新课标2020高考物理二轮复习专题九第2讲电学实验与创新讲义含解析

新课标2020高考物理二轮复习专题九第2讲电学实验与创新讲义含解析

第2讲　电学实验与创新 本部分在高考试题中每年都出现，实验原理、仪器的选择、电路的分析是高考的重点. 在备考过程中要：(1)掌握基本仪器的原理和使用；(2)掌握基本的实验目的、原理和实验思想，如伏安法测电阻，电流表的内、外接法及滑动变阻器的连接方式；(3)掌握处理实验数据的基本方法，如图象法、平均值法等．涉及电源电动势和内阻的实验、电路故障分析、实物图的连接是实验命题的重点．‎ 热点题型一　 电表改装与多用电表的使用 实验 仪表图及原理图 使用方法及原理 考查热点 练习使 用多用 电表及 掌握内 部结构 ‎　‎ ‎①电压、电流挡：相当于电压表、电流表 ‎②欧姆挡：闭合电路欧姆定律 ‎③调零：机械调零、欧姆调零 ‎④电流方向：红表笔进，黑表笔出 ‎⑤原理：串联分压、并联分流 ‎①考读数：电压、电流、电阻挡的读数 ‎②考使用：欧姆表选挡、调零、规范操作等 ‎③考黑箱：多用电表探测黑箱内的元件 ‎④电表改装：所需电阻或改后量程的计算 ‎ (2019·高考全国卷Ⅰ)某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表．该同学测得微安表内阻为1 200 Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接，进行改装．然后利用一标准毫安表，根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)．‎ - 27 -‎ ‎(1)根据图(a)和题给条件，将图(b)中的实物连线．‎ ‎(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时，微安表的指针位置如图(c)所示．由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是________．(填正确答案标号)‎ A．18 mA B．21 mA C．25 mA D．28 mA ‎(3)产生上述问题的原因可能是________．(填正确答案标号)‎ A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1 200 Ω B．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1 200 Ω C．R值计算错误，接入的电阻偏小 D．R值计算错误，接入的电阻偏大 ‎(4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k＝________．‎ ‎[解析]　(1)量程为250 μA的微安表改装成量程为20 mA的电流表，量程扩大了80倍，需要将定值电阻与微安表并联，然后根据题图(a)的原理图连线．‎ ‎(2)当标准毫安表示数为16.0 mA时，对应的微安表读数为160 μA，说明量程扩大了100倍，因此所改装的电表量程是25 mA，选项C正确．‎ ‎(3)当标准毫安表示数为16.0 mA时，对应的微安表读数应为200 μA，而实际测量时微安表读数为160 μA，实际测量时微安表读数偏小，若R值计算无误，而微安表内阻测量错误，则说明微安表实际内阻大于1 200 Ω，选项A正确，B错误；若微安表内阻测量无误，而R值计算错误，则并联接入的电阻的阻值偏小，R的分流较大，导致微安表中电流较小，选项C正确，D错误．‎ ‎(4)预期目的是将量程为250 μA的微安表改装成量程为20 mA的电流表，量程扩大80倍，根据并联电路规律有IgRg＝79IgkR；当标准毫安表示数为16.0 mA时，对应的微安表读数为160 μA，量程扩大了100倍，根据并联电路规律有IgRg＝99IgR；联立解得k＝.‎ - 27 -‎ ‎[答案]　(1)连线如图所示　(2)C　(3)AC　(4) 多用电表测电阻的“五步”“一注意”‎ ‎(1)多用电表测电阻的五步骤 ‎①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 Ω，就应该选“×10”的倍率．‎ ‎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”挡或交流电压最高挡．‎ ‎(2)多用电表测电阻的注意点：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．　 ‎ ‎ 1.(2019·高考全国卷Ⅲ)某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为100 μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA刻度．可选用的器材还有：定值电阻R0(阻值14 kΩ)，滑动变阻器R1(最大阻值1 500 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω)，电阻箱(0～99 999.9 Ω)，干电池(E＝1.5 V，r＝1.5 Ω)，红、黑表笔和导线若干．‎ ‎(1)欧姆表设计 将图(a)中的实物连线组成欧姆表．欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为________Ω；滑动变阻器选________(填“R1”或“R2”)．‎ - 27 -‎ ‎(2)刻度欧姆表表盘 通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图(b)所示．