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2019-2020年高考物理 押題突破（重要地位+突破策略+審題方法+總結(jié)歸納）專題一 電學(xué)實驗探究教案
一、重要地位
二、突破策略
1、電流表、電壓表的讀數(shù)規(guī)則：
電流表量程一般有兩種——0.1~0.6A，0~3A；電壓表量程一般有兩種——0~3V，0~15V。如圖10-1所示：
側(cè)的刻度線上（即表盤上的第21條小刻度線）讀數(shù)為10.5V，若指在這兩條刻度線間的中間某個位置，則可根據(jù)指針靠近兩刻度線的程度，分別讀做10.1V，或10.2V，或10.3V，或10.4V，即使是指在正中央，也不能讀做10.25V，若這樣，則會出現(xiàn)兩位不準(zhǔn)確的數(shù)，即小數(shù)點后的2和5，不符合讀數(shù)規(guī)則，如上圖中所示，讀數(shù)應(yīng)為9.3V。
電流表若用0-0.6A量程，則其最小刻度為0.02A，為5分度儀表讀數(shù)，其讀數(shù)規(guī)則與0—15V電壓表相似，所讀數(shù)值小數(shù)點后只能有兩位小數(shù)，也必須有兩位小數(shù)。
如上圖所示，電流表讀數(shù)為0.17A，若指針指在第11條刻度線上，則讀數(shù)為0.22A，指在第10條刻度線上，讀數(shù)為0.20A，指在第12條刻度線上，讀數(shù)為0.24A。
負載RL上電壓調(diào)節(jié)范圍（忽略電源內(nèi)阻）
負載RL上電流調(diào)節(jié)范圍（忽略電源內(nèi)阻）
相同條件下電路消耗的總功率
限流接法
E≤UL≤E
≤IL≤
EIL
分壓接法
0≤UL≤E
0≤IL≤
E（IL+Iap）
比較
分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大
分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大
限流電路能耗較小
①限流法.如圖（a）所示，待測電阻上電壓調(diào)節(jié)范圍為.顯然，當(dāng)R0<
>RL時，滑動觸頭在從b向a滑動的過程中，先是電流表、電壓表的示數(shù)變化不大，后來在很小的電阻變化范圍內(nèi)，電流表、電壓表的讀數(shù)變化很快，也不方便讀數(shù)，只有當(dāng)RL與R0差不多大小時，才能對電流、電壓有明顯的調(diào)控作用.在同樣能達到目的的前提下，限流法較為省電，電路連接也較為簡單.
（3）若采用限流接法，電路中實際電壓（或電流）的最小值仍超過RL的額定值時，只能采用分壓接法.
2.下列情況可選用限流式接法
（1）測量時對電路中的電流或電壓沒有要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只是小范圍內(nèi)測量，且RL與R0相差不大或RL略小于R0，采用限流式接法.
（2）電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求時，采用限流式接法.
（3）沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者均可采用時，可考慮安裝簡便和節(jié)能因素優(yōu)先采用限流式接法.
例2：用伏安法測量某一電阻Rx阻值，現(xiàn)有實驗器材如下：待測電阻Rx（阻值約5 Ω,額定功率為1 W）；電流表A1（量程0~0.6 A,內(nèi)阻0.2 Ω）;電流表A2（量程0~3 A，內(nèi)阻0.05 Ω）;電壓表V1（量程0~3 V，內(nèi)阻3 kΩ）;電壓表V2（量程0~15 V，內(nèi)阻15 kΩ）;滑動變阻器R0（0~50 Ω）,蓄電池（電動勢為6 V）、開關(guān)、導(dǎo)線.
為了較準(zhǔn)確測量Rx阻值，電壓表、電流表應(yīng)選________，并畫出實驗電路圖.
【審題】該題要求選擇實驗儀器、測量電路及控制電路，因為滑動變阻器的全阻值大于被測電阻Rx，故首先考慮滑動變阻器的限流接法
圖10-4
【解析】由待測電阻Rx額定功率和阻值的大約值，可以計算待測電阻Rx的額定電壓、額定電流的值約為
U=V≈2.2 V,I=A=0.45 A.
