回归教材重难点17 电学实验-2022年高考物理三轮冲刺过关（解析版）

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回归教材重难点17电学实验

近年高考中电学实验题依然以课本中的实验电阻的测量、电源的电动势和内阻的测量、多用电表的使用、有关热敏电阻或者光敏电阻等传感器的有关实验为基础，结合基本实验技能、实验原理、数据处理、误差分析等进行重新融合创新，来考查学生的实验能力和科学探究能力。

在备考策略上，虽然高考实验题很少有与教材一模一样的实验，但高考实验涉及的实验原理、处理数据的方法、实验技能和教材展现的基础知识和基本技能是相同的。因此复习备考必须立足教材实验的拓展与创新，掌握常规实验应该怎么做，还能怎么做、还能做什么，是否真正做，关注同一实验的不同设计方法，关注同一仪器的多种用途，并能灵活运用所学实验理论和方法解决实验中遇到的新问题。

知识点一两种电表的读数方法

电表读数先确定量程,再确定分度值(分度值=最小刻度=量程总格数),若分度值末位为1,则估读到分度值下一位;若分度值末位不为1,则估读数到分度值这一位。

(1)电流表:视线垂直于刻度盘表面,一般都需估读,0~3A量程估读到分度值的110即0.01A,0-0.6A量程估读到分度值的12即0.01A。

(2)电压表:视线垂直于刻度盘表面,一般都需估读,0-3V量程估读到分度值的110即0.01V,0-15V量程估读到分度值的15即0.01V。

知识点二电流表的内接法和外接法

1.两种接法的比较

项目

内接法

外接法

电路图

误差原因

电流表分压,U测=Ux+UA

电压表分流,I测=Ix+IV

电阻测量值

R测=U测I测=Rx+RA>Rx,测量值大于真实值

R测=U测I测=RxRVRx+RV<Rx,测量值小于真实值

适用条件

RA≪Rx

RV≫Rx

适用于测量

大电阻

小电阻

2.两种接法的选择

(1)阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大,小外偏小”。

(2)临界值计算法

Rx<RVRA时,用电流表外接法;

Rx>RVRA时,用电流表内接法。

(3)实验试探法:按图所示接好电路,让电压表一根接头P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法。

知识点三滑动变阻器的限流式接法和分压式接法

1.两种接法的比较

项目

限流式接法

分压式接法

对比说明

电路图

串、并联关系不同

负载R上电压调节

范围

RER+R0≤U≤E

0≤U≤E

分压电路调节范围大

负载R上电流调节

范围

ER+R0≤I≤ER

0≤I≤ER

分压电路调节范围大

闭合S前滑片P

的位置

b端

a端

都是为了保护电路元件

由表可看出:滑动变阻器的分压式接法中,电压和电流的调节范围很大,限流式接法较节能。

2.必须选用分压式接法的三种情况

(1)若采用限流式接法不能控制电流(或电压)满足实验要求,即若滑动变阻器阻值调到最大时,待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程,或超过待测电阻的额定电流(或电压),则必须选用分压式接法。

(2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多,以致在限流电路中,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时,待测电阻上的电流或电压变化范围不够大,此时应改用分压式电路。

(3)若实验中要求电压从零开始调节,或要求调节范围尽量大一些,则必须采用分压式电路。

知识点四实验器材的选取和实物图连接

1.电学实验器材的选取

选取电学实验器材主要是选取电表、滑动变阻器、电源等器材,一般要考虑以下四个方面的因素:

(1)安全因素:通过电源、电阻和电表的电流均不能超过其允许的最大电流。

(2)误差因素:选用不同量程的电表应考虑尽可能减小测量值的相对误差,电压表、电流表在使用时,其指针应偏转到满偏刻度的13以上;使用多用电表的欧姆挡时宜选用指针尽可能在中间刻线附近的倍率挡位。

(3)便于操作:选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求,又便于调节。在调节滑动变阻器时,应使其大部分电阻线都可以被用到。

