高考物理一轮复习实验测定金属丝的电阻率学案.docx

1、1 实验八 测定金属丝的电阻率 实验基础 落实基础提炼精髓 2 注意事项 1. 螺旋测微器的使用 (1) 测 量 前 须 校 对 零 点 . 3 命题研析 突破常规注重创新 (2) 测量时 , 当测微螺杆将要接触被测物体时 , 要改用微调旋钮 . (3) 螺旋测微器应估读一位 , 即以 mm作单位, 应读到小数点后面第三位 . (4) 方 法 : 固 定 刻 度 数 mm+ 2. 游标卡尺及读数 动刻度数 ( 估读一位 ) 0.01 mm. (1) 看清精确度 :10 分度、20 分度、50 分度的精度分别为 0.1,0.05,0.02. (2) 主尺上标识的 1,2,3 等数字单位是厘米 ,

2、 最小刻度是 1 mm. (3) 读数方法 (mm):主尺刻度数 (mm)+游标尺与主尺刻度的对齐数精度 . 例如 读数为 (50+40.05) mm=50.20 mm. 3. 电流表和电压表的读数 (1) 若刻度盘上每一小格为 :1,0.1,0.01, 时 , 需估读到最小刻度值的下一位 . (2) 若刻度盘上每一小格为 :2,0.2,0.02,5,0.5,0.05, 时 , 只需估读到最小刻度 值的位数 . 4. 伏安法测电阻的电路选择 Rx RV RA 时, 用电流表内接法 . 5. 测定金属的电阻率 (1) 先 测 直 径 , 再 连 电 路 . 应 该 把 所 测 量 的 待 测 金

3、 属 丝 的 两 个 端 点 之 间 的 长 度 接 入 电 路 . (2) 本实验中被测金属丝的电阻值较小 , 应采用电流表外接法 . (3) 开关 S闭合前 , 滑动变阻器的阻值要调至最大 . 4 (4) 电流不宜太大 ( 电流表用 0 0.6 A 量程 ), 通电时间不宜太长 , 以免金属丝温度 升高 , 导致电阻率在实 验过程中变大 . 误差分析 1. 测量金属丝直径、长度以及电流、电压带来误差 . 2. 电路中电流表及电压表对电阻测量的影响 , 因为电流表外接 , 所以 Rx 测 R R 200 RA = 200 =5, 故该实验的测量电路应该选用电流表的外接法 , 并 40 且为了

4、获得多组数据 , 尽量精确测量其电阻值 , 故滑动变阻器应采用分压接法 , 则实验电路图 如图 1 所示 . 13 (2) 图(b) 中 6 个点基本处于一条直线上 , 过这些点作 U I 图像 , 如图 2 所示 , 根据图线的斜率表 示电阻大小可得 R= U I =240 . (3) 用螺旋测微器测得该圆柱体的直径为 d=1.5 mm+19.4 mm 0.01=1.694 mm= 0.169 4 cm, 用游标卡尺测量其长度为 l=10 mm+14 0.05 mm=10.70 mm=1.070 cm. (4) 根据电阻定律 R= l , 且 S=（ d ） 2, 解得 = Rd , 代入数

5、据解得 =5.05 S 2 4l -2 2 14 10 m. 答案 :(1) 见解析 (2)240 (3)0.169 4 1.070 (4)5.05 10-2 2.(2018 山东临沂二模 ) 某研究小组的同学们准备测量 15 自来水的电阻率 , 以判断该自来 水是否符合国际标准 ( 国标规定自来水在 15 时电阻率应大于 13 m). 他们先在一根均匀的长玻璃管两端各装了一个电极 , 电极间装满密封的待测自 来 水 , 同学们设计了实验方案并分工进行了以下测量 : (1) 同学们用游标卡尺测量玻璃管的内径 d; 向玻璃管内注满自来水 , 并用刻度尺测量水柱长度 L; 用多用电表的电阻“ 10

6、0”挡 , 按正确的操作步骤测量此水柱体的电阻 R, 表盘的示数如图 ( 乙 ) 所示 ; 由图 ( 甲 ) 所示可知玻璃管的内径 d= mm,水柱体的电阻 R= . 15 2 (2) 该小组同学想用伏安法更精确地测量其电阻 R, 现 有 的 器 材 及 其 代 号 和 规 格 如 下 : 电压表V( 量程 15 V, 内 阻 约 30 k ); 电 流 表 A( 量 程 300 mA,内 阻 约 50 ); 滑 动 变 阻 器 R0(0 1 00 ,允许最大 电 流 1 A); 电 池 组 E( 电 动 势 E=12 V, 内 阻 r= 6 ); 开 关 一 个 、 导 线 若 干 . 请根

