第22课时电学实验

第22课时电学实验知识网络构建高考题型一基本仪器的使用与读数1.游标卡尺测量值＝主尺读数(mm)＋精确度×游标尺上第几条刻度线与主尺上某一刻度对齐的数值(mm)，不估读。10分度游标尺，精确度为0.1mm；20分度游标尺，精确度为0.05mm；50分度游标尺，精确度为0.02mm。2.螺旋测微器(千分尺)测量值＝固定刻度读数(mm)＋可动刻度读数(带估读值)×0.01mm。注意要估读到0.001mm。3.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，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电压表0～15V0.5V【例1】(1)下列各图均是用游标卡尺测量时的示意图，图1甲为50分度游标卡尺，图乙为20分度游标卡尺，图丙为10分度游标卡尺，它们的读数分别为________、________、________。甲图1(2)甲、乙、丙三个螺旋测微器的示数如图2所示，其读数分别为________mm、____________mm、________mm。图2(3)电流表和电压表的刻度盘如图3甲、乙所示。图3①图甲使用0.6A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针的示数是________A；当使用3A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________A。②图乙使用较小量程时，每小格表示____________V，图中表针的示数为________V；若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示______V，图中表针示数为______V。答案(1)42.16mm63.30mm29.8mm(2)6.8580.0070.658(3)①0.020.440.12.20②0.11.700.58.5解析(1)在题图甲中，主尺读数为42mm，游标尺上第8条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于游标尺是50分度的，所以读数为42mm＋8×0.02mm＝42.16mm；在题图乙中，主尺读数为63mm，游标尺上第6条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于游标尺是20分度的，所以读数为63mm＋6×0.05mm＝63.30mm；在题图丙中，主尺读数为29mm，游标尺上第8条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于游标尺是10分度的，所以读数为29mm＋8×0.1mm＝29.8mm。(2)题图甲：固定刻度读数＋可动刻度读数＝6.5mm＋35.8×0.01mm＝6.858mm。题图乙：固定刻度读数＋可动刻度读数＝0＋0.7×0.01mm＝0.007mm。题图丙：固定刻度读数＋可动刻度读数＝0.5mm＋15.8×0.01mm＝0.658mm。 高考题型二以测电阻为核心的实验角度1伏安法测电阻1.电学仪器和电路的选择原则——安全、准确、方便(1)安全：实际操作电表不超过量程。(2)精确：电表的读数不能太小，要超过量程三分之一为宜。(3)滑动变阻器的选择：若用分压接法，滑动变阻器选小量程。若用限流接法，滑动变阻器选择阻值跟电路对象差不多的。2.电流表内接法与外接法的比较与选择比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差原因由于电流表内阻的分压作用，电压表测量值偏大由于电压表内阻的分流作用，电流表测量值偏大测量结果R测＝eq\f(U,I)＝RA＋Rx>Rx，电阻的测量值大于真实值R测＝eq\f(U,I)＝eq\f(RVRx,RV＋Rx)<Rx，电阻的测量值小于真实值适用条件Rx≫RA，大电阻Rx≪RV，小电阻记忆口诀大内大小外小3.滑动变阻器的选择在安全条件下，分压电路选最大阻值较小、额定电流较大的滑动变阻器，限流电路选最大阻值比待测电阻大的滑动变阻器。(1)要求待测电压或电流从0开始变化时，必须选择分压电路。(2)要求测量精确度高(或多测量几组数据或数据区分度大)时，应选择分压电路。(3)虽然没有明确的要求，但滑动变阻器的总电阻比待测电阻阻值小很多时，应选择分压电路。(4)其他情况优先选择限流电路(节能)。【例2】(2021·海南高考)在伏安法测电阻的实验中，提供以下实验器材：电源E(电动势约6V，内阻约1Ω)，待测电阻Rx(阻值小于10Ω)，电压表V(量程3V，内阻约3kΩ)，电流表A(量程0.6A，内阻约1Ω)，滑动变阻器(最大阻值20Ω)，单刀开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。某同学利用上述实验器材设计如图4所示的测量电路。图4回答下列问题：(1)闭合开关S1前，滑动变阻器的滑片P应滑到________(填“a”或“b”)端；(2)实验时，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应将S2拨向________(填“c”或“d”)；在上述操作正确的情况下，引起实验误差的主要原因是________(填正确选项前的标号)；A.电流表分压B.电压表分流C.