高考物理二轮复习（新教材新高考）专题19 电学实验及创新【讲】（讲解版）

PAGE35第七部分实验专题19电学实验及创新【讲】目录一．讲高考真题感悟核心素养 1【考情研判】 1【考题分析】 1【题后总结】 14二．讲核心问题提炼主干必备知识 16核心问题一电表改装多用电表原理和使用问题 16核心问题二“电阻测量类”实验问题 19核心问题三测定电源电动势和内阻问题 24核心问题四电学拓展创新实验问题 28一．讲高考真题感悟核心素养【考情研判】专题复习定位解决问题本专题主要复习电学实验的基本原理和方法，并借助基本实验分析拓展创新实验。高考重点主要考查电表改装、多用电表原理和使用；“电阻测量类”实验；测量电源的电动势和内阻；电学拓展创新实验等。题型难度考查的是电学实验的基本原理和方法，经常和传感器结合在一起，考查电路的控制，难度一般较大。【考题分析】【例1】（2021年高考全国甲卷第10题）某同学用图（a）所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有：小灯泡（额定电压2.5V，额定电流0.3A）电压表（量程300mV，内阻300）电流表（量程300mA，内阻0.27）定值电阻R0滑动变阻器R1（阻值0-20）电阻箱R2（最大阻值9999.9）电源E（电动势6V，内阻不计）开关S、导线若干。完成下列填空：（1）有3个阻值分别为10、20、30的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在0~300mA的U-I曲线，R0应选取阻值为___________的定值电阻；（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的___________（填“a”或“b”）端；（3）在流过电流表的电流较小时，将电阻箱R2的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数U、I，结果如图（b）所示。当流过电流表的电流为10mA时，小灯泡的电阻为___________（保留1位有效数字）；（4）为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V，该同学经计算知，应将R2的阻值调整为_______。然后调节滑动变阻器R1，测得数据如下表所示：U/mV24.046.076.0110.0128.0152.0184.0216.0250.0I/mA140.0160.0180.02000220.0240.0260.02800300.0（5）由图（b）和上表可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻___________（填“增大”“减小”或“不变”）；（6）该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160mA，可得此时小灯泡电功率W1=_______W（保留2位有效数字）；当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡的电功率为W2，则=_______（保留至整数）。【答案】(1).10(2).a(3).0.7(4).2700(5).增大(6).0.074(7).10【解析】（1）[1]因为小灯泡额定电压2.5V，电动势6V，则滑动滑动变阻器时，为了保证电路安全，需要定值电阻分担的电压则有则需要描绘小灯泡在0~300mA的伏安特性曲线，即R0应选取阻值为10；（2）[2]为了保护电路，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的a端；（3）[3]由图可知当流过电流表的电流为10mA时，电压为7mV，则小灯泡的电阻为（4）[4]由题知电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V时，有解得（5）[5]由图（b）和表格可知流过小灯泡电流增加，图像中变大，则灯丝的电阻增大；（6）[6]根据表格可知当电流为160mA时，电压表的示数为46mA，根据（4）的分析可知此时小灯泡两端电压为0.46A，则此时小灯泡电功率W1=0.46V×0.16A≈0.074W[7]同理可知当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡两端电压为2.5V，此时小灯泡电功率W2=2.5V×0.3A=0.75W故有【例2】（新高考全国卷Ⅱ·海南·第15题）在测量定值电阻阻值的实验中，提供的实验器材如下：电压表（量程，内阻），电压表（量程，内阻），滑动变阻器R（额定电流，最大阻值），待测定值电阻，电源E（电动势，内阻不计），单刀开关S，导线若干：回答下列问题：（I）实验中滑动变阻器应采用________接法（填“限流”或“分压”）；（2）将虚线框中的电路原理图补充完整；（3）根据下表中的实验数据（、分别为电压表﹑的示数），在图（a）给出的坐标纸上补齐数据点，并绘制图像__________；测量次数123451.001.502.002.503.001.612.413.214.024.82（4）由图像得到待测定值电阻的阻值_____（结果保留三位有效数字）；（5）完成上述实验后，若要继续采用该实验原理测定另一个定值电阻（阻值约为）的阻值，在不额外增加器材的前提下，要求实验精度尽可能高，请在图（b）的虚线框内画出你改进的电路图______。