7、据情况补全电路原理图 ( 并 不 是 所 有 的 接 线 点 都 要 连 接 ). (3) 如 果 测 出 水 柱 的 长 度 L、 玻 璃 管 的 内 径 d 和 水 柱 的 电 阻 R,则自来水电阻率的表达式为 = .( 用 符 号 表 示 ) 解析 :(1) 游标卡尺主尺为 54 mm,游标尺部分为 70.02 mm=0.14mm,则玻璃管内径 d=54.14 mm. 水柱体电阻 R=26 100 =2 600 . (2) 由 于 滑 动 变 阻 器 的 最 大 阻 值 远 小 于 待 测 电 阻 的 阻 值 , 故 滑 动 变 阻 器 采 用 分 压 式 接 法 ; 由于待 测 电 阻

8、 的 阻 值 与 电 压 表 的 内 阻 相 差 不 多 , 而且远大于电流表内阻 , 故 电 流 表 采 用 内 接 法 , 则 电 路 原 理 图 如 图 所 示 . (3) 根据电阻定律可知 R= L = 4L S d , Rd2 则电阻率为 = . 4 L Rd 2 16 答案 :(1)54.14 2 600 (2) 见解析 (3) 4L 命题点二 创新实验 实验装置图示 创新角度分析 2017 全国卷 ,23 (1) 实验方案的改进 : 类似于电桥法测电阻 ,S 2 闭合前后微安表示数 不变 , 说明 B,D 两点电势相等 . (2) 考查方式的拓展 : 提高测量微安表内阻精度的建议

9、 . 2019 湖北荆州质检 (1) 实验方案的改进 : 采用“等效法替代”测圆柱体的电阻 . (2) 考查方式的创新拓展 : 考查实验原理 , 用电路的串并联知识解 题 . 17 2018 广西南宁二模 (1) 实验方案的改进 : 用电压表和电阻箱测量通过铜导线的电流 . (2) 考查方式的创新拓展 : 铜导线的电阻由 U 2 U 1 1 图像求出 . R 【 典 例 3】 (2017 全 国 卷 ,23) 某 同 学 利 用 如 图 (a) 所 示 的 电 路 测 量 一 微 安 表 ( 量 程 为 100 A, 内 阻 大 约 为 2 500 ) 的 内 阻 . 可 使 用 的 器 材

10、有 : 两 个 滑 动 变 阻 器 R1,R 2( 其 中 一 个 阻 值 为 20 , 另 一 个 阻 值 为 2 000 ); 电 阻 箱 Rz( 最 大 阻 值 为 99 999.9 ); 电 源 E( 电 动 势 约 为 1.5 V); 单刀开关 S1 和 S2.C,D 分别为两个滑动变阻器的滑片 . 18 (1) 按 原 理 图 (a) 将 图 (b) 中 的 实 物 连 线 . (2) 完 成 下 列 填 空 : R 1 的阻值为 ( 选填“ 20”或“ 2 000 ”). 为了保护微安表 , 开始时将 R1 的滑片 C滑到接近图 (a) 中滑动变阻器的 端 ( 选填 “左” 或“

11、右” ) 对应的位置 ; 将 R2 的滑片 D 置于中间位置附近 . 将电阻箱 Rz 的阻值置于 2 500.0 , 接通 S1. 将 R1 的滑片置于适当位置 , 再反复调节 R2 的滑 片 D的位置 , 最终使得接通 S2 前后 , 微安表的示数保持不变 , 这说明 S2 接通前 B 与 D所在位置的电势 ( 选填“相等”或“不相等” ). 将 电阻 箱 R z 和 微 安 表 位 置 对 调 , 其 他 条 件 保 持 不 变 , 发 现 将 Rz 的 阻 值 置于 2 601.0 时 , 在接通 S2 前后 , 微安表的示数也保持不变 . 待测微安表的内阻 为 ( 结果保留到个位 ).

12、 (3) 写出一条提高测量微安表内阻精度的建议 : . 19 解析 :(1) 实物连线如图所示 . 2 如题图 (a),R 1 为分压式接法 , 故选择较小的 20 电阻即可 ; 实验开始时 , 为保护微安表 , 应使 R1 的滑片在最左端 , 使流过微安表的电流为零 ; 断开、闭合开关 S2, 微安表示数不变 , 说 明流过微安表的电流为零 ,B,D 电势相等 ; B,D 电势相等 , 对调前 Rz = RA R左 R 右 , 对调后 RA = Rz , 联 R左 R右 立 得 RA= Rz R z =2 550 . 3 为了提高测量精度 , 调节 R1 上的分压 , 尽可能使微安表接近满量