电源内阻分压(3)实验时，若已知电流表的内阻为1.2Ω，在此情况下，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应将S2拨向________(填“c”或“d”)，读得电压表的示数为2.37V，电流表的示数为0.33A，则Rx＝________Ω(结果保留2位有效数字)。答案(1)b(2)cB(3)d6.0解析(1)伏安法测电阻的实验电路滑动变阻器为限流接法，闭合开关S1前，滑动变阻器的滑片P应滑到接入电阻最大处，即b端。(2)由于待测电阻值小于10Ω，实验时，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应该采用电流表外接电路，即应将S2拨向c。在上述操作正确的情况下，引起实验误差的主要原因是电压表分流，选项B正确。(3)实验时，若已知电流表的内阻为1.2Ω，在此情况下，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应该采用电流表内接，应将S2拨向d，读得电压表的示数为2.37V，电流表的示数为0.33A，则Rx＝eq\f(U,I)－RA＝6.0Ω。角度2测量金属丝的电阻率【例3】(2022·湖北高考，13)某探究小组学习了多用电表的工作原理和使用方法后，为测量一种新型材料制成的圆柱形电阻的电阻率，进行了如下实验探究。(1)该小组用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D，示数如图5甲所示，其读数为______mm。再用游标卡尺测得其长度L。(2)该小组用如图乙所示的电路测量该圆柱形电阻Rx的阻值。图中电流表量程为0.6A、内阻为1.0Ω，定值电阻R0的阻值为20.0Ω，电阻箱R的最大阻值为999.9Ω。首先将S2置于位置1，闭合S1，多次改变电阻箱R的阻值，记下电流表的对应读数I，实验数据见下表。R/ΩI/Aeq\f(1,I)/A－15.00.4142.4210.00.3522.8415.00.3083.2520.00.2723.6825.00.2444.1030.00.2224.50根据表中数据，在图丙中绘制出eq\f(1,I)－R图像。再将S2置于位置2，此时电流表读数为0.400A。根据图丙中的图像可得Rx＝________Ω(结果保留2位有效数字)。最后可由表达式ρ＝________得到该材料的电阻率(用D、L、Rx表示)。丙图5(3)该小组根据图乙的电路和图丙的eq\f(1,I)－R图像，还可以求得电源电动势E＝______V，内阻r＝________Ω(结果均保留2位有效数字)。(4)持续使用后，电源电动势降低、内阻变大。若该小组再次将此圆柱形电阻连入此装置，测得电路的电流，仍根据原来描绘的图丙的图像得到该电阻的测量值会______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。答案(1)3.700(2)6.0eq\f(πD2Rx,4L)(3)123.0(4)偏小解析(1)用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D，其读数为3.5mm＋0.01mm×20.0＝3.700mm。(2)由电路可知，当将S2置于位置1，闭合S1时E＝I(RA＋R0＋r＋R)即eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)R＋eq\f(RA＋R0＋r,E)由图像可知eq\f(1,E)＝eq\f(4.9－2.0,35)解得E＝12V，eq\f(RA＋R0＋r,E)＝2解得r＝3.0Ω再将S2置于位置2，此时电流表读数为0.400A，则E＝I′(r＋R0＋RA＋Rx)解得Rx＝6.0Ω根据Rx＝ρeq\f(L,S)＝ρeq\f(L,\f(1,4)πD2)解得ρ＝eq\f(πD2Rx,4L)。(3)由(2)可知E＝12V，r＝3.0Ω。(4)根据表达式E＝I′(r＋R0＋RA＋Rx)因电源电动势变小，内阻变大，则当安培表有相同读数时，得到的Rx的值偏小，即Rx测量值偏小。角度3用多用电表测量电学中的物理量1.电流表、电压表的改装改装成电压表改装成电流表连接方式电阻与表头串联电阻与表头并联电阻大小的计算R＝eq\f(U－Ug,Ug)Rgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或R＝\f(U,Ig)－Rg))R＝eq\f(Ig,I－Ig)Rg2.欧姆表的改装原理及使用方法欧姆表原理①如图所示为欧姆表的原理图。红、黑表笔短接调零，即调节R，使表头指针达到满偏，此时有Ig＝eq\f(E,r＋Rg＋R)＝eq\f(E,R内)。②在两表笔间接入待测电阻Rx时，有Ix＝eq\f(E,R内＋Rx)，故Ix＝eq\f(R内,R内＋Rx)Ig。③由②知，每一个Rx都对应一个电流Ix，如果将电流刻度改为电阻刻度，就可直接读出待测电阻的阻值。④当Rx＝R内时，Ix＝eq\f(1,2)Ig，指针指在表盘中央刻度，表盘中央刻度对应的电阻值称为中值电阻。欧姆表使用“三注意”①电流的流向：使用欧姆挡时，多用电表内部电源的正极接黑表笔，负极接红表笔，从多用电表看，电流从红表笔流入，从黑表笔流出。②区分“机械调零”和“欧姆调零”：“机械调零”是调整表盘下边中间的定位螺丝，使表针停在左端“0”位置；“欧姆调零”是调整欧姆调零旋钮，使指针指在表盘右端“0”刻度处。③倍率选择：使用欧姆挡测电阻时，指针偏转角度过大或过小均有较大误差，指针偏转角度在eq\f(1,3)满偏刻度到eq\f(2,3)满偏刻度之间读数较准确，如待测电阻约为2kΩ，应选用“×100”挡。