高考物理第二篇电学实验专题讲练

第二篇电学实验专题讲练一网打尽高考物理电学实验——高中物理电学实验解题方法建模电学实验的基本原理是闭合电路欧姆定律，电学实验本质上都是测电阻，因此在建立解题方法模型时掌握测电阻的方法非常重要。除了掌握用伏安法测电阻为主体的方法，还要掌握测定值电阻、热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻、磁敏电阻、电流表内阻、电压表内阻和电源内阻等的方法。高考电学实验的考查。从知识的角度上看，测定金属的电阻率、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测电源的电动势和内阻、多用电表的使用等在高考中出现的频率较高；从能力角度上看，主要考查器材的选择、滑动变阻器的分压与限流、电流表的内接与外接、电表的改装与互换、图像与数据处理、误差分析、电路设计与实物连线。虽然各省市高考对高考电学实验的考查不断创新，但只需做好以下解题步骤，就能解题各类高考物理电学实验题。一．读数1．游标卡尺（不估读）：读数＝主尺读数＋游标尺读数主尺读数：整的毫米数从主尺上读出，游标尺0刻度线右边对应主尺上刻度整毫米数游标尺读数：游标尺刻度线与主尺某刻度线对齐的游标刻度的序数乘以精确度。特别注意：序数乘以精确度末尾的0必须保留，不能省略。例：读出下列游标卡尺的读数5cm67解析：主尺读数：5.1cm游标尺读数：精确度0.05mm，游标尺刻度线与主尺某刻度线对齐的游标刻度的序数为8所以游标尺读数：8×0.05mm=0.40mm16\n游标卡尺读数＝主尺读数＋游标尺读数：5.1cm+0.40mm＝5.140cm2．螺旋测微器（俗称千分尺）（必估读）读数＝固定刻度读数＋可动刻度读数固定刻度读数：0.5mm的整数倍从固定刻度读出，可动刻度右边固定刻度整“半”毫米数可动刻度读数：右边可动刻度从小向大读，须估读。读数×10-2mm例：读出右图螺旋测微器的读数解析：固定刻度读数：3.5mm可动刻度读数：35.0×10-2mm＝0.350mm所以螺旋测微器的读数:3.5mm+35.0×10-2mm＝0.350mm=3.850mm3．多用表的读数（1）欧姆档与交流电压档，刻度不均匀，读数时不估读。（2）欧姆档读数：欧姆档表盘读数×选择开关所指倍率（3）其它读数：注意选择开关所指的量程与表盘上量程的对应例：如图所示（1）用多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图，则该电阻的阻值约为________Ω。（2）正确使用多用电表直流电压500档，按正确的操作步骤，表盘的示数如图，则电压为______V。（3）正确使用多用电表交流电压10档，按正确的操作步骤，表盘的示数如图，则电压为______V。解析：（1）。读数21×倍率“×10”挡（2）200V。根据最大量程250读数为100V，扩大量程2倍。16\n（3）13.5V。根据电表交流电压量程2.5读数为1.35V，扩大量程10倍。二．多用电表的使用1．正确使用（1）电流的流向：由于使用多用电表时不管测量项目是什么，电流都要从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出，所以使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔．（2）要区分开“机械零点”与“欧姆零点”：“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮．16\n（3）选倍率：测量前应根据估计阻值选用适当的挡位．由于欧姆挡刻度的非线性，使用欧姆挡测电阻时，表头指针偏转过大或过小都有较大误差，通常只使用表盘中间一段刻度范围(R中～4R中)为测量的有效范围，譬如，J0411型多用电表欧姆挡的R中＝15Ω，当待测电阻约为2kΩ时，则应选用×100挡．2．注意问题（1）在使用前，应观察指针是否指向电流表的零刻度线，若有偏差，应用螺丝刀调节多用电表中间的定位螺丝，使指针指在电流表的零刻度；（2）测电阻时，待测电阻须与其他元件和电源断开，不能用手接触表笔的金属杆；（3）合理选择欧姆挡的量程，使指针尽量指在表盘中央位置附近；（4）换用欧姆挡的另一量程时，一定要重新进行欧姆调零，才能进行测量；（5）读数时，应将表针示数乘以选择开关所指的倍率；（6）测量完毕时，要把表笔从测试孔中拔出，选择开关应置于交流电压最高挡或“OFF”挡，若长时间不用时，还应把电池取出．