(4)实验实际:除以上三个因素外,还应注重实验实际,如所用的电源与元件的匹配问题等。

2.实物图连接的注意事项

(1)画线连接各元件,一般先从电源正极开始,按照电路原理图依次到开关、滑动变阻器,按顺序将主电路中串联的元件依次连接起来;再将要并联的元件并联到电路中去。

(2)连线时要将导线接在接线柱上,两条导线不能交叉。

(3)要注意电表的量程和正、负接线柱,要使电流从电表选用量程所对应的正接线柱流入,从负接线柱流出。

知识点五基本实验

实验

装置图

归纳总结

考查热点

练习使用多用电表

①测电压、电流挡：相当于电压表、电流表

②测欧姆挡：闭合电路欧姆定律

③调零：机械调零、欧姆调零

④电流方向：红表笔进，黑表笔出

①考读数：电压、电流、电阻挡的读数

②考使用：欧姆表选挡、调零、规范操作等

③考黑箱：多用电表探测黑箱内的元件

④电表改装：所需电阻或改后量程的计算

测定金属的电阻率

①测Rx：Rx＝

eq\f(U,I)

(伏安法)

②算ρ：Rx＝ρ

eq\f(L,S)

，ρ＝

eq\f(SRx,L)

①考读数：U、I、L及d

②考电路：电路设计或选择、实物连线，器材选择

③考运算：由U－I图像求Rx、ρ

测定电源的电动势和内阻

①伏安法：E＝U＋Ir

②安阻法：E＝I(R＋r)

③伏阻法：E＝U＋

eq\f(U,R)

r

①考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择

②考作图：描点连线画图线

③考运算：由U－I或

eq\f(1,I)

－R或

eq\f(1,U)

－

eq\f(1,R)

图像，求E、r

观察电容器的充、放电现象

①安装：按实验装置图连接好电路

②观察：开关S接1或2，仔细观察电压表、电流表示数的变化特点

①考现象：充、放电时电路中的电流情况

②考图像：描绘I－t曲线

③考计算：由I－t曲线下的面积求电荷量

探究影响感应电流方向的因素

①安装：按装置连接电路

②操作：观察线圈绕向、电流方向

③记录：实验现象

④分析：感应电流磁场方向

①考连线：正确连接电路

②考现象：分析指针偏转方向

③考分析：分析多种实验电路及实验现象

④考运用：结论的运用

探究变压器原副线圈电压与匝数的关系

①估计：被测电压的大致范围

②选择：交流电压挡适当量程

③组装：把两个线圈穿在可拆变压器铁芯上，闭合铁芯

④测量：输入、输出电压

①考操作：改变电压、线圈匝数前均要先断开开关

②考注意：电压不能超过12V，不能用手接触裸露部件

③考选挡：先用最大量程挡试测，再选用适当量程测量

1.（2021·河北卷）某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有；小灯泡（，），直流电源（），滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干，设计的电路如图1所示。

（1）根据图1，完成图2中的实物连线______；

（2）按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是______（单项选择，填正确答案标号）；

A．电流表短路

B．滑动变阻器的滑片接触不良

C．滑动变阻器滑片的初始位置在b端

（3）更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到图像，其中一部分如图3所示，根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为______（保留三位有效数字）。

【答案】①.②.C③.

【解析】（1）[1]电流表负极与滑动变阻器的右端的位置连接，如图

（2）[2]开关闭合，小灯泡闪亮一下后灯丝烧断，说明通过小灯泡的电流过大。

A．电流表内阻非常小，短路几乎不影响通过小灯泡的电流，与灯丝烧断无关，A错误；

B．滑动变阻器滑片接触不良，无电流通过小灯泡，B错误；

C．滑动变阻器的滑片开始时置于端，小灯泡部分分压达到最大，通过电流最大，可能会烧断小灯泡灯丝，C正确；

故选C。

（3）根据小灯泡的伏安特性曲线可知在点时的电压和电流分别为

，

根据欧姆定律可知小灯泡的电阻为

2.（2021·广东卷）某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。

（1）先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔______，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“”处。测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而__________。

（2）再按图连接好电路进行测量。

①闭合开关S前，将滑动变阻器的滑片滑到_______端（选填“a”或“b”）。

将温控室的温度设置为T，电阻箱调为某一阻值。闭合开关S，调节滑动变阻器，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和。断开开关S。

再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S。反复调节和，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值。断开开关S。

②实验中记录的阻值_____（选填“大于”、“小于”或“等于”）。此时热敏电阻阻值_____。

【答案】①.短接②.减小③.b④.大于⑤.

