安徽省宿州市祁縣中學(xué)(234511)

邱廣翠●

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高考物理典型電學(xué)實(shí)驗(yàn)案例賞析

安徽省宿州市祁縣中學(xué)(234511)

邱廣翠●

高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)的常見考點(diǎn)有實(shí)驗(yàn)原理的推導(dǎo)和應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)電路的連接、實(shí)驗(yàn)器材的選取和改裝，用圖象法和公式法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等?？疾轭}型一般有選擇、填空、作圖和計(jì)算等。

案例一： 測定金屬絲的電阻率

破解思路 “測定金屬絲的電阻率”是熱點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，在高考題中出現(xiàn)的頻率極高，實(shí)驗(yàn)中要注意：怎樣用螺旋測微器測量金屬絲的直徑和用刻度尺測量金屬絲的長度，在電阻測量時(shí)注意伏安法測電阻的一般方法，測量部分電流表是內(nèi)接還是外接，電源部分是用限流電路還是分壓電路，在連接實(shí)物圖時(shí)注意電路連接方式和先后順序等。

例1 (2014·江蘇高考)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測量一種合金的電阻率。

(1) 用螺旋測微器測量合金絲的直徑. 為防止讀數(shù)時(shí)測微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),讀數(shù)前應(yīng)先旋緊 圖1所示的部件____(選填“A”、“ B”、“ C”或“ D”). 從圖中的示數(shù)可讀出合金絲的直徑為____mm。

(2) 圖1所示是測量合金絲電阻的電路,相關(guān)器材的規(guī)格已在圖中標(biāo)出. 合上開關(guān),將滑動(dòng)變阻器的滑片移到最左端的過程中,發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表的指針只在圖示位置發(fā)生很小的變化。由此可以推斷:電路中____( 選填圖中表示接線柱的數(shù)字) 之間出現(xiàn)了____( 選填“ 短路” 或“ 斷路” ) 。

(3) 在電路故障被排除后,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,讀出電壓表和電流表的示數(shù)分別為2.23 V和38 mA,由此,該同學(xué)算出接入電路部分的合金絲的阻值為58.7 Ω。為了更準(zhǔn)確地測出合金絲的阻值,在不更換實(shí)驗(yàn)器材的條件下,對實(shí)驗(yàn)應(yīng)作怎樣的改進(jìn)? 請寫出兩條建議。____

答案:(1)B，0.410；(2)7、9，斷路；(3)電流表改為內(nèi)接；測量多組電流和電壓值，計(jì)算出電阻的平均值。

點(diǎn)評 本題考查了螺旋測微器的讀數(shù)，電流表內(nèi)外接法的選擇以及實(shí)驗(yàn)誤差的處理。

案例二：描繪小燈泡的伏安特性曲線

破解思路 這部分內(nèi)容主要考查電阻的測量和數(shù)據(jù)處理方法，在實(shí)驗(yàn)中要考慮到電壓的變化范圍比較大，要求從0開始，因此需要用到分壓電路來控制電路電壓，待測小燈泡的電阻值一般比較小，所以通常選擇電流表外接電路，此外還可能涉及到器材的選取和量程的選擇有關(guān)問題，只要把握好基本原則，這些問題也就迎刃而解。在數(shù)據(jù)處理時(shí)用到圖象法，要注意圖象的物理意義。

例2 (2015·廣東高考)某實(shí)驗(yàn)小組研究兩個(gè)未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括電壓表(內(nèi)阻約為3 KΩ)、電流表(內(nèi)阻約為1 Ω)、定值電阻等。

(1)使用多用電表粗測元件X的電阻，選擇“×1”歐姆擋測量，示數(shù)如圖2(a)所示，讀數(shù)為____Ω，據(jù)此應(yīng)選擇圖中的____(填“b”或“c”)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

(2)連接所選電路，閉合S，滑動(dòng)變阻器的滑片P從左向右滑動(dòng)，電流表的示數(shù)逐漸____(填“增大”或“減小”)；依次記錄電流及相應(yīng)的電壓；將元件X換成元件Y，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

(4)該小組還借助X和Y中的線性元件和阻值R=21Ω的定值電阻，測量待測電池的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r，電路如圖3(b)所示，閉合S1和S2，電壓表讀數(shù)為3.00V；斷開S2，讀數(shù)為1.00 V。利用圖(a)可算得E=____V，r=____Ω(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字，視電壓表為理想電壓表)。