13、程 . 答案 :(1) 见解析图 (2) 20 左 相等 2 550 (3) 见解析 题组训练 1.(2019 湖北荆州质检 ) 某同学测量一个圆柱体的电阻率 , 需要测量圆柱体的尺寸和电阻 . (1) 分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径 , 某次测量的示数如图 (a) 和图 (b) 所示 , 长度 L= cm, 直径 D= mm. 20 (2) 按 图 (c) 连 接 电 路 后 , 实 验 操 作 如 下 : 将滑动变阻器 R1 的阻值置于最 ( 选填“大”或“小” ) 处 ; 将 S2 拨向接点 1, 闭合 S1, 调节 R1, 使电流表示数为 I 0; 将电阻箱 R2

14、的阻值调至最 ( 选填“大”或“小” );S 2 拨向接点 2; 保持 R1 不变 , 调节 R2, 使电流表示数仍为 I 0, 此时 R2 阻值为 1 280 . (3) 由此可知 , 圆柱体的电阻为 . (4) 由此可知 , 圆柱体的电阻率 = ( 用上面实验中涉及的相关符号来表示 ). 解析 :(1) 长度 L=50 mm+10.1 mm=50.1 mm =5.01 cm; 直 径 D=5 mm+31.5 0.01 mm=5.315 mm. (2) 为使电流不会超出电流表量程 , 应将滑动变阻器接入电路的阻值置于最大处 . 为使电 流表中电流由较小逐渐变大 , 电阻箱阻值也应先调至最大

15、. (3) 将 S1 闭合 ,S 2 拨向接点 1 时 , 其等效电路图如图 ( 甲 ) 所示 . 将 S2 拨向接点 2 时 , 其等效电路图 如图 ( 乙 ) 所示 , 当两次电流表示数相同均为 I 0 时 ,R 2=R圆柱体 , 所以 R 圆柱体 =1 280 . 21 2 -8 2 (4) 根据电阻定律 R= L = L S D 2 R D 2 =R2, 解得 = 2 . 4L R D 2 答案 :(1)5.01 5.315 (2) 大 大 (3)1 280 (4) 2 4L 2.(2018 广西南宁二模 ) 市场上销售的铜质电线电缆产品中 , 部分存在导体电阻不合格问题 , 质检部门

16、检验发现一个是铜材质量不合格 , 使用了再生铜或含杂质很多的次铜 ; 再一个就是铜材 质量可能合格 , 但横截面积较小 . 某兴趣小组想应用所学的知识来检测实验室中一捆铜电线 的电阻率是否合格 . 小组成员经查阅 , 纯铜的电阻率为 1.8 10 m.现取横截面积约为 1 mm、长度为 100 m( 真实长度 ) 的铜电线 , 进行实验测量其电阻率 , 实验室现有的器材如下 : A. 电源 ( 电动势约为 5 V, 内阻不计 ); B. 待测长度为 100 m 的铜电线 , 横截面积约 1 mm; C.电压表 V 1( 量程为 3 V, 内阻约为 0.5 k ); D.电压表 V 2( 量程为

17、 5 V, 内阻约为 3 k ); E. 电阻箱 R(阻值范围 0 999.9 ); 2 22 F. 定值电阻 R0=1 G.开关、导线若干 . (1) 小组成员先用螺旋测微器测量该铜电线的直径 d, 如图 ( 甲 ) 所示 , 则 d= mm. (2) 小组设计的测量电路如图 ( 乙 ) 所示 , 则 P是 ,N 是 ( 填器材名称及对应符号 ), 通过实验作出的图像如图 ( 丙 ) 所示 . (3) 图 ( 乙 ) 电路测得铜电线的电阻测量值比真实值 ( 选填“偏大” “不变 ”或“偏小” ), 原 因是 . (4) 由 实 验 数 据 , 作 出 U 2 U 1 1 图像 , 由此可知

18、, 这捆铜电线的电阻率 = ( 结果保留 R 三位有效数字 ); 从铜电线自身角度 , 你认为电阻率大的可能原因是 . 解析 :(1) 铜电线的直径 d=1.0 mm+12.5 0.01 mm=1.125 mm. (2) P 测量的电压大于 N 测量的电压 , 故 P 是电压表 V2,N 是电压表 V1. (3) 由于没考虑电压表 V 1 的分流 , 使测得的铜电线的电阻偏大 . (4) 分 析 电 路 可 知 , 通过铜电线的电流 23 -8 -8 I x =I R= U 1 ,R x =U 2 U 1 R I x U 2 1 = U 2 U 1 U1 R=（ U 2 U1 -1 ）R, 整

