2019-2020年高考物理總復習講義 第7章 加強1講 電學設計性實驗的處理.doc

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2019-2020年高考物理總復習講義 第7章 加強1講 電學設計性實驗的處理 一、明確實驗目的．審題時要看清題目要求測定什么物理量，驗證、探究什么物理規(guī)律，或者要求設計達到何種標準的電路． 二、測量電路的選擇 三、控制電路的選擇：控制電路即滑動變阻器在電路中的連接，常有兩種不同的形式，圖7－7－3甲為限流式，圖乙為分壓式． 甲　　　　　　　　乙 圖7－7－3 在具體實驗中，滑動變阻器是采用分壓式還是限流式，可按以下標準進行判斷： 1．負載電阻的阻值Rx遠大于滑動變阻器總電阻R，需用分壓式電路． 2．要求負載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調，需用分壓式電路． 3．負載電阻的阻值Rx小于滑動變阻器的總電阻R或相差不多，并且電壓、電流表示數(shù)變化不要求從零起調，可采用限流式． 4．兩種電路均可使用的情況下，應優(yōu)先采用限流式接法，因為限流式接法消耗的總功率較?。? 四、實驗器材的選擇 1．安全因素 通過電源、電表、電阻的電流不能超過允許的最大電流． 2．誤差因素 選擇電表時，保證電流和電壓均不超過其量程．使指針有較大偏轉(一般取滿偏度的～)；使用歐姆表選擋時讓指針盡可能在中值刻度附近． 3．便于操作 選滑動變阻器時，在滿足其他要求的前提下，可選阻值較小的． 4．實驗的實際要求． 　中國機器人農民發(fā)明家吳玉祿(被譽為中國的特斯拉)只有小學文化，為了給他的機器人吳老二找一個可充電電池．他在廢品站找到了一個像電池一樣有兩個電極的裝置，上面標有“TNT”字樣，他高興地拿回去充電，結果差點丟了性命．如果你是他的兒女，為了安全起見，你能給他提出一些建議或幫助嗎？ (1)經上網查找這是只工業(yè)電雷管，由電能轉化成熱能而引發(fā)爆炸的，利用了電流的熱效應．給你一個多用電表你會選擇________(直流電流、直流電壓、歐姆)擋來判斷它是否為電池，可保證既安全又方便． (2)經核實該電雷管全電阻阻值為6 Ω，其中電熱絲阻值為5 Ω，引腳線長2 m，阻值為1 Ω，當通以0.45 A電流時約6 s鐘爆炸，若吳玉祿用5.4 V的電壓給它充電時理論上約________s鐘爆炸． (3)某興趣小組發(fā)揚吳玉祿精神，用伏安法設計了一實驗精確測量上述單只電雷管電阻的電路，準備了以下實驗器材：待測電雷管Rx，炸藥桶(保護作用，防爆破) 電流表A1：量程0.5 A、內阻約0.5 Ω 電流表A2：量程30 mA，內阻約30 Ω 電壓表V1：量程30 V、內阻約10 kΩ 電壓表V2：量程2 V、內阻約3 kΩ 滑動變阻器R：0～10 Ω 電阻箱R0：0～999.9 Ω，0.1 A 干電池E：電動勢E＝1.5 V，內阻r約0.1 Ω 電鍵S及導線若干 ①請設計一個較合理的電路原理圖，畫在規(guī)定的虛線框內，要求通過電雷管的電流不超過27 mA，電壓能從零調節(jié)，盡可能減小誤差． ②寫出Rx的計算公式Rx＝________；說明公式中各物理量的意義：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 【解析】　(1)由直流電壓擋的內阻較大，如是電池，能顯示電壓，電流較?。蝗缡荰NT，直流電壓擋不會給它供電，也是安全的；如用歐姆擋測試，多用電表內部電池會給TNT供電，可能有危險；所以應選直流電壓擋． (2)由焦耳定律：IRt1＝()2Rt′，解得t′＝1.5 s. (3)①由于要求電雷管的電流不超過27 mA，因此電流表應選A2，且應給待測電雷管串聯(lián)電阻箱作限流電阻．