专题20电学实验（讲义）（原卷版）

专题20电学实验目录TOC\o"14"\h\z\u考点一电学实验 3 3 71.电表改装多用电表的原理及使用问题 72.电阻测量类实验问题及相关对比 83.测量电源的电动势和内电阻类实验常见问题 94.电磁感应及变压器类实验常见问题 105.电学创新拓展类问题 10 11考向一电表改装多用电表的原理及使用问题 11考向二电阻测量类实验问题 11考向三测量电源的电动势和内电阻类实验问题 12考向四电磁感应、变压器类及其他电学实验问题 13考向五电学创新拓展类问题 14考点要求考题统计电学实验考向一电表改装多用电表的原理及使用问题：2023•海南•高考真题、2022•辽宁•高考真题、2022•湖南•高考真题、考向二电阻测量类实验问题：2023•全国•高考真题、2023•天津•高考真题、2023•北京•高考真题、2023•全国•高考真题、2023•浙江•高考真题、2023•辽宁•高考真题、2022•北京•高考真题、2022•湖北•高考真题、2022•山东•高考真题、2022•全国•高考真题、2022•全国•高考真题、2022•浙江•高考真题、2021•福建•高考真题、2021•海南•高考真题、2021•北京•高考真题、2021•浙江•高考真题、2021•广东•高考真题、2021•全国•高考真题、2021•河北•高考真题、考向三测量电源的电动势和内电阻类实验问题：2023•浙江•高考真题、2023•湖北•高考真题、2022•天津•高考真题、2022•福建•高考真题、2021•全国•高考真题、2021•湖南•高考真题、2021•浙江•高考真题、考向四电磁感应、变压器类及其他电学实验问题：2023•浙江•高考真题、2024•浙江•高考真题、2023•福建•高考真题、2023•山西•高考真题、2022•浙江•高考真题考向五电学创新拓展类问题：2023•山东•高考真题、2023•广东•高考真题、2023•江苏•高考真题、2023•湖南•高考真题、2022•广东•高考真题、2022•河北•高考真题、2021•湖北•高考真题、2021•天津•高考真题、2021•山东•高考真题考情分析【命题规律及方法指导】1.命题重点：(1)电阻的测量；(2)导体电阻率的测量；(3)用多用电表测量电学中的物理量；(4)测量电源的电动势和内电阻；(5)探究电磁感应的产生条件；(6)探究影响感应电流方向的因素；(7)探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系；..2.常用方法：伏安法、内接法、外接法、替代法、半偏法、电桥法、公式法、图像法．．3.常考题型：实验题．【命题预测】1.本专题属于热点、基础内容；2.高考命题考察方向①电表改装多用电表的原理及使用问题：电表改装，表头电阻测量，多用电表使用②电阻测量类实验问题：电阻测量，电阻率测量，小灯泡伏安特性曲线③测量电源的电动势和内电阻类实验问题：电源（干电池、水果电池等电源）电动势及内阻测量④电磁感应、变压器类及其他电学实验问题：电磁感应产生的条件，感应电流的方向，变压器原、副线圈的电压与匝数关系，电容器的充放电⑤电学创新拓展类问题：电学量测量、实验方案等相关创新实验问题考点一电学实验1．（2023·全国·高考真题）某同学用伏安法测绘一额定电压为6V、额定功率为3W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为，电流表内阻约为。实验中有图（a）和（b）两个电路图供选择。（1）实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图（c）所示，该同学选择的电路图是图（填“a”或“b”）（2）若选择另一个电路图进行实验，在答题卡所给图上用实线画出实验中应得到的关系曲线的示意图。2．（2023·全国·高考真题）一学生小组测量某金属丝（阻值约十几欧姆）的电阻率。现有实验器材：螺旋测微器、米尺、电源E、电压表（内阻非常大）、定值电阻（阻值）、滑动变阻器R、待测金属丝、单刀双掷开关K、开关S、导线若干。图（a）是学生设计的实验电路原理图。完成下列填空：（1）实验时，先将滑动变阻器R接入电路的电阻调至最大，闭合S（2）将K与1端相连，适当减小滑动变阻器R接入电路的电阻，此时电压表读数记为，然后将K与2端相连，此时电压表读数记为。由此得到流过待测金属丝的电流I=，金属丝的电阻。