【答案】(1).分压(2).(3).(4).(5).【解析】（1）[1]电压表和串联在和并联，并联的总电阻远大于滑动变阻器电阻，为了调节变阻器时，电表示数变化明显，且能或者更多组数据，选择分压接法；（2）[2]完整的电路图，如图所示（3）[3]根据下表中的实验数据，绘制的图像，如图所示（4）[4]根据实验电路图，则有变形得则图线的斜率为根据图像可得斜率则有代入，解得（5）[5]因待测电阻（阻值约为）的阻值较小，若仍与电压表串联，则所分得的电压过小，不利于测量，故待测电阻与其中一个电压表并联，由于电源电动势只有6V，为让待测电阻分得较大电压，故待测电阻应与电压表并联，再与电压表串联，故改进后的电路图，如图所示【例3】（2021年高考全国乙卷物理第10题）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).15.0(2).(3).1.55(4).1.0(5).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【例4】（新高考全国卷Ⅱ·浙江·第19题）小李在实验室测量一电阻R的阻值。（1）因电表内阻未知，用如图1所示的电路来判定电流表该内接还是外接。正确连线后，合上开关S，将滑动变阻器的滑片P移至合适位置。单刀双掷开关K掷到1，电压表的读数，电流表的示数如图2所示，其读数___________A；将K掷到2，电压表和电流表的读数分别为，。由此可知应采用电流表___________（填“内”或“外”）接法。（2）完成上述实验后，小李进一步尝试用其它方法进行实验：①器材与连线如图3所示，请在虚线框中画出对应的电路图___________；②先将单刀双掷开关掷到左边，记录电流表读数，再将单刀双掷开关挪到右边，调节电阻箱的阻值，使电流表的读数与前一次尽量相同，电阻箱的示数如图3所示。则待测电阻___________。此方法___________（填“有”或“无”）明显的实验误差，其理由是___________。【答案】(1).0.34(2).见解析(3).外(4).5(5).有(6).电阻箱的最小分度与待测电阻比较接近（或其它合理解释）【解析】（1）[1]由电流表的表盘可知电流大小为0.34A[2]电压表的百分比变化为电流表的百分比变化为因此可知电压表的示数变化更明显，说明电流表的分压更严重，因此不能让电流表分压，采用外接法（2）①[3]电路图如图②[4]两次实验中电路电流相同，因此可有可得读数可得[5][6]电阻箱的最小分度和待测阻值阻值接近，这样测得的阻值不够精确，如待测电阻阻值为5.4Ω，则实验只能测得其为，误差较大。【例5】（新高考全国卷Ⅱ·河北·第11题）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).C(3).【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【例6】（新高考全国卷Ⅱ·湖南·第12题）某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻（阻值为）、一个电流表（内阻为）、一根均匀电阻丝（电阻丝总阻值大于，并配有可在电阻丝上移动的金属夹）、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：（1）将器材如图（a）连接：（2）开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的___________端（填“a”或“b”）；（3）改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角和电流表示数，得到多组数据；（4）整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图（b）所示，图线斜率为，与纵轴截距为，设单位角度对应电阻丝的阻值为，该电池电动势和内阻可表示为___________，___________（用、、、、表示）（5）为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值。利用现有器材设计实验，在图（c）方框中画出实验电路图__________（电阻丝用滑动变阻器符号表示）；（6）利用测出的，可得该电池的电动势和内阻。