欧姆表读数表盘读数乘以相应挡位的倍率。【例4】(2022·辽宁高考，11)某同学要将一小量程电流表(满偏电流为250μA，内阻为1.2kΩ)改装成有两个量程的电流表，设计电路如图6所示，其中定值电阻R1＝40Ω，R2＝360Ω。图6(1)当开关S接A端时，该电流表的量程为0～________mA；(2)当开关S接B端时，该电流表的量程比接在A端时________(填“大”或“小”)；(3)该同学选用量程合适的电压表(内阻未知)和此改装电流表测量未知电阻Rx的阻值，设计了图7中两个电路。不考虑实验操作中的偶然误差，则使用________(填“甲”或“乙”)电路可修正由电表内阻引起的实验误差。图7答案(1)1(2)大(3)乙解析(1)由图可知当S接A时，R1和R2串联接入电路，和电流表并联，满偏时电流表两端的电压为Um＝Imr＝250×10－6×1.2×103V＝0.3V，此时R1和R2的电流为I＝eq\f(Um,R1＋R2)＝eq\f(0.3,40＋360)A＝0.75×10－3A＝0.75mA，所以总电流为I总＝Im＋I＝1mA，即量程为0～1mA。(2)当开关S接B端时，由图可知R1和电流表串联再和R2并联，由于和电流表并联的电阻变小，当电流表满偏时，流过R2的电流变大，干路电流变大，即量程变大，所以比接在A端时大。(3)图甲是电流表的外接法，误差是由于电压表的分流引起的，图乙是电流表的内接法，误差是由于电流表的分压引起的，因为题目中电压表电阻未知，故采用乙电路可以修正由电表内阻引起的实验误差。高考题型三以测电动势为核心的实验1.伏安法原理根据E＝U＋Ir，最少测出两组数据，列出两个方程：E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r，可解出E＝eq\f(I1U2－I2U1,I1－I2)，r＝eq\f(U2－U1,I1－I2)电路图图像和误差分析U准确，I偏小，是因为电压表的分流造成的E真>E测，r测>r真eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(r测＝\f(RVr,RV＋r)))I准确，U偏小，是因为电流表的分压造成的E测＝E真，r测>r真(r测＝r＋RA)2.伏阻法与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)图像误差分析E测<E真，r测<r真eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(r真＝\f(RVr,RV＋r)))E测＝E真，r测>r真(r测＝r＋RA)【例5】(2021·1月浙江选考，18)在“测定电池的电动势和内阻”实验中，(1)用如图8甲所示的电路图测量，得到的一条实验数据拟合线如图乙所示，则该电池的电动势E＝________V(保留3位有效数字)；内阻r＝________Ω(保留2位有效数字)。图8(2)现有如图9所示的实验器材，照片中电阻箱阻值可调范围为0～9999Ω，滑动变阻器阻值变化范围为0～10Ω，电流表G的量程为0～3mA、内阻为200Ω，电压表的量程有0～3V和0～15V。请在图11中选择合适的器材，在方框中画出两种测定一节干电池的电动势和内阻的电路图。图9答案(1)1.46(1.45～1.47)0.65(0.63～0.67)(2)如图所示解析(1)由闭合电路欧姆定律，E＝U＋Ir，与图乙中图像相符的关系式U＝E－Ir，则该电池的电动势E＝1.46V，内阻r＝0.65Ω。(2)题图中的实验器材有电压表、电流表、电阻箱、滑动变阻器等，可以利用电压表和电阻箱并联连接在电池和开关两端，组成测量电动势和内阻的测量电路；由于电流表内阻为200Ω，不能采用电流表和电阻箱串联连接在电池和开关两端，组成测量电动势和内阻的测量电路；可以将电流表和电阻箱并联扩大电流表量程，与滑动变阻器串联后再与电压表并联，连接在电池和开关两端，组成测量电动势和内阻的测量电路。高考题型四电学其他实验角度1观察电容器的充放电现象装置图：1.开关拨到1时，电容器充电，电容器的两端电压逐渐增大，电荷量逐渐增加，电路中的电流逐渐减小，最后充满电时，电流为零。2.开关拨到2时，电容器放电，电流刚开始最大，因为电容器的电压最大，随着放电的进行，电容器的电荷量减少，则它的两端电压减少，电路中的电流也减少。【例6】(2022·北京房山期末)电流传感器可以像电流表一样测量电流。不同的是它的反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化。此外，由于它与计算机相连，还能显示出电流随时间变化的I－t图像。如图10甲所示连接电路。直流电源电动势8V，内阻可忽略，电容器可选几十微法的电解电容器。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，这个过程可在短时间内完成。然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的I－t图像，一位同学得到的I－t图像如图乙所示。甲乙图10(1)在图乙I－t图中用阴影标记了一个竖立的狭长矩形(在图的1s附近)，这个阴影面积的物理意义是________________________________________________。(2)根据I－t图像可估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量为________。