電壓表V1量程過大，應選V2，且電流表應外接，滑動變阻器應用分壓式，電路圖如圖所示． ②由歐姆定律知Rx＝－R0，其中，U為電壓表示數(shù)，I為電流表示數(shù)，R0為電阻箱讀數(shù)． 【答案】　(1)直流電壓　(2)1.5　(3)①見解析圖?、冢璕0，其中U為電壓表示數(shù)，I為電流表示數(shù)，R0為電阻箱讀數(shù) 考點二　實驗方法及數(shù)據處理方法的遷移運用 一、實驗方法遷移 基本的實驗方法包括：實驗原理的設計方法、實驗誤差的控制方法和實驗數(shù)據的處理方法，將基本的實驗方法和物理原理合理遷移，可設計出測量不同的物理量、可探究不同問題的實驗方案．教材中所學過的物理規(guī)律、物理公式中只要含有某一物理量，則該規(guī)律、公式就可作為研究或測定該物理量的原理基礎而進行相應的實驗方法設計．如用伏安法測電阻，R＝，也可遷移到測電壓表內阻和電流表內阻上去． 二、實驗數(shù)據的遷移 數(shù)據探究性實驗的主要功能是通過實驗提供的數(shù)據信息，分析各數(shù)據中的內在聯(lián)系，找出數(shù)據中所包含的物理規(guī)律．常用的數(shù)據處理方法(如平均值法、圖象法、逐差法、比較法等)和誤差分析方法應該掌握． 　常用的電流表有內阻，現(xiàn)要測量電流表G1的內阻r1，電路如圖7－7－4所示．供選擇的儀器如下： 圖7－7－4 A．待測電流表G1(0～5 mA，內阻約300 Ω) B．電流表G2(0～10 mA，內阻約100 Ω) C．定值電阻R1(30 Ω) D．定值電阻R2(300 Ω) E．定值電阻R3(3 kΩ) F．滑動變阻器R4(0～20 Ω) G．電源(電動勢6.0 V，內阻不計) H．開關S及導線若干 (1)電路中與電流表G1并聯(lián)的電阻應選________，保護電阻應選用________(請?zhí)顚懫鞑那暗淖帜感蛱?． (2)根據電路圖在圖7－7－5中連接實物圖，要求閉合開關前滑動變阻器的滑動觸頭P處于正確位置． 圖7－7－5 圖7－7－6 (3)補全實驗步驟： ①按電路圖連接電路； ②閉合開關S，移動滑動觸頭P至某一位置，記錄G1、G2的讀數(shù)I1、I2； ③________________________________________________________________________； ④以I1為縱軸，I2為橫軸，作出相應圖象如圖7－7－6所示． (4)根據I1－I2圖線的斜率k及定值電阻，寫出電流表G1內阻的表達式r1＝________. 【解析】　(1)由于G2的量程為0～10 mA，而G1的量程為0～5 mA，則與G1并聯(lián)的電阻分流大約是0～5 mA，應與G1的內阻相當，因此應選R2，即D.保護電阻如過大，則導致G1、G2示數(shù)很小，或指針不偏轉，因此應選R1，即C. (2) (3)多次移動滑動觸頭，記錄相應的G1、G2讀數(shù)I1、I2. (4)從電路可知：(I2－I1)R2＝I1r1，即I1＝I2，即＝k，所以r1＝R2. 【答案】　(1)D　C (2)見解析圖 (3)多次移動滑動觸頭，記錄相應的G1、G2讀數(shù)I1、I2 (4)R2 　(xx東北三校聯(lián)考)某同學要用電阻箱和電壓表測量某水果電池組的電動勢和內阻，考慮到水果電池組的內阻較大，為了提高實驗的精確度，需要測量電壓表的內阻．實驗中恰好有一塊零刻度在中央的雙向電壓表，該同學便充分利用這塊電壓表，設計了如圖所示的實驗電路，既能實現(xiàn)對該電壓表的內阻的測量，又能利用該表完成水果電池組電動勢和內阻的測量．他用到的實驗器材有： 待測水果電池組(電動勢約4 V，內阻約50 Ω)、雙向電壓表(量程為2 V，內阻約為2 kΩ)、電阻箱(0～9 999 Ω)、滑動變阻器(0～200 Ω)，一個單刀雙擲開關及若干導線． 