2020届二轮复习专题十　实验及拓展创新第2课时电学实验课件（67张）

2020届二轮复习专题十　实验及拓展创新第2课时电学实验课件（67张）

第 2 课时　电学实验 第一部分 　 专题 十　实验及拓展创新 高考命题轨迹 高考命题点 命题轨迹 情境图 电表改装　多用电表原理和使用 2015 1 卷 23   2017 3 卷 23 15(1)23 题 17(3)23 题 电表改装　多用电表原理和使用 2018 2 卷 22   2019 1 卷 23,3 卷 23 18(2)22 题 19(1)23 题 19(3)23 题 “ 电阻测量类 ” 实验 2015 2 卷 23   　 　　　 2016 2 卷 23 15(2)23 题 16(2)23 题 “ 电阻测量类 ” 实验 2017 1 卷 23,2 卷 23   　 　　　 17(1)23 题 17(2)23 题 “ 电阻测量类 ” 实验 2018 1 卷 23 , 3 卷 23   　 　　　 18(1)23 题 18(3)23 题 测定电源电动势和内阻 拓展创新实验 2016 1 卷 23,3 卷 22 16(1)23 题　　　　　 16(3)22 题 拓展创新实验 2019 2 卷 23 19(2)23 题 高考题型 1 电表 改装 多用电表 原理和使用 内容索引 NEIRONGSUOYIN 高考题型 2 “ 电阻测量类 ” 实验 高考题型 3 测定 电源电动势和内阻 高考题型 4 拓展 创新 实验 电表改装 多用电表 原理和使用 题型：实验题： 5 年 4 考 高考题型 1 例 1 　 ( 2019· 全国卷 Ⅰ ·23) 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 1(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 ). (1) 根据图 (a) 和题给条件，将图 (b) 中的实物连线 . 图 1 答案　 连 线如图所示 解析 　 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) 当标准毫安表的示数为 16.0 mA 时，微安表的指针位置如图 2 所示，由此可以推测出改装的电表量程不是预期值，而是 ________.( 填正确答案标号 ) A18 mA B.21 mA C.25 mA D.28 mA 解析 　 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 . 图 2 C (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 AC 出现该情况可能是微安表内阻测量错误，实际电阻大于 1 200 Ω ， 或者 并联的电阻 R 计算错误，接入的电阻偏小，选项 A 、 C 正确 . (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 　 设 微安表的满偏电压为 U ，则对并联的电阻 R 有 U ＝ (25 － 0.25) × 10 － 3 R U ＝ (20 － 0.25) × 10 － 3 kR 拓展训练 1 　 (2019· 云南昆明市 4 月质检 ) 某同学想将一量程为 1 mA 的灵敏电流计 G 改装为多用电表，他的部分实验步骤如下： 图 3 (1) 他用如图 3 甲所示的电路测量灵敏电流计 G 的内阻 ① 请在乙图中将实物连线补充完整 ； 答案　 见 解析图 解析　 由 原理图连线如图： ② 闭合开关 S 1 后，将单刀双掷开关 S 2 置于位置 1 ，调节滑动变阻器 R 1 的阻值，使电流表 G 0 有适当示数 I 0 ；然后保持 R 1 的阻值不变，将开关 S 2 置于位置 2 ，调节电阻箱 R 2 ，使电流表 G 0 示数仍为 I 0 . 若此时电阻箱阻值 R 2 ＝ 200 Ω ，则灵敏电流计 G 的内阻 R g ＝ ________ Ω. 200 解析　 由 闭合电路欧姆定律可知，两情况下的电流相同，所以灵敏电流计 G 的内阻 R g ＝ 200 Ω ； (2) 他将该灵敏电流计 G 按图丙所示电路改装成量程为 3 mA 、 30 mA 及倍率为 “× 1 ” 、 “× 10 ” 的多用电表 . 