【答案】(1).(2).(3).(4).【解析】（2）[1]开关闭合前，为了保护电路中的元件，应将电阻丝的最大阻值接入电路，根据电阻定律可知电阻丝接入越长，接入电阻越大，金属夹应夹在电阻丝的端。（4）[2]设圆心角为时，电阻丝接入电路中的电阻为，根据闭合电路欧姆定律可知整理得结合图象的斜率和截距满足，解得电源电动势和内阻为（5）[3]实验器材中有定值电阻和单刀双掷开关，考虑使用等效法测量电阻丝电阻，如图原理的简单说明：①将开关置于位置，读出电流表示数；②将开关置于电阻丝处，调节电阻丝的角度，直到电流表示数为，读出此时角度θ；③此时，即可求得数值。【题后总结】一、基本仪器的使用电学电阻(粗测)欧姆表①选择合适挡位；②换挡位需要重新欧姆调零；③指针示数乘以倍率，不估读电阻箱不估读电流(电压)电流表(电压表)根据实验需要选择合适的量程，并要注意估读二、电流表和电压表量程精确度读数规则电流表0～3A0.1A与刻度尺一样，采用eq\f(1,10)估读，读数规则较简单，只需在精确值后加一估读数即可电压表0～3V0.1V电流表0～0.6A0.02A估读位与最小刻度在同一位，采用eq\f(1,2)估读电压表0～15V0.5V估读位与最小刻度在同一位，采用eq\f(1,5)估读三、实验要点名称装置图常考要点探究导体电阻与其影响因素(包括材料)的关系①考读数：U、I、L及d(待测金属丝直径)②考电路：电路设计或选择(限流、外接)，实物连线或改错，器材选择③考运算：根据U－I图象求Rx，求ρ＝Req\f(S,l)测定电池的电动势和内阻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：描点连线作U－I图象③考运算：由U－I或eq\f(1,I)－R或eq\f(1,U)－eq\f(1,R)图象，求E、r测绘小灯泡的伏安特性曲线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、连线作I－U图象③考运算：由I－U图象求电阻、电功率练习使用多用电表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四、两种测量电路内接法外接法电路结构误差原因电流表分压U测＝Ux＋UA电压表分流I测＝Ix＋IV测量数值R测＝eq\f(U测,I真)＞RxR测＝eq\f(U真,I测)＜Rx误差分析测量值大于真实值测量值小于真实值适用条件Rx≥RARV≥Rx适用测量大电阻小电阻五、两种控制电路限流式接法分压式接法电路图滑片P开始位置b端a端电压调节范围eq\f(ERx,Rx＋RP)≤Ux≤E0≤Ux≤E二．讲核心问题提炼主干必备知识核心问题一电表改装多用电表原理和使用问题1．欧姆表内部构造和原理(1)欧姆表内部电路简化如图.(2)多用电表测电阻阻值的原理：闭合电路欧姆定律．①红、黑表笔短接，进行欧姆调零时，指针满偏，有Ig＝eq\f(E,Rg＋R＋r)；②当红、黑表笔之间接有未知电阻Rx时，有I＝eq\f(E,Rg＋R＋r＋Rx)，故每一个未知电阻都对应一个电流值I.我们在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值，所测电阻Rx即可从表盘上直接读出．③由于I与R是非线性关系，表盘上电流刻度是均匀的，其对应的电阻刻度却是不均匀的，电阻的零刻度在电流满偏处．当Rx＝Rg＋R＋r时，I＝eq\f(Ig,2)，指针半偏，所以欧姆表的内阻等于中值电阻．2．多用电表的读数及使用(1)电流的流向电流从多用电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出，即“红进黑出”．(2)“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，调整的是欧姆调零旋钮．(3)倍率选择：使用欧姆挡测电阻时，应使指针位于表盘中间附近，若指针偏角过大，则说明所测电阻偏小，应换用小倍率．(4)使用欧姆表测电阻时，换挡后需重新进行欧姆调零，读数之后要乘以倍率．【例1】(2021·四川绵阳市第二次诊断)将一微安表先改装成量程1mA的电流表，再改装成量程5V的电压表，并与标准电压表对比校准。图1甲是改装后电压表与标准电压表对比校准的电路图，虚线框中是改装后电压表电路，V0是量程6V的标准电压表。已知微安表满偏电流为250μA，标记的内阻为600Ω，电阻箱R1、R2调节范围为0～9999.99Ω。图1(1)微安表改装。图甲中电阻箱的阻值分别调节到R1＝________Ω，R2＝________Ω。(2)实物连线。选用合适的器材，按照图甲正确连接电路。(3)对比校准。正确连接电路后，闭合开关，调节滑动变阻器，当标准电压表的示数如图乙所示时，微安表(改装后电压表)的示数如图丙所示，由此可以推测出改装电压表量程的真实值________5V(选填“大于”或“小于”)。(4)重新调整。通过检测发现：电阻箱R1、R2阻值是准确的，而微安表标记的内阻不准确，这是改装电压表量程的真实值不是5V的原因。