圖7－7－7 (1)該同學按如圖所示7－7－7電路圖連線后，首先測出了電壓表的內阻．請完善測量電壓表內阻的實驗步驟． ①將R1的滑動觸片滑至最左端，將S撥向1位置，將電阻箱阻值調為0； ②調節(jié)R1的滑動觸片，使電壓表示數(shù)達到滿偏； ③保持________不變，調節(jié)R2，使電壓表的示數(shù)達到________； ④讀出電阻箱的阻值，記為R2，則電壓表的內阻RV＝________. (2)若測得電壓表內阻為2 kΩ，可分析此測量值應________真實值．(選填“大于”“等于”或“小于”) (3)接下來測量電源電動勢和內阻，實驗步驟如下： ①將開關S撥至________(選填“1”或“2”)位置，將R1的滑動觸片移到最________端，不再移動； ②調節(jié)電阻箱的阻值，使電壓表的示數(shù)達到一個合適值，記錄下電壓表的示數(shù)和電阻箱的阻值； ③重復第二步，記錄多組電壓表的示數(shù)及對應的電阻箱的阻值． (4)若將電阻箱與電壓表并聯(lián)后的阻值記錄為R，作出與圖象，則可消除系統(tǒng)誤差，如圖7－7－8所示，其中截距為b，斜率為k，則電動勢的表達式為________，內阻的表達式為________． 圖7－7－8 【解析】　(1)由題圖可知，將S撥向1位置，滑動變阻器R1在電路中為分壓式接法，利用電壓表的半偏法得：調節(jié)R1使電壓表滿偏，保持R1不變，R2與電壓表串聯(lián)，調節(jié)R2使電壓表的示數(shù)達到半偏(或最大值的一半)，電壓表的內阻RV與電阻箱示數(shù)R2相同． (2)由閉合電路歐姆定律可知，調節(jié)R2變大使電壓表達到半偏的過程中，總電阻值變大，干路總電流變小，由E＝Ir＋U外得：U外變大，由電路知：U外＝U并＋U右，變阻器的滑動觸片右側電壓U右＝IR右變小，則U并變大，電壓表半偏時，R2上的電壓就會大于電壓表上的電壓，那么R2的阻值就會大于電壓表的阻值． (3)測電源的電動勢和內阻，利用伏阻法，S撥到2，同時將R1的滑動觸片移到最左側． (4)由歐姆定律得E＝U＋r，變形得＝＋，＝k，＝b，得E＝，r＝. 【答案】　(1)③R1　半偏(或最大值的一半)?、躌2 (2)大于　(3)①2　左　(4)E＝　r＝ 1．(xx新課標全國卷Ⅱ)某同學用量程為1 mA、內阻為120 Ω的表頭按圖7－7－9甲所示電路改裝成量程分別為1 V和1 A的多用電表．圖中R1和R2為定值電阻，S為開關．回答下列問題： 甲　　　　　　　　　　　乙　　 圖7－7－9 (1)根據圖甲所示的電路，在圖乙所示的實物圖上連線． (2)開關S閉合時，多用電表用于測量________(選填“電流”“電壓”或“電阻”)；開關S斷開時，多用電表用于測量________(選填“電流”“電壓”或“電阻”)． (3)表筆A應為________色(填“紅”或“黑”)． (4)定值電阻的阻值R1＝________Ω，R2＝________Ω.(結果取3位有效數(shù)字) 【解析】　 將表頭改裝成電壓表時，需串聯(lián)一電阻進行分壓，而改裝成電流表時則需并聯(lián)一電阻分流，因此閉合開關后，并聯(lián)上R1改裝成一電流表，斷開開關，表頭與R2串聯(lián)則改裝成一電壓表．多用電表內部表頭的正極在右側，即電流應從表筆B流入，從表筆A流出，則表筆A為黑色．當斷開S時，Ig(R2＋r)＝Um，解得R2＝880 Ω.當閉合S時，Ig(R2＋r)＝(I－Ig)R1，解得R1≈1.00 Ω. 【答案】　(1)如圖所示　(2)電流　電壓　(3)黑 (4)1.00　880 2．某同學將完好的儀器連接成如圖7－7－10所示電路(其中滑動變阻器的連線沒有畫出)，用來探究小燈泡電阻與電壓的關系． 