表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为________、________．‎ ‎(3)校准 红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向________kΩ处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量．若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图(c)所示，则电阻箱接入的阻值为________Ω.‎ 解析：(1)由题知当两表笔间接入15 kΩ的电阻时，电流表示数为50 μA，由闭合电路欧姆定律有＝，代入数据解得R＝900 Ω，所以滑动变阻器选择R1.‎ ‎(2)欧姆表的内阻R′g＝Rg＋r＋R0＋R＝15 kΩ，当电流为25 μA时有＝⇒R′x＝3Rx＝45 kΩ；当电流为75 μA时有＝⇒R″x＝Rx＝5 kΩ.‎ ‎(3)红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向0处．题图(c)中电阻箱读数为35 000.0 Ω.‎ 答案：(1)如图所示　900　R1　(2)45　5‎ ‎(3)0　35 000.0‎ 热点题型二　电阻的测量 - 27 -‎ 实验 两种测量电路图 两种控制电路图 考查热点 电阻 的测量 ‎①考读数：U、I ‎②考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择 ‎③考数据：数据处理、误差分析 ‎ (2018·高考全国卷 Ⅲ)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图中R0为标准定值电阻(R0＝20.0 Ω)；V可视为理想电压表；S1为单刀开关，S2为单刀双掷开关；E为电源；R为滑动变阻器．采用如下步骤完成实验：‎ ‎(1)按照实验原理线路图(a)，将图(b)中实物连线；‎ ‎(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合S1；‎ ‎(3)将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表V的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表V的示数U2；‎ ‎(4)待测电阻阻值的表达式Rx＝________(用R0、U1、U2表示)；‎ ‎(5)重复步骤(3)，得到如下数据：‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ U1/V ‎0.25‎ ‎0.30‎ ‎0.36‎ ‎0.40‎ ‎0.44‎ U2/V ‎0.86‎ ‎1.03‎ ‎1.22‎ ‎1.36‎ ‎1.49‎ ‎3.44‎ ‎3.43‎ ‎3.39‎ ‎3.40‎ ‎3.39‎ ‎(6)利用上述5次测量所得的平均值，求得Rx＝________Ω.(保留1位小数)‎ ‎[解析]　开关S2掷于1端，由欧姆定律可得通过Rx的电流I＝，将开关S2掷于2端，R0和Rx两端电压为U2，Rx两端电压为U＝U2－U1，由欧姆定律可得待测电阻阻值Rx＝＝R0＝(－1)R0.5次测量所得的平均值为(3.44＋3.43＋3.39＋3.40＋3.39)＝3.41，代入得Rx - 27 -‎ ‎＝(3.41－1)×20.0 Ω＝48.2 Ω.‎ ‎[答案]　(1)实物连线如图　(4)(－1)R0　(6)48.2‎ 测电阻的两种典型方法 ‎(1)最精确的电阻测量方法——等效替代法 电流等效替代 电压等效替代 ‎(2)最专一的电表内阻测量方法——半偏法 ‎①用半偏法测电流表内阻，如图所示，电阻箱应和电流表并联，然后与大电阻滑动变阻器串联，R测R真．‎ ‎　 ‎ ‎ 2.(2018·高考天津卷)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：‎ A．电压表(量程0～1 V，内阻约10 kΩ)‎ B．电压表(量程0～10 V，内阻约100 kΩ)‎ C．电流表(量程0～1 mA，内阻约30 Ω)‎ D．电流表(量程0～0.6 A，内阻约0.05 Ω)‎ - 27 -‎ E．电源(电动势1.5 V，额定电流0.5 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0～10 Ω，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)‎ ‎(2)画出测量Rx阻值的实验电路图．‎ ‎(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_________________________．‎ 解析：若选用电动势为1.5 V的电源，则实验中电流最大值仅为0.15 mA，两个电流表均无法准确测量，故选用电动势为12 V的电源F；此时，实验中最大电流约为1.2 mA，故电流表选用C；电压表选用B.由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值，所以滑动变阻器采用分压式接法；待测电阻的阻值远大于电流表内阻，所以电流表内接．由于电流表的分压作用，电阻测量值偏大，所以电阻测量值大于其真实值．