再通过调节电阻箱R1、R2的阻值，使改装电压表量程的真实值为5V，以下调节方案可行的有________(填序号)。A.保持R1不变，将R2增大到合适值B.保持R1不变，将R2减小到合适值C.保持R2不变，将R1增大到合适值D.保持R2不变，将R1减小到合适值【答案】(1)2004850(3)小于(4)AD【解析】(1)微安表并联电阻改装为1mA的电流表，有IgRg＝(I－Ig)R1，即250×10－6×600＝(1×10－3－250×10－6)R1，解得R1＝200Ω，改装后的电流表满偏电流为1mA，内阻为RA＝eq\f(R1Rg,R1＋Rg)＝150Ω，再改装为5V的电压表，串联电阻R2，有U＝I(RA＋R2)，即5＝1×10－3(150＋R2)，解得R2＝4850Ω。(3)标准电压表的精度为0.2V，指针对应的真实电压为3.2V；微安表的精度为5μA，读数为170μA，根据偏角和电压成正比有eq\f(3.2,170)＝eq\f(U,250)，解得U≈4.71V<5V，即改装电压表量程的真实值小于5V。(4)因电压表的量程偏小，改装关系为U＝I(RA＋R2)，IgRg＝(I－Ig)R1，则保持R1不变，即保持I不变，可将R2增大到合适值，从而使U增大；另保持R2不变，将R1减小到合适值，即将I变大，也能使U增大，故选A、D。【变式训练1】(2021·四川德阳市“二诊”)某实验小组准备自己动手制作一个欧姆表，可以选择的器材如下：①电池E(电动势E＝3.0V，内阻未知)②表头G(刻度清晰，但刻度值不清晰，量程Ig未知，内阻Rg未知)③电压表V(量程为1.5V，内阻RV＝1000Ω)④滑动变阻器R1(0～10Ω)⑤电阻箱R2(0～1000Ω)⑥开关一个，理想导线若干图2(1)该同学设计了如图甲所示电路来测量表头G的内阻Rg和量程Ig，图中电源即电池E。①请你按照电路图在图乙中完成实物连接；②闭合开关，调节滑动变阻器R1滑片至中间位置附近某处，并将电阻箱阻值调到40Ω时，表头恰好满偏，此时电压表V的示数为1.5V；将电阻箱阻值调到115Ω，微调滑动变阻器R1滑片位置，使电压表V示数仍为1.5V，发现此时表头G的指针指在如图丙所示位置，由以上数据可得表头G的内阻Rg＝________Ω，表头G的量程Ig＝________mA。(2)该同学用所提供器材中的电池E、表头G及滑动变阻器串联起来制作成了一个欧姆表，可知表头指针指在正中央刻度时对应的外测电阻为________Ω。【答案】(1)见解析1030(2)100【解析】(1)①电路实物连线如图②由题意可知Ig＝eq\f(1.5,Rg＋40)，由图可知，当将电阻箱阻值调到115Ω时电流为I＝eq\f(12,30)Ig＝eq\f(2,5)Ig，则eq\f(2,5)Ig＝eq\f(1.5,Rg＋115)，联立解得Ig＝0.03A＝30mA，Rg＝10Ω。(2)当欧姆表电流计满偏时Ig＝eq\f(E,R内)，解得R内＝eq\f(3,0.03)Ω＝100Ω，可知表头指针指在正中央刻度时对应的外测电阻为100Ω。【变式训练3】(2021·重庆市选择性考试适应性测试)某同学拟将量程为Ig＝1mA，内阻约为几十欧姆的电流表G改装成量程为1V的电压表。(1)他首先设计了如图3所示电路来测量电流表G的内阻Rg，图中E为电源电动势。现有最大阻值分别为100Ω和2600Ω的滑动变阻器，则R2应选用最大阻值为________Ω的滑动变阻器。开关S1接通，S2未接通时，调节R2使电流表G示数为1.00mA；接通S2后，保持滑动变阻器R2的滑片位置不变，调节电阻箱R1，当其阻值为50Ω时，电流表G的示数为0.50mA，则电流表G的内阻Rg为________Ω；(2)为了将电流表G改装成量程为1V的电压表，需要________(选填“串联”或“并联”)一个大小为________Ω的电阻。【答案】(1)260050(2)串联950【解析】(1)本题中采用“半偏法测电流表的内阻”，要求滑动变阻器的阻值远大于电流表的内阻，电流表内阻为几十欧，则R2应选用最大阻值为2600Ω的滑动变阻器。半偏法中变阻器改变后其阻值等于电流表内阻，即50Ω。(2)改装后电压表的内阻较大，故应该串联一个电阻。改装后电压表的满偏电流为0.001A，满偏电压为1V，则改装后电压表内阻为RV＝eq\f(1,0.001)Ω＝1000Ω，则需要串联的电阻为R＝RV－Rg＝1000Ω－50Ω＝950Ω。