高考物理二轮复习精品资料专题16 电学实验教学案(教师版)

2013高考物理二轮复习精品资料专题16 电学实验教学案（教师版）

1．重视对实验操作能力的考查．如实验步骤的排序、纠错；实验器材的选择，包括滑动变阻器、电阻箱、电表量程的选择；实物连线和运用图象与表格分析处理实验数据；实验结论的总结及误差分析；实验方案的改进创新等．

2．重视对基本仪器的读数、构造原理、重要实验方法及电学实验中的故障分析的考查，如游标卡尺、螺旋测微器、多用电表等的读数．

3. 设计性实验是考查的热点．在近几年的各地高考中设计性的实验题比较多，此类实验能够综合考查考生创造性地应用已学知识、方法、原理，灵活处理陌生实验问题的能力，要求学生有较高的知识迁移能力、实验设计能力．

4．电学实验在高中阶段所占比例较大，是实验考查的重点，各地高考实验题中必有电学实验题．

对物理实验的考查通常是以独立题型出现，在高考中实验试题的命题一般是一个力学实验和一个电学实验．一个以考查演示实验或基本实验的基础实验知识、基本实验技能为主；另一个一般以考纲要求的基本实验为载体进行必要的改进和创新，考查考生对基本实验的理解能力、迁移能力和创新能力．

预测2013年高考实验考题主要表现为以下几种形式：

1．一个力学实验题：以打点计时器为主要实验仪器，涉及位移、速度测量的基本力学实验，分值较少，难点不大，命题形式为填空题(或选择性填空)．

2．一个电学实验题：以电流、电压的测量为基本测量的设计性电学实验，涉及实验电路和方法的设计、实验原理的迁移、实验器材的选择、电路实物连线及图象法处理实验数据等，分值较多，能力要求较高，命题形式可能为填空、选择性填空、电路图或实物连线、图象图表分析等． 【知识网络构建】

【重点知识整合】

一、测量读数类仪器使用 1．电流表、电压表

(1)电流表、电压表使用时量程选择的规则:

根据被测电流或电压值的大小选择量程.测量时最好使指针偏转超过所选量程的2/3,

至少超过1/2.在不知道被测电流或电压大小的情况下,应选用电表的较大量程,然后再根据指针偏转情况选取合适的量程.

(2)读数方法:读数时应使视线垂直于刻度盘表面.凡仪器最小刻度是10分度的,要求读到最小刻度后再往下估读一位(估读的这位是不可靠数字);凡仪器最小刻度不是10分度的,只要求读到最小刻度所在的这一位,不再往下估读.

2．电阻箱

电阻箱是按照各个数量级上指针的对应数值读数的,指针必须指向某一个确定的数值,不能在两个数值之间,因此电阻箱测量结果的各位读数都是从电阻箱上指针所指位置直接读出的,不再向下估读．

如图14－2所示的电阻箱的阻值为84580.2 Ω.

图14－2

④测量时待测电阻要跟其他元件和电源断开.

⑤多用电表使用完毕后,应将选择开关拨离欧姆挡,旋至OFF挡或交流电压最高挡上. 特别提醒：要区分开“机械零点”与“欧姆零点”：“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置．调整的是表盘下边中间的定位螺丝．“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮．

二、电学实验

1．电路设计及仪器选取原则

正确地选择仪器和设计实验电路,有一定的灵活性,应遵循以下几个基本原则: (1)正确性． (2)安全性． (3)方便性． (4)精确性．

2．“伏安类”实验中电流表的内、外接法

比较项目 电流表内接法 电流表外接法

电路 误差 原因 比较 电流表内接法 项目 UR测＝ I＝RA＋Rx>Rx 电阻的测量值大于真实值 适用 Rx?RA,大电阻 条件 特别提醒:在RV、RA均不知的情况下,可采用试触法.如图14－4所示,分别将a端与b、

Rx?RV,小电阻 UR测＝ IRVRx＝

接法;如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显,说明电流表分压作用大,应采用外接法.

图14－4

3．滑动变阻器的接法

(1)若符合下列情况之一,则滑动变阻器必须接成分压式. ①要求电表能从零开始读数; ②要求电表能有较大的调节范围;

③当待测电阻Rx?R(滑动变阻器的最大阻值)时.