若选择电流 30 mA 量程时，应将选择开关 S 置于 ________( 选填 “ a ”“ b ”“ c ” 或 “ d ” ) ，根据题给条件可得电阻 R 1 ＝ ______ Ω ， R 2 ＝ ________ Ω. b 10 90 解析　 由 表头改装成大量程的电流表原理可知，当开关接 b 时，表头与 R 2 串联再与 R 1 并联，此种情形比开关接 c 时电路总电流更大，故开关应接 b ； 由电流表的两种量程可知 ： 接 b 时有： 29 × 10 － 3 R 1 ＝ 10 － 3 × (200 ＋ R 2 ) 联立解得： R 1 ＝ 10 Ω ， R 2 ＝ 90 Ω ； (3) 已知图丙电路中两个电源的电动势均为 3 V( 内阻可忽略 ) ，将选择开关置于 a 测量某电阻的阻值，若通过灵敏电流计 G 的电流为 0.40 mA ，则所测电阻阻值为 _____ Ω. 150 解析　 开关接 a 时，多用电表 I max ＝ 30 mA ， 所以所测电阻阻值为 R 测 ＝ R 总 － R 内 ＝ 150 Ω. 拓展训练 2 　 (2019· 全国卷 Ⅲ ·23) 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 R 0 ( 阻值 14 kΩ) ，滑动变阻器 R 1 ( 最大阻值 1 500 Ω) ，滑动变阻器 R 2 ( 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 . 图 4 (1) 欧姆表设计 将图 4 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 “ R 1 ” 或 “ R 2 ” ). 900 答案　 如图所示　 R 1 解析　 由 题知当两表笔间接入 15 kΩ 的电阻时，电流表示数为 50 μA ， 代入数据解得 R ＝ 900 Ω ，所以滑动变阻器选择 R 1 . (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 5 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 ________ 、 ________. 图 5 45 5 解析　 欧姆表 的内阻 R g ′ ＝ R g ＋ r ＋ R 0 ＋ R ＝ 15 kΩ ， (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 6 所示，则电阻箱接入的阻值为 ________ Ω. 图 6 解析　 红 、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向 0 kΩ 处 . 题 图中电阻箱读数为 35 000.0 Ω. 0 35 000.0 “ 电阻测量类 ” 实验 题型：实验题： 5 年 4 考 高考题型 2 例 2 　 (2019· 四川南充市第二次适应性考试 ) LED 绿色照明技术已经走进我们的生活 . 某实验小组要精确测定额定电压为 3 V 的 LED 灯正常工作时的电阻，已知该灯正常工作时电阻大约 500 Ω ，电学符号与小灯泡电学符号相同 . 实验室提供的器材有： A. 电流表 A 1 ( 量程为 0 至 50 mA ，内阻 R A1 约为 3 Ω) B. 电流表 A 2 ( 量程为 0 至 3 mA ，内阻 R A2 ＝ 15 Ω) C. 定值电阻 R 1 ＝ 697 Ω D. 定值电阻 R 2 ＝ 1 985 Ω E. 滑动变阻器 R (0 至 20 Ω) 一只 F. 电压表 V( 量程为 0 至 12 V ，内阻 R V ＝ 1 kΩ) G. 蓄电池 E ( 电动势为 12 V ，内阻很小 ) H. 开关 S 一只 (1) 如图 7 所示，请选择合适的器材，电表 1 为 ________ ，电表 2 为 ________ ，定值电阻为 ________.( 填写器材前的字母编号 ) 图 7 答案 　 见解析 解析　 要 精确测定额定电压为 3 V 的 LED 灯正常工作时的电阻，需测量 LED 灯两端的电压和通过 LED 灯的电流，由于电压表的量程较大，测量误差较大，不能用已知的电压表测量 LED 灯两端的电压，可以将电流表 A 2 与定值电阻串联改装为电压表测量电压； 由以上分析可知，电表 1 为 F ，电表 2 为 B ，定值电阻为 D. (2) 将采用的电路图补充完整 . 答案 　 见解析 解析　 因为 滑动变阻器阻值远小于 LED 灯的电阻，所以滑动变阻器采用分压式接法 . 电路图如图所示， (3) 写出测量 LED 灯正常工作时的电阻表达式 R x ＝ ________( 用测量量字母和已知字母表示 ) ，当表达式中的 ________( 填字母 ) 达到 ________ ，记下另一电表的读数代入表达式，其结果为 LED 灯正常工作时电阻 . 