核心问题二“电阻测量类”实验问题电阻测量的创新实验名称电路测量原理安安法已知的内阻R2，测得、的电流为I1、I2，可得Rx＝eq\f(I2R2,I1－I2)已知的内阻R1，定值电阻R0，测得的电流I1、I2，可得的内阻R2＝eq\f(I1R1＋R0,I2)伏伏法已知的内阻R1，测得、的电压为U1、U2，可得Rx＝eq\f(U2－U1,\f(U1,R1))已知内阻R1，定值电阻R0，测得、的电压为U1、U2，可得的内阻R2＝eq\f(U2,\f(U1,R1)＋\f(U1,R0))替代法双掷开关分别与1、2相接，调节电阻箱R1，保证电流表两次读数相等，则R1的读数即等于待测电阻的阻值半偏法测量电流表内阻闭合S1，断开S2，调节R1使G表满偏；闭合S2，只调节R2，使G表半偏(R1≫R2)，则R2＝R测，R测<R真测量电压表内阻使R2＝0，闭合S，调节R1使V表满偏；只调节R2使V表半偏(RV≫R1)，则R2＝R测，R测>R真电桥法调节电阻箱R3，当A、B两点的电势相等时，示数为零，R1和R3两端的电压相等，设为U1，同时R2和Rx两端的电压也相等，设为U2，根据欧姆定律有：eq\f(U1,R1)＝eq\f(U2,R2)，eq\f(U1,R3)＝eq\f(U2,Rx).由以上两式解得：R1·Rx＝R2·R3，这就是电桥平衡的条件，由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值【例2】(2021·6月浙江选考)小李在实验室测量一电阻Rx的阻值。(1)因电表内阻未知，用如图5所示的电路来判定电流表该内接还是外接。正确连线后，合上开关S，将滑动变阻器的滑片P移至合适位置。单刀双掷开关K掷到1，电压表的读数U1＝1.65V，电流表的示数如图6所示，其读数I1＝________A；将K掷到2，电压表和电流表的读数分别为U2＝1.75V，I2＝0.33A。由此可知应采用电流表________(填“内”或“外”)接法。(2)完成上述实验后，小李进一步尝试用其它方法进行实验：①器材与连线如图7所示，请在虚线框中画出对应的电路图；eq\x(,,,,,)②先将单刀双掷开关掷到左边，记录电流表读数，再将单刀双掷开关掷到右边，调节电阻箱的阻值，使电流表的读数与前一次尽量相同，电阻箱的示数如图7所示。则待测电阻Rx＝________Ω。此方法________(填“有”或“无”)明显的实验误差，其理由是______________________________________________。【答案】(1)0.34(0.33～0.34)外(2)①见解析图②5有电阻箱的最小分度与待测电阻比较接近(或其他合理解释)【解析】(1)由电流表的表盘可知电流大小为0.34A；电压表的百分比变化为η1＝eq\f(1.75－1.65,1.75)×100%＝5.7%，电流表的百分比变化为η2＝eq\f(0.34－0.33,0.34)×100%＝2.9%，电压表的示数变化更明显，说明电流表电阻较大，应采用外接法。(2)①电路图如图所示②两次实验中电流相同，据I＝eq\f(E,RA＋r＋Rx)＝eq\f(E,RA＋r＋R0)知Rx＝R0，电阻箱读数即为待测电阻阻值即Rx＝5Ω；电阻箱的最小分度和待测电阻阻值接近，这样测得的阻值不够精确，如待测电阻阻值为5.4Ω，则实验只能测得其为Rx＝5Ω，误差较大。【变式训练1】(2021·河北省普通高中学业水平选择性考试，11)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(6.3V，0.15A)、直流电源(9V)、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8所示。(1)按照图8，完成图9中的实物连线。(2)按照图8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I－U图像，其中一部分如图10所示。根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为________Ω(保留3位有效数字)。图10【答案】(1)实物图连接见解析(2)C(3)27.0【解析】(1)根据电路图连接实物图如图所示。(2)小灯泡闪亮一下后熄灭，灯丝被烧断，说明通过小灯泡的电流过大，电流表的内阻很小，故电流表短路不会使通过小灯泡的电流过大，A错误；滑动变阻器的滑片接触不良，无电流通过小灯泡，B错误；滑动变阻器滑片的初始位置在b端时，小灯泡两端的电压过大，通过小灯泡的电流过大，灯丝可能被烧断，C正确。(3)由题图10可知，P点对应的电压U＝2V，I＝74mA，则P点对应的小灯泡的电阻R＝eq\f(U,I)＝eq\f(2V,0.074A)＝27.0Ω。【针对训练2】.(2021·河南新乡市一轮复习摸底)某实验小组准备测量待测电压表的内阻，实验室提供了下列器材：A.待测电压表V(量程为3V，内阻约为3000Ω)；B.电阻箱R1(最大阻值为9999Ω)；C.滑动变阻器R2(最大阻值为10Ω，额定电流为1A)；D.电源E(电动势为3V，内阻不计)；E.开关一个，导线若干。该实验小组按图甲所示的电路图，连接好实验电路，进行实验操作，请你补充完善下面的操作步骤：(1)先把滑动变阻器R2的滑片调到________(填“左”或“右”)端，电阻箱R1的接入电阻调为0；(2)闭合开关S，调节滑动变阻器R2的滑片，使电压表指针指到2V的位置，保持滑动变阻器滑片位置不变，调节________的阻值，使电压表指针指到1.5V的位置，此时电阻箱R1的示数如图乙所示，则电压表内阻的测量值为________Ω，由于系统误差的影响，该测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)真实值。