（结果均用、、表示）（3）继续微调R，重复（2）的测量过程，得到多组测量数据，如下表所示：（）0.570.710.851.141.43（）0.971.211.451.942.43（4）利用上述数据，得到金属丝的电阻。（5）用米尺测得金属丝长度。用螺旋测微器测量金属丝不同位置的直径，某次测量的示数如图（b）所示，该读数为mm。多次测量后，得到直径的平均值恰好与d相等。（6）由以上数据可得，待测金属丝所用材料的电阻率。（保留2位有效数字）3．（2023·浙江·高考真题）在“测量干电池的电动势和内阻”实验中（1）部分连线如图1所示，导线a端应连接到（选填“A”、“B”、“C”或“D”）接线柱上。正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图2所示，其示数为V。（2）测得的7组数据已标在如图3所示坐标系上，用作图法求干电池的电动势V和内阻Ω。（计算结果均保留两位小数）4．（2024·浙江·高考真题）在“观察电容器的充、放电现象”实验中，把电阻箱（）、一节干电池、微安表（量程，零刻度在中间位置）、电容器（、）、单刀双掷开关组装成如图1所示的实验电路。（1）把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零：然后把开关S接2，微安表指针偏转情况是；A．迅速向右偏转后示数逐渐减小

B．向右偏转示数逐渐增大C．迅速向左偏转后示数逐渐减小

D．向左偏转示数逐渐增大（2）再把电压表并联在电容器两端，同时观察电容器充电时电流和电压变化情况。把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到时保持不变；电压表示数由零逐渐增大，指针偏转到如图2所示位置时保持不变，则电压表示数为V，电压表的阻值为（计算结果保留两位有效数字）。5．（2023·湖南·高考真题）某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图（a）所示，为电阻箱，为半导体薄膜压力传感器，间连接电压传感器（内阻无穷大）．（1）先用欧姆表“”挡粗测的阻值，示数如图（b）所示，对应的读数是;（2）适当调节，使电压传感器示数为0，此时，的阻值为（用表示）；（3）依次将的标准砝码加载到压力传感器上（压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小），读出电压传感器示数，所测数据如下表所示：次数123456砝码质量0.00.51.01.52.02.5电压057115168220280根据表中数据在图（c）上描点，绘制关系图线；（4）完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用．在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，电压传感器示数为，则大小是（重力加速度取，保留2位有效数字）；（5）若在步骤（4）中换用非理想毫伏表测量间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，此时非理想毫伏表读数为，则（填“>”“=”或“<”）．6．（2022·河北·高考真题）某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲，设计电路如图1所示。选用的器材有：限温开关S1（手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于103℃时自动断开，之后不能自动闭合）；保温开关S2（当锅内温度高于80℃时自动断开，温度低于70℃时自动闭合）；电饭煲的框架（结构如图2所示）。自备元件有：加热电阻丝R（阻值为60Ω，用于加热煮饭）；限流电阻R1和R2，（阻值均为1kΩ）：指示灯L1和L2（2.5V，0.6W，当电流低于30mA时可视为熄灭）；保险丝T。（1）按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是（多选）。A．按下S1，L1和L2均发光B．当锅内温度高于103℃时，S1自动断开，L1和L2均发光C．保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换D．当锅内温度低于70℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭（2）简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常。