圖7－7－10 (1)閉合開關進行實驗時發(fā)現(xiàn)，無論怎樣移動滑片P，電壓表和電流表的示數(shù)都不為零，但始終沒有變化．則該同學把滑動變阻器接入電路中的方式可能是________(填寫選項代號)． a．G與C相連，F(xiàn)與H相連 b．G與C相連，D與H相連 c．G與E相連，F(xiàn)與H相連 d．G與E相連，D與H相連 (2)在圖中將滑動變阻器正確接入電路中，要求：燈泡兩端的電壓可以從零開始進行調節(jié)． (3)在正確操作下，該同學得到燈絲兩端電壓U和對應電阻R的數(shù)據如下表： U/V 1.0 2.0 3.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 R/Ω 2.1 3.0 3.8 4.4 5.2 5.6 5.9 6.0 ①根據表中數(shù)據在圖7－7－11中描出R－U圖線： 圖7－7－11 ②根據圖線，可以得到燈絲在未通電時的阻值約為________Ω. 【答案】　(1)bc (2)如圖所示 (3)①如圖所示 ②1.0(0.9～1.2均可) 3．某同學想利用所學知識測量某種圓柱形材料的電阻率，實驗要求必須精確測出該段材料的阻值．除了導線和開關外，實驗室還備有以下器材可供選用： 電流表A1，量程1 A，內阻r1約0.5 Ω 電流表A2，量程30 mA，內阻r2約200 Ω 電壓表V1，量程6 V，內阻Rv1等于20 kΩ 電壓表V2，量程10 V，內阻Rv2約30 kΩ 滑動變阻器R1,0～20 Ω，額定電流2 A 滑動變阻器R2,0～2 000 Ω，額定電流1 mA 電源E(電動勢為12 V，內阻r約2 Ω) (1)請選擇合適的器材，設計出便于精確測量的電路圖畫在虛線框中，其中滑動變阻器應選________． (2)若選用其中一組電表的數(shù)據，設該段圓柱形材料的長為L，直徑為d，由以上實驗得出這種材料電阻率的表達式為________，式中符號的含義為________． 【解析】　(1)由于V1的阻值已知，可當電流表使用，故可以采用將待測材料與V1串聯(lián)再與V2并聯(lián)，由于滑動變阻器阻值遠小于待測電阻的阻值，故滑動變阻器應采用分壓式接法，為調節(jié)方便選用小阻值的R1，電路圖如圖所示． (2)由電路圖知，Rx＝，IV1＝，又Rx＝ρ，聯(lián)立得ρ＝，式中U1表示電壓表V1的示數(shù)，U2表示電壓表V2的示數(shù)． 【答案】　(1)電路圖見解析圖　R1　(2)ρ＝　U1表示電壓表V1的示數(shù)，U2表示電壓表V2的示數(shù) 4. 圖7－7－12 現(xiàn)有一特殊電池，它的電動勢E約為9 V，內阻r約為40 Ω，已知該電池允許輸出的最大電流為50 mA.為了測定這個電池的電動勢和內阻，某同學利用如圖7－7－12所示的電路進行實驗，圖中電流表的內阻RA已經測出，阻值為5 Ω，R為電阻箱，阻值范圍為0～999.9 Ω，R0為定值電阻，對電路起保護作用． 圖7－7－13 (1)實驗室備有的定值電阻R0共有以下幾種規(guī)格． A．10 Ω　　　B．50 Ω　　　C．150 Ω　　　D．500 Ω 本實驗選用哪一種規(guī)格的定值電阻最好？________. (2)該同學接入符合要求的R0后，閉合開關S，調整電阻箱的阻值，讀取電流表的示數(shù)，記錄多組數(shù)據，作出了如圖7－7－13所示的圖線，則根據該同學作出的圖線可求得該電池的電動勢E＝________V，內阻r＝________Ω. 【解析】　(1)當R＝0時，應該有R0＋r＋RA≥ Ω，即R0≥135 Ω時，可保證電路中電流不超過最大允許電流，R0應該選擇C. (2)由E＝I(r＋R0＋RA＋R)，得＝(R＋R0)＋(r＋RA)，結合圖象可得(r＋RA)＝5 A－1，斜率＝ V－1，解得E＝10 V，r＝45 Ω. 【答案】　(1)C　(2)10　45