則電流表應(yīng)選A1，電壓表應(yīng)選V1.
又因=24.5 Ω＞Rx，則電流表必須外接.
因為滑動變阻器的全阻值大于被測電阻Rx，故首先考慮滑動變阻器的限流接法，若用限流接法，則被測電阻Rx上的最小電流為Imin==0.11 A＜I額，因該實驗沒有對電流、電壓的調(diào)節(jié)范圍未作特殊要求，故用限流電路.電路如圖10-4所示.
【總結(jié)】任一種控制電路必須能保證電路的安全，這是電學(xué)實驗的首要原則 ，限流接法雖然簡潔方便，但必須要能夠控制電路不超過電流的額定值，同時，能夠保證可獲取一定的電壓、電流范圍，該題中，即便控制電流最小值不超過電流表的量程，因滑動變阻器全阻值相對電路其它電阻過小，電流、電壓變化范圍太小，仍不能用限流接法。
3、測試判斷法（試觸法）
若Rx、RA、RV的大小關(guān)系事先沒有給定，可借助試觸法確定內(nèi)、外接法.具體做法是:
如圖10-6所示組成電路，其中電流表事先已經(jīng)接好，拿電壓表的一個接線柱去分別試觸M、N兩點，觀察先后兩次試觸時兩電表的示數(shù)變化情況。
如果電流表的示數(shù)變化比電壓表示數(shù)變化明顯(即)，說明接M點時電壓表分流作用引起的誤差大于接N點時電流表分壓作用引起的誤差，這時應(yīng)采用內(nèi)接法(即電壓表接N點)。
圖10-6
如果電壓表的示數(shù)變化比電流表示數(shù)變化明顯(即)，說明接N點時電流表分壓作用引起的誤差大于接M點時電壓表分流作用引起的誤差，這時應(yīng)采用外接法(即電壓表接M點).
（口決：“內(nèi)大外小”，即內(nèi)接法適合測大電阻且系統(tǒng)誤差偏大，即測量值大于真實值，外接法適合測小電阻且系統(tǒng)誤差偏小，即測量值小于真實值，）
根據(jù)以上原則，電學(xué)儀器的選擇有如下建議：
1、電源的選擇：選擇直流電源，應(yīng)根據(jù)用電器的需要來確定，一般考慮用電器所需的電壓、電路中的電流、電源電動勢和允許電流等.在不超過待測器材所允許的最大電壓值的情況下，選擇電動勢較大的電源（以獲得更多的測量數(shù)據(jù)）。在相同電動勢情況下，通常選擇內(nèi)電阻較小的電源（以獲得較穩(wěn)定的路端電壓）,測電源內(nèi)阻除外。
2、電表的選擇：在不超過電表量程的條件下，選擇量程較小的電表（以便測量時示數(shù)能在滿刻度的2/3左右）。
3、滑動變阻器的選擇:要由電路中所要求或可能出現(xiàn)的電流、電壓的范圍來選定變阻器，實際流過變阻器的電流不得超過其額定值；如要通過變阻器的電阻改變來讀取不同的電流、電壓值時，要注意避免變阻器滑片稍有移動電流或電壓就會有很大變化的出現(xiàn)，也要避免出現(xiàn)滑片從一頭滑到另一頭，電流或電壓幾乎沒有變化的情況.
若控制電路確定為限流接法,則滑動變阻器應(yīng)選用與實驗電路中其它電阻的總阻值相差不大的;若控制電路確定為分壓接法，則應(yīng)選用在額定電流允許的條件下阻值較小的滑動變阻器。
【審題】本題不要求選擇儀器，只是對已有的儀器進行電路的選擇合成，從一定程度上降低了難度，由已知條件，待測電阻與電壓表阻值相差較多，滑動變阻器阻值相對較小。
圖10-8
【解析】因滑動變阻器阻值小于待測電阻Rx的阻值，所以滑動變阻器應(yīng)選用分壓接法；待測電阻與電表相比，Rx的阻值和電壓表的阻值相差較多，所以應(yīng)選用安培表外接電路，實物連接如圖10-8所示?；瑒幼冏杵鞣謮航臃〞r，在閉合電鍵前，變阻器的滑動觸點應(yīng)置于使負載電壓為零處，如圖箭頭所示。
【總結(jié)】（1）設(shè)計測量電阻的電路必須考慮兩個方面，首先要確定滑動變阻器是分壓電路還是限流電路，再考慮是安培表外接電路還是安培表內(nèi)接電路。
圖10-9
(2)為了盡量減小誤差，要求多測幾組數(shù)據(jù)，試在圖10-9方框中畫出符合要求的實驗電路(其中電源和開關(guān)及連線已畫出).