例．（2022四川）用多用电表探测图甲所示黑箱发现：用直流电压挡测量，E、G两点间和F、G两点间均有电压，E、F两点间无电压；用欧姆测量，黑表笔（与电表内部电源的正极相连）接E点，红表笔（表电表内部电源的负极相连）接F点，阻值秀小，但反接阻值很大。那么，该黑箱内元件的接法可能是图乙中。解析：红表笔接F，电阻很小，此时二极管导通，电源电流从黑表笔流出通过二极管从红表笔流进，电流方向E到F，只有B正确。三．电学实验的综合应用1．器材的选择：总原则：能小则小，不小则大（1）电源的选择电源电动势略大于侍测元件的额定电压（2）电表的选择：首先观察给出电表的阻值是否是定值。①定值：一般情况下会改装或互换②16\n约值：无法改装或互换，只根据量程选择(侍测元件的额定值略小于或等于电表量程，且大部分测量值在电表刻度盘的至之间。（3）滑动变阻器：不得超过滑动变阻器允许通过和最大电流。2．滑动变阻器的限流与分压四种情况用分压连接：（1）要求电表示数从零开始变化（2）要求测量数据范围广，数据尽可能多（如描绘小灯泡伏安特性曲线）（3）滑动变阻器的阻值远小于侍测元件的阻值（4）所有器材中，用限流式连接电表都无法使用（测量值都不在电表示数的到之间）除以上四种情况都用限流式3．电流表的内接与外接电流表的内接：测量值大于真实值，电流表的外接：测量值小于真实值（1）不知电表内阻（小外小，大内大）侍测电阻阻值小，外接；侍测电阻阻值大，内接（2）（约）知电表内阻（谁大忽略谁），外接，内接例：（2022四川）为测量一电源的电动势及内阻（1）在下列三个电压表中选一个改装成量程为9V的电压表A．量程为1V、内阻约为1K的电压B．量程为2V、内阻约为2K的电压C．量程为3V、内阻为3K的电压选择电压表串联K的电阻可以改转成量程为9V的电压表（2）利用一个电阻箱、一只开关、若开关导线和改装好的电压表（此表用符号16\n与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表），在虚线框内画出电源电动势及内阻的实验原理电路图。（3）根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50V时、电阻箱值为15.0；电压表示数为2.00V时，电阻箱的阻值为40.0，则电源的电动势E=________V、内阻r=________。解析：（1）C6K。要改装，电压内阻需已知，电表只能选择C，串联66K。（2）电路图如图所示（3）由电路图知道电压表读数1.5V时候，路端电压为4.5V，读数为2V时，路端电压为6V,由代入数据得到,例．2022年广州亚运盛会堪称是LED绿色照明技术、节能照明产品得到全面应用的照明科技博览会。无论是海心沙、广州塔、广州中轴线城市景观照明等重点工程项目，还是亚运城、大学城等数十个场馆和设施，处处都闪耀着国产LED绿色照明、节能照明产品的光芒。某实验小组要精确测定额定电压为3V的LED灯正常工作时的电阻，已知该灯正常工作时电阻大约500Ω左右，电学符号与小灯泡电学符号相同。实验室提供的器材有：电流表A1(量程为0至50mA，内阻RA1约为3Ω)电流表A2(量程为0至3mA，内阻RA2＝15Ω)定值电阻R1＝697Ω定值电阻R2＝1985Ω滑动变阻器R(0至20Ω)一只电压表V(量程为0至12V，内阻RV＝1kΩ)蓄电池E(电动势为12V，内阻很小)电键S一只16\n（1）在上边方框中画出应采用的电路图（2）写出测量LED灯正常工作时的电阻表达式Rx＝________，当表达式中的________(填字母)达到________，记下另一电表的读数带入表达式，其结果为正常工作时电阻。解析：（1）滑动变阻器比待测电阻阻值小很多，故供电电路采用分压式；可估算LED灯正常工作时的电流为：I＝＝6mA，故电流表A1不能用来测其电流，要精确测定其电阻就要排除电压表与电流表内阻的分流与分压，所以不能用电压表V测其电压与电流表A2测其电流的比值求电阻。由于电流表A2内阻已知，与定值电阻串联可当做量程为0～6V的电压表与灯泡并联测电压；电压表V内阻已知，可知电流表在干路中测得的电流与电流表A2示数的差值即为通过灯泡的真实电流。（2）　I2　1.5mA。由于灯泡的额定电压为3V，所以当I2(R2＋RA2)＝3V，灯泡达到额定电压，此时电流的值为：I2＝1.5mA。四．函数图像的处理1．两个常见的电学实验函数图像非线性元件线性元件（1）伏安特性曲线（2）测量电源电动势和内阻16\n2．