19、理得 =1+Rx U 1 , 根据题图 ( 丙) 可知斜率 R k=Rx = 7.5 1.0 0 2.50 S=（ d ） 2 =2.60 , 2 =0.994 mm , 2 = Rx S = 2.60 0.994 10 m=2.5810 m, L 100 故电阻率达不到要求 , 使用的有可能是再生铜或含过多杂质的次铜 . 答案 :(1)1.125 (2) 电压表 V2 电压表 V1 (3) 偏大 电压表 V1 的分流 (4) 2.58 10 m 使用的有可能是再生铜或含过多杂质的次铜 实验九 描绘小电珠的伏安特性曲线 实验基础 落实基础提炼精髓 6 24 注意事项 1. 电路的连接方式 (1

20、) 电流表外接 : 本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小 , 因此测量电路必须采 用 电流表 外 25 填 “ R1”或 “ R2” ). (2) 请你在虚线框内画出实验原理电路图 , 并将实物连线图 ( 甲 ) 补充完整 . 命题研析 突破常规注重创新 命 题点一 常规实验 【典例 1】 (2018 北京首都师大附中三模 ) 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中 , 需测 量一个标有“ 3 V,1.5 W ”灯泡两端的电压和通过灯泡的电流 . 现有如下器材 : 直流电源 ( 电动势 3.0 V, 内阻不计 ) 电 流 表 A1( 量 程 3 A, 内 阻 约 0.1 ) 电 流 表 A2(

21、量 程 0.6 A, 内 阻 约 5 ) 电 压 表 V 1( 量 程 3 V, 内 阻 约 3 k ) 电 压 表 V 2( 量 程 15 V, 内 阻 约 200 k ) 滑动变阻器 R1( 阻值 01 0 , 额定电流 1 A) 滑 动 变 阻 器 R2( 阻 值 01 k , 额 定 电 流 300 mA) (1) 在该实验中 , 电流表应选择 ( 选填“ A1”或“ A2”), 滑动变阻器应选择 ( 选 接法. (2) 滑动变阻器应采用分压式连接 本实验要作出 I-U 图像 , 要求测出一组包括零在内的电流、电压值 , 故控制电路采 用 分压 接法. 2. 保护元件安全 : 为保护元

22、件不被烧毁 , 开关闭合前变阻器滑片应位于使小电珠分 得电压为零的一端 . 加 在小电珠两端的电压不要超过其额定电压 . 3.I-U 图像在 U0 =1.0 V 左右将发生明显弯曲 , 故在 U0=1.0 V 左右多测几组数据 , 以 防出现 较大误差 . 4. 当小电珠电压接近额定电压值时 , 记录数据后马上断开开关 . 5. 误差较大的点要舍去 ,I-U 图像应是平滑的曲线 . 误差分析 1. 由于电压表不是理想电表 , 内阻并非无穷大 , 对电路的影响会带来误差 , 电流表 外 接 , 由于电压表的分流 , 使测得的电流值大于真实值 . 2. 测 量 时 读 数 带 来 误 差 . 3.

23、 在坐标纸上描点、作图带来误差 . 26 27 (3) 某同学根据测量数据已作出该小灯泡的伏安特性曲线 , 请计算当小灯泡两端电压为 0.75 V 时 , 小灯泡的电阻为 R= . (4) 若将该灯泡与一个 6.0 的定值电阻串联 , 直接接在题中提供的电源两端 , 请估算该小灯 泡的实际功率 P= W( 保留两位有效数字 ). (5) 通过实验中测出的 5 组数据给出的信息 , 请你推断小灯泡在不超过额定电压条件下 , 图 ( 丙 ) 中可能 正确的是 .( 图中 I,U,P 分别为小灯泡的电流强度、电压、功率 ) 解析 :(1) 灯泡额定电流 I= P U = 1.5W 3V =0.5 A

24、, 故电流表选 A2, 灯泡额定电压为 3 V, 电压表选 V 1, 为保证电路安全 , 方便实验操作 , 滑动变阻器应选 R1. (2) 由于描绘小灯泡的伏安特性曲线需要电压和电流从零开始到额定值 , 则滑动变阻器采用分 U 压接法 ; 因 Rx= I =6 , 与电流表内阻差不多 , 电流表应采用外接法 , 其电路原理图和连接实物 图分别如图 1, 图 2 所示 . 28 (3) 由作出的伏安特性曲线 , 知 U=0.75 V 对应的电流 I=0.25 A, 故电阻为 R= 0.7 5 0.2 5 =3 . (4) 可把 6.0 的定值电阻与电源看做等效电源 , 在灯泡 I-U 图像中作出