(3)如果不改变电路其他参数，只增大电阻R，充电时I－t曲线与横轴所围成的面积将________(填“增大”“不变”或“变小”)；充电时间将______(填“变长”“不变”或“变短”)。答案(1)通电0.2s充入电容器(流过电阻R)的电荷量(2)(1.4～1.8)×10－3C(3)不变变长解析(1)由于横轴一个格是0.2s，根据微元法可知，一个竖立的狭长矩形阴影面积的物理意义是通电0.2s充入电容器(流过电阻R)的电荷量。(2)先数出图乙中放电图线(即时间轴下面)与时间轴围成的面积约是38个格，而一个格的电荷量是q＝0.2×10－3A×0.2s＝4×10－5C，故放电过程中释放的电荷量为Q＝38q＝38×4×10－5C＝1.52×10－3C。(3)只增大R，则充电的电流将减小，但是还需要把电容器充满，即围成的面积是不变的，但充电时间将变长。角度2探究影响感应电流方向的因素装置图：开关和变阻器的状态线圈B中是否有电流开关闭合的瞬间有开关断开的瞬间有开关闭合时，滑动变阻器不动无开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片有开关闭合，滑片不动，把A向上拔出或向下插入B有结论：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。【例7】(2022·河北宋家庄模拟)某小组的同学做“探究影响感应电流方向的因素”实验。(1)首先按图11甲所示方式连接电路，闭合开关后，发现电流计指针向右偏转；再按图乙所示方式连接电路，闭合开关后，发现电流计指针向左偏转。进行上述实验的目的是________。A.检查电流计测量电路的电流是否准确B.检查干电池是否为新电池C.推断电流计指针偏转方向与电流方向的关系(2)接下来用图丙所示的装置做实验，图中螺线管上的粗线标示的是导线的绕行方向。某次实验中在条形磁铁插入螺线管的过程中，观察到电流计指针向右偏转，说明螺线管中的电流方向(从上往下看)是沿______(选填“顺时针”或“逆时针”)方向。丙图11(3)下表是该小组的同学设计的记录表格的一部分，表中完成了实验现象的记录，还有一项需要推断的实验结果未完成，请帮助该小组的同学完成(选填“垂直纸面向外”或“垂直纸面向里”)。实验记录表(部分)操作N极朝下插入螺线管从上往下看的平面图(B0表示原磁场，即磁铁产生的磁场)原磁场通过螺线管磁通量的增减增加感应电流方向沿逆时针方向感应电流的磁场B′的方向(4)该小组同学通过实验探究，对楞次定律有了比较深刻的认识。结合以上实验，有同学认为，理解楞次定律，关键在于抓住________(选填“B0”或“B′”)总是要阻碍______(选填“B0”或“B′”)磁通量的变化。答案(1)C(2)顺时针(3)垂直纸面向外(4)B′B0解析(1)从电路来看，这两个电路有一点是不同的，在图甲中，接电池正极的是电流表的正接线柱，而图乙中，接电池正极的是电流表的负接线柱，故它们的指针偏转方向不相同，说明这一步是在判断电流方向与指针的偏转方向的关系，即选项C正确。(2)由于电流表的指针是向右偏转的，说明电流是从电流表的正接线柱流入的，也就是在螺线管中，电流方向是沿我们看到的线斜向上的，如果从上往下看，则是沿顺时针方向。(3)由于表格中已经判断出感应电流的方向是沿逆时针方向的，故由右入定则可判断出感应电流的磁场B′的方向是垂直纸面向外的。(4)对楞次定律的理解时，是感应电流的磁场总是阻碍原磁场的磁通量的变化，故第一个空应该填B′，第二个空应该填B0。角度3探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系【例8】(2022·广西桂林模拟)某班物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图12甲、乙所示。(1)下列说法正确的是________。A.为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数B.变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”C.可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响D.测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量E.变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈F.变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用(2)如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是__________。丙图12A.与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力B.若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变C.若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起(3)理想变压器是一种理想化模型。请分析说明该模型应忽略哪些次要因素；并证明：理想变压器原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。