在不增加元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件。下列操作步骤的正确顺序是（填写各步骤前的字母）。A．将选择开关旋转到“×100”位置B．将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点C．调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度D．测量指示灯L1两端的阻值E．将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图3所示，可判断是断路损坏；若指针如图4所示，可判断是断路损坏。（用电路中的元件符号表示）1.电表改装多用电表的原理及使用问题1）关于电表改装的四点提醒①电表改装的问题实际上是串、并联电路中电流、电压的计算问题，只要把表头看成一个电阻Rg即可.②无论表头改装成电压表还是电流表，它的三个参量Ug、Ig、Rg是不变的，即通过表头的最大电流并不改变.③由改装后电压表的内阻RV＝R串＋Rg＝nRg(其中)可知，电压表量程越大，其分压电阻R越大，电压表内阻RV越大.④由改装后电流表的内阻(其中)可知，电流表的量程越大，其分流电阻R并越小，电流表的内阻RA越小.2）多用电表测电压、电流和电阻的注意事项Ⅰ、使用前要机械调零.Ⅱ、电流都是从红表笔流入，从黑表笔流出.Ⅲ、测电阻时注意：①测电阻必须把待测电阻隔离.②牢记两个调零过程，切记换挡需进行欧姆调零.③合理选择量程，使指针尽可能指在中值附近.④读数时应乘相应的倍率.⑤欧姆表的表盘刻度不均匀，一般不估读.⑥中值电阻R中＝Rg＋R＋r2.电阻测量类实验问题及相关对比1）常规电阻测量方法伏安法测电阻，适合测量大电阻，适合测量小电阻导体电阻率的测量1.测电阻2.测电阻率ρ，，而，，联立得2）测量电阻对比安安法如果已知的内阻R1，则可测得的内阻R2＝eq\f(I1R1,I2)串联一定值电阻R0后，同样可测得的内阻R2＝eq\f(I1R1＋R0,I2)伏伏法两电表的满偏电流接近时，若已知的内阻R1，则可测出的内阻R2＝eq\f(U2,U1)R1并联一定值电阻R0后，同样可得的内阻R2＝eq\f(U2,\f(U1,R1)＋\f(U1,R0))替代法单刀双掷开关分别与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；再闭合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，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3.测量电源的电动势和内电阻类实验常见问题测量电源的电动势和内电阻伏安法1.原理：U＝E－Ir2.误差来源：电压表的分流3.误差分析：E测<E真，r测<r真()伏安法1.原理：U＝E－Ir2.误差来源：电流表的分压3.误差分析：E测＝E真，r测>r真(r测＝r＋RA)测量电源的电动势和内电阻伏阻法1.原理：2.关系式：3.误差分析：E测<E真，r测<r真()安阻法1.原理：E＝IR＋Ir2.关系式：或3.误差分析：E测＝E真，r测>r真(r测＝r＋RA)4.电磁感应及变压器类实验常见问题1）探究电磁感应的产生条件探究影响感应电流方向的因素①实验前应首先查明线圈中电流的流向与电流表指针偏转方向之间的关系，判断的方法是：用一节干电池与电流表及线圈串联，瞬间接触，记录指针偏转方向和电流方向．②电磁感应的产生条件：只要回路中磁通量发生变化，就产生感应电动势，若电路闭合，就会有感应电流．③当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场阻碍磁通量增加；当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场阻碍磁通量减少．2）探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系①原理：保持原线圈电压不变，多次改变原线圈、副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值．探究原、副线圈的电压与匝数的关系．