【解析】（1）[1][2]选择倍率适当的欧姆档，将两表笔短接；欧姆表指针向右偏转角度越大，则阻值越小，可判断热敏电阻的阻值随温度升高而减小。

（2）①[3]闭合开关S前，应将滑动变阻器R1的阻值调到最大，即将滑片滑到b端；

②[4][5]因两次电压表和电流表的示数相同，因为

即

可知R01大于R02。

3.（2021·山东卷）热敏电阻是传感器中经常使用的元件，某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有：

待测热敏电阻（实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧）；

电源E（电动势，内阻r约为）；

电阻箱R（阻值范围）；

滑动变阻器（最大阻值）；

滑动变阻器（最大阻值）；

微安表（量程，内阻等于）；

开关两个，温控装置一套，导线若干。

同学们设计了如图甲所示的测量电路，主要实验步骤如下：

①按图示连接电路；

②闭合、，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏；

③保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开，调节电阻箱，使微安表指针半偏；

④记录此时的温度和电阻箱的阻值。

回答下列问题：

（1）为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用___________（填“”或“”）。

（2）请用笔画线代替导线，将实物图（不含温控装置）连接成完整电路__________。

（3）某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为，该温度下热敏电阻的测量值为___________（结果保留到个位），该测量值___________（填“大于”或“小于”）真实值。

（4）多次实验后，学习小组绘制了如图乙所示的图像。由图像可知。该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐___________（填“增大”或“减小”）。

【答案】①.②.③.3500④.大于⑤.减小

【解析】（1）[1]用半偏法测量热敏电阻的阻值，尽可能让该电路的电压在S2闭合前、后保持不变，由于该支路与滑动变阻器左侧部分电阻并联，滑动变阻器的阻值越小，S2闭合前、后并联部分电阻变化越小，从而并联部分的电压值变化越小，故滑动变阻器应选R1。

（2）[2]电路连接图如图所示

（3）[3]微安表半偏时，该支路的总电阻为原来的2倍，即

可得

[4]当断开S2，微安表半偏时，由于该支路的电阻增加，电压略有升高，根据欧姆定律，总电阻比原来2倍略大，也就是电阻箱的阻值略大于热敏电阻与微安表的总电阻，而我们用电阻箱的阻值等于热敏电阻与微安表的总电阻来计算，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大。

（4）[5]由于是图像，当温度T升高时，减小，从图中可以看出减小，从而减小，因此热敏电阻随温度的升高逐渐减小。

4.（2021·全国乙卷）一实验小组利用图（a）所示的电路测量一电池的电动势E（约）和内阻r（小于）。图中电压表量程为，内阻：定值电阻；电阻箱R，最大阻值为；S为开关。按电路图连接电路。完成下列填空：

（1）为保护电压表，闭合开关前，电阻箱接入电路的电阻值可以选___________（填“5.0”或“15.0”）；

（2）闭合开关，多次调节电阻箱，记录下阻值R和电压表的相应读数U；

（3）根据图（a）所示电路，用R、、、E和r表示，得___________；

（4）利用测量数据，做图线，如图（b）所示：

（5）通过图（b）可得___________V（保留2位小数），___________（保留1位小数）；

（6）若将图（a）中的电压表当成理想电表，得到的电源电动势为，由此产生的误差为___________%。

【答案】①.15.0②.③.1.55④.1.0⑤.5

【解析】（1）[1]为了避免电压表被烧坏，接通电路时电压表两端的电压不能比电表满偏电压大，则由并联电路分压可得

代入数据解得

因此选。

（3）[2]由闭合回路的欧姆定律可得

化简可得

（5）[3][4]由上面公式可得

，

由图象计算可得

，

代入可得

，

（6）[5]如果电压表为理想电压表，则可有

则此时

因此误差为

5.（2021·辽宁卷）.某同学将一量程为250的微安表改装成量程为1.5V的电压表。先将电阻箱R1与该微安表串联进行改装，然后选用合适的电源E、滑动变阻器R2、定值电阻R3、开关S和标准电压表对改装后的电表进行检测，设计电路如图所示。