【審題】測量電壓表的內(nèi)阻，從已知條件看，需測量通過電壓表的電流，因此，需估算通過電壓表的最大電流來判斷所用電流表的量程。同時，滑動變阻器的全阻值遠小于電壓表內(nèi)阻，控制電路應(yīng)采用分壓接法。
已知兩個表的刻度盤上都將量程均勻分為6大格，要求從0.1A起對每條刻線一一進行核對，為此，從備用的電阻器中，R0應(yīng)選用 ，R應(yīng)選用 。（用字母代號填寫）
【審題】本題中給出了固定限流電阻的選擇，首先要明確其作用，實驗要求電流范圍在0.1~0.6A之間，即電路中僅有限流電阻時的電流要略大于0.6A，同時要配合滑動變阻器，保證電路中的最小電流不超過0.1A。[
為了較準(zhǔn)確測量Rx的阻值，保證器材的安全，以便操作方便，電壓表、電流表應(yīng)選擇________，并畫出實驗電路圖。
【審題】本題中待側(cè)電阻的額定功率、電阻估計值已知，可估算通過電阻的電流及其兩端電壓，是選擇電流表、電壓表量程的關(guān)鍵，另外，電流表的內(nèi)外接法及滑動變阻器的接法也需要計算確定。
圖10-12
【解析】1、確定電流表、電壓表的量程。被測電阻Rx的額定電壓、額定電流分別為
則電流表選用A1，電壓表選用V1
4、電阻測量的方法歸類
在高中電學(xué)實驗中，涉及最多的問題就是電阻的測量，電阻的測量方法也比較多，最常用的有：
（1）歐姆表測量：最直接測電阻的儀表。但是一般用歐姆表測量只能進行粗測，為下一步的測量提供一個參考依據(jù)。用歐姆表可以測量白熾燈泡的冷電阻。
（2）替代法：替代法的測量思路是等效的思想，可以是利用電流等效、也可以是利用電壓等效。替代法測量電阻精度高，不需要計算，方法簡單，但必須有可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻（一般給定的儀器中要有電阻箱）。
替代法是用與被測量的某一物理性質(zhì)等效，從而加以替代的方法。
圖10-13
如圖10-13所示。
先把雙刀雙擲開關(guān)S2扳到1，閉合S1，調(diào)整滑動變阻器，使電流表指針指到某一位置，記下此時的示數(shù)I（最好為一整數(shù)）。再把開關(guān)S2扳到2，調(diào)整電阻箱R0，使得電流表指針仍指到示數(shù)I。讀出此時電阻箱的阻值r，則未知電阻Rx的阻值等于r。
說明：①在此實驗中的等效性表現(xiàn)在開關(guān)換位后電流表的示數(shù)相同，即當(dāng)電阻箱的阻值為r時，對電路的阻礙作用與未知電阻等效，所以未知電阻Rx的阻值等于r。
②替代法是一種簡捷而準(zhǔn)確度很高的測量電阻的方法，此方法沒有系統(tǒng)誤差，只要電阻箱和電流表的精度足夠高，測量誤差就可以忽略。
圖10-14
例如，測電流表和電壓表的內(nèi)阻，如果有可以作為標(biāo)準(zhǔn)的已知電阻的電表，都可以使用比例法。采用比例法測電阻的依據(jù)是：串聯(lián)電路電壓與電阻成正比，并聯(lián)電路電流與電阻成反比。電壓表可顯示電阻兩端的電壓值，電流表可顯示電阻中通過的電流，所以測電流表內(nèi)阻應(yīng)把兩電流表并聯(lián)，測電壓表內(nèi)阻應(yīng)把兩電壓表串聯(lián)，電路圖分別如圖10-14（甲）、（乙）所示。
測電流表內(nèi)阻時，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R01，使兩電流表的指針都有較大偏轉(zhuǎn)，記錄下兩電表的示數(shù)I1和I2，根據(jù)并聯(lián)電路分流原理，若已知電流表A1的內(nèi)阻為r1，則電流表A2的內(nèi)阻r2=。