【答案】(1)右(2)电阻箱R1(写电阻箱或R1也给分)3078大于【解析】(1)为了保护电路中的用电器，在闭合开关前，应把滑动变阻器的滑片调至右端。(2)闭合开关S，调节滑动变阻器R2的滑片，使电压表指针指到2V的位置，保持滑动变阻器滑片位置不变，调节R1的阻值，当电压表示数为1.5V时，电阻箱两端的电压为0.5V，即为电压表电压的eq\f(1,3)，所以电压表的内阻为电阻箱示数的3倍，即RV＝1026Ω×3＝3078Ω，实际上由于电阻箱接入电路，使分压部分电路的电阻略有增大，则电压略有增大，所以电阻箱两端的实际电压大于0.5V，则其阻值的3倍大于电压表的内阻，所以测量值偏大，即该测量值大于真实值。【变式训练3】.(2021·四川泸州市第二次教学质量诊断)某实验小组在设计测量阻值约为200Ω的定值电阻Rx时，可供选择的器材如下：电源E：电动势约为3.0V，内阻r约5Ω；电流表A：量程为0～0.6A，内阻rA约为2Ω；电压表V1：量程为0～0.5V，内阻r1＝1000Ω；电压表V2：量程为0～3V，内阻r2约为5kΩ；定值电阻R0，有四种规格供选：10Ω、50Ω、500Ω、1000Ω；滑动变阻器R：最大阻值为50Ω，额定电流1A；单刀单掷开关S一个，导线若干。(1)在下面四种方案中，因电表内阻的不确定而导致不能准确测量的是________(选填图中的字母序号)；(2)综合考虑电表内阻及量程带来的影响，该小组设计了如图2所示的电路。在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该置于最________(选填“左端”或“右端”)；为了保证两只电压表的读数都不小于其量程的eq\f(1,3)，定值电阻R0的规格应选择________Ω(选填“10”“50”“500”或“1000”)；(3)请根据(2)中的电路图，写出计算Rx的理论表达式Rx＝________(如涉及电压表和电流表的示数分别对应用U1、U2、I表示，电表内阻和定值电阻分别对应用r1、r2、rA、R0表示)。【答案】(1)BC(2)左端50(3)eq\f(r1R0（U2－U1）,U1（r1＋R0）)【解析】(1)由于电压表V1内阻已知，则该电压表不仅能准确测量电压，也能准确测量通过它的电流，根据欧姆定律由A方案可得Rx＝eq\f(U1,I－\f(U1,r1))，则A方案没有误差；由B方案可得Rx＝eq\f(U2,I－\f(U2,r2))，由于r2不确定，则B方案有误差；由C方案可得Rx＝eq\f(U1－IrA,I)，由于rA不确定，则C方案有误差；由D方案可得Rx＝eq\f(U2－U1,\f(U1,r1))，则D方案没有误差，故选BC。(2)该电路为分压式控制电路，电压应从0开始，所以滑动变阻器的滑片应该置于最左端。根据串联电路电阻分压的特点，为了保证两只电压表的读数都不小于其量程的eq\f(1,3)，定值电阻R0的规格应选择约为待测电阻的eq\f(1,3)的，所以选50Ω的。(3)根据欧姆定律可得Rx＝eq\f(Ux,Ix)＝eq\f(U2－U1,\f(U1,r1)＋\f(U1,R0))＝eq\f(r1R0（U2－U1）,U1（r1＋R0）)。核心问题三测定电源电动势和内阻问题测量电源电动势和内阻的方法及误差分析(1)伏安法方案电流表内接电流表外接电路图误差来源电压表的分流电流表的分压真实值和测量值的关系I真＝I测＋eq\f(U,RV)U真＝U测＋IRA图象误差分析E测<E真，r测<r真(r测＝eq\f(RV·r,RV＋r))E测＝E真，r测>r真(r测＝r＋RA)(2)伏阻法和安阻法方案伏阻法安阻法原理E＝U＋eq\f(U,R)rE＝IR＋Ir电路图关系式eq\f(1,U)＝eq\f(r,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(1,E)eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)·R＋eq\f(r,E)图象误差分析E测＜E真；r测＜r真(r测＝eq\f(RV·r,RV＋r))E测＝E真；r测＞r真(r测＝r＋RA)【例3】(2021·东北三省三校4月第二次联合考试)实验小组欲测定一节干电池(电动势约为1.5V，内阻约为1.0Ω)的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差。实验室有如下器材可供选择：A.电流表A1(0～0.6A、内阻约0.1Ω)B.电流表A2(0～3A、内阻约0.02Ω)C.电压表V(0～3V、内阻约5kΩ)D.滑动变阻器R1(0～20Ω、2.0A)E.