函数图像的处理（1）伏安特性曲线与测量电源电动势和内阻图象的综合运用交点：即满足元件的伏安曲线，又满足电源电动势和内阻。例：实验得到的小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示。现将两个这样的小灯泡并联后再与一个2Ω的定值电阻R串联，接在电动势为1.5V，内阻为1Ω的电源两端，如图乙所示。每个小灯泡消耗的功率是________W。解：设小灯泡的电流为I，电压为U，由U＝E－2I(R＋r)，代入数据得U＝1.5－6I，作出小灯泡在图乙电路中的电压电流关系图线与小灯泡的伏安特性曲线的交点，由此交点即可读出此时通过小灯泡的电流以及小灯泡两端的电压。由P＝UI，可得此时灯泡的功率。0.09W（2）变形图像一次函数的图像是直线，横轴、纵轴交点及斜率的意义。利用实验原理等式变形为标准的一次函数式16\n例：（2022成都一诊）．小华、小刚共同设计了图甲所示的实验电路，电路中的各个器材元件的参数为：电池组（电动势约6V，内阻r约3Ω）电流表（量程2.0A，内阻rA=0.8Ω）电阻箱R1（0～99.9Ω）滑动变阻器R2（0～Rx）开关三个及导线若干。他们认为该电路可以用来测电源的电动势、内阻和R2接人电路的阻值。（1）小华先利用该电路准确地测出了R2接人电路的阻值。他的主要操作步骤是：先将滑动变阻器滑片调到某位置，接着闭合S，S2，断开S1，读出电流表的示数I，再闭合S，S1，断开S2，调节电阻箱的电阻值为3.6Ω时，电流表的示数也为I。此时滑动变阻器接人电路的阻值为_________Ω。（2）小刚接着利用该电路测出了电源电动势和内电阻①他的实验步骤为：a.在闭合开关前，调节电阻R1或R2至_________（选填“最大值”或“最小值”），之后闭合开关S，再闭合______〔选填“S1”或“S2”）；b.调节电阻______(选填“R1”或“R2”)，得到一系列电阻值R和电流I的数据；c.断开开关，整理实验仪器。②图乙是他由实验数据绘出的--R图像，图像纵轴截距与电源电动势的乘积代表______，电源电动势E=_______V，内阻r=_______Ω。（计算结果保留两位有效数字）解：（1）3.6Ω（2）①最大值S1R1（2）测量电源电动势和内阻的实验原理：，变形为，，，联合求得，，。16\n　电学实验练习1．某同学用量程为1mA、内阻为120Ω的表头按图(a)所示电路改装成量程分别为1V和1A的多用电表．图中R1和R2为定值电阻，S为开关．回答下列问题：(1)根据图(a)所示的电路，在图(b)所示的实物图上连线．(2)开关S闭合时，多用电表用于测量__________(填“电流”、“电压”或“电阻”)；开关S断开时，多用电表用于测量__________(填“电流”、“电压”或“电阻”)．(3)表笔A应为________色(填“红”或“黑”)．(4)定值电阻的阻值R1＝________Ω，R2＝________Ω.(结果取3位有效数字)2．(2022·天津·9(3))要测绘一个标有“3V　0.6W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作．乙选用的器材有：电池组(电动势为4.5V，内阻约1Ω)；电流表(量程为0～250mA，内阻约5Ω)；电压表(量程为0～3V，内阻约3kΩ)；电键一个、导线若干．①实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________(填字母代号)．A．滑动变阻器(最大阻值20Ω，额定电流1A)B．滑动变阻器(最大阻值1750Ω，额定电流0.3A)②实验的电路图应选用下列的图________(填字母代号)．③实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示．如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V、内阻为516\nΩ的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W.3．使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端．现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表、量程为60mA的电流表、电阻箱、导线若干．实验时，将多用电表调至×1Ω挡，调好零点；电阻箱置于适当数值．