‎ 答案：(1)B　C　F ‎(2)如图所示 ‎(3)大于　电压表的读数大于待测电阻两端实际电压 热点题型三　测定金属的电阻率 实验 电路图 实验原理 考查热点 测定 金属 的电 阻率 ‎①测Rx∶Rx＝(伏安法)‎ ‎②算ρ：Rx＝ρ，ρ＝ ‎①考读数：U、I、L及d ‎②考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择 ‎③考运算：由U－I图象求Rx，ρ ‎ (2020·山东等级考模拟)某同学为了测量一根铅笔芯的电阻率，设计了如图甲所示的电路测量该铅笔芯的电阻值．所用器材有电流表A1、A2，电阻箱R1、滑动变阻器R2、待测铅笔芯Rx、电源E、开关S及导线等．操作步骤如下：调节滑动变阻器和电阻箱的阻值达到最大；闭合开关，适当调节滑动变阻器和电阻箱的阻值；记录两个电流表A1、A2的示数分别为 - 27 -‎ I1、I2.‎ 请回答以下问题：‎ ‎(1)若电流表的内阻可忽略，则电流表示数I2＝________I1时，电阻箱的阻值等于待测笔芯的电阻值．‎ ‎(2)用螺旋测微器测量该笔芯的直径，螺旋测微器的示数如图乙所示，该笔芯的直径为________mm.‎ ‎(3)已测得该笔芯的长度L＝20.00 cm，电阻箱R1的读数为5.00 Ω，根据上面测量的数据可计算出笔芯的电阻率ρ＝________Ω·m.(结果保留3位有效数字)‎ ‎(4)若电流表A2的内阻不能忽略，仍利用(1)中方法，则笔芯电阻的测量值________真实值(填“大于”“小于”或“等于”)．‎ ‎[解析]　(1)由并联电路特点可知，当I2＝I1时，电阻箱的阻值与待测笔芯的阻值相等；‎ ‎(2)螺旋测微器的读数1.000 mm；‎ ‎(3)由公式R＝ρ可计算，笔芯的电阻率为1.96×10－5 Ω·m；‎ ‎(4)电流表A2的内阻不能忽略时，电流表A2与电阻箱的电阻之和等于待测笔芯的电阻，即电阻的测量值小于真实值．‎ ‎[答案]　(1)　(2)1.000　(3)1.96×10－5　(4)小于 测金属丝电阻率的三点说明 ‎(1)在求Rx的平均值时可用两种方法：‎ ‎①用Rx＝分别算出各次的数值，再取平均值．‎ ‎②用U－I图线的斜率求出．‎ ‎(2)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．‎ ‎(3)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.在“测定金属的电阻率”的实验中，被测金属丝的电阻大约为6 Ω，先用刻度尺测出金属丝的长度l以及金属丝的直径d，接着用伏安法测出金属丝两端的电压U和通过金属丝的电流I，计算出它的电阻，再根据电阻公式计算出该金属材料的电阻率．‎ - 27 -‎ 在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测的金属丝外， 还有如下供选择的实验器材：‎ 直流电源E：电动势约为4.5 V，内阻很小；‎ 电流表A1：量程0～0.6 A，内阻为0.125 Ω；‎ 电流表A2：量程0～3 A，内阻为0.025 Ω；‎ 电压表V1：量程0～3 V，内阻为3 kΩ；‎ 电压表V2：量程0～15 V，内阻为15 kΩ；‎ 滑动变阻器R1：最大阻值10 Ω，允许通过的最大电流为0.2 A；‎ 滑动变阻器R2：最大阻值20 Ω，允许通过的最大电流为1.0 A；‎ 开关，导线若干．‎ 要求有较高的测量精度，并能测得多组数据．‎ ‎(1)在可供选择的器材中，应该选用的电流表是________，应该选用的电压表是________，应该选用的滑动变阻器是________(填器材符号)．‎ ‎(2)根据所选的器材，在如图所示虚线框中画出实验电路图．‎ ‎(3)用测得的物理量表示电阻率的表达式为ρ＝________(用字母表示)．‎ 解析：(1)电源电动势约为4.5 V，被测金属丝电阻约为6 Ω，干路中的最大电流约为0.75 A，故电流表选A1，电压表选V1，滑动变阻器R1 的最大允许电流0.2 A太小，影响测量的范围，所以滑动变阻器选R2.‎ ‎(2)待测金属丝电阻较小，电流表应采用外接法，要求能测得多组数据，故滑动变阻器应采用分压接法，电路图如图所示．‎ ‎(3)由R＝及R＝ρ，又S＝π＝，得ρ＝＝＝.‎ 答案：(1)A1　V1　R2　(2)见解析图　(3) 热点题型四　测定电源的电动势和内阻 - 27 -‎ 实验 电路图 实验原理 考查热点 测定电 源的电 动势和 内阻 ‎①伏安法：E＝U＋Ir ‎②安阻法：E＝I(R＋r)‎ ‎③伏阻法：E＝U＋r ‎①考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择 ‎②考作图：描点连线画图线 ‎③考运算：由U－I或I－1－R或U－1－R－1 图象，求E、r ‎ (2019·日照模拟)某同学设计了一个“测定电池电动势和内阻”的实验，可供选择的器材如下：‎ A．待测干电池一节 B．电流表A(量程为0～60 mA，内阻RA＝18 Ω)‎ C．电压表V(量程为0～3 V，内阻RV约为3 kΩ)‎ D．滑动变阻器R1(阻值为0～5 Ω)‎ E．滑动变阻器R2(阻值为0～30 Ω)‎ F．定值电阻R3(阻值为2 Ω)‎ G．定值电阻R4(阻值为10 Ω)‎ ‎(1)为完成实验，滑动变阻器应该选________，定值电阻应该选________．(填器材后面的代号)‎ ‎(2)请完善图(a)中的电路图．‎ ‎(3)根据图(b)中已描出的点画出U －I图象，由图象得该电源的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω.(结果保留三位有效数字)‎ ‎[解析]　(1)因为电池的内阻较小，约为几欧，故为了能起到控制调节作用，‎ - 27 -‎ 滑动变阻器应采用总阻值为30 Ω的R2；因为给出的电流表量程为0～60 mA，量程偏小，为了能准确测量，可以采用串联定值电阻的方法来减小电流，需要的电阻R＝＝25 Ω，两定值电阻均达不到要求，所以应考虑改装电流表，为了让量程变大，应将较小的电阻与电流表并联，电流表改装后的量程为I＝Ig＋＝60 mA＋ mA＝600 mA，符合实验要求．‎ ‎(2)根据(1)中分析可知，电路图如图所示．‎ ‎(3)根据已描出的点画出的U－I图象如图所示．设电压表示数为U，电流表示数为I，则根据闭合电路的欧姆定律有U＝E－10Ir，可知电路的U－I图线与纵轴的交点即为电源的电动势，故E＝1.49 V，图线的斜率k＝ Ω＝10r，则r＝1.05 Ω.‎ ‎[答案]　(1)R2　R3　(2)图见解析　(3)图见解析　1.49(1.47～1.49均可)　1.05(1.04～1.07均可)‎ 用实验数据求E、r的处理方法 ‎(1)列方程求解：由U＝E－Ir得，解得E、r.‎ ‎(2)用作图法处理数据，如图所示．‎ ‎①图线与纵轴交点为E；‎ ‎②图线与横轴交点为I短＝；‎ ‎③图线的斜率表示r＝||.　 ‎ ‎ 4.某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，现备有下列器材：‎ - 27 -‎ A．被测干电池一节 B．电流表1：量程0～0.6 A，内阻r＝0.3 Ω C．电流表2：量程0～0.6 A，内阻约为0.1 Ω D．电压表1：量程0～3 V，内阻未知 E．电压表2：量程0～15 V，内阻未知 F．滑动变阻器1：0～10 Ω，2 A G．滑动变阻器2：0～100 Ω，1 A H．开关、导线若干 伏安法测电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差，在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻．‎ ‎(1)在上述器材中请选择适当的器材(填写器材前的字母)：电流表选择__________，电压表选择________，滑动变阻器选择________．‎ ‎(2)实验电路图应选择下图中的__________(填“甲”或“乙”)．‎ ‎(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U－I图象，则在修正了实验系统误差后，干电池的电动势E＝__________V，内电阻r＝__________Ω.‎ 解析：(1)因为一节干电池的电动势为1.5伏左右，故电压表选择D；通过电源的电流不超过0.6 A，因B电流表的内阻已知，故电流表选择B，滑动变阻器选择F.‎ ‎(2)因电流表内阻已知，故实验电路图应选择图中的甲．‎ ‎(3)电池的电动势E＝1.5 V，内电阻r＝－RA＝ Ω＝0.7 Ω.‎ 答案：(1)B　D　F　(2)甲　(3)1.5　0.7‎ 热点题型五　传感器的简单应用 实验 电路图 实验原理 考查热点 传感器 的简单 应用 ‎ ‎ 传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)‎ ‎①考热敏：热敏电阻特性(欧姆表法、伏安法)‎ ‎②考光敏：光敏电阻特性(欧姆表法、伏安法)‎ ‎ 现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃ ‎ - 27 -‎ 时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干．‎ 在室温下对系统进行调节．已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω.‎ ‎(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线．‎ ‎(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)．‎ ‎(3)按照下列步骤调节此报警系统：‎ ‎①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是________________________________________________________________________．‎ ‎②将开关向______(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________________________________________________________________．‎ ‎(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．‎ ‎[解析]　(1)根据题述，应该采用滑动变阻器的限流接法，连接的电路如答案图所示．‎ ‎(2)根据题述，流过报警器的工作电流超过10 mA时，报警器就会报警，可知滑动变阻器的最大阻值至少为R＝＝ Ω＝1 800 Ω，因此在电路中应选用最大阻值为2 000 Ω的滑动变阻器R2.‎ ‎(3)①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为热敏电阻在60 ℃时的阻值650.0 Ω；滑动变阻器的滑片应置于接入电路的阻值最大处，即b端附近，不能置于另一端的原因是：若置于a端，则导致闭合开关后，报警器中电流大于20 mA，报警器可能损坏．‎ ‎②将开关向c端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警．