答案 　 见解析 解析　 设 LED 灯正常工作时电表 1 的读数为 U V ，电表 2 的读数为 I 2 ，根据闭合电路欧姆定律知， LED 灯两端的电压 U ＝ I 2 ( R 2 ＋ R A2 ) ， 改装后的电压表内阻为 R V ＝ 1 985 Ω ＋ 15 Ω ＝ 2 000 Ω ， 则当 I 2 ＝ 1.5 mA 时， LED 灯两端的电压为 3 V ，达到额定电压，测出来的电阻为正常工作时的电阻 . 拓展训练 3 　 (2019· 江西南昌市第二次模拟 ) 某同学想测出学校附近一工厂排出废水的电阻率，以判断废水是否达到排放标准 ( 一般工业废水电阻率的达标值为 ρ ≥ 200 Ω·m). 图 8 为该同学所用盛水容器，其左、右两侧面为带有接线柱的金属薄板 ( 电阻极小 ) ，其余四面由绝缘材料制成，容器内部长 a ＝ 40 cm ，宽 b ＝ 20 cm ，高 c ＝ 10 cm. 他将水样注满容器后设计实验进行测量 . 图 8 (1) 他用实验室中的下列器材来精确测量所取水样的电阻： A. 电流表 ( 量程 5 mA ，电阻 R A ＝ 800 Ω) B. 电压表 ( 量程 15 V ，电阻 R V 约为 10.0 kΩ) C. 滑动变阻器 (0 ～ 20 Ω ，额定电流 1 A) D. 电源 (12 V ，内阻约 10 Ω) E. 开关一只、导线若干 请用笔画线代替导线帮他在图 9 中完成电路连接； 图 9 答案　 所以电流表应用内接法，由于滑动变阻器的总阻值为 20 Ω ，为了方便调节，所以滑动变阻器应用分压式接法，电路图如图： (2) 正确连接电路后，这位同学闭合开关，测得一组 U 、 I 数据；再调节滑动变阻器，重复上述测量得出一系列数据如下表所示，请你在图 10 的坐标系中作出 U － I 关系图线； U /V 2.0 4.0 6.8 8.2 10.0 11.2 I /mA 0.80 1.60 2.73 3.38 4.00 4.45 答案　 图 10 解析　 根据 U 、 I 所测的数据作出 U － I 图线如图： (3) 由 U － I 图线求出待测水样的电阻为 __________ __ ______ Ω ，算出所测水样的电阻率，可以判断这一水样 ________( 选填 “ 达标 ” 或 “ 不达标 ” ). 1 717(1 650 ～ 1 750) 不达标 解析　 根据 U － I 图线， 测定电源电动势和内阻 题型：实验题： 5 年 0 考 高考题型 3 例 3 　 (2018· 江苏单科 ·10) 一同学测量某干电池的电动势和内阻 . (1) 如图 11 所示是该同学正准备接入最后一根导线 ( 图中虚线所示 ) 时的实验电路 . 请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处 __________ __ __ ； ________________. 图 11 开关未断开 电阻箱阻值为零 解析　 在 电学实验中，连接电路时应将开关断开，电阻箱的阻值调为最大，确保实验仪器、仪表的安全 . (2) 实验测得的电阻箱阻值 R 和电流表示数 I ，以及计算 的 数据 见下表： R /Ω 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 I /A 0.15 0.17 0.19 0.22 0.26 / A － 1 6.7 5.9 5.3 4.5 3.8 根据表中数据，在图 12 的方格纸上作出 R － 关系 图象 . 图 12 由图象可计算出该干电池的电动势为 ________V ；内阻为 ________Ω. 答案　 见 解析图　 1.38(1.30 ～ 1.44 都算对 ) 　 1.2(1.0 ～ 1.4 都算对 ) 　 解析　 根据 闭合电路欧姆定律， 得 E ＝ I ( R ＋ r ) 描点连线后图象如图所示 . 根据图象可知 r ＝ 1.2 Ω. 图象的斜率为电动势 E ， (3) 为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为 100 mV 的电压表并联在电流表的两端 . 调节电阻箱，当电流表的示数为 0.33 A 时，电压表的指针位置如图 13 所示，则该干电池的电动势应为 ________V ；内阻应为 ________Ω. 