25、电源的 I-U 图像如图 所示 : 两图像的交点坐标值为 U=1.1 V,I=0.32 A, 灯泡功率为 P=UI=1.1 V 0.32 A 0.35 W. (5) ( 5) 根据功率 P=U 2 R , 灯泡电阻受温度影响 2 , 随温度升高而增大 , 灯泡的 2 P-U 2图像不是直线 , 随 U 增大 , 灯泡电阻增大 ,P-U 图像的斜率变小 , 故 A,B 错 29 误 ; 灯泡功率 P=I R,随电流 I 增大, 灯泡电 2 阻 R 变 大 ,P-I 图像斜率变大 , 故 C 错误 ,D 正确 . 答案 :(1)A 2 R1 (2) 图像见解析 (3)3 (4)0.35 (5)D

26、方法技巧 处理图像的技巧 (1) 在描绘小灯泡的伏安特性曲线时 , 要根据所描各点的分布趋势 , 作平滑的曲线 , 当某个 ( 或 某些 ) 测量数据明显偏离时要舍掉 . (2) 小灯泡的伏安特性曲线上各点切线斜率的倒数不表示小灯泡在该电压下的电阻 , 此时计算 小灯泡的电阻一定要使用电阻的定义式 Rx= U I , 而不能使用表达式 Rx= U . I 【 典 例 2】 (2018 四 川 省 冲 刺 演 练 )LED 被 称 为 第 四 代 照 明 光 源 或 绿 色 光 源 , 具 有 节 能 、 环 保 、 寿 命 长 、 体 积 小 等 特 点 , 现 在 已 经 走 进 了 寻 常

27、 百 姓 的 生 活 里 . 某 兴 趣 小 组 想 测 定 一 只 标 有 “ 3 V” 字 样 的 LED灯 正 常 工 作 时 的 电 阻 ( 约 为 400 ), 实 验 室 提 供 了 如 下 的 实 验 器 材 : A. 电流表 ( 量程为 0 20 mA, 内阻约为 10 ) B. 电 流 表 ( 量 程 为 0 10 mA, 内 阻 RA=30 ) C.定值电阻 R1=270 D.定值电阻 R2=2 970 E. 滑动变阻器 R(0 500 ) 30 F. 电 源 ( 电 动 势 E=6 V, 内 阻 较 小 ) G.开 关 S 一 只 , 导 线 若 干 . (1) 实验时采

28、用的部分实验电路如图所示 , 该电路中滑动变阻器的作用是限流 , 为了提高测量 31 的精确性 , 请选择合适的器材 , 电表 1 为 , 电表 2 为 , 定值电阻为 .( 均填写选项前的字母 ) (2) 请用笔画线代替导线 , 完成如图所示的电路连接 (LED 灯的电学符号与小灯泡的电学符号 相 同 ). (3) 实验过程中 , 电表 1 的示数记为 I 1, 电表 2 的示数记为 I 2,LED 灯的电阻表达式为 Rx= , 当电表 1 的示数为 mA时 , 记下电表 2 的示数并代入上述表达式中 , 求得的结果即为 LED 灯正常工作时的电阻 .( 所填写的符号与题中仪器名称的符号角标

29、一致 , 如 A1 的示数记为 I 1) 解析 :(1) 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 , 由于没有电压表 , 可以将电流表 B 与定值电阻串联改装为电压表测量电压 , 改装的电压表内阻 R=U L I B = 3 10 10 3 =300 ,B 的内阻为 30 , 则定值电阻应选 C. (2) 用电流表 A 测总电流进而可得 LED 灯的电流 , 滑动变阻器采用限流式接法 , 电路图如图所 示 . (3) 根据欧姆定律知 ,LED 灯两端的电压 UL=I 1(R 1+RA), 通过 LED 灯的电流为 I

30、2-I 1, 则电阻 Rx = I 1 R1 R A I 2 I 1 , 当电表 1 的示数为 10 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 . 答案 :(1)B A C (2) 图见解析 (3) 32 I 1 R1 RA 10 I 2 I 1 方法技巧 实物图连线的技巧 (1) 方法是先串后并 . 接线到柱 , 注意量程和正负 . (2) 对限流电路 , 只需用笔画线当作导线 , 从电源正极开始 , 把电源、开关、滑动变阻器、 “伏安 法”部分依次串联起来即可 ( 注意电表的正负接线柱和量程 , 滑动变阻器应调到阻值最大处 ). (3

31、) 对分压电路 , 应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻用导线连接起来 , 然后在滑动变 阻器电阻丝两段之中任选一段 , 确定其两端接线柱 , 将另外部分电路接入两接线柱即可 . 题组训练 1.(2018 江西高安三模 ) 某学习小组通过实验来研究电器元件 Z 的伏安特性曲线 . 他们在实验 中测得电器元件 Z 两端的电压与通过它的电流的数据如表 : U/V 0.0 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 I/A 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.207 0.214 33 现备有器材 : A. 内阻不计的 6 V 电源 ; B. 量