‎ ‎[答案]　(1)连线如图所示 - 27 -‎ ‎(2)R2　(3)①650.0　b　接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏 ‎②c　报警器开始报警 ‎ 5.(2019·德州模拟)为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：‎ 照度(lx)‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ 电阻(kΩ)‎ ‎75‎ ‎40‎ ‎28‎ ‎23‎ ‎20‎ ‎18‎ ‎(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．‎ ‎(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx 时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)‎ 提供的器材如下：‎ 光敏电阻RP；‎ 直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；‎ 定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干．‎ - 27 -‎ 解析：(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示．特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．‎ ‎(2)控制开关自动启动照明系统，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1，电路原理图如图乙所示．‎ 答案：见解析 热点题型六　创新实验 解决电学 设计型实 验常用的 三种方法 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 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 控制变 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，如探究影响导体电阻的因素实验 ‎ (2018·高考全国卷Ⅰ)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25～80 ℃‎ - 27 -‎ 范围内某热敏电阻的温度特性．所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表V(量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9 Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2.‎ 实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃.将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数．逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃.实验得到的R2－t数据见下表．‎ t/℃‎ ‎25.0‎ ‎30.0‎ ‎40.0‎ ‎50.0‎ ‎60.0‎ ‎70.0‎ ‎80.0‎ R2/Ω ‎900.0‎ ‎680.0‎ ‎500.0‎ ‎390.0‎ ‎320.0‎ ‎270.0‎ ‎240.0‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)在闭合S1前，图(a)中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；‎ ‎(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出R2－t曲线；‎ 图(a)‎ 图(b)‎ 图(c)‎ - 27 -‎ ‎(3)由图(b)可得到RT在25～80 ℃范围内的温度特性．当t＝44.0 ℃时，可得RT＝________Ω；‎ ‎(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图(c)所示，该读数为________Ω，则手心温度为________℃.‎ ‎[解析]　(1)题图(a)的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的阻值最大，使电路中电流最小，即题图(a)中R1的滑片应移到b端．‎ ‎(2)将t＝60 ℃和t＝70 ℃对应的两组数据画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2－t曲线．‎ ‎(3)根据题述实验过程可知，测量的R2的数据等于对应的热敏电阻RT的阻值．由画出的R2－t曲线可知，当t＝44.0 ℃时，对应的RT＝450 Ω.‎ ‎(4)由画出的R2－t曲线可知，当RT＝620.0 Ω时，手心温度t＝33.0 ℃.‎ ‎[答案]　(1)b　(2)如图　(3)450　(4)620.0　33.0‎ ‎ 6.某实验小组为了研究小灯泡的伏安特性曲线，先按照图甲所示的电路图连接电路，实验过程中操作规范，测量准确，得到一系列数据，如图乙中的散点．‎ 该实验小组对实验进行了改进，如图丙所示，将小灯泡L的玻璃罩敲碎，灯丝保存完好，仍然置于灯座上，取一个大小合适的玻璃杯，将灯座倒扣在杯沿上，在玻璃杯里慢慢加水，使得突出的灯丝刚好完全没入水中，电路的其余部分均不接触水，再将该灯座依然接入图甲中小灯泡L处，这样接通电路以后，灯丝不至于热到发光，温度可以基本控制在25 ℃.