②注意事项Ⅰ、在改变学生电源电压(交流)、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作．Ⅱ、为了人身安全，学生电源的电压不能超过12V，不能用手接触裸露的导线和接线柱．Ⅲ、为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量．3）传感器的应用5.电学创新拓展类问题1）对实验原理的创新考查：在高考的电学实验中，并不仅仅测量电阻的阻值或测定电源的电动势和内阻，有时可能会测定二极管的导电特性、电容器的充、放电规律等。处理此类问题时，首先要掌握被测实验器材的电学特性，其次要熟练把握控制电路、测量电路的特点。2）对实验器材的创新考查：在测量电表的内阻时，要把电表当作能读数的电阻，充分利用待测电表自身的测量功能，即电流表可测定通过自身的电流，电压表可测定自身两端的电压，不需要其他的电表来测量。3）对数据处理的创新考查：在实验中，数据处理的常用方法有公式法、列表法、图像法、逐差法等，恰当的数据处理方法可以提高实验的准确程度、减少测量误差、节约解题时间考向一电表改装多用电表的原理及使用问题1．（2024·安徽·统考一模）多用电表是一种多功能、多量程的电学仪表，可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻等物理量。（1）指针式多用电表使用前应该调整，使指针指向“0”。（2）某电阻阻值约为几百欧姆，现用该电表测此电阻，测量前，需要以下操作，其顺序是。（填写序号）A．将红表笔和黑表笔直接接触B．把选择开关旋转到“”位置C．调节欧姆调零旋钮使指针指向欧姆零点正确进行实验操作后，电表的读数如图甲所示，该读数是。（3）图乙是某同学设计的多用电表测电阻的欧姆调零原理图，电池的负极应接表笔（选填“红”或“黑”）。图中G为表头，量程，内阻，，通过调节a、b间的触点，使G满偏。已知，电池电动势为（电池内阻可忽略），触点在a端时G满偏，则。考向二电阻测量类实验问题2．（2024·江苏连云港·统考一模）精密仪器中常用到金属膜电阻，它是通过金属电镀工艺将金属层溅射到绝缘陶瓷基底的表面形成的。如图甲所示，某金属膜电阻长度为L，金属膜厚度为h。实验室提供的器材有：干电池2节，电压表V（量程，内阻约），电流表（，内阻约为），滑动变阻器（最大阻值），开关S，导线若干。某同学用图乙所示电路测量该金属膜电阻的电阻率，请回答以下问题：（1）闭合S前，应将滑动变阻器的滑片置于端（选填“a”或“b”）；（2）用螺旋测微器测量镀膜后的陶瓷管直径D，示数如图丙所示，则mm；（3）闭合开关后，移动滑片，测出多组电表示数的U，I值，并画出图像如图丁所示，可得金属膜电阻的阻值；（4）用字母D、L、R、h表示金属膜电阻的电阻率；（5）金属膜电阻的电阻率测量值偏大，试写出产生误差的主要原因。考向三测量电源的电动势和内电阻类实验问题3．（2024·福建漳州·统考二模）为测定一硅光电池的电动势和内电阻，某兴趣小组设计了如图甲所示的实验电路，图中R为滑动变阻器，电压表的量程为0~3V，内阻约为，电流表的量程为0~300mA，内阻为。在光照强度保持不变的条件下进行下述实验：（1）根据所选实验电路图连接好电路，使滑动变阻器滑片位于适当位置，闭合开关，记录电流表和电压表对应的读数I和U；改变滑动变阻器滑片位置，记录多组电表读数；（2）根据数据作出图像，如图乙所示。可求得该硅光电池的电动势V；（3）当，此时硅光电池的内阻为（结果保留2位有效数字）；根据图像可知，电池的内阻（填“是”或“不是”）常数；（4）若将阻值为的定值电阻接在该电池两端，则电阻的实际功率是W。考向四电磁感应、变压器类及其他电学实验问题4．（2024·河南·统考一模）学生小组用放电法测量电容器的电容，所用器材如下：电池（电动势3V，内阻不计）；待测电容器（额定电压5V，电容值未知）；微安表（量程200μA，内阻约为1kΩ）；滑动变阻器R（最大阻值为20Ω）；电阻箱R1、R2、R3、R4（最大阻值均为9999.9Ω）；定值电阻R0（阻值为5.0kΩ）；单刀单掷开关S1、S2，单刀双掷开关S3；计时器；导线若干。（1）小组先测量微安表内阻，按图（a）连接电路。（2）为保护微安表，实验开始前S1、S2断开，滑动变阻器R的滑片应置于（填“左”或“右”）端。将电阻箱R1、R2、R3的阻值均置于1000.0Ω，滑动变阻器R的滑片置于适当位置。保持R1、R3阻值不变，反复调节R2，使开关S2闭合前后微安表的示数不变，则P、Q两点的电势