32、程为 0 3 A 的理想电流表 ; C.量程为 0 0.6 A 的理想电流表 ; D.量程为 0 3 V 的理想电压表 ; E. 阻值为 0 10 , 额定电流为 3 A 的滑动变阻器 ; F. 开关和导线若干 . (1) 这个实验小组在实验中电流表选的是 .( 填器材前面的字母 ) 34 (2) 利用表格中数据绘出的电器元件 Z的伏安特性曲线如图 1 所示 , 分析曲线可知该电器元件 Z 的电阻随 U变大而 ( 选填“变大”“变小”或“不变” ); (3) 若把用电器 Z接入如图 2 所示的电路中时 , 电流表的读数为 0.10 A, 已知 A,B 两端电压恒为 1.5 V, 则定值电阻 R

33、0 的阻值为 . 解析 :(1) 由数据表可知 , 电路中的最大电流为 0.215 A, 所以电流表选择 C. (2) 由 I-U 图像可知 , 图线的斜率越来越小 , 可知元件电阻随 U 的变大而变大 . (3) 由 I-U 图像可知电流 I=0.10 A 时 , 对应的电压 U=0.5 V, 所以元件 Z 的电阻为 RZ=5 , 而 R0+RZ= 1.5 0.1 =15 , 得 R0=10 . 答案 :(1)C (2) 变大 (3)10 2.(2018 黑龙江齐齐哈尔三模 ) 一实验小组准备探究元件 Q的伏安特性曲线 , 他们设计了如图 ( 甲 ) 所示的电路图 , 请回答下列问题 : 3

34、5 (1) 请将图 ( 乙 ) 中的实物连线按电路图补充完整 . (2) 考虑电表内阻的影响 , 当电流表示数为 I 0 时 , 通过 Q的电流值 ( 选填 “大于” “等于” (4) 实验测得表格中的 7 组数据 . 请在坐标纸上作出该元件的 I-U 图线 . 序号 1 电压/V 0.00 电 流 /A 0.00 2 0.40 0.02 3 0.80 0.05 4 1.20 0.12 5 1.60 0.20 6 2.00 0.31 7 2.40 0.44 或“小于” )I 0. (3) 在电路图中闭合开关 S, 电流表、 电压表均有示数 , 但无论怎样移动变阻器滑动片 , 总不能使 电压表的

35、示数调为零 . 原因可能是图中的 ( 选填“ a”“ b”“ c ”“ d”“ e”或“ f ” ) 处接 触不良 . (5) 为了求元件 Q在 I-U 图线上某点的电阻 , 甲同学利用该点的坐标 I,U, 由 R=U 求 得 . 乙同学I 作出该点的切线 . 求出切线的斜率 k, 由 R= 1 求得 . 其中 k ( 选填 “甲 ”或“乙” ) 同学的 方法正确 . 解析 :(1) 实物连线图如图 1 所示 . 36 (2) 考虑电压表的分流作用 , 通过 Q的电流小于 I 0. (3) 只有变阻器采用分压式接法时电流和电压才能从零开始调节 , 电流和电压不能从零调节 说 明变阻器采用的是限

36、流式接法 , 所以可能是 f 处接触不良 . 37 (4) 将表中各组数据在 I-U 坐标系中描点 , 并过这些点作平滑曲线即得到 Q的 I-U 图像 , 如图 2 所示 . 38 (5) 电阻的定义等于 R=U I 所以应该利用该点的坐标值 I,U, 由 R=U I 求得 , 而不是求图像切线的 斜率 , 故甲同学的方法正确 . 答案 :(1) 图见解析图 1 (2) 小于 (3)f (4) 图见解析图 2 (5) 甲 命题点二 创新实验 实验装置图示 创新角度分析 2017 全国卷 ,23 39 (1) 实验方案的改进 : 电压表自身量程不足而测较大电压 , 需 电压表与定值电阻串联扩大量

37、程 . (2) 数据处理的创新 : 在灯泡的伏安特性曲线上画出表示电源 或 等效电源的 I-U 图线 , 根据交点信息求解 . 2018 重庆市一中二检 考查方式的创新 : 使 R,L 1 并联 , 与 L2 串联接入电路 , 通过灯泡 的 U-I 图像解决较复杂电路的问题 . 2019 百校联盟名师猜题 (1) 实验方案的改进 : 提供的仪器中无电压表 , 需要微安表与 电阻箱串联改装电压表 . (2) 考查方式的创新 : 如何从图像中确定灯泡的额定功率 . 40 41 42 RL= 3.8 0.32 表外接法 ; 由于电压表量程为 3 V, 小于额定电压 3.8 V, 所以将固定电阻 R0