答案(1)CDF(2)AC(3)见解析解析(1)如果原线圈匝数小于副线圈匝数，则副线圈的电压会大于原线圈的电压，电压升高，容易有危险存在，选项A错误；变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，选项B错误；可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，选项C正确；测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，选项D正确；变压器开始正常工作后，铁芯能把磁场的变化传给副线圈，故能量也由原线圈输送到副线圈，选项E错误；变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用，选项F正确。(2)线圈通电后，会产生磁性，对铁芯有吸引力，所以与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，选项A正确；若仅增加原线圈绕制的圈数，则副线圈的电压会变小，故小灯泡的亮度将变暗，选项B错误；若仅增加副线圈绕制的圈数，则副线圈的电压会增大，通过灯泡的电流会较大，从而引起原线圈的电流也增大而使电源过载，所以学生电源的过载指示灯可能会亮起，选项C正确。(3)理想变压器模型应忽略的次要因素如下：①不计漏磁，即通过原、副线圈每匝线圈的磁通量都相等，因而不计磁场能损失；②不计原、副线圈的电阻，因而不计线圈的热能损失；③不计铁芯中产生的涡流，因而不计铁芯的热能损失。综上，理想变压器在传输能量时没有能量损失。根据法拉第电磁感应定律，原、副线圈产生的感应电动势分别为E1＝n1eq\f(ΔΦ,Δt)、E2＝n2eq\f(ΔΦ,Δt)；因理想变压器不计原、副线圈的电阻，则线圈两端的电压等于它产生的感应电动势，即U1＝E1，U2＝E2，联立以上各式可得eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。角度4利用传感器制作简单的自动控制装置元件电阻及其大小的变化物理量的转换光敏电阻有光时电阻小，无光时电阻大光→电热敏电阻温度升高时电阻小，温度降低时电阻大温度→电电阻应变片受到拉力时，电阻变大，受到压力时电阻变小力→电电容式传感器当电容器的正对面积S、极板间距离d、极板间介质发生变化时，通过测定电容的大小就可以确定这个物理量的变化面积→电位移→电霍尔元件霍尔电压UH与磁感应强度B有线性关系磁→电【例9】(2022·河北高考，12)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13甲所示。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(结构如图乙所示)。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。图13(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图14操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图14甲所示，可判断是________断路损坏；若指针如图乙所示，可判断是____________断路损坏(用电路中的元件符号表示)。答案(1)CD(2)CABDEL1R1解析(1)按下S1后L2支路被短路，则L2不会发光，A错误；当锅内温度高于103℃时，S1断开，而要温度降到70℃以下时S2才会闭合，则此时L2可能发光，此时电路中R与R1和L1的串联部分并联，并联的整体再和L2、R2串联，则回路中并联的整体电阻RL＝10.42Ω，R并＝56.64Ω，则回路总电阻R总＝1067.06Ω，则回路总电流I总＝eq\f(E,R总)＝0.21A，则L2一定发光，此时并联的整体的电压为U并＝I总R并＝11.89V，则流过L1的电流为IL1＝eq\f(U并,RL1＋R1)＝eq\f(11.89,1000＋10.42)A＝0.012A，流过L1的电流小于30mA，则L1熄灭，B错误；由题知，S2在锅内温度高于80℃时自动断开，锅内温度降到70℃以下时S2自动闭合，C正确；当锅内温度低于70℃时，S2自动闭合，L2支路被短路，则L2不会发光，此时电路中R与R1和L1的串联部分并联，则此时流过L1的电流为IL1′＝eq\f(E,RL1＋R1)＝eq\f(220,1000＋10.42)A＝0.218A，则此时流过L1的电流大于30mA，则L1发光，D正确。(2)多用电表的操作步骤为：调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度——机械调零；将选择开关旋转到“×100”位置——选挡；将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指计指向欧姆零点——欧姆调零；测量指示灯L1两端的阻值——测量；将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡——关闭多用电表。故正确顺序为CABDE。由于使用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，如图甲可看出L1两端有1090Ω左右的电阻，则说明L1始终不亮的原因是L1断路损坏。由于使用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，如图乙可看出欧姆表的示数几乎为零，但由于RL＝10.42Ω此时选用的是“×100”挡则说明灯泡L1正常，则说明L1始终不亮的原因是R1断路损坏。