专题09 电学实验压轴题的5大命题点及破解策略（原卷版）.docx

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二极管具有独特的单向导电性,当在二极管两极之间所加正向电压小于某值时,二极管的电阻很大(1×106Ω,甚至更大),而当正向电压超过某值时,二极管的电阻随两端电压的升高而急剧减小。为了探究二极管的导电特性:(1)实验小组先用多用电表判断二极管的极性。步骤如下:“×100”挡,短接红、黑表笔,调整________,使指针指向表盘右侧“0”位置;,多用电表示数如图甲中a所示;,多用电表示数如图甲中b所示,则此时与红表笔接触的是二极管的________(填“正”或“负”)极。(2)实验小组设计了如图乙所示的实验电路,通过实验测得相关数据如下表。正向电压U/.①由二极管的特性和表中数据可知,当电压表示数为0~,图乙中开关S一定接在位置________;原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!②根据表中数据,在图丙中作出二极管的伏安特性曲线(要求保留所描的点迹),由图线可知,二极管是________(填“线性”或“非线性”)元件。(3)若此二极管为发光二极管,,,则应该给二极管________(填“串”或“并”)联一个约________Ω的电阻。[对点训练]1.(2016·全国卷Ⅲ)某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验。两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行,足够大的电磁铁(未画出)的N极位于两导轨的正上方,S极位于两导轨的正下方,一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。(1)在图中画出连线,完成实验电路。要求滑动变阻器以限流方式接入电路,且在开关闭合后,金属棒沿箭头所示的方向移动。(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度,有人提出以下建议:(填入正确选项前的标号)。角度二对实验器材的创新考查原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!在测量电表的内阻时,要把电表当作能读数的电阻,充分利用待测电表自身的测量功能,即电流表可测定通过自身的电流,电压表可测定自身两端的电压,不需要其他的电表来测量。[例2] 某校进行实验电路设计比赛,实验台上备有下列器材:(量程约2V,内阻约1kΩ)(量程为6V,内阻为2kΩ)(量程为3mA,内阻约500Ω)(,)(0~15Ω,)(0~1kΩ,)(0~,)(0~,)(6V,)、导线若干(1)利用以上器材在图中虚线框内设计最佳测量电路,要求既能确定电压表V1的量程,又能尽量准确地测定其内阻,在图中标明选用器材的符号。图中滑动变阻器R应选择________(填写元件符号)。(2)若已知电压表V1量程为2V,则下列实验小组设计的电路图中,能用来测定电压表V1的内阻且设计合理的是________。原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究![对点训练],其量程为2V,内阻约为2kΩ。实验室提供的器材有:电流表A,,;电压表V2,量程5V,内阻为5kΩ;定值电阻R1,阻值为30Ω;定值电阻R2,阻值为3kΩ;滑动变阻器R3,阻值为100Ω,;电源E,电动势为6V,;开关S一个,导线若干。(1)有人拟将待测电压表V1和电流表A串联接入电压合适的测量电路中,测出V1的电压和电流,再计算出RV。该方案实际上不可行,其最主要的原因是________________________________________________。(2)请从上述器材中选择必要的器材,设计一个测量电压表V1的内阻RV的实验电路。要求测量尽量准确,实验须在同一电路中,且在不增减元件的条件下完成。试画出符合要求的实验电路图(图中电源与开关已连接好),并标出所选元件的相应字母代号。(3)由(2)所画电路图写出电压表V1的内阻RV的表达式,说明式中各测量量的物理意义。,可等效为理想电流表与较大的电阻的串联。现要测量一只量程已知的电压表的内阻,器材如下:(量程3V,内阻约3kΩ);(量程3A,);(电动势约为3V,内阻不计);;(可以读出电阻值,0~9999Ω);。某同学利用上面所给器材,进行如下实验操作:原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!(1)该同学设计了如图甲、乙两个实验电路。为了更准确地测出该电压表内阻的大小,你认为其中相对比较合理的是________(填“甲”或“乙”)电路。(2)用你选择的电路进行实验时,闭合开关S,改变阻值,记录需要直接测量的物理量:电压表的读数U和________(填上文字和符号)。(3)由所测物理量选择下面适当坐标轴,能作出相应的直线图线、计算出电压表内阻的是( )-I -C.-R -R(4)设直线图像的斜率为k、截距为b,请写出待测电压表内阻表达式RV=________。角度三对数据处理的创新考查在实验中,数据处理的常用方法有公式法、列表法、图像法、逐差法等,恰当的数据处理方法可以提高实验的准确程度、减少测量误差、节约解题时间。[例3] 某物理学****小组为了测定某太阳能硅光电池组的电动势和内阻,设计了如图1所示的电路,在一定光照条件下进行实验:(1)请根据图1完成图2中实物的连线。12345678U/(2)该小组成员将测量出来的数据记录在表格中,请在图3中作出该硅光电池组的U-I图线。原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!(3)由所作的U-I图线可知该硅光电池组的电动势E=________V,电池组的内阻随输出电流的变化而改变,在电流为80μA时,该电池组的内阻r=________Ω(保留两位有效数字)。[对点训练]4.(2016·全国卷Ⅱ)(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:电阻箱R(),滑动变阻器R1(最大阻值50Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5kΩ),直流电源E(电动势3V),开关1个,导线若干。