38、 与电压表串联来测 小灯泡电压 ; 要实现 0 3.8 V 的范围内的测量 , 滑动变阻器必须采用分压式接法 , 所以实验电 路原理图如图所示 . 【 典 例 3】 (2017 全 国 卷 ,23) 某同学研究小灯泡的伏安特性 , 所使用的器材有 : 小灯泡 L( 额 定电压 3.8 V, 额定电流 0.32 A); 电压表 ( 量程 3 V, 内阻 3 k ); 电流表 ( 量程 0.5 A, 内阻 0.5 ); 固定电阻 R0( 阻值 1 000 ); 滑动变阻器 R(阻值 0 9.0 ); 电源 E( 电动势 5 V, 内 阻不计 ); 开关 S; 导线若干 . (1) 实验要求能够实现

39、在 0 3.8 V 的范围内对小灯泡的电压进行测量 , 画出实验电路原理图 . (2) 实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图 (a) 所示 . 由实验曲线可知 , 随着电流的增加小灯泡的电阻 ( 填“ 增大 ” “不变”或“减小” ), 灯 丝的电阻率 (3) 用另一电源 ( 填“ 增大 ”“不变”或“减小” ). E0( 电 动 势 4 V, 内 阻 1.00 ) 和题给器材连接成图 (b) 所 示 的 电 路 图 , 调节滑动 变阻器 R的阻值 , 可以改变小灯泡的实际功率 . 闭合开关 S, 在 R的变化范围内 , 小灯泡的最小功 率为 W,最大功率为 W.( 结果均保留 2 位小数 ) 解

40、析 :(1) 在额定电压下 , 小灯泡 L 的阻值 =11.875 , 这个阻值较小 , 所以采用电流 43 (2) 实验曲线上某点与原点连线的斜率的倒数表示小灯泡的电阻 , 所以随着电流的增加 , 小灯 泡的电阻增大 ; 由 R= L S 可得 = RS , 所以灯丝的电阻率增大 . L (3) 当 R=9.0 时 , 小灯泡的实际功率最小 , 由闭合电路欧姆定律有 E0=I(R+r)+U, 即 4=10I+U, 在图中作出该直线如图 ( 甲 ) 所示 , 交点坐标约为 I=223 mA,U=1.77 V时最小功率 Pmin=UI=0.39 W; 当 R=0时 , 小灯泡的实际功率最大 ,

41、有 E=Ir+U, 即 4= I+U, 在图中作出该直线如图 ( 乙 ) 所示 , 交点坐标约为 I=318 mA,U=3.69 V, 小灯泡的最大功率 Pmax=UI=1.17 W. 44 45 答案 :(1) 见解析 (2) 增大 增大 (3)0.39 1.17 【典例 4】 (2018 重庆市一中二检 ) 为了研究某种小灯泡 L(5 V,2.5 W) 的伏安特性曲线 , 除 了直流电源 ( 电动势约为 6 V, 内阻不计 ) 、导线和开关外 , 还有如下实验器材 : A. 直流电流表 ( 量程 0 3 A, 内阻约为 0.1 ) B. 直 流 电 流 表 ( 量 程 0 600 mA,

42、内 阻 约 为 5 ) C.直流电压表 ( 量程 0 15 V, 内阻约为 15 k ) D.直流电压表 ( 量程 0 6 V, 内阻约为 10 k ) E. 滑动变阻器 ( 最大阻值为 10 , 允许通过的最大电流为 2 A) F. 滑动变阻器 ( 最大阻值为 1 k , 允许通过的最大电流为 0.5 A). 46 用序号字母表示 ) (2) 根据所选器材 , 请在虚线框中画出实验电路图 ; (3) 测得该种小灯泡的 U-I 图像如图 (a) 所示 , 现将两个相同的这种小灯泡 L1,L 2 与一个阻值为 4 的定值电阻 R 连成如图 (b) 所示的电路 , 电源的内阻 r=2 , 开关 S

43、 闭合后 , 小灯泡 L1 与定值 电阻 R的电功率恰好均为 P, 则 P= W, 电源的电动势 E= V. 解析 :(1) 电源电压 6 V, 灯泡额定电压 5 V, 则电压表选择 D; 灯泡的额定电流 I= P = 2.5 A=0.5 A, U 5 电流表选择 B; 由数值测量要求可知滑动变阻器要用分压电路 , 则选用阻值较小的 E. (2) 灯泡正常工作时 , 电阻 Rx= U 2 52 = P 2.5 =10 , 与电流表内阻差不多 , 则采用电流表外接法 , 电路图如图所示 . 要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据 . (1) 实验中电流表应选用 , 电压表应选用 , 滑动