完成下列填空：(1)仪器连线如右图所示(a和b是多用电表的两个表笔)．若两电表均正常工作，则表笔a为____(填“红”或“黑”)色；abc(2)若适当调节电阻箱后，下图中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图a、b、c所示，则多用电表的读数为________Ω，电流表的读数为________mA，电阻箱的读数为________Ω.(3)计算得到多用电表内电池的电动势为________V．(保留3位有效数字)4．图甲是“用伏安法测量金属丝电阻率ρ”的实验电路图．(1)用螺旋测微器测得金属丝直径d如图乙所示，可读出d＝________m.16\n(2)闭合开关，调节P的位置，读出MP的长度为x时电压表和电流表的示数，算出对应的电阻R，利用多组数据绘出如丙图所示的R－x图象，可得该图线的斜率k＝________Ω/m.(3)利用图线的斜率k、金属丝的直径d，得到金属丝电阻率ρ的表达式为________．(4)实物图中的a导线从电流表的“0.6A”接线柱改接于电流表的“－”接线柱上，可以测量电源的电动势和内阻．闭合开关，调节P的位置，读出多组电压表和电流表的示数，把实验得到的数据绘成如图丁所示的U－I图象，得出电源的电动势E＝________V；若R0＝2.0Ω，则电源的内阻r＝______Ω.5．某同学要测量一节干电池的电动势和内阻．(1)实验室除提供开关S和导线外，有以下器材可供选择：电压表：V(量程3V，内阻RV＝10kΩ)电流表：G(量程3mA，内阻RG＝100Ω)电流表：A(量程3A，内阻约为0.5Ω)滑动变阻器：R1(阻值范围0～10Ω，额定电流2A)R2(阻值范围0～1000Ω，额定电流1A)定值电阻：R3＝0.5Ω该同学依据器材画出了如图甲所示的原理图，他没有选用电流表A的原因是：___________________________________________________________________________．(2)该同学将电流表G与定值电阻R3并联，实际上是进行了电表的改装，则他改装后的电流表对应的量程是____A.(3)为了能准确地进行测量，同时为了操作方便，实验中应选用滑动变阻器________(填写器材的符号)．(4)该同学利用上述实验原理图测得数据，以电流表G读数为横坐标，以电压表V读数为纵坐标绘出了如图乙所示的图线，根据图线可求出电源的电动势E16\n＝________V(结果保留三位有效数字)，电源的内阻r＝________Ω(结果保留两位有效数字)．6．某同学将一个内阻Rg＝1.00×103Ω，满偏电流Ig＝200μA的电流表G改装成量程为0～3V的电压表．(1)应选一个阻值R＝________Ω(结果保留三位有效数字)的电阻与电流表G________(填“串”或“并”)联．(2)该同学在改装完成后，继续对改装后的电压表进行校准，校准实验的电路原理图如下图所示．除了导线和开关外，还有下列实验器材供选择：A．电压表V1(量程3V，内阻约3kΩ)B．电压表V2(量程15V，内阻约15kΩ)C．滑动变阻器R1(阻值范围0～50Ω)D．滑动变阻器R2(阻值范围0～20kΩ)E．电源E1(电动势为1.5V，内阻为0.2Ω)F．电源E2(电动势为4V，内阻约为0.04Ω)①实验中电压表应该选择________(填“A”或“B”)；②实验中滑动变阻器应该选择________(填“C”或“D”)；③实验中电源应该选择________(填“E”或“F”)．7．在一次探究小灯泡的伏安特性曲线的实验中，所用器材有：灯泡L，量程恰当的电流表A和电压表V，直流电源E，滑动变阻器R，开关S，要求灯泡两端电压从零开始变化．(1)图所示为某同学已连接的实物电路，经检查，发现电路中缺少一根导线，请你帮助他找到这根导线的位置，并画在图中；(2)若该同学在如图10所示状态完成了最后一根导线的连接，请指出其中仅有的两个不当之处：①_____________________________________________________________________；②______________________________________________________________________.(3)电路连接正确后，分别测得两只灯泡L1、L216\n的伏安特性曲线，如图甲中的Ⅰ和Ⅱ所示，然后将灯泡L1和L2与电池组(电动势和内阻均恒定)连成如图乙所示的电路．