实验过程中操作规范，测量准确，得到一组数据，如图丁中的一组散点．已知水的电阻远大于灯丝的电阻．‎ - 27 -‎ ‎(1)请在图乙上描绘小灯泡的伏安特性曲线K1；曲线K1表明，随着电压升高，小灯泡的电阻________(填“越来越小”“基本不变”或“越来越大”)．‎ ‎(2)请在图丁上描绘小灯泡灯丝的伏安特性曲线K2；曲线K2表明，随着电压升高，水中灯丝电阻________(填“越来越小”“基本不变”或“越来越大”)．‎ ‎(3)对比两次实验表明，在同样的电压值下，曲线K1的电流值基本都远远小于曲线K2的电流值，其原因是_______________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ 解析：(1)用平滑的曲线将各点相连，如图1所示；图I－U图象中图线的斜率表示电阻的倒数，故由图1可知，随着电压升高，电阻越来越大．‎ ‎(2)同理作出图象如图2所示，由图2可知，电阻基本保持不变．‎ ‎(3)由两I－U图象可知，在同样的电压下，曲线K1的电流值基本都远小于曲线K2的电流值，即曲线K1的电阻值明显大于曲线K2对应的电阻值，原因是描绘曲线K2时灯丝保持恒温，而描绘曲线K1时灯丝的温度高于描绘曲线K2时灯丝的温度，而金属导体的电阻随温度的升高而增大．‎ - 27 -‎ 答案：(1)如解析图1所示　越来越大 ‎(2)如解析图2所示　基本不变　(3)描绘曲线K2时灯丝保持恒温，而描绘曲线K1时灯丝的温度发生变化，且一直高于描绘曲线K2时灯丝的温度 ‎ (建议用时：60分钟)‎ ‎1．(2019·湖南五校联考)为了精确测量一电阻的阻值Rx，现有以下器材：蓄电池组E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，电阻箱RP，开关S1、S2，导线若干．某实验小组设计了如图甲所示的电路，实验的主要步骤如下：‎ A．闭合S1，断开S2，调节R和RP，使电流表和电压表的示数适当，记下两表示数分别为I1、U1；‎ B．保持S1 闭合、RP阻值不变，闭合S2，记下电流表和电压表示数分别为I2、U2.‎ ‎(1)按图甲所示的电路图将如图乙所示的实物连成电路．‎ ‎(2)被测电阻的阻值Rx＝________(用两电表的示数表示)．‎ ‎(3)由于电流表、电压表都不是理想电表，则被测电阻的阻值Rx的测量值________真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)．‎ 解析：(1)如图所示．‎ ‎(2)由题意易知RP＝，又RP、Rx并联的阻值为R并＝，又＋＝，联立解得Rx＝.‎ ‎(3)若考虑电流表和电压表不是理想电表，则在分析时应考虑电压表的内阻，‎ - 27 -‎ 即在第(2)问的分析中表示的就是RP和RV并联时的总电阻，结合后面的分析可知此时Rx的测量值仍等于真实值．‎ 答案：(1)见解析图　(2)　(3)等于 ‎2．(2017·高考全国卷Ⅲ)图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图．图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头G的满偏电流为250 μA，内阻为480 Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连．该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1 V 挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5 mA挡，欧姆×100 Ω挡．‎ ‎ ‎ ‎(1)图(a)中的A端与________(填“红”或“黑”)色表笔相连接．‎ ‎(2)关于R6的使用，下列说法正确的是________(填正确答案标号)．‎ A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置 B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置 C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置 ‎(3)根据题给条件可得R1＋R2＝____________Ω，R4＝____________Ω.　‎ ‎(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示．若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”相连的，则读数为________；若此时B端是与“5”相连的，则读数为________．(结果均保留3位有效数字)‎ 解析：(1)A端与电池正极相连，电流从A端流出，A端与黑表笔相连．‎ ‎(2)使用多用电表前，应机械调零，即应调整“指针定位螺丝”，使指针指在表盘左端电流“0”位置，与R6无关，选项A错；使用欧姆挡时，需要红、黑表笔短接，使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置，选项B对；使用电流挡时，B端与“1”或“2”相连，与R6无关，C错．‎ ‎(3)B端与“1”“2”相连时，该多用电表挡位分别为直流2.5 mA挡、直流1 mA挡，‎ - 27 -‎ 如图1所示，由电表的改装原理可知，B端与“2”相连时，有I2＝IG＋，解得R1＋R2＝160 Ω；B端与“4”相连时，如图2所示，多用电表为直流电压1 V挡，表头并联部分电阻R0＝，R4＝－R0＝880 Ω.