高考题型五电学实验的迁移与创新角度1实验原理的变化测电阻可以是测量导体的电阻，也可以是测量电表的内阻，还可以是测量电源的内阻。不管哪种，理论依据都是欧姆定律或者闭合电路的欧姆定律。下面以测量电阻为例，分析实验原理的变化创新，注意与伏安法测电阻进行对比。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(I1（R1＋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的读数等于待测电阻的阻值比较法测得电阻箱R1的阻值及表、表的示数I1、I2，可得Rx＝eq\f(I2R1,I1)(电表阻值不计)半偏法断开S2，闭合S1，调节R0，使表满偏为I0，保持R0不变，闭合S2，调节R，使表读数为eq\f(I0,2)，则RA＝R(电压半偏法同学们自行思考)【例10】(2022·全国甲卷，22)某同学要测量微安表内阻，可利用的实验器材有：电源E(电动势1.5V，内阻很小)，电流表(量程10mA，内阻约10Ω)，微安表(量程100μA，内阻Rg待测，约1kΩ)，滑动变阻器R(最大阻值10Ω)，定值电阻R0(阻值10Ω)，开关S，导线若干。图15(1)将图15中所示的器材符号连线，画出实验电路原理图；(2)某次测量中，微安表的示数为90.0μA，电流表的示数为9.00mA，由此计算出微安表内阻Rg＝________Ω。答案(1)见解析图(2)990解析(1)为了准确测出微安表两端的电压，可以让微安表与定值电阻R0并联，再与电流表串联，通过电流表的电流与微安表的电流之差，即为流过定值电阻R0的电流，从而求出微安表两端的电压，进而求出微安表的内阻。由于电源电压过大，并且为了测量多组数据，滑动变阻器采用分压式接法，实验电路原理图如图所示。(2)流过定值电阻R0的电流I＝IA－IG＝9.00mA－0.09mA＝8.91mA加在微安表两端的电压U＝IR0＝8.91×10－2V微安表的内阻Rg＝eq\f(U,IG)＝eq\f(8.91×10－2,90.0×10－6)Ω＝990Ω。1.(2021·福建高考，11)某实验小组使用多用电表和螺旋测微器测量一长度为80.00cm电阻丝的电阻率，该电阻丝的电阻值约为100～200Ω，材料未知，实验过程如下：图16(1)用螺旋测微器测量该电阻丝的直径，示数如图16(a)所示，该电阻丝的直径为______mm。(2)对多用电表进行机械调零。(3)将多用电表的选择开关旋至______倍率的电阻挡(选填“×1”“×10”“×100”或“×1k”)。(4)将黑、红表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在电阻挡零刻度线。(5)将黑、红表笔并接在待测电阻丝两端，多用电表的示数如图(b)所示。该电阻丝的电阻值为________Ω。(6)测量完成之后，将表笔从插孔拔出，并将选择开关旋到“OFF”位置。(7)实验测得的该电阻丝的电阻率为________Ω·m(结果保留3位有效数字)。答案(1)1.414(1.413～1.416都对)(3)×10(5)160(7)3.14×10－4解析(1)根据螺旋测微器读数规则，该电阻丝的直径为d＝1mm＋0.414mm＝1.414mm。(3)根据中值电阻为“15”，测量电阻值约为100～200Ω，要使指针指在中值电阻附近，应该将多用电表的选择开关旋至×10倍率的电阻挡。(5)根据多用电表欧姆挡读数规则，该电阻丝的电阻值为16×10Ω＝160Ω。(7)电阻丝长度L＝80.00cm＝0.8000m，横截面积S＝eq\f(πd2,4)＝1.57×10－6m2由电阻定律R＝eq\f(ρL,S)，解得实验测得的该电阻丝电阻率为3.14×10－4Ω·m。2.(2022·山东高考，14)某同学利用实验室现有器材，设计了一个测量电阻阻值的实验。实验器材：干电池E(电动势1.5V，内阻未知)；电流表A1(量程10mA，内阻为90Ω)；电流表A2(量程30mA，内阻为30Ω)；定值电阻R0(阻值为150Ω)；滑动变阻器R(最大阻值为100Ω)；待测电阻Rx；开关S，导线若干。测量电路如图17所示。图17(1)断开开关，连接电路，将滑动变阻器R的滑片调到阻值最大一端。将定值电阻R0接入电路；闭合开关，调节滑片位置。使电流表指针指在满刻度的eq\f(1,2)处。该同学选用的电流表为________(选填“A1”或“A2”)；若不考虑电池内阻。此时滑动变阻器接入电路的电阻值应为________Ω。(2)断开开关，保持滑片的位置不变。用Rx替换R0，闭合开关后，电流表指针指在满刻度的eq\f(3,5)处，则Rx的测量值为________Ω。(3)本实验中未考虑电池内阻，对Rx的测量值________(选填“有”或“无”)影响。答案(1)A160(2)100(3)无解析(1)若不考虑电池内阻，且在电池两端只接R0时，电路中的电流约为I＝eq\f(E,R0)＝eq\f(1.5,150)A＝10mA，因I<eq\f(30,2)mA，所以闭合开关，调节滑片位置，要使电流表指针指在满刻度的eq\f(1,2)处，则该同学选用的电流表应为A1；若不考虑电池内阻，根据闭合电路的欧姆定律有E＝eq\f(Im,2)(R＋R0＋RA1)，计算出R＝60Ω。(2)断开开关，保持滑片的位置不变，用Rx替换R0，闭合开关后，有E＝eq\f(3Im,5)(R＋Rx＋RA1)代入数据有Rx＝100Ω。