滑动变阻器R2(0～200Ω、1.0A)(1)该实验电流表应选用________、滑动变阻器应选用________(填“A1”或“A2”，“R1”或“R2”)(2)根据所选择的器材，某同学设计了如下两种实验电路，如图12所示：关于甲、乙两个电路实验误差及产生原因的分析，下列说法正确的是________。A.甲图由于电压表的分流，会使电源电动势的测量值存在系统误差B.甲图由于电压表的分流，会使电源内阻的测量值存在系统误差C.乙图由于电流表的分压，会使电源电动势的测量值存在系统误差D.乙图由于电流表的分压，会使电源内阻的测量值存在系统误差(3)为使电动势E和内阻r的测量误差均在误差允许的合理范围内，则应选用(2)问中的电路图________来完成此实验(填“甲”或“乙”)。【答案】(1)A1R1(2)ABD(3)甲【解析】(1)由于电池的电动势较小，所以实验电流表应选用电流表A1(0～0.6A、内阻约0.1Ω)。为了方便调节则滑动变阻器应选用滑动变阻器R1(0～20Ω、2.0A)。(2)甲图属于外接法，引起误差的原因是电压表分流，测得电动势与电源的内阻都偏小，乙图属于内接法，引起误差的原因是电流表分压，测得电动势没有系统误差，但是测得电源的内阻偏大，所以A、B、D正确，C错误。(3)由于实验室中，一般电压表内阻较大，电压表分流引起的误差较小，但是电流表的内阻一般不能太小，则电流表的分压引起的误差较大，所以应选用(2)问中的电路图甲来完成此实验。【变式训练1】(2021·湖北四市期末联考)某同学设计了如图甲所示的实验电路，测一节干电池的电动势E和内阻r.(1)连接好实验电路，开始测量之前，滑动变阻器R的滑片P应调到________(选填“a”或“b”)端.(2)闭合开关S1，S2接位置1，改变滑片P的位置，记录多组电压表、电流表示数.(3)重复(1)操作，闭合开关S1，S2接位置2，改变滑片P的位置，记录多组电压表、电流表示数.(4)建立U－I坐标系，在同一坐标系中分别描点作出S2接位置1、2时的图象如图乙所示.由于S2接位置1，电压表有________(选填“分流”或“分压”)作用，S2接位置2，电流表有______(选填“分流”或“分压”)作用，从而导致实验结果存在系统误差.若每次测量操作都正确，读数都准确.则由图乙中的A和B图线，可得电动势和内阻的真实值为：E＝______V，r＝________Ω.(结果均保留3位有效数字).【答案】(1)a(4)分流分压1.501.50【解析】(1)为保护电流表，实验开始前，应将滑片P置于滑动变阻器电阻最大的a端；(4)当S2接1位置时，电压表有分流作用，可把电压表与电源看成一个等效电源，电动势和内阻的测量值均小于真实值，所以作出的U－I图线应是B线；测出的电池电动势E和内阻r存在系统误差.当S2接2位置时，电流表有分压作用，可把电流表与电源看成一个等效电源，电动势的测量值等于真实值，U－I图线应是A线，即E真＝UA＝1.50V由于S2接1位置时，U－I图线的B线对应的短路电流为I短＝IB所以r真＝eq\f(E真,I短)＝eq\f(UA,IB)＝eq\f(1.50,1.00)Ω＝1.50Ω.【变式训练2】．(2021·安徽淮北市高三一模)某同学用图甲所示电路测量电池的电动势和内阻以及一个未知电阻R1.(1)请用笔画线代替导线完成图乙实物图连接；(2)将S2接到a，闭合S1，拨动电阻箱旋钮，使电阻箱阻值为11.0Ω，此时电压表(内阻很大)读数为2.20V；然后保持电阻箱示数不变，将S2切换到b，闭合S1，电压表读数如图丙所示，则其读数为________V，此可算出电阻R1的阻值为________Ω(结果保留三位有效数字)；(3)在完成上述操作后，该同学将S2切换到a，闭合S1，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱的示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图丁所示的eq\f(1,U)－eq\f(1,R)图线，由此可求得电源电动势E＝________V，电源内阻r＝________Ω.(结果保留三位有效数字)【答案】(1)见解析图(2)2.602.00(3)2.861.29【解析】(1)题图甲中电源是两节电池串联，所以电压表选3V量程，根据原理图连接实物图如下(2)题图丙电压表量程是3V，精确度为0.1V，故其读数为2.60V；电路中的电流为I＝eq\f(UR,R)＝eq\f(2.20,11.0)A＝0.20A电阻R1的阻值为R1＝eq\f(U－UR,I)＝eq\f(2.60－2.20,0.20)Ω＝2.00Ω(3)由闭合电路欧姆定律可得E＝U＋eq\f(U,R)(R1＋r)则可得eq\f(1,U)＝eq\f(1,E)＋eq\f(R1＋r,E)·eq\f(1,R)可知，题图丁图线的截距为电动势的倒数，则可得E＝eq\f(1,0.35)V≈2.86V图线斜率为eq\f(R1＋r,E)＝eq\f(0.81－0.35,0.40)则可得r＝eq\f(0.81－0.35,0.40)×2.86Ω－2.00Ω≈1.29Ω核心问题四电学拓展创新实验问题电学创新实验，大都是在教材常规实验的基础上，进行重组、包装、拓展、创新，它们源于教材，但高于教材，解决这类创新实验时，应注意以下三点：（1）无论哪个电学实验，不管怎么创新都离不开电路，离不开实验仪器的选取，电流表内、外接法的判断，滑动变阻器的分压与限流的分析。