四川省某重点中学届高考物理考点精讲从原理迁移中突破电学实验.doc

　考点57　从原理迁移中突破电学实验例　霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展．如图1所示，在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在M、N间出现电压UH，这个现象称为霍尔效应，UH称为霍尔电压，且满足UH＝k，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数．某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数．图1(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图11所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“＋”接线柱与________(填“M”或“N”)端通过导线相连．(2)已知薄片厚度d＝0.40 mm，该同学保持磁感应强度B＝0.10 T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如下表所示．根据表中数据在图2中画出UH—I图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为______×10－3 V·m·A－1·T－1(保留2位有效数字).I(×10－3 A)3.06.09.012.015.018.0UH(×10－3 V)1.11.93.44.56.26.8图2(3)该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图3所示的测量电路，S1、S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片(未画出)．为使电流从Q端流入，P端流出，应将S1掷向________(填“a”或“b”)，S2掷向________(填“c”或“d”)．为了保证测量安全，该同学改进了测量电路，将一合适的定值电阻串联在电路中．在保持其它连接不变的情况下，该定值电阻应串联在相邻器件________和________(填器件代号)之间．图3解析　(1)根据左手定则，正电荷受力向左，因此“＋”接线柱应接M点；(2)画出图像，图像的斜率为，将B和d代入就可以求出k值为1.5；(3)将S1掷向b，S2掷向c，电流恰好反向；应将该电阻接入公共部分，即在S1与S2之间，因此可以在S1与E之间也可以在E与S2之间．答案　(1)M(1分)　(2)如图所示(3分)1．5(1.4～1.6)(1分)　(3)b(1分)　c(1分)S1(或S2)(1分)　E(1分)(2015·福建·19(2))(9分)某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理图如图4甲所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计改装的电流表，为标准电压表，E为待测电池组，S为开关，R为滑动变阻器，R0是标称值为4.0 Ω的定值电阻．图4①已知灵敏电流计的满偏电流Ig＝100 μA、内阻rg＝2.0 kΩ，若要改装后的电流表满偏电流为200 mA，应并联一只________ Ω(保留一位小数)的定值电阻R1；②根据如图4甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整的电路；③某次实验的数据如下表所示：测量次数12345678电压表读数U/V5.265.165.044.944.834.714.594.46改装表读数I/mA20406080100120140160该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法)，计算出电池组的内阻r＝________ Ω(保留两位小数)；为减小偶然误差，逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是____________________________．④该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大．若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是________．(填选项前的字母)A．电压表内阻的影响B．滑动变阻器的最大阻值偏小C．R1的实际阻值比计算值偏小D．R0的实际阻值比标称值偏大答案　①1.0　②见解析图(其他正确连接同样给分)　③1.66　充分利用已测得的数据④CD解析　①由电流表的改装知识可知，R1＝＝ Ω≈1.0 Ω.②如下图．③根据闭合电路欧姆定律结合逐差法可知r1＝－R0，r2＝－R0，r3＝－R0，r4＝－R0.故r＝＝－R0＝[－4.0] Ω≈1.66 Ω.逐差法在计算中体现的主要优点是：充分利用已测得的数据．④根据题意可知，内阻的测量值为r测＝－R0，因此，电压表的内阻、滑动变阻器的阻值对测量结果无影响．若R1的实际值比计算值偏小，则改装后的电流表示数偏小，导致内阻测量值偏大．根据内阻测量值的表达式可知，R0的实际值比标称值偏大，也会导致内阻测量值偏大．故选C、D.强化练习1．实际电流表有内阻，测量电流表G1内阻r1的电路如图1所示．图1供选择的仪器如下：①待测电流表G1(0～5 mA，内阻约300 Ω)②电流表G2(0～10 mA，内阻约100 Ω)③定值电阻R1(300 Ω)④定值电阻R2(10 Ω)⑤滑动变阻器R3(0～1 000 Ω)⑥滑动变阻器R4(0～20 Ω)⑦干电池(1.5 V)⑧电键S及导线若干．(1)定值电阻应选________，滑动变阻器应选________．(在空格内填写序号)(2)对照电路图用笔连线连接如图2所示实物图．图2(3)补全实验步骤：①按如图1所示电路图连接电路，将滑动变阻器的触头移至最________(填“左端”或“右端”)；②闭合电键S，移动滑动触头至某一位置，记录G1和G2的读数I1和I2；③多次移动滑动触头，记录G1和G2的读数I1和I2；④以I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线，如图3所示．图3(4)根据I2－I1图线的斜率k及定值电阻，写出待测电流表内阻的表达式________________．答案　(1)③　⑥　(2)见解析图　(3)左端　(4)r1＝(k－1)R1解析　(1)因电流表G1的内阻约为300 Ω，故定值电阻选择R1；为调节方便滑动变阻器选择R4.(2)根据电路图连接实物如图所示：(3)为保护测量电路，闭合开关时，测量电路应处于短路状态，故滑片移至最左端．(4)由电路图知I2＝I1＋，可得图像的斜率k＝1＋，解得r1＝(k－1)R1.2．现有一刻度盘总共有N小格、且刻度均匀，量程未准确确定的电压表V1，已知其量程在13 ～16 V之间，内阻r1＝150 kΩ.为测定其准确量程U1，实验室提供了如下表所列的器材，要求方法简捷，尽可能减少误差，并能测出多组数据.器材(代号)规格标准电压表V2量程3 V，内阻r2＝30 kΩ电流表A量程3 A，内阻r3＝0.01 Ω滑动变阻器R总阻值1 kΩ稳压电源E20 V，内阻很小开关S、导线若干(1)某同学设计了如图4所示的甲、乙、丙三种电路图图4你认为选择________电路图测量效果最好．(填“甲”、“乙”或“丙”)(2)根据测量效果最好的那个电路图，将如图5所示有关器材连接成测量电路．图5(3)若选择测量数据中的一组来计算V1的量程U1，则所用的表达式U1＝________________，式中各符号表示的物理量是：________________.答案　(1)乙　(2)见解析图　(3)U2　N：V1的总格数，N1：V1的读出格数，U2：V2的读数，r1：V1表内阻，r2：V2表内阻解析　(1)由于待测电压表的满偏电流与标准电压表的满偏电流接近，大约是0.1 mA，所以可将两电压表串联使用，由于滑动变阻器的全电阻远小于电压表内阻，所以滑动变阻器应用分压式接法，所以选择乙电路图进行测量．(2)根据图乙所示电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示．(3)待测电压表V1的指针偏转格数为N1，每格表示电压值为ΔU，由欧姆定律可得：＝所以电压表V1的量程为U1＝N·ΔU联立解得U1＝U2其中r1＝150 kΩ，r2＝30 kΩ，U2为某次测量时标准电压表V2的读数，N1为某次测量时待测电压表V1的指针偏转格数．- 7 -。