44、变阻器应选用 ;( 均 (3) 由图 (b) 所示电路图可知 , 小灯泡 L1 与定值电阻 R并联 , 它们两端电压相等 , 它们的电功率均为 P, 由 P=IU 可知 , 通过它们的电流相等 , 它们的电阻相等 , 即此时灯泡电阻为 4 , 由图 (a) 所示 图像可知 , 灯泡两端电压为 1 V 时通过灯泡的电流为 0.25 A, 则功率 P=IU=0.25 1 W=0.25 W; 由 图 (b) 可知 ,L 2 串联在干路中 , 通过 L2 的电流 I=0.25 A+0.25 A=0.5 A, 由图(a) 所示图像可知 , 电流 0.5 A 所对应的电压为 5 V, 由闭合电路规律可知

45、, 电源电动势 E=U外 +Ir=6 V+0.5 2 V=7 V. 答 案 :(1)B D E (2) 图见解析 (3)0.25 7 题组训练 1.(2019 百校联盟名师猜题 ) 现有一只标值为“ 2.5 V, W”的小灯泡 , 其额定功率的标值已模糊 不清 . 某同学想通过实验描绘出灯丝的伏安特性曲线 , 并得出该灯泡正常工作时的功率 . 已知小灯泡的灯丝电阻约为 5 . 实验中除导线和开关外 , 还有以下器材可供选择 : 电源 E(电动势 3.0 V, 内阻 0.5 ) 微安表头 G(满偏电流 I g=100 A, 内阻 r g=2 000.0 ) 电流表 A1(0 0.6 A, 内阻约

46、 0.125 ) 电流表 A2(0 3 A, 内阻约 0.125 ) 47 滑动变阻器 R1( 阻值范围 05 ) 滑 动变阻器 R2( 阻值范围 01 75 ) 电阻箱 R3( 最大电阻 99 999.9 ) 1 若要改装一个量程为 0 3 V 的电压表 , 应将微安表头 G 与电阻箱串联 , 电阻箱的阻值应调 到 R3= . 电流表应选择 , 滑动变阻器应选择 . 2 请帮他设计一个测量电路图并画在虚线框内 . 3 该同学通过实验作出了灯丝的伏安特性曲线如图 ( 乙 ) 所示 , 则小灯泡的额定功率为 W. 解析 :(1) 改装电压表 , 将微安表头 G 与一电阻箱串联 , 由 Um=I

47、g(r g+R3), 可计算出电阻箱的阻值 R3= U m I g -r g=28 000.0 ; 根据提供的器材 , 灯泡的额定电压为 2.5 V, 电阻约为 5 , 电流表应 选择 A1, 本实验需要多测几组数据 , 且方便操作 , 应采用分压接法 , 故滑动变阻器应选择总阻 值 较小的 R1. (2) 描绘伏安特性曲线 , 滑动变阻器应采用分压式接法 , 灯泡的电阻约为 5 , 电流表采取外接 法 , 电路图如图所示 . 48 (3) 当电压 U=2.5 V 时,I=0.5 A, 根据 P=UI=2.5 0.5 W=1.25 W. 答案 :(1)28 000 A1 R1 (2) 图见解析

48、 (3)1.25 2.(2018 天津红桥区二模 ) 用下列器材组装成一个电路 , 既能测量出电池组的电动势 E 和内阻 r, 又能同时探究小灯泡的伏安特性 . A. 电 压 表 V 1( 量 程 5 V 、 内 阻 很 大 ) B. 电 压 表 V 2( 量 程 3 V 、 内 阻 很 大 ) C.电 流 表 A( 量 程 3 A 、 内 阻 很 小 ) D.滑动变阻器 R(最大阻值 10 、额定电流 3 A) E. 小 灯 泡 (2.5 V,5 W) F. 电 池 组 ( 电 动 势 E, 内 阻 r) G.开 关 一 只 , 导线若干 实验时 , 调节滑动变阻器的阻值 , 多次测量后发现

49、 : 若电压表 V1 的示数增大 , 则电压表 V2 的示数 减小 . 49 (1) 请将设计的实验电路图在虚线方框中补充完整 . (2) 每一次操作后 , 同时记录电流表 A、电压表 V1 和电压表 V2 的示数 , 组成两个坐标点(I,U 1),(I,U 2), 标到 U-I 坐标中 , 经过多次测量 , 最后描绘出两条图线 , 如图 ( 乙 ) 所示 , 则电池组 的电 动势 E= V 、内阻 r= .( 结果保留两位有效数字 ) (3) 在 U-I 坐标中两条图线在 P 点相交 , 此时小灯泡的阻值为 , 电池组的总功率为 W(结果保留三位有效数字 ). 解析 :(1) 利用电压表和电流表测电源电动势与内阻实验中 , 电压表