依次测量电路中O与1,2，…，21之间的电压。某次测量时，电压表指针位置如图丙所示，其示数为___________V。根据测量数据作出电压U与被测电阻值R的关系图线，如图丁中实线所示。
(4)在图甲所示的电路中，若电源电动势为E，电压表视为理想电压表，滑动变阻器接入的阻值为R1，定值电阻的总阻值为R2，当被测电阻为R时，其两端的电压U＝__________(用E、R1、R2、R表示)，据此作出U－R理论图线如图丁中虚线所示。小明发现被测电阻较小或较大时，电压的实测值与理论值相差较小。(5)分析可知，当R较小时，U的实测值与理论值相差较小，是因为电压表的分流小，电压表内阻对测量结果影响较小。小明认为，当R较大时，U的实测值与理论值相差较小，也是因为相同的原因。你是否同意他的观点？请简要说明理由。_______________________
【解析】　(1)两节干电池，电源电动势为3.0 V，因此电压表量程选择0～3 V。(2)与滑动变阻器的接线柱D连接，开始时滑动变阻器接入电路的电阻最大，且滑动变阻器滑片向右滑动时，电阻减小，因此接线柱A与滑动变阻器的接线柱D连接。(3)电压表的读数为1.50 V。