測電壓表內(nèi)阻時，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R02，使兩電壓表的指針都有較大偏轉(zhuǎn)，記錄下兩電表的示數(shù)U1和U2，根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理，若已知電壓表V1的內(nèi)阻r1，則電流表V2的內(nèi)阻r2=。
以上例子中，甲圖采用限流電路而乙圖采用分壓電路，這是由于電流表內(nèi)阻都較小，若采用分壓電路，則滑動變阻器的阻值必須更小，這時電路近似于短路，是不允許的；而電壓表內(nèi)阻都很大，若采用限流電路，則滑動變阻器的電阻必須更大，這在實際上行不通。
【審題】該題要求至少應(yīng)用3種設(shè)計方案，需要熟練掌握測電阻的原理和方法，列出所有的測電阻的基本方法，看題目中給出的儀器是否適合，靈活利用、變通，充分發(fā)揮題目中所給儀器的作用。
【解析】
討論：用A1不用A2或G，主要是考慮了測量結(jié)果的精確問題.若用A2改裝為歐姆表，其中值電阻為1Ω；若用G改裝為歐姆表，其中值電阻為10kΩ，與待測電阻比較，測量誤差太大.歐姆表特點是當(dāng)測量值在其中值電阻附近時，其讀數(shù)（或測量結(jié)果）比較準(zhǔn)確.這是精確原則的應(yīng)用.且整個方案三操作上是很方便的.
【總結(jié)】本題處理過程相對復(fù)雜，但只要遵循前面所提出的各種選擇方法，題目也就迎刃而解了，因此說，基礎(chǔ)知識是關(guān)鍵，復(fù)雜題目只是基礎(chǔ)知識的合成。
5、高考實驗設(shè)計型命題的求解策略
(1)科學(xué)性：設(shè)計的方案有科學(xué)的依據(jù)和正確的方式，符合物理學(xué)的基本原理.
(2)可行性：按設(shè)計方案實施時，應(yīng)安全可靠不會對人身、器材造成危害；所需裝置和器材要易于置備，且成功率高.
(3)精確性：在選擇方案時，應(yīng)對各種可能的方案進行初步的誤差分析，盡可能選用精確度高的方案.
(4)簡便、直觀性：設(shè)計方案應(yīng)便于實驗操作，讀數(shù)，便于進行數(shù)據(jù)處理，便于實驗者直觀、明顯地觀察.
3.依據(jù)方案，選定器材
實驗方案選定后，考慮該方案需要哪些裝置，被測定量與哪些物理量有直接的定量關(guān)系，分別需用什么儀器來測定，以此來確定實驗所用器材.
4.擬定步驟，合理有序
實驗之前，要做到心中有數(shù)：如何組裝器材，哪些量先測，哪些量后測，應(yīng)以正確操作和提高效率的角度擬定一個合理而有序的實驗步驟.
5.數(shù)據(jù)處理，誤差分析
常用的數(shù)據(jù)處理方法(如：平均法、圖象法、描跡法、比較法等)和誤差分析方法(如絕對誤差、相對誤差等)是應(yīng)該掌握的，在設(shè)計實驗時也應(yīng)予以考慮.
節(jié)）.為了確定各儀表、元件的量程和規(guī)格，首先對待測電阻的額定電壓和電流作出估實驗設(shè)計的基本思路
明確目的
→
選擇方案
→
選定器材
→
擬定步驟
數(shù)據(jù)處理
→
→
誤差分析
附：對電學(xué)實驗中幾個點的強調(diào)說明：
一、關(guān)于多用電表
1.使用多用表時要注意什么?