图 13 答案　 1.38 [ 结果与 (2) 问第一个空格一致 ] 　 1.0[ 结果比 (2) 问第二个空格小 0.2] 解析　 根据 欧姆定律，得电流表的内阻 该干电池的内阻应为 r ′ ＝ r － r A ＝ 1.0 Ω 拓展训练 4 　 (2019· 安徽宣城市第二次模拟 ) 在测定电源电动势和内电阻的实验中，实验室提供了合适的实验器材 . (1) 甲同学按电路图 14a 进行测量实验，其中 R 2 为保护电阻，则 ： ① 请用笔画线代替导线在图 b 中完成电路的连接 ； 图 14 答案　 解析　 根据 原理图可得出对应的实物图，如图所示 ； ② 根据电压表的读数 U 和电流表的读数 I ，画出 U － I 图线如图 c 所示，可得电源的电动势 E ＝ ________ V ，内电阻 r ＝ ________ Ω( 结果均保留两位有效数字 ). 2.8 0.60 解析　 根据 闭合电路欧姆定律可得： U ＝ E － Ir ， (2) 乙同学误将测量电路连接成如图 d 所示，其他操作正确，根据电压表的读数 U 和电流表的读数 I ，画出 U － I 图线如图 e 所示，可得电源的电动势 E ＝ ________ V ，内电阻 r ＝ ________ Ω( 结果均保留两位有效数字 ). 3.0 0.50 解析　 由 乙同学的电路接法可知 R 1 左右两部分并联后与 R 2 串联，则可知在滑片移动过程中，滑动变阻器接入电路电阻先增大后减小，则路端电压先增大后减小，所以出现题图 e 所示的图象，则由图象可知当电压为 2.5 V 时，电流为 0.50 A ，此时两部分电阻相等，则总电流为 I 1 ＝ 1 A ； 而 当电压为 2.4 V 时，电流分别对应 0.33 A 和 0.87 A ，则说明当电压为 2.4 V 时，干路电流为 I 2 ＝ 0.33 A ＋ 0.87 A ＝ 1.2 A ； 则 根据闭合电路欧姆定律可得 2.5 V ＝ E － r ·1 A,2.4 V ＝ E － r ·1.2 A ，解得电源的电动势 E ＝ 3.0 V ，内电阻 r ＝ 0.50 Ω. 拓展 创新实验 题型：实验题： 5 年 5 考 高考题型 4 例 4 　 (2019· 全国卷 Ⅱ ·23) 某小组利用图 15(a) 所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压 U 与温度 t 的关系，图 中 和 为 理想电压表； R 为滑动变阻器， R 0 为定值电阻 ( 阻值 100 Ω) ； S 为开关， E 为电源 . 实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度 t 由温度计 ( 图中未画出 ) 测出 . 图 (b) 是该小组在恒定电流为 50.0 μA 时得到的某硅二极管 U － t 关系图线 . 回答下列问题： 图 15 (1) 实验中，为保证流过二极管的电流为 50.0 μA ，应调节滑动变阻器 R ，使电压表 的 示数为 U 1 ＝ ________ mV ；根据图 (b) 可知，当控温炉内的温度 t 升高时，硅二极管正向电阻 ________( 填 “ 变大 ” 或 “ 变小 ” ) ，电压表 示数 ________( 填 “ 增大 ” 或 “ 减小 ” ) ，此时应将 R 的滑片向 ________( 填 “ A ” 或 “ B ” ) 端移动，以使 示 数仍为 U 1 . 5.00 变小 增大 B 解析　 实验 中硅二极管与定值电阻 R 0 串联，由欧姆定律可知，定值电阻两端电压 U 1 ＝ IR 0 ＝ 50.0 μA × 100 Ω ＝ 5.00 mV ； 由题图 (b) 可知，当控温炉内温度升高时，硅二极管正向电压减小，又题图 (b) 对应的电流恒为 50.0 μA ，可知硅二极管的正向电阻变小，定值电阻 R 0 两端电压增大，即电压表 示 数增大，应增大滑动变阻器接入电路的阻值以减小电路中的电流，从而使电压表 示 数保持不变，故应将 R 的滑片向 B 端移动 . (2) 由图 (b) 可以看出 U 与 t 成线性关系 . 硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为 | | ＝ ________ × 10 － 3 V/ ℃ ( 保留 2 位有效数字 ). 2.8 拓展训练 5 　 (2019· 福建厦门市第一次质量检查 ) 举世瞩目的嫦娥四号，其能源供给方式实现了新的科技突破：它采用同位素温差发电与热电综合利用技术结合的方式供能，也就是用航天器两面太阳翼收集的太阳能和月球车上的同位素热源两种能源供给探测器 . 