(考点分析)-第八节-实验：电学实验综合.docx

【考点分析】　第八节 实验：电学实验综合
【考点一】 差值法测电阻
【典型例题1】 (2022•山西太原市高三(下)一模)为判断标称为100m的康铜导线的电阻率及长度是否达标，某同学进行了下列实验，完成步骤中的填空：

(1)剥开导线两段的绝缘皮，用螺旋测微器测量裸线的直径如图1所示，则读数为_______mm；
(2)用欧姆表粗测导线的总电阻，示数在15-20Ω之间。用图2的电路测量该盘导线的总电阻R，图中电源E的电动势为6V、内阻很小；电压表V1量程为3V、内阻为2970.0Ω；电压表V2量程为5V、内阻为5.0kΩ；定值电阻R0=30.0Ω。为更准确地测量Rx，图2中A应选用_______(选填“V1”或“V2”)。
(3)调节滑动变阻器，测得多组数据，描绘出两电压表示数UB-UA图像如图3所示，可知Rx=______Ω(保留3位有效数字)；
(4)若导线的长度恰为100m，则导线材料的电阻率为_______Ω·m(保留2位有效数字)。
(5)已知20℃时康铜的电阻率为5.0×10-7Ω·m，若实验是在25℃的环境中进行且导线长度恰为100m，则该导线_______(填“可能”或“不可能”)是康铜制成；若实验是在20℃的环境中进行且导线是康铜制成，则该导线的长度______(填“大于”“小于”或“等于”)100m。
【解析】 (1)[1]螺旋测微器读数
(2)[2]测量时，A的示数小，B的示数大，故A选小量程V1
(3)[3]根据，，联立解得，则斜率，解得
(4)[4]根据，则
(5)[5]电阻和温度有关，温度升高金属电阻率增大，故测得电阻率偏大，所以在25℃的环境中电阻率为5.1×10-7Ω·m，可能是康铜制成；
[6] 导线长度，故大于100m。
【答案】 ①2.000 ② ③16.2 ④ ⑤可能 ⑥大于
【考点二】 半偏法测电表内阻
【典型例题2】 (2022•广东深圳市高三(下)一模)(1)甲同学根据图1所示电路采用“半偏法”测量一个量程为3V的电压表内阻(约3kΩ)。

①为使测量值尽量准确，在以下器材中，电阻箱R应选用________，滑动变阻器R0应选用________，电源E应选用________(选填器材前的字母)。
A.电阻箱(0～999.9Ω)
B.电阻箱(0～9999Ω)
C.滑动变阻器(0～50Ω)
D.滑动变阻器(0～2kΩ)
E.电源(电动势1.5V)
F.电源(电动势4.5V)
②该同学检查电路连接无误后，在开关S1、S2均断开的情况下，先将R0的滑片P调至a端，然后闭合S1、S2，调节R0，使电压表指针偏转到满刻度，再断开开关S2，调节R的阻值，使电压表指针偏转到满刻度的一半。如果此时电阻箱R接入电路中的阻值为3150Ω，则被测电压表的内阻测量值为________Ω，该测量值________实际值(选填“略大于”、“略小于”或“等于”)。
(2)乙同学将一个电流计改装成量程为3V的电压表。该电流计内部由表头和定值电阻r串联组成，其中表头电阻rg=100Ω，r约为几千欧。为确定该电流计的满偏电流Ig和r的阻值，他采用如图2所示电路进行测量。

实验中使用的电源电动势E=3.0V，电阻箱R的最大阻值为9999Ω。具体操作步骤如下：
a.将滑动变阻器R0的滑片P调到a端，电阻箱接入电路的阻值R调到5000Ω；
b.闭合S，仅调节R0使电流计满偏，记录此时电阻箱接入电路的阻值R和电压表的示数U；
c.断开S，将滑动变阻器R0的滑片P再次调到a端，将电阻箱接入电路的阻值R减小1000Ω；
d.重复步骤b、c，直到将电阻箱接入电路的阻值R调为0Ω，断开S，结束实验。
根据实验测量出的多组数据绘制电压表示数U随电阻箱接入电路中的阻值R变化的图像，如图3所示。

①现有如下三种量程的电压表，在该实验中为使电压的测量值尽可能准确，电压表应选用的量程为________(选填器材前的字母)。
A.0~15V　　B.0~3V　　C.0~0.5V
②根据上述实验数据绘制出的图像，并考虑实验中存在的误差，可以推测出该表头的满偏电流Ig以及定值电阻r的值应为________。(选填选项前的字母)
A.30μA，2.4kΩ　　B.300μA，5.0kΩ
C.300μA，2.4kΩ　　D.30μA，5.0kΩ
③乙同学参考②中判断的结果，他若将电流计________联(选填“串”或“并”)一个阻值为________kΩ的电阻，就可以将该电流计改装成量程为3V的电压表。
【解析】 (1)[1]要用半偏法测电阻，电阻箱阻值不得小于待测电阻阻值，而待测阻值大约3000Ω，故电阻箱选B；
[2]因为电路图使用的是滑动变阻器分压接法，应该选用阻值小的滑动变阻器，操作方便并能减小实验误差，故滑动变阻器选C；
[3]电源电动势不能小于电压表量程，故选F；
[4]半偏法指的是当只有电压表接入时，电压表满偏，当电阻箱也接入时，电压表示数变为原来的一半，故电阻箱阻值等于待测电压表阻值，所以电压表内阻为3150Ω；
[5]要注意电压表支路与滑动变阻器左半部分并联，当只有电压表接入时，电压表满偏即电压为，当电阻箱也接入时，并联部分电阻变大，依据分压原理，并联部分电压变大，大于原来的，当电压表示数变为原来的一半即时，电阻箱电压必定大于，故电阻箱阻值大于电压表阻值；
(2)[6]电压表量程选择时应考虑到电源电动势为3V，故选B合适；
[7]由题意知电压表示数与电阻箱阻值关系为，故图像斜率为，纵截距为，解得，考虑到实验误差，故选项C正确；
[8][9]由，故应该串联定值电阻的阻值为
【答案】 ①B ②C ③F ④3150 ⑤略大于 ⑥B ⑦C ⑧串 ⑨7.5
【考点三】 等效替代法测电阻
【典型例题3】 某实验小组利用如图甲所示的电路探究在25 ℃～80 ℃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(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，先按图甲连接好电路，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，图甲中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端．
(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2－t曲线．