‎ ‎(4)B端与“1”相连时，电表读数为1.47 mA；B端与“3”相连时，多用电表为欧姆×100 Ω挡，读数为11.0×100 Ω＝1.10×103 Ω；B端与“5”相连时，多用电表为直流电压5 V挡，读数为×5 V＝2.95 V.‎ 答案：(1)黑　(2)B　(3)160　880‎ ‎(4)1.47 mA　1.10×103 Ω　2.95 V ‎3．在一次课外活动中，物理兴趣小组成员小明从废旧的电视机上拆下一个定值电阻Rx，电阻上的标称不明显，阻值约为200 Ω，为了进一步精确测定该电阻的阻值，小明到实验室寻找到了下列器材：‎ 电压表V，0～5 V，内阻约为3 kΩ；‎ 电流表A，0～300 mA，内阻RA＝10 Ω；‎ 定值电阻R1，阻值为20 Ω；‎ 定值电阻R2，阻值为400 Ω；‎ 滑动变阻器R3，0～5 Ω，额定电流2 A；‎ 滑动变阻器R4，0～1 000 Ω，额定电流1 A；‎ 电源E，E＝6 V，内阻不计．‎ ‎(1)小明为了精确测定电阻阻值，设计了如图甲所示电路，定值电阻R应该选择________；滑动变阻器应该选择________．(填器材后面的符号)‎ ‎(2)请你不要改动已连接导线，‎ - 27 -‎ 在实物连接图乙中把还需要连接的导线帮小明补上；闭合开关前，由图甲可知应使变阻器滑片放在最________(选填“左”或“右”)端．‎ ‎(3)若某次测量中电压表读数为U，电流表读数为I，那么小明测得的待测电阻的精确阻值的表达式为Rx＝______(用题中的字母表达)．‎ 解析：(1)为了精确测定电阻阻值，需要使电表尽可能的大角度偏转，电压表量程为5 V，电流表满偏电压Ug＝IgRA＝3 V，则待测电阻两端的最大电压U＝2 V，根据闭合电路欧姆定律可知，通过待测电阻的最大电流IR＝＝10 mA，定值电阻阻值约为R＝≈6.9 Ω，定值电阻应选择R1；为方便实验操作，滑动变阻器应选择R3.‎ ‎(2)根据电路图连接实物电路图．‎ 滑动变阻器采用分压接法，为保护电路，闭合开关前滑片要置于最左端．‎ ‎(3)由题意可知，电流表两端电压UA＝IRA，并联电压U并＝U－UA＝U－IRA.‎ 通过定值电阻的电流IR＝＝，通过待测电阻的电流Ix＝I－IR.‎ 根据欧姆定律可知，待测电阻阻值 Rx＝＝.‎ 答案：(1)R1　R3　(2)见解析图　左 ‎(3) ‎4．小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻．‎ - 27 -‎ ‎(1)图中电流表的示数为________ A.‎ ‎(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：‎ U(V)‎ ‎1.45‎ ‎1.36‎ ‎1.27‎ ‎1.16‎ ‎1.06‎ I(A)‎ ‎0.12‎ ‎0.20‎ ‎0.28‎ ‎0.36‎ ‎0.44‎ 请根据表中的数据，在上面的方格纸上作出U－I图线．‎ 由图线求得：电动势E＝________ V；内阻r＝___________________________________Ω.‎ ‎(3)实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合．其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为__________________________________．‎ 解析：(1)由图可知，电流表的量程为0.6 A，精度为0.02 A，因此电流表的示数为0.02 A×22＝0.44 A.‎ ‎(2)U－I图线如图所示，由图象与纵轴的截距得电动势为1.60 V，斜率即内阻为r＝ Ω＝1.22 Ω.‎ ‎(3)如果一直保持电路闭合，干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大．‎ 答案：(1)0.44　(2)U－I图线如解析图　1.60(1.58～1.62都算对)　1.22(1.18～1.26都算对)‎ ‎(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大 ‎5．(2019·山东六校联考)某同学利用图甲所示电路测量量程为2.5 V的电压表V - 27 -‎ 的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ)，直流电源E(电动势3 V)，开关1个，导线若干．‎ 实验步骤如下：‎ ‎①按电路原理图甲连接线路；‎ ‎②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图甲中最左端所对应的位置，闭合开关S；‎ ‎③调节滑动变阻器，使电压表满偏；‎ ‎④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00 V，记下电阻箱的阻值．‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)实验中选择滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)．‎ ‎(2)根据图甲所示电路将图乙中实物图连线．‎ ‎(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变．计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位)．