（1）微安表铭牌标示内阻为0.8k，据此计算R1的阻值应为___________k。按照电路图连接电路，并将R1调为该阻值。

（2）开关闭合前，R2的滑片应移动到___________端。

（3）开关闭合后，调节R2的滑片位置，微安表有示数，但变化不显著，故障原因可能是___________。（填选项前的字母）

A．1、2间断路B．3、4间断路C．3、5间短路

（4）排除故障后，调节R2的滑片位置，当标准电压表的示数为0.60V时，微安表的示数为98，此时需要___________（填“增大”或“减小”）R1的阻值，以使改装电表的量程达到预期值。

【答案】①.②.2③.AC④.减小

【解析】(1)[1]微安表内阻，满偏电流，串联后改装为的电压表，所以满足

代入数据解得

(2)[2]开关闭合前，将滑动变阻器的滑片移动到2端，这样测量电路部分的分压为0，便于检测改装后的电表。

(3)[3]开关闭合，调节滑动变阻器，电表示数变化不明显，说明分压电路未起作用，可能是1、2之间断路或者3、5间短路，整个电路变为限流线路，滑动变阻器的阻值远小于检测电表的电路部分的电阻，所以微安表示数变化不明显；若是3、4间断路，电路断开，微安表无示数。

故选AC。

(4)[4]标准电压表的示数为，若改装电压表也为，此时微安表的示数为

但此时微安表示数为，说明的阻值偏大，所以应该减小的阻值。

5.（2021·天津卷）随着智能手机的广泛应用，充电宝成为手机及时充电的一种重要选择。充电宝可以视为与电池一样的直流电源。一充电宝的电动势约为，内阻很小，最大放电电流为，某实验小组测定它的电动势和内阻。他们剥开充电宝连接线的外绝缘层，里而有四根导线，红导线为充电宝的正极，黑导线为充电宝的负极，其余两根导线空置不用，另有滑动变阻器R用于改变电路中的电流，定值电阻，两只数字多用电表M、N，两表均为理想电表，并与开关S连成如图所示电路。

①图中测量电流的电表是___________，测量电压的电表是___________。（均填写字母“M”或“N”）

②调节滑动变阻器，测得多组I、U数据，记录如下表，其中只有一个数据记录有误，审视记录的数据，可以发现表中第___________次的记录数据有误。（填测量次数的序号）

次数

1

2

3

4

5

6

7

电流

0.299

0.477

0.684

0877

1.065

1.281

1.516

电压

4.970

4.952

4.932

4.942

4.894

4.872

4.848

③电路中接入可以达到下列哪个效果。___________（填选项前的字母）

A．使测电流的电表读数变化明显B．为了更准确地测量充电宝内阻

C．避免使充电宝的放电电流过大D．减小测量电压的电表分流作用

【答案】①.N②.M③.4④.C

【解析】①[1]器件N串联在电路中，测量干路电流，所以N为电流表；

[2]器件M一端接在开关上，另一端接在充电宝的负极，闭合开关后相当于并联在电源两端，所以M为电压表，测量路端电压；

②[3]题中表格的电流不断增大，根据闭合电路欧姆定律可知路端电压不断减小，电压表的示数不断减小，所以第4次的记录数据有误；

③[4]因为充电宝的内阻很小，所以电阻串联在电路中，起保护电路的作用，避免使充电宝的放电电流过大损坏电路中的器件。

故选C。

6．（2021·山东济南市高三一模）某兴趣小组用如图甲所示的电路测量待测电阻Rx的阻值（约为400Ω），图中G（Rg=100Ω）为量程10mA的灵敏电流计，R0为定值电阻（R0=100Ω），R为滑动变阻器（阻值范围0~10Ω）。