(3)由图乙可得到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的相应读数如图丙所示，该读数为________Ω，则手心温度为______℃.
【解析】 (1)闭合开关S1前，应让滑片移动到b端，使滑动变阻器连入电路的阻值最大．
(3)由图象可知t＝44.0 ℃时，电阻的阻值为450 Ω.
(4)由题图可得电阻箱阻值为620.0 Ω，由图象可得温度约为33.0 ℃.
【答案】 (1)b　(2)如图所示 (3)450　(4)620.0　33.0
【考点四】 电桥法测电阻
【典型例题4】 某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100 μA，内阻大约为2 500 Ω)的内阻．可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20 Ω，另一个阻值为2 000 Ω)；电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 Ω)；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．

(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线．
(2)完成下列填空：
①R1的阻值为________ Ω(填“20”或“2 000”)．
②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(填“左”或“右”)对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近．
③将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 Ω，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________(填“相等”或“不相等”)．
④将电阻箱Rz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 Ω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______Ω(结果保留到个位)．
(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：____________________________________________________.
【解析】 (1)实物连线如图所示：

(2)①滑动变阻器R1采用分压式接法，为了方便调节要选择阻值较小的滑动变阻器；
②为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到滑动变阻器的左端对应的位置；
③将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 Ω，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接通前后在BD中无电流流过，可知B与D所在位置的电势相等；
④设滑片D两侧电阻分别为R21和R22，由B与D所在位置的电势相等可知，＝；同理，当Rz和微安表对调时，仍有＝；联立两式解得，RμA＝＝ Ω＝2 550 Ω
(3)为了提高测量精度，应调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程．
【答案】 (1)见解析图 (2)①20　②左　③相等　④2 550 (3)调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程
【考点五】 传感器类实验
【典型例题5】 (2022•湖北省七市高三下学期三月调研)现代智能手机中大都配置有气压传感器，当传感器所处环境气压变化时，其电阻也随之发生变化。已知某气压传感器的阻值变化范围为几十欧姆到几百欧姆，某实验小组在室温下用伏安法探究其阻值R，随气压P变化的规律，实验室提供了如下器材可供选择：
A．气压传感器，一个标准大气压下阻值约为300Ω
B．直流电源，电动势6V，内阻不计
C．电流表A，量程为0~60mA，内阻不计
D．电压表V，量程为0~3V，内阻为3kΩ
E．定值电阻
F．滑动变阻器R，最大电阻值约为50Ω
G．开关S与导线若干
(1)小明同学设计了图(a)实验电路原理图，请在图(b)中将实物连线图补充完整。( )

(2)某次测量时，电压表示数如图(c)所示，电压表示数为___________V。

(3)当气压传感器所处环境气压为P时，闭合开关S，测得两个电表的读数分别为U和I，则气压传感器的阻值___________。
(4)改变环境压强P的大小，测得不同的R，值，绘成图象如图(d)所示，由图可得阻值和压强P的函数关系式为___________Ω。
【解析】 (1)[1]根据电路图连接得

(2)[2]电压表读数为2.30V由于估读有误差，在2.28V~2.32V即可
(3)[3]根据欧姆定律得
(4)[4] 根据图像可知阻值和压强P的函数关系式为一次函数纵截距为540，斜率为，因此函数为
【答案】 ①见解析 ②2.30(2.28~2.32) ③ ④540-0.012P
【考点六】 创新实验
【典型例题6】 热敏电阻是传感电路中常用的电子元件．广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中的温度传感器，是利用热敏电阻随温度变化而变化的特性工作的．现在用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整．已知常温下待测热敏电阻的阻值约40～50 Ω.热敏电阻和温度计插入烧杯中，烧杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水杯、直流电源(电动势15 V，内阻可忽略)、直流电流表(对应不同的量程内阻约为0.2 Ω或1 Ω)、直流电压表(对应不同的量程内阻约为5 kΩ或15 kΩ)、滑动变阻器(0～10 Ω)、开关、导线若干．
(1)在图(a)的方框中用给定的器材画出完整的实验电路图，要求测量误差尽可能小；
(2)根据电路图，在实物图上用笔画线做导线进行连线．

【解析】 (1)因为测量伏安特性曲线，电压需要从0开始，选择分压电路，根据题中信息可知通过电流表的最大电流Im＝＝0.375 A，所以电流表选择小挡位，对应电阻为1 Ω，而电压达到了15 V，所以电压表选择大挡位15 kΩ，根据>，所以采用外接法，可得电路图如图所示．

(2)根据电路图连接实物图，如图所示．

【答案】 (1)如图所示 (2)见解析图