‎ ‎(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号)．‎ A．100 μA　　 B．250 μA C．500 μA D．1 mA 解析：(1)为了使电阻箱调节时，滑动变阻器分得的电压变化很小，分压电路中滑动变阻器的最大阻值越小越好，因此应选用R1.‎ ‎(3)如果认为滑动变阻器分得的电压不变，则调节电阻箱后，电压表两端的电压为2.00 V，电阻箱两端的电压为0.5 V，根据串联电路的分压原理，＝，求得电压表的内阻RV＝4×630.0 Ω＝2 520 Ω.‎ - 27 -‎ ‎(4)如果此电压表由一个表头与一个电阻串联组成，可知此表头的满偏电流为Ig＝＝1 mA，D项正确．‎ 答案：(1)R1　(2)连线如图所示　(3)2 520　(4)D ‎6．在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准．待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.‎ ‎(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图甲所示，其读数应为________ mm(该值接近多次测量的平均值)．‎ ‎(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为：电池组(电动势3 V，内阻约1 Ω)、电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)、开关、导线若干．某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：‎ 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ U/V ‎0.10‎ ‎0.30‎ ‎0.70‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎1.70‎ ‎2.30‎ I/A ‎0.020‎ ‎0.060‎ ‎0.160‎ ‎0.220‎ ‎0.340‎ ‎0.460‎ ‎0.520‎ 由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用下图中的________(选填“乙”或“丙”)图．‎ ‎(3)如图丁是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端．请根据(2)所选的电路图，补充完成图丁中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏．‎ - 27 -‎ ‎(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系．如图戊所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点．请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U－I图线．由图线得到金属丝的阻值Rx＝________ Ω.(保留2位有效数字)‎ ‎(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________(填选项前的符号)．‎ A．1×10－2 Ω·m ‎ B．1×10－3 Ω·m C．1×10－6 Ω·m ‎ D．1×10－8 Ω·m ‎(6)任何实验测量都存在误差．本实验所用测量仪器均已校准．下列关于误差的说法中正确的选项是________．‎ A．用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差 B．由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差 C．若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差 D．用U－I图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 解析：(1)主尺半刻度线未露出，读数为0 mm，螺旋尺的读数为39.8×0.01 mm＝0.398 mm，所以此螺旋测微器读数为(0＋0.398) mm＝0.398 mm.‎ ‎(2)由图表数据可知，待测电阻阻值约为5 Ω，若电路采用限流接法，回路最小电流I＝，代入数值约为0.11 A，不可能达到0.020 A，所以应该是分压接法．‎ ‎(3)实物连图时要注意：开关闭合前，滑动变阻器应处于零阻值处，以使待测电阻的电压最小；应保证开关能控制整个电路的通断；电流从电压表和电流表正极流入．‎ - 27 -‎ ‎(4)在坐标系中描出2、4、6次测量数据对应的点，然后连线．由于第6个数据描点偏差太大，舍弃不用；图线的斜率即为Rx的阻值，由图象可知，Rx＝4.5 Ω.‎ ‎(5)由电阻定律知R＝ρ，则ρ＝·R＝R≈1×10－6 Ω·m，C正确．‎ ‎(6)由于读数而引起的误差是偶然误差，由于电压表与电流表的内阻而引起的误差是系统误差，A、B错误．若将电流表和电压表的内阻计算在内，则消除了电表内阻对实验的影响，即消除了由测量仪表引起的系统误差，C正确．用U－I图象处理数据，体现了多次测量求平均值的思想，而且剔除了个别偶然误差比较大的点，如图线中的第6个点，D正确．‎ 答案：(1)0.398(0.397～0.399均正确)　(2)乙　(3)图见解析　(4)图见解析　4.5(4.3～4.7均正确)　(5)C　(6)CD - 27 -‎