电学实验复习攻略及高考试题赏析



电学实验复习攻略及高考试题赏析

◇广东李虎

高考实验题通常设置在选择题之后,计算题之前,是考生的“分水岭”．拿到实验题的高分至关重要,而电学实验更是重中之重.电学实验涉及知识面广、能力要求高,值得高三师生深入研究其考查方式、试题情境、实验方法和实验立意．

1设计电路图

所谓设计电路图,就是依照实验目的,根据相关的实验原理(电学物理规律)和实验方法(伏安法、替代法和半偏法等)选择仪器或仪器采用的连接方式,这是电学实验最基础也是最重要的步骤,是对实验的整体设计和规划,决定着实验进行的方向．一般涉及电源、开关、滑动变阻器、电压表、电流表、电阻箱等仪器的选择和滑动变阻器限流式或分压式、电流表内接法或外接法的选择．该类试题承载着考查考生物理科学素养的功能．

1.1电压表、电流表量程的选择方法

1) 安全性原则．电压、电流的测量值不能超过电表的量程．

2) 精确性原则．在不超过量程的前提下,量程越小,精确度越高．

4) 灵活性原则．已知内阻的电流表可以当电压表使用;已知内阻的电压表可以当电流表使用．

1.2滑动变阻器分压式接法和限流式接法

1) 必须使用分压式接法的几种情况:a) 要求待测电阻两端的电压从0开始变化,有较大的测量范围; b) 滑动变阻器的最大阻值远远小于待测电阻; c) 若采用限流式接法,电路中的最小电流仍超过电学元件的额定电流．

2) 在2种接法都可以的情况下,按照“一切从简”的原则,优先考虑限流式接法．

1.3测量电阻中的电流表内接法或外接法

表1　电流表的接法

1.4滑动变阻器的选择

1) 滑动变阻器采用分压式接法,一律选小的.

2) 滑动变阻器采用限流式接法,选择阻值和待测电阻相当的．

2考查类型

2.1基本测量工具的使用和读数

例如考查对测量工具的某个操作器件的功能的熟悉程度,如考查刻度尺、螺旋测微器、游标卡尺、电流表、电压表、电阻箱和多用电表的读数，其中游标卡尺和电阻箱不能估读,其他要注意估读问题(估读到下一位还是本位估读取决于精确度)．

一个易错点是游标卡尺的读数,为此我们总结出“三观察三确定”游标卡尺读数的方法：

1) 读数经验公式a+kb.

2) 观察游标尺上格子数,确定精确度k(例如0.1、0.05、0.02mm).

3) 观察游标尺“0刻度线”位置,确定整数读数a.

4) 观察游标尺上第几条刻度线与主尺刻度线对齐,确定参数b．

另一个易错点是电表的读数问题:1)精确度是1、0.1、0.01的,要估读到下一位;2)精确度是2、0.2、0.02或5、0.5、0.05的,不要估读到下一位,要本位估读．

2.2根据电路图连线实物图(用笔连线代替导线)

连接实物图时要注意线必须是从一个接线柱连到另一个接线柱,不能断点和交叉,更不能从元件表面穿过．

2.3图象法数据处理

描点法画图象是数形结合思想处理数据的主要表现．根据物理规律推导函数关系式(一般为线性关系，在推导线性函数的过程中要注意分离变量),根据斜率和截距的物理意义来计算待求的物理量．依据物理公式间接测量的物理量要注意有效数字的保留,若题目有要求,要严格遵守;若题目没有要求,一般保留2位或3位有效数字．

2.4误差分析

误差分为偶然误差和系统误差.

1) 偶然误差:由偶然因素造成的,某一次测量偏大、偏小的概率相同．多次测量取平均值可减少偶然误差．

2) 系统误差:仪器本身存在缺陷或实验原理或实验方法不完善带来的误差．系统误差的特点是多次重复测量的结果总是大于(或小于)被测量的真实值,呈现单一倾向．例如,测量重力加速度时由于没有消除空气等阻力的影响引起系统误差,测量值总是偏小．再如伏安法测电阻没有考虑电表内阻而引起系统误差，内接法电阻的测量值总是大于真实值，而外接法电阻的测量值总是小于真实值．

2.5对电路故障的判断

1) 考查通过对电表的变化做出判断.