答案:(1)10b(2)增大 (3)Y(4)3.2 0.50

點(diǎn)評 本題綜合性比較強(qiáng)，考查了練習(xí)使用多用電表實(shí)驗(yàn)；描繪小電珠的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)和測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)。

小結(jié) (1) 電壓表與電流表的量程應(yīng)根據(jù)電路中的最大電壓與最大電流來選擇；(2)當(dāng)實(shí)驗(yàn)要求電流從零調(diào)或當(dāng)變阻器的全電阻遠(yuǎn)小于待測電阻時(shí)，變阻器應(yīng)采用分壓式接法；(3)描點(diǎn)作圖時(shí)應(yīng)注意根據(jù)數(shù)據(jù)描出的點(diǎn)，若不是在一條直線上，則應(yīng)用平滑的曲線進(jìn)行連接，不能用直線或折線連接；畫出的圖線分布范圍盡量不要太靠近坐標(biāo)軸一側(cè)，以充分占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙為宜，可通過修改兩坐標(biāo)的標(biāo)度來調(diào)節(jié)。

案例三：測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻。

破解思路 用電壓表和電流表測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻時(shí)，用電壓表測量電源路端電壓，用電流表測量干路電流，再根據(jù)閉合電路歐姆定律計(jì)算出電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻。如果題目將條件改成用電壓表和電阻箱或者電流表和電阻箱來完成實(shí)驗(yàn)，則需要清楚電阻箱實(shí)際上就是已知電阻，只要根據(jù)歐姆定律進(jìn)行變換即可。

例3 (2016·四川高考)用如圖4所示電路測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)器材：待測電源(電動(dòng)勢約3 V，內(nèi)阻約2 Ω)，保護(hù)電阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω)，滑動(dòng)變阻器R，電流表A，電壓表V，開關(guān)S，導(dǎo)線若干。

實(shí)驗(yàn)主要步驟：

(ⅰ)將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)；

(ⅱ)逐漸減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)U和相應(yīng)電流表的示數(shù)I；

(ⅲ)以U為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，作U—I圖線(U、I都用國際單位)；

(ⅳ)求出U—I圖線斜率的絕對值k和在橫軸上的截距a。

回答下列問題：

(1)電壓表最好選用____；電流表最好選用____。

A．電壓表(0-3 V，內(nèi)阻約15kΩ)

B．電壓表(0-3 V，內(nèi)阻約3kΩ)

C．電流表(0-200 mA，內(nèi)阻約2 Ω)

D．電流表(0-30 mA，內(nèi)阻約2 Ω)

(2)滑動(dòng)變阻器的滑片從左向右滑動(dòng)，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，兩導(dǎo)線與滑動(dòng)變阻器接線柱連接情況是____。

A．兩導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器電阻絲兩端的接線柱

B．兩導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿兩端的接線柱

C．一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲左端接線柱

D．一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲右端接線柱

(3)選用k、a、R1、R2表示待測電源的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r的表達(dá)式E=____，r=____，代入數(shù)值可得E和r的測量值。

(2)由電路分析可知，滑片右移電壓表示數(shù)變大，意味著滑動(dòng)變阻器接入電路部分阻值增大，考查A選項(xiàng)兩導(dǎo)線都接在金屬柱兩端上，接入電阻為0 Ω；考查B選項(xiàng)若兩導(dǎo)線都接電阻絲兩端，接入電阻為最大阻值，不會變化；考查C選項(xiàng)一導(dǎo)線接金屬桿左端，一導(dǎo)線接電阻絲左端，則滑片右移時(shí)阻值增大，符合題意；考查D選項(xiàng)一導(dǎo)線接金屬桿右端，一導(dǎo)線接電阻絲右端，則滑片右移阻值減小，不符合題意。

答案 (1)A、C(2)C(3)ka，K-R2

點(diǎn)評 本題考查了伏安法測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的方法。

(2)利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法是：先根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，推導(dǎo)出兩個(gè)測量量的線性關(guān)系表達(dá)式；再根據(jù)表達(dá)式找出線性圖線的截距、斜率與E、r的關(guān)系；最后根據(jù)圖中數(shù)據(jù)求出圖線的截距和斜率，再求出E、r。

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