(2)当待测电阻Rx?R(滑动变阻器的最大阻值)时,既可接成分压式、也可接成限流式. 三、实验误差

1．偶然误差和系统误差

从性质和来源看,误差分为偶然误差和系统误差两种.

(1)偶然误差是由各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的误差.减小偶然误差的方法就是通过多次测量求平均值.

(2)系统误差是由于仪器本身不精确,或实验方法粗略或实验原理不完善而产生的.要减小系统误差,必须校准仪器,或改进实验方法,或完善实验原理.

2．有效数字

(1)测量既然总有误差,测量的数值就只能是近似数,如“174.2 mm”最末的一位数字“2”是不可靠数字,但它仍有意义不能舍,因为它代表了一个大概数量关系,比如这里174.2与174.8相比是接近174还是175就显而易见了.像174.2 mm这种带一位不可靠数字的近似数字叫有效数字,有效数字的最后一位为误差所在位.在实验中,测量时要按有效数字的规则来读数.

(2)确定有效数字时，应注意以下问题：

①有效数字的位数与小数点的位置无关.有效数字的位数与单位无关.

②关于“0”在有效数字中的特殊性:0在前时,从左往右数第一个不为零的数字才是有效数字.0在后时,计入有效数字.

③乘方不算有效数字;比如3.020×10 m/s中的－3不是有效数字,10也不是. 3．减小实验误差的方法 (1)多次测量求平均值． (2)累积法． (3)图象法． 四、创新实验

1.创新实验方案的设计,一般应遵循以下四条原则 (1)科学性原则． (2)可靠性原则． (3)方便性原则． (4)准确性原则． 2．设计性实验的设计思路

五、控制电路的设计技巧

1．滑动变阻器控制电路的方式有分压式和限流式两种，下列几种情况必须选用分压式接法：

(1)要求被控制电路的电流(或电压)从零开始可连续调节时(如：测绘导体的伏安特性曲线等实验)；

－3

(2)被控制电路的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0时； (3)实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时；

(4)若采用限流式接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过电表或电器的额定值时．

2．若测量电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且被控制电路的电阻RL与滑动变阻器的最大值R0接近或RL略小于R0，则应该采用限流式接法．测定电源的电动势和内阻实验必须采用限流式接法．

2．电表的选择：一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表；根据待测电流的最大电流选择电流表；选择的电表的量程应使电表的指针摆动的幅度较大，一般应使指针能达到半偏左右，以减小读数的偶然误差，提高精确度．

3．变阻器的选择：所选用的变阻器的额定电流应大于电路中通过变阻器的最大电流，以确保变阻器的安全；为满足实验中电流变化的需要和调节的方便，在分压式接法中，应选用电阻较小而额定电流较大的变阻器，在限流式接法中，变阻器的阻值不能太小． 【高频考点突破】 考点一 实验数据的读取

(1)仪器连线如图14－7所示(a和b是多用电表的两个表笔)．若两电表均正常工作，则表笔a为________(填“红”或“黑”)色；

图14－7

(2)若适当调节电阻箱后,图1中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图14－8(a)、(b)、(c)所示,则多用电表的读数为________Ω,电流表的读数为________mA,电阻箱的读数为_______Ω;

图14－8(a)

图14－8(b)

图14－8(c)

(3)将图14－7中多用电表的两表笔短接,此时流过多用电表的电流为______mA;(保留3位有效数字)

(4)计算得到多用电表内电池的电动势为______V. (保留3位有效数字) 答案:(1)黑 (2)14.0 53.0 4.6 (3)102 (4)1.54

考点二 电学实验器材的选取及应用

(1)甲同学要把一个量程为200 μA的直流电流计G,改装成量度范围是0～4 V的直流电压表.

①她按图14－17所示电路用半偏法测定电流计G的内电阻rg,其中电阻R0约为1 kΩ.