多次测量后得到通过L1和L2的电流平均值分别为0.30A和0.60A．请根据以上结果，在图甲中画出该电池组路端电压和干路电流的关系曲线．(4)由该曲线可以得知电池组的电动势为________V，内阻为________Ω.(结果取两位有效数字)第二篇电学实验专题讲练电学实验练习答案1．(1)见解析图　(2)电流　电压　(3)黑　(4)1.00　880解析：(1)实物连接如图所示(2)开关S闭合时，R1起分流作用，此时多用电表是用来测电流的．开关S断开时，R2起分压作用，此时多用电表是用来测电压的．(3)表笔A所插入的插孔为“－”插孔，表笔A应为黑色表笔．(4)当开关S断开时，多用电表为量程为1V的电压表，则Ig(Rg＋R2)＝1V所以R2＝880Ω当开关S闭合时，多用电表为量程为1A的电流表，则Ig(Rg＋R2)＝(I－Ig)R1解得R1＝Ω≈1.00Ω.2．①A　②B　③0.1解析：①小灯泡的电阻R灯＝＝Ω＝15Ω，为了便于调节，且不超过滑动变阻器的额定电流，滑动变阻器应选A.②因为RV≫R灯，所以电流表应外接；电压需要由零逐渐增大，控制电路应用分压式．故实验电路图应选B.③在小灯泡的伏安特性曲线中画出电源的U--I16\n图象，两图线的交点坐标就是灯泡两端的电压和通过灯泡的电流，即U灯＝1V，I灯＝0.1A，P灯＝U灯I灯＝0.1W3．(1)黑　(2)14.0　53.0　4.6　(3)1.54解析：由多用电表的读数为14Ω，可知电阻箱和电流表的电阻之和为14Ω，欧姆表中值电阻(即表内电阻)为15Ω，由闭合电路欧姆定律，E＝I(R＋r)＝53.0mA×(14＋15)Ω＝1.54V.4．(1)3.95×10－4(3.92×10－4～3.98×10－4)(2)10(9.8～10.2均可)(3)ρ＝k(4)2.80(2.78～2.82均可)　1.0(0.96～1.04均可)解析：(1)螺旋测微器半刻度线未露出，主尺读数为0，螺旋尺第39.5个格子与主尺刻度线对齐，读数为39.5×0.01mm＝0.395mm，则此螺旋测微器的读数为0.395mm＝3.95×10－4m.(2)由题图可知，R－x图线的斜率k＝10Ω/m.(3)由电阻定律可知R＝ρ，R－x图线的斜率k＝，故ρ＝k.(4)a导线从电流表的“0.6A”接线柱改接于电流表的“－”接线柱上，将R0等效成电源内阻的一部分，由U－I图象可知，电源电动势约为2.80V，图线的斜率的绝对值|k′|＝3.0Ω＝R0＋r，可得r＝1.0Ω.5．(1)量程与被测电流值相比较太大(2)0.603(填0.6或0.60也对)(3)R1(4)1.48　0.84(0.70～0.90之间都对)解析：(1)测量同一电流，用量程较大的电流表，指针偏转角度较小，读数误差较大，因此，不用电流表A.(2)由于电流表G的内阻、量程已知，且有定值电阻，可将电流表G与定值电阻R3并联改装成电流表使用．由欧姆定律及并联电路电压关系有IgRG＝(I－Ig)R3，解得I＝0.603A.(3)由于电源内阻较小，为便于调节，滑动变阻器应选全电阻较小的R1.(4)由于电压表电阻很大，其分流可以忽略，电流表的读数等于总电流，由U＝E－Ir及I≈IG＝200IG得U＝E－200IGr，可知U－I图象的纵截距1.48V表示电源电动势，斜率的绝对值的二百分之一(0.84Ω)表示电源的内阻．6．(1)1.40×104　串(2)①A　②C　③F16\n解析：(1)电流表要改装成电压表需要串联一个大电阻，根据串联电路的特点得串联电阻R＝－Rg＝(－1.0×103)Ω＝1.40×104Ω；(2)因为改装后的电压表量程是3V，因此用3V的电压表与其并联可精确测量它两端的电压，故电压表选A，为了调节方便，应选用总阻值小的滑动变阻器，故滑动变阻器选C，要使电压表两端的电压达到3V，因此用4V的电源，故电源选F.7．(1)如图所示(2)①开关应处于断开状态进行连线②滑动变阻器的滑片P应拨至b端(3)如图所示(4)4.2(4.0～4.5)　1.7解析　(1)电源正极没有接出导线，正确的电路图如答案图所示．(2)从实验安全的角度考虑，本实验的两个不当之处为：①开关应处于断开状态进行连线；②为了保护电路，滑动变阻器滑片P应拨至b端．(3)I1＝0.3A时由甲图中Ⅰ图线知对应电压U1为3.5V，I2＝0.6A时由甲图中Ⅱ图线知对应电压U2＝3.0V，即知道路端电压随电流变化图线的两个点，在U－I坐标系中过这两点作直线，如答案图所示．(4)由图线的斜率可知电源内阻为1.7Ω，由图线的纵截距可知电源电动势为4.2V.16