(1)使用多用表的電壓、電流擋.使用多用表測量電壓、電流的方法，與單獨使用電壓表、電流表的方法基本上是一樣的，只不過在使用多用表前要根據(jù)待測量的情況(是電流還是電壓?是交流還是直流?)調(diào)整好選擇開關(guān)，并調(diào)整到合適的量程上，其他如正負接線柱的選用，串聯(lián)還是并聯(lián)到電路中去等，就和單獨使用電壓表、電流表時沒什么兩樣了.
2.歐姆表上的刻度為什么是不均勻的?刻度時有什么規(guī)律嗎?
對于磁電式的電流計，其指針偏轉(zhuǎn)的角度和電流成正比，改裝成電流表或電壓表時，表盤刻度是均勻的；但用磁電式電流計做歐姆表的表頭后，由歐姆表內(nèi)部電路構(gòu)造及全電路歐姆定律可知，當(dāng)兩表短接和接上待測電阻Rx后，分別有
①
②
由②式可知，待測電阻Rx與通過表頭的電流Ix不成線性關(guān)系，這就是造成表盤刻度不均勻的原因.
那么，怎樣對歐姆表的表盤進行刻度呢?
設(shè)指針偏轉(zhuǎn)滿刻度的(m≥n)時，指針?biāo)傅碾娮柚禐镽x，則應(yīng)有
③
把①②式代人③式，整理，得， ④
④式便是把表盤改為歐姆刻度的依據(jù)了.
這里順便指出，當(dāng)Rx＝R內(nèi)時，，此時指針指中，稱此值為中值電阻，顯然，中值電阻恰好等于此時的歐姆表內(nèi)阻.
4.用歐姆表測量電阻前和換擋后，為什么一定要先進行歐姆調(diào)零?
歐姆表的表盤刻度是按照標(biāo)準(zhǔn)電動勢和內(nèi)阻進行設(shè)計和刻度的，實際應(yīng)用時，內(nèi)裝電池與標(biāo)準(zhǔn)總有差異，同時，電池用久了，E和r都可能變化，這就會影響指針的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角，可能指不到指定刻度處而造成誤差，所以使用前必須進行歐姆調(diào)零.
在倍率改變后，歐姆表的內(nèi)阻電路就發(fā)生了相應(yīng)變化，這時只有通過歐姆調(diào)零，才有可能使測量示數(shù)與電阻值相符，故每改變一次倍率，都應(yīng)重新進行調(diào)零.
二、關(guān)于用U—I線修正法定性分析測電源電動勢和內(nèi)阻的測量誤差
用伏安法測量電源電動勢、內(nèi)電阻的學(xué)生實驗中,有兩種可供選擇的實驗電路。在兩種電路中，由于伏特表的分流和安培表的分壓引起的誤差是不同的，我們可以用圖線修正法簡潔明快的分析兩種電路引起的測量誤差。
①根據(jù)測量電路分析誤差原因：本測量電路產(chǎn)生誤差的原因是由于安培表的分壓使得伏特表的讀數(shù)小于電源的路端電壓所致?？紤]安培表的內(nèi)阻RA,全電路的歐姆定律的方程應(yīng)修正為……②
圖10-23
②根據(jù)②式尋找圖線的準(zhǔn)確點：因電壓的修正值為，可見當(dāng)I=0時，電壓修正值為零.所以,圖線與縱軸的交點P準(zhǔn)確。
③在圖線上任選一點Q進行修正：如圖2—2，Q點的橫坐標(biāo)IQ不變，（UQ+IQRA）做為修正后Q/點的縱坐標(biāo)，連接P和Q/得修正后的U—I圖線為b線。
④比較兩條圖線的縱截距和斜率：得=，r＞r/?？梢姡妱觿莸臏y量值與真實值相等，而內(nèi)阻的測量值大于真值。
三、關(guān)于電路實物連線的幾個易錯點：
1、電鍵必須控制全電路
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