图14－17

为使rg的测量值尽量准确,在以下器材中,电源E应选用________,电阻器R1应选用_______,电阻器R2应选用________(选填器材前的字母)．

A.电源(电动势1.5 V) B.电源(电动势6 V) C.电阻箱(0～999.9 Ω) D.滑动变阻器(0～500 Ω)

E.电位器(一种可变电阻，与滑动变阻器相当) (0～5.1 kΩ) F.电位器(0～51 kΩ)

②该同学在开关断开情况下,检查电路连接无误后,将R2的阻值调至最大.后续的实验操作步骤依次是:________,________,________,________,最后记录R1的阻值并整理好器材.(请按合理的实验顺序,选填下列步骤前的字母)

A.闭合S1 B.闭合S2

C.调节R2的阻值,使电流计指针偏转到满刻度 D.调节R2的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半 E.调节R1的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半 F.调节R1的阻值,使电流计指针偏转到满刻度

③如果所得的R1的阻值为300.0 Ω,则图14－17中被测电流计G的内阻rg的测量值为________Ω,该测量值________实际值(选项“略大于”、“略小于”或“等于”).

④给电流计G______联(选填“串”或“并”)一个阻值为________kΩ的电阻,就可以将该电流计G改装为量程为4 V的电压表.

(2)乙同学要将另一个电流计G改装成直流电压表,但他仅借到一块标准电压表V0、一个电池组E、一个滑动变阻器R′和几个待用的阻值准确的定值电阻.

①该同学从上述具体条件出发,先将待改装的表G直接与一个定值电阻R相连接,组成一个电压表;然后用标准电压表V0校准.请你画完图14－18方框中的校准电路图.

图14－18

②实验中,当定值电阻R选用17.0 kΩ时,调整滑动变阻器R′的阻值,电压表V0的示数是4.0 V时,表G的指针恰好指到满量程的五分之二;当R选用7.0 kΩ时,调整R′的阻值,电压表V0的示数是2.0 V时,表G的指针又指到满量程的五分之二.

由此可以判定,表G的内阻rg是________kΩ,满偏电流Ig是________mA.若要将表G改装成量程是15 V的电压表,应配备一个________kΩ的电阻.

图14－19

【变式探究】为测量一电源的电动势及内阻

(1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为9 V的电压表 A．量程为1 V、内阻大约为1 kΩ的电压表V1 B．量程为2 V、内阻大约为2 kΩ的电压表V2 C．量程为3 V、内阻为3 kΩ的电压表V3

选择电压表________串联________kΩ的电阻可以改装成量程为9 V的电压表． (2)利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号V1、V2 或V3

与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表)，画出测量电源电动势及内阻的实验原理电

路图．

(3)根据以上实验原理电路图进行实验,读出电压表示数为1.50 V时,电阻箱的阻值为15.0 Ω;电压表示数为2.00 V时,电阻箱的阻值为40.0 Ω，则电源的电动势E＝_______V、内阻r＝_______Ω.

解析：(1)改装电压表需根据电压表内阻计算分压电阻的电阻值，V3表的量程扩大3倍即为改装的电压表，故应选C，要将量程为3 V，内阻3 kΩ的电压表改装为量程为9 V的电压表，串联分压电阻的阻值为

R＝

9 V－3 V

＝6000 Ω＝6 kΩ. 3 V3

3×10 Ω

(2)电路原理图如图所示．

(3)根据闭合电路欧姆定律知 3UE＝3U＋·r

R′

将U1＝1.50 V，R′1＝15.0 Ω

及U2＝2.00 V，R′2＝40.0 Ω分别代入上式联立解方程组得E＝7.5 V，r＝10.0 Ω. 考点三 创新实验分析

例3.用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT,在给定温度范围内,其阻值随温度的变化是非线性的.某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成图14－20虚线框内所示的电路,以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的,且具有合适的阻值范围.为了验证这个设计,他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值,测量电路如图14－20所示,图中的电压表内阻很大.RL的测量结果如下表所示．

图14－20

温度t (℃) 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 RL阻值(Ω) 54.3 51.5 48.3 44.7 41.4 37.9 34.7 回答下列问题：

(1)根据图14－20所示的电路，在图14－21所示的实物图上连线．

图14－21

(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作RL－t关系图线．

图14－22

(3)在某一温度下,电路中的电流表、电压表的示数如图14－23甲、乙所示.电流表的读数为____,电压表的读数为_______.此时等效电阻RL的阻值为______;热敏电阻所处环境的温度约为_____.

图14－23

图14－24

(2)RL－t关系曲线如图14－25所示

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