图 16 甲中探测器两侧张开的是光伏发电板，光伏发电板在外太空将光能转化为电能 . 图 16 某同学利用图乙所示电路探究某光伏电池的路端电压 U 与电流 I 的关系，图中定值电阻 R 0 ＝ 5 Ω ，设相同光照强度下光伏电池的电动势不变，电压表、电流表均可视为理想电表 . (1) 实验一：用一定强度的光照射该电池，闭合开关 S ，调节滑动变阻器 R 的阻值，通过测量得到该电池的 U － I 曲线 a ( 如图丁 ). 由此可知，该电源内阻是否为常数 ________( 填 “ 是 ” 或 “ 否 ” ) ，某时刻电压表示数如图丙所示，读数为 ________ V ，由图象可知，此时电源内阻为 _____________________ Ω. 否 1.50 5.6(5.5 ～ 5.7 均算正确 ) 解析　 由 U － I 图象可知，因图象的斜率等于电源的内阻，可知电源内阻不是常数 ； 电压表 的量程为 3.00 V ，则读数为 1.50 V ； 由题图丁中读出，此时电路中的电流为 250 mA ， 实验二：减小实验一光照的强度，重复实验，测得 U － I 曲线 b ( 如图丁 ). (2) 在实验一中当滑动变阻器的电阻为某值时路端电压为 2.5 V ，则在实验二中滑动变阻器仍为该值时，滑动变阻器消耗的电功率为 _______________________ _ __________ W( 计算结果保留两位有效数字 ). 7.2 × 10 － 2 (7.0 × 10 － 2 ～ 7.4 × 10 － 2 均算正确 ) 解析　 在 实验一中当滑动变阻器的电阻为某值时路端电压为 2.5 V ， 可 得此时的电流为 100 mA ， 则在实验二中滑动变阻器仍为该值时，此时外电路电阻为 R 外 ＝ R ＋ R 0 ＝ 25 Ω ， 将 此电阻的 U － I 图线画在此电源的 U － I 图象中，如图： 直线与 b 的交点为实验二中 R ＝ 20 Ω 时电路的工作点，此时 I ＝ 60 mA ， 则 滑动变阻器消耗的电功率为 P ＝ I 2 R ＝ 0.06 2 × 20 W ＝ 7.2 × 10 － 2 W. 拓展训练 6 　 (2019· 湖北武汉市四月调研 ) 某同学用光敏电阻和电磁继电器等器材设计自动光控照明电路 . 图 17 (1) 光强 ( I ) 是表示光强弱程度的物理量，单位为坎德拉 (cd). 如图 17(a) 所示是光敏电阻阻值随光强变化的图线，由此可得到的结论是： _____________________ _ ____________ ________________________________________________________ ____ _____. 随着 光照强度的增加，光敏电阻的阻值迅速下降，进一步增大光照强度，电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓　 解析　 由 图象可得到的结论是：随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值迅速下降，进一步增大光照强度，电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓 . (2) 如图 (b) 为电磁继电器的构造示意图，其中 L 为含有铁芯的线圈， P 为可绕 O 点转动的衔铁， K 为弹簧， S 为一对触头， A 、 B 、 C 、 D 为四个接线柱 . 工作时，应将 ________( 填 “ A 、 B ” 或 “ C 、 D ” ) 接照明电路 . 解析　 由 电磁继电器的工作原理可知，电磁铁连接的是控制电路，衔铁连通的是工作电路，故工作时，应将 “ C 、 D ” 接照明电路 . C 、 D 　 (3) 请在图 18 中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接 . 图 18 答案　 如图所示 解析　 由于 光敏电阻在光照弱时电阻大，光照强时电阻小，故而要想使照明电路正常工作，需要在光照弱时，使电磁铁中电流足够大，此时光敏电阻阻值较大，因此需要并联分流 . 则实物电路的连接如图； (4) 已知电源电动势为 3 V ，内阻很小，电磁铁线圈电阻 R 0 ＝ 20.0 Ω ，电流超过 50 mA 时可吸合衔铁 . 如果要求光强达到 2 cd 时，照明电路恰好接通，则实物电路图中定值电阻 R ＝ ______ Ω. 40 本课结束