(1)按照图甲所示的电路图，在答题纸上将图乙中的器材实物连线补充完整；______

(2)将滑动变阻器置于适当位置后，闭合开关S1。将单刀双掷开关S2接1端，改变滑动变阻器滑片位置，记录此时电流计的示数I1；保持滑动变阻器滑片不动，将S2接2端，记录此时电流计的示数I2。忽路电路中M、N两点间的电压变化，则待测电阻Rx的阻值的表达式为Rx=______；（用I1、I2、R0、Rx表示）

(3)改变滑动变阻器滑片位置，重复上述步骤，得到下表中4组数据：

1

2

3

4

I1/mA

6.50

5.50

4.40

3.30

I2/mA

5.28

4.56

3.66

2.74

1.23

1.21

1.20

1.20

利用表中数据，可以求得Rx=______Ω；（保留3位有效数字）

(4)若考虑电阻变化对电路的影响，Rx的测量值______（填“大于”、“小于”或“等于”）真实值。

【答案】476大于

【解析】(1)[1]按原理图连接实物图如图所示

(2)[2]由实验原理可知

得

(3)[3]由表格可知的平均值为1.21，代入可得

(4)[4]若考虑电阻变化对电路的影响，则有

则，由此可知，测量值比真实值偏大。

7．（2021·北京朝阳区高三一模）（1）通过实验测量某金属丝的电阻率。

①用螺旋测微器测量金属丝的直径，测量示数如图1所示，可得金属丝直径的测量值d=_____________mm。

②将该金属丝绕在陶瓷管上，电阻值约为25Ω。除了开关、若干导线之外还提供了如表1所示的器材：

表1

器材名称

规格

电压表

量程0~3V（内阻约为3kΩ）

0~15V（内阻约为15kΩ）

电流表

量程0~0.6A（内阻约为0.1Ω）

0~3A（内阻约为0.02Ω）

滑动变阻器

总电阻为10Ω

直流电源

电动势6V和12V

为较准确测量该金属丝的阻值，某同学用所给器材组成实验电路，如图2所示。图中某个器材的连接有不当之处，该器材是___________，理由是_________________________。

③若测得金属丝的长度为L，直径为d，电阻为R，则金属丝的电阻率ρ=_____________。

（2）家庭装修时需要根据用电功率的不同选择相应粗细的导线，表2是不同横截面积的铜导线常温下允许的负载电流范围。小明家正在装修，配备电器如表3所示，请你帮助他在安全、经济的原则下选择粗细合适的总干路导线，其序号为_______________，写出选择依据：__________。

表2

导线序号

横截面积（mm2）

允许长期负载电流（A）

A

1.0

6~8

B

1.5

8~15

C

2.5

16~25

D

4.0

25~32

E

6.0

32~40

F

10.0

50~65

G

16.0

70~90

表3

电器名称

电功率（W）

电器名称

电功率（W）

空调机

2000-3000

抽油烟机

100

电冰箱

50-150

电热水器

2000

洗衣机

400

吸尘器

800

电水壶

1000

电脑设备

200

电饭煲

800

电视机

100

微波炉

1000

其他常用

600

【答案】0.346~0.349滑动变阻器无法实现调节且易发生短路F依据及家庭电路电压可得干路电流约为50A

【解析】(1)①[1]金属丝直径的测量值0.01mm×34.7=0.347mm

②[2][3]图中滑动变阻器应该采用分压电路，图中的接法无法实现调节且易发生短路；

③[4]若测得金属丝的长度为L，直径为d，电阻为R，则根据，金属丝的电阻率

(2)[5][6]家电总功率为P=10kW左右，则干路电流，接近50A，则应该选用的导线是F；

8．（2021·山东高三一模）多用电表是实验室中必备的仪器，用它的欧姆挡测电阻方便简单，现某实验小组对多用电表的欧姆挡进行了以下研究。

（1）使用多用电表欧姆挡测电阻时，下列说法正确的是___________；

A．测量电路中某个电阻的阻值时，应该把该电阻与电路断开

B．测量电阻时