（2）在解决设计型实验时，要注意条件的充分利用，如对于给定确切阻值的电压表和电流表，电压表可当成电流表使用，电流表也可当成电压表使用，利用这一特点，可以拓展伏安法测电阻的方法，如伏伏法、安安法等。（3）对一些特殊电阻的测量，如电流表或电压表内阻的测量，电路设计有其特殊性，即首先要注意到其自身量程对电路的影响，其次要充分利用其“自报电流”或“自报电压”的功能。因此，在测电压表内阻时，无须另并联电压表；测电流表内阻时，无须再串联电流表。【例6】(2021·山东省普通高中学业水平选择性考试，14)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RT(实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧)；电源E(电动势1.5V，内阻r约为0.5Ω)；电阻箱R(阻值范围0～9999.99Ω)；滑动变阻器R1(最大阻值20Ω)；滑动变阻器R2(最大阻值2000Ω)；微安表(量程100μA，内阻等于2500Ω)；开关两个，温控装置一套，导线若干。同学们设计了如图所示的测量电路，主要实验步骤如下：①按图示连接电路；②闭合S1、S2，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S2，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“R1”或“R2”)。(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6000.00Ω，该温度下热敏电阻的测量值为________Ω(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)R1(2)如解析图所示(3)3500大于(4)减小【解析】(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)电路连接图如图所示(3)微安表半偏时，该支路的总电阻为原来的2倍，即RT＋RμA＝R＝6000.00Ω，可得RT＝3500Ω。当断开S2，电路的总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律，干路电流减小，路端电压增大，并联部分的电压增大，电阻箱分压大于原并联电压的一半，即电阻箱的电阻大于热敏电阻和微安表的总电阻，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大。(4)由于是lnRT－eq\f(1,T)图像，当温度T升高时，eq\f(1,T)减小，从图中可以看出lnRT减小，从而RT减小，因此热敏电阻随温度的升高逐渐减小。【变式训练1】(2021·广东省普通高中学业水平选择性考试，12)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“0Ω”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)再按图所示连接好电路进行测量。①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到________端(填“a”或“b”)。将温控室的温度设置为T，电阻箱R0调为某一阻值R01。闭合开关S，调节滑动变阻器R1，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R01。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R0和R1，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R02。断开开关S。②实验中记录的阻值R01________R02(填“大于”“小于”或“等于”)。此时热敏电阻阻值RT＝________。(3)改变温控室的温度，测量不同温度时的热敏电阻阻值，可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。【答案】(1)短接减小(2)①b②大于R01－R02【解析】(1)使用多用电表的欧姆挡前应先欧姆调零，即将两表笔短接。温度越高，相同倍率下多用电表的指针向右偏转的角度越大，则电阻阻值越小，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。(2)①闭合开关前，为了保护电路，应