2) 考查排查电路故障的方法,检测考生对多用电表电压档和欧姆档的使用(电器维修的基础)．

3电学实验试题赏析

图1

(1) 用螺旋测微器测量合金丝的直径.为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧图1中的部件____(填“A”“B”“C”或“D”).从图中的示数可读出合金丝的直径为________mm.

(2) 如图2所示是测量合金丝电阻的电路,相关器材的规格已在图中标出.合上开关,将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中,发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化.由此可以推断:电路中________(填图中表示接线柱的数字)之间出现了________(填“短路”或“断路”).

图2

(3) 电路故障被排除后,调节滑动变阻器,读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA,由此,该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω,为了更准确地测出合金丝的阻值,在不更换实验器材的条件下,对实验应做怎样的改进?请写出2条建议.

建议1:____________. 建议2:____________.

(2) 此问描述了一个实验故障,要求考生分析判断电路故障出在哪里．电流表指针有偏转说明电路中有通路,故障出在并联的某支路中.电压表的读数接近电动势说明电压表接通了且没有被短路,由此可做出判断:故障出在测量对象“合金丝”所在支路上,故第一空填“7、9”,第二空填“断路”．

(3) 此问隐性地考查减少误差的方法.待测电阻远远大于电流表的内阻应采用电流表的内接法以减少误差,同时测量多组电流和电压的值,计算出电阻的平均值也可以达到减少误差的目的．

图3

(1)下列实验操作中,不正确的有________.

A将铜管竖直地固定在限位孔的正下方;

B纸带穿过限位孔,压在复写纸下面;

C用手捏紧磁铁保持静止,然后轻轻地松开让磁铁下落;

D在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源

图4

位置123456789v/(cm·s-1)24.533.837.8▲39.539.839.839.839.8

(3) 分析上表的实验数据可知:在这段纸带记录的时间内,磁铁运动速度的变化情况是________;磁铁受到阻尼作用的变化情况是________.

(4) 该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管,重复上述实验操作(记为实验②),结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同,请问实验②是为了说明什么?对比实验①和②的结果得到什么结论?

(3) 由纸带上的测量数据可知,磁铁的速度逐渐增大至一稳定值后匀速下落,阻力逐渐增大到与重力相等．

(4) 通过对比实验,将铜管更换为塑料管之后几乎为自由落体运动,说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用,磁铁在铜管中受到的阻力主要是电磁阻尼作用．这说明变化的磁场在周围的空间中激发感生电场,处在其中的金属导体中才有涡流,涡流的磁场阻碍磁铁的运动．

图5

(1) 图5中虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整．

(2) 根据设计的电路,写出实验步骤:________.

图6

(2) 移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小;闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表指针满偏;保证滑动变阻器的滑片的位置不变,断开S2,调节电阻箱R0,使电压表的指针半偏;读取电阻箱所示的电阻值,即为测得的电压表内阻.

(1) 使用多用电表粗测元件X的电阻．选“×1”欧姆档测量,示数如图7-甲,读数为____Ω．据此应该选择图7中____(填“乙”或“丙”)的电路进行实验．

图7

(2) 连接所选电路,闭合S;滑动变阻器的滑片P从左向右滑动,电流表的示数逐渐________(填“增大”或“减小”);依次记录电流及相应的电压;将元件X换成Y,重复实验．

(3) 如图8-甲是根据实验数据作出的U-I图线,由图可判断元件____(填“X”或“Y”)是非线性元件．

图8

(4) 该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21 Ω的定值电阻,测量待测电池的电动势E和内阻r,电路如图8-乙所示．闭合S1和S2,电压表读数为3.00 V;断开S2,读数为1.00 V.利用图8-甲可算得E=________V,r=________Ω.(结果均保留2位有效数字,视电压表为理想电压表)

(2) 闭合S, 滑动变阻器的滑片P从左向右滑动,使测量电路电压增大,由欧姆定律得电流增大;

(3) 根据线性元件的U-I图线为直线,非线性元件的U-I图线为曲线可得:Y是非线性元件;

(台山市“广东基础教育课程体系改革试验项目”课题《农村学校物理实验校本课程教材开发研究与实践》(课题编号2015TSJCJY024)的阶段性研究成果之一)

(作者单位：广东省台山市台山一中大江实验中学)