实验步骤如下:①按电路原理图甲连接线路;甲②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图甲中最左端所对应的位置,闭合开关S;③调节滑动变阻器,使电压表满偏;④保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱阻值,,记下电阻箱的阻值。回答下列问题:(1)实验中应选择滑动变阻器______(填“R1”或“R2”)。(2)根据图甲所示电路将图乙中实物图连线。乙原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!(3)实验步骤④,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位)。(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号)。 (二)电学实验压轴题的5大命题点及破解策略对实验压轴题考生们最感头痛,很难拿到高分,其根本原因是试题考查的知识面广,涉及的实验方法也千变万化,所以对考生的能力要求也就很高。实验压轴题考查的热点主要有基本仪器的选择和使用、实验原理与操作步骤、数据处理、误差分析等,所以对实验压轴题的破解方法就是要在熟悉(用足够的时间和精力)考纲规定的所有实验仪器的原理、正确使用方法的基础上,对探究性实验的思想方法(等效法、累积法、控制变量法、转换法、模拟法、留迹法等)进行深入研究,掌握这些原理、方法所引起的系统误差的根源,同时还要掌握一些处理数据的方法与技巧,如作图法及数形结合方法等。一、实验电路及器材的选取——首先考虑安全性与准确性选择电学实验仪器要遵循安全性原则(不使电学元件受损)和准确性原则(尽量减小误差)。比如选择电表时,首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程,然后再合理选择量程使指针有较大偏转(要达到满偏的1/3),以尽量减小测量的相对误差。而一些实验压轴题的难点往往就放在对安全性原则和准确性原则的理解上。实际上在选取电表时要灵活运用以上两个原则。当遇到某一待测电阻不需要一定达到某一电压或电流的情况时,即使电源电动势较大,待测电阻的最大电流或最大电压也较大,超过了比较小的电表的量程,但此时如果用较大量程的电表读数又会小于1/3量程,那么在滑动变阻器控制电压或电流保证安全的情况下,我们还是要选取较小量程的电表进行测量以便减小误差。[例1] 在描绘标有“6V 3W”的小灯泡的伏安特性曲线的实验中,,并便于操作。实验室提供的器材有:(电动势为9V,内阻约1Ω)原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!(量程为0~,;量程为0~3A,)(量程为0~3V,内阻约3kΩ;量程为0~15V,内阻约15kΩ)(最大阻值10Ω,最大允许电流1A)(最大阻值1500Ω,)、导线若干(1)为了完成实验,应选用的滑动变阻器是________(填“D”或“E”),选用的实验电路图应为图1中的________(填“甲”或“乙”)。(2)请根据(1)中所选的电路图,补充完成图2中实物图的连线。(3)闭合开关,改变滑动变阻器滑动触头的位置,并记录对应的电流表示数I、电压表示数U。某次测量中电流表、电压表示数如图3所示,可知该状态下小灯泡电阻的测量值为Rx=________Ω(计算结果保留两位有效数字)。(4)根据实验数据,画出小灯泡的I-U图线如图4所示。由此可知,当小灯泡两端的电压增加时,小灯泡的电阻值将________(选填“变大”或“变小”)。原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究![对点训练],已知其中一种是由金属材料制成的,它的电阻随温度的升高而增大,而另一种是由半导体材料制成的,它的电阻随温度的升高而减小。准备的器材有:(,内阻不计)(量程0~3V,内阻约1kΩ)(量程0~15V,内阻约4kΩ)(量程0~3A,)(量程0~,)(0~5Ω,)(0~200Ω,),测得通过其中的电流与加在它两端的电压数据如下表所示。U/.。(1)实验中电压表应选用________,电流表应选用________,滑动变阻器应选用________(请填写器材前对应的字母)。(2)请根据表中数据在图中作出该元件的I-U图线,该元件可能是由________(选填“金属”或“半导体”)材料制成的。(3)在(2)的基础上,该同学进一步分析,、,则该元件消耗的功率为________W(结果保留两位有效数字)。原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!二、系统误差的分析——多数情况下从实验方法上找根源尽量减小误差是物理实验的基本原则,所以误差分析作为实验题的难点是近年来命题的热点方向之一。物理学中把测量误差按其产生的原因与性质分为系统误差和偶然误差,其中又以寻找系统误差产生的根源作为考查重点。产生系统误差的原因主要有两类:①由仪器本身存在一定的缺陷或不精密造成的,如仪器零点不准、仪器水平或铅直未调整等;②实验方法不完善或这种方法所依据的理论本身具有近似性,例如用单摆测量重力加速度时忽略空气对摆球的阻力的影响,测量电阻时不考虑电表内阻的影响等所引入的误差。这些原因就是我们分析误差的重要依据和突破方向。[例2] 国际规定自来水在15℃时电阻率应大于13Ω·m。某同学利用如图甲所示的电路测量15℃时自来水的电阻率,其中内径均匀的圆柱体玻璃管侧壁连接一细管,细管上有一阀门K以控制管内自来水的水量,玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略),右活塞固定,左活塞可自由移动。实验器材还有:电源(电动势约为3V,内阻可忽略),电压表V1(量程为3V,内阻很大),电压表V2(量程为3V,内阻很大),定值电阻R1(阻值4kΩ),定值电阻R2(阻值2kΩ),电阻箱R(最大阻值9999Ω),单刀双掷开关S,导线若干,游标卡尺,刻度尺等。甲实验步骤如下:;,并用刻度尺测量水柱长度L;