(3)若考虑电池内阻，根据闭合电路的欧姆定律有E＝eq\f(Im,2)[(R＋r)＋R0＋RA1]E＝eq\f(3Im,5)[(R＋r)＋Rx＋RA1]联立计算出的Rx不受电池内阻r的影响。3.(2022·广东高考，12)弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件，某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系，实验过程如下：(1)装置安装和电路连接如图18(a)所示，导电绳的一端固定，另一端作为拉伸端，两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图(b)所示的电路中。(2)导电绳拉伸后的长度L及其电阻Rx的测量①将导电绳拉伸后，用刻度尺测量并记录A、B间的距离，即为导电绳拉伸后的长度L。②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端。断开开关S2，闭合开关S1，调节R，使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I1。③闭合S2，电压表的示数____________(选填“变大”或“变小”)。调节R使电压表的示数仍为U，记录电流表的示数I2，则此时导电绳的电阻Rx＝____________(用I1、I2和U表示)。④断开S1，增大导电绳拉伸量，测量并记录A、B间的距离，重复步骤②和③。(3)该电压表内阻对导电绳电阻的测量值____________(选填“有”或“无”)影响。(4)图(c)是根据部分实验数据描绘的Rx－L图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上，当机械臂弯曲后，测得导电绳的电阻Rx为1.33kΩ，则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为________cm，即为机械臂弯曲后的长度。图18答案(2)③变小eq\f(U,I2－I1)(3)无(4)51.80解析(2)闭合S2后，并联部分的电阻减小，根据闭合电路欧姆定律，电压表的示数变小。导电绳两端的电压为U，流过导电绳的电流为I2－I1，导电绳的电阻Rx＝eq\f(U,I2－I1)。(3)在闭合S2之前，电流表I1的示数包括定值电阻的电流和电压表分得的电流，闭合S2之后，加在电压表两端的电压保持不变，因此流过电压表和定值电阻的总电流仍为I1，故流过导电绳的电流是I2－I1，与电压表内阻无关，电压表内阻对测量没有影响。(4)由题图(c)可知，导电绳拉伸后的长度为51.80cm。4.(2021·湖南高考，12)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R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0，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19(a)连接；(c)图19(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θ和电流表示数I，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k，与纵轴截距为d，设单位角度对应电阻丝的阻值为r0，该电池电动势和内阻可表示为E＝________，r＝________(用R0、RA、k、d、r0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r0，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r0，可得该电池的电动势和内阻。答案(2)b(4)eq\f(r0,k)eq\f(dr0,k)－RA－R0(5)见解析图解析(2)为了保护电流表，闭合开关前应使电路中的电阻最大，故金属夹应夹在电阻丝的b端。(4)由闭合电路的欧姆定律得E＝I(r＋RA＋R0＋θr0)，整理得eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)(r＋RA＋R0)＋eq\f(r0,E)θ，结合题图(b)可得k＝eq\f(r0,E)，d＝eq\f(1,E)(r＋RA＋R0)，解得E＝eq\f(r0,k)，r＝eq\f(dr0,k)－RA－R0。(5)实验电路图如图所示，先将单刀双掷开关S接1，记下电流表的示数I0，然后将单刀双掷开关S接2，移动金属夹的位置，直到电流表的示数为I0，记下此时接入电路的电阻丝对应的圆心角θ0，则r0＝eq\f(R0,θ0)。1.(2021·广东高考，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1所示连接好电路进行测量。图1①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，应该将滑动变阻器的滑片移到b端。②将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D，调节滑动变阻器和电阻箱，使电压表和电流表的示数与改接前一致，则R01＝R02＋RT，所以R01＞R02，RT＝R01－R02。2.(2022·北京延庆区一模)多用电表是物理实验室常用的仪表之一，在练习使用多用电表的实验中(1)小敏同学测量20V左右的交流电压①下列操作不合理的是________。