2020版高考物理二轮复习第2部分专项2活用4大策略破解实验题策略3设计类实验__设计方案变通拓展教案3页

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设计类实验——设计方案变通拓展
[例 3]　某电池的电动势约为 3 V，某实验小组要测量该电池的电动势和内阻。
(1)实验中要测量的电池内阻较小，实验器材除了被测电池以外，还有一电阻箱 R，一开
关 S，若干导线，内阻 Rg＝30 Ω、量程为 1 mA的电流表 G，阻值为 2 970 Ω的定值电阻 R0，
阻值为 2.00 Ω的定值电阻 R1。请设计并画出合理的测量该电池电动势及内阻的实验电路图，
图中标明相关器材的字母符号。
(2)为了比较准确地得出实验结论，该小组的同学准备用线性图象来处理实验数据，图象
的纵坐标表示电流表的示数 I，横坐标表示的物理量是________。
(3)若作出的图象在纵轴上的截距为 I0，图象斜率的绝对值为 k，则可求得该电池的电动
势 E＝________，内阻 r＝________。(用测量量和所给量的符号表示)
[解题指导]　(1)题目中给出了电阻箱和电流表，由于电流表的量程太小，若要改装成大
量程的电流表，需要并联的电阻很小，题中所给条件不能满足实验要求，若要改装成一个量
程为 3 V的电压表，需要串联一个电阻，U＝Ig(Rg＋R′)，U为改装后电压表的量程，R′为串
联电阻，代入数据得 3 V＝1×10－3A×(30 Ω＋R′)，解得 R′＝2 970 Ω。因此用 R0与电流
表串联可以改装成量程为 3V的电压表，这样就可以用“伏阻法”测电池的电动势和内阻。由
于电池内阻较小，电路中应串联一个保护电阻，增大等效电源的内阻。电路图如图。
(2)由闭合电路欧姆定律得 E＝I(Rg＋R0)＋
IRg＋R0
R
(R1＋r)，得 I＝
E
Rg＋R0
－(R1＋r)
I
R
，
因此横坐标表示的物理量应是
I
R
。
(3)由题意得 I0＝
E
Rg＋R0
，R1＋r＝k，解得 E＝I0(Rg＋R0)，r＝k－R1。
[答案]　(1)如解析图所示
(2)
I
R
　(3)I0(Rg＋R0)　k－R1
策略点评：(1)若给定的电表量程太大或太小，并且给出了定值电阻的阻值，往往要
对电表进行改装。
(2)若题中给出了某一电流表或电压表的内阻，往往预示着可将电表“反串”使用。
[链接高考]
3．(2018·全国卷Ⅰ·T23)某实验小组利用如图(a)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

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℃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。
图(a)
实验时，先按图(a)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 R2­t
的数据见下表。
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(a)中 R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出 R2­t曲线；
图(b)

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图(c)
(3)由图(b)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(c)所示，该读数为________ Ω，则
手心温度为________℃。
[解析]　(1)题图(a)的电路中滑动变阻器采用限流接法，在闭合 S1前，R1应该调节到接
入电路部分的阻值最大，使电路中电流最小，即题图(a)中 R1的滑片应移到 b端。(2)将 t＝60
℃和 t＝70 ℃对应的两组数据画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出 R2­t
曲线。(3)根据题述实验过程可知，测量的 R2的数据等于对应的热敏电阻 RT的阻值。由画出
的 R2­t曲线可知，当 t＝44.0 ℃时，对应的 RT＝450 Ω。(4)由画出的 R2­t曲线可知，当 RT
＝620.0 Ω时，手心温度 t＝33.0 ℃。
[答案]　(1)b
(2)如图
(3)450
(4)620.0　33.0