A.先调节图2乙中的T旋钮，使指针指向左侧零刻度B.将挡位K调至50VC.测量并读数②指针位置如图2甲所示，则此交变电流的电压为________V。图2(2)小白同学用多用电表的欧姆挡粗略测量一定值电阻的阻值Rx，先把选择开关旋到“×100”挡位，测量时发现指针偏转过小。①应适当使流过欧姆表表头的电流变______________。②接下来的操作顺序是________。a.将两表笔短接，调节欧姆挡调零旋钮，使指针对准刻度盘上欧姆挡的零刻度，然后断开两表笔b.旋转选择开关至交流电压最大量程处(或“OFF”挡)，并拔出两表笔c.将选择开关旋到“×10”挡d.将选择开关旋到“×1k”挡e.将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出阻值Rx，断开两表笔答案(1)①A②22.0(2)①大②daeb解析(1)①先调节图乙中的机械调零旋钮S，使指针指向左侧零刻度，故A错误；将挡位K调至50V，指针指在读数20左右，测量并读出数值，故B、C正确。②指针指在刻度22，则此交变电流的电压为22.0V。(2)①指针偏转过小，即流过欧姆表表头的电流太小，应适当使流过欧姆表表头的电流变大。②应选择更大的挡位，将选择开关旋到“×1k”挡；然后将两表笔短接，调节欧姆挡调零旋钮，使指针对准刻度盘上欧姆挡的零刻度，然后断开两表笔；将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出阻值Rx，断开两表笔；最后旋转选择开关至交流电压最大量程处(或“OFF”挡)，并拔出两表笔，所以操作顺序是daeb。3.(2022·广东广州一模)利用输出电压为3V的恒压电源、量程为0～0.6A的电流表(内阻不计)、定值电阻、阻值随长度均匀变化的电阻丝(长度为0.05m，总阻值为25Ω)、弹簧(电阻不计)、开关、导线，改装成如图3甲的测力计。图3(1)图3甲的电路中，定值电阻的作用是___________________________，阻值至少为________Ω；(2)弹簧所受拉力F与其伸长量ΔL的关系如图乙所示。若定值电阻为10Ω，则电流表的示数I与弹簧所受拉力F的关系式I＝______(A)，可知由电流表改装的测力计刻度______(选填“均匀”“不均匀”)，当电流表的示数为0.3A，对应标示的力为______N。答案(1)保护电流表5(2)eq\f(60,700－F)不均匀500解析(1)电路中接入定值电阻的目的是对电流表起保护作用，防止当P移动到电阻丝的最右端时电流表被烧坏；当电路中电流达到最大时，电路中的总电阻最小值为R＝eq\f(E,I)＝eq\f(3,0.6)Ω＝5Ω，所以定值电阻至少为5Ω。(2)由图乙可知F＝kΔL，k＝1×104N/m设定值电阻为R，电阻丝总电阻为RL，移动距离为x＝ΔL，由闭合电路欧姆定律有I＝eq\f(E,R＋Rx)，又Rx＝RL－eq\f(ΔL,L)RL联立可得I＝eq\f(E,R＋RL－\f(F,kL)·RL)＝eq\f(60,700－F)由上式可得：拉力F与I是非线性关系，所以由电流表改装的测力计刻度不均匀；当电流表的示数为0.3A，代入I＝eq\f(60,700－F)可得F＝500N，所以对应标示的力为500N。4.(2022·湖南高考，12)小梦同学自制了一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表，其内部结构如图4所示，R0为调零电阻(最大阻值为R0m)，Rs、Rm、Rn为定值电阻(Rs＋R0m<Rm<Rn)，电流计G的内阻为RG(Rs≪RG)。用此欧姆表测量一待测电阻的阻值，回答下列问题：图4(1)短接①②，将单刀双掷开关S与m接通，电流计G示数为Im；保持电阻R0滑片位置不变，将单刀双掷开关S与n接通，电流计G示数变为In，则Im________In(选填“大于”或“小于”)；(2)将单刀双掷开关S与n接通，此时欧姆表的挡位为________(选填“×1”或“×10”)；(3)若从“×1”挡位换成“×10”挡位，调整欧姆零点(欧姆零点在电流计G满偏刻度处)时，调零电阻R0的滑片应该________调节(选填“向上”或“向下”)；(4)在“×10”挡位调整欧姆零点后，在①②间接入阻值为100Ω的定值电阻R1，稳定后电流计G的指针偏转到满偏刻度的eq\f(2,3)；取走R1，在①②间接入待测电阻Rx，稳定后电流计G的指针偏转到满偏刻度的eq\f(1,3)，则Rx＝________Ω。答案(1)大于(2)×10(3)向上(4)400解析(1)根据题意可知Rm<Rn，所以开关拨向m时电路的总电阻小于开关拨向n时电路的总电阻，电源电动势E不变，根据I＝eq\f(E,R总)可知Im>In；(2)当开关S拨向n时，全电路的总电阻较大，中值电阻较大，能够接入待测电阻的阻值更大，所以开关S拨向n时对应欧姆表的挡位倍率较大，即×10；(3)从“×1”挡位换成“×10”挡位，即开关S从m拨向n，全电路电阻增大，干路电流减小，①②短接时，为了使电流表满偏，则需要增大通过电流计G所在支路的电流，所以需要将R0的滑片向上调节；(4)设欧姆表内部等效电阻为R，根据闭合电路欧姆定律有eq\f(2,3)Ig＝eq\f(E,R＋R1)，eq\f(1,3)Ig＝eq\f(E,R＋Rx)，Ig＝eq\f(E,R)，联立解得Rx＝400Ω。5.(2022·全国乙卷，23)一同学探究阻值约为550Ω的待测电阻Rx在0～5mA范围内的伏安特性。可用器材有