2024年高考物理热点：重难点 电学实验（解析版） (二)

重难点力与物体的平衡

.命题趋势

1.命题情境具有一定的问题性、真实性、探究性或开放性。试题的任务情境呈现出类型多样、、具有一定复杂

程度和开放性等特点的真实情境。电学实验以电学量测量为基础，借助数学知识探究较为抽象的物理量。

2.高考在考查电学实验知识的同时也注重考查实验能力，并且把对能力的考查放在首要位置。

3.命题中更多出现数字实验，创新实验方式等数字实验室系统，它们利用传感数据采集器等收集实验数据，

用计算机软件分析实验数据、得出实验结论。试题经常出现利用数字实验或云技术平挥决一些用常规方法

难以实现的疑难实验，或利用手机等信息技术工具捷地解决某些物理学习问题。

4.电学设计性实验题充分体现了探究性和应用性,源于教材却又高于教材,侧重考查同学们的综合实验素质

和利用基本原理,方法进行创新的能力，力求达到“只有亲自动手做过实验并能进行再思考的考生才能得高

分”的命题思想。

5.电学实验主要考查电阻率的测量、电源电动势和内阻的测量、了解伏安法、差值法、半偏法、等效法、电桥法

等测电阻的方法。会用传感器控制电路、设计相关实验方案.学会替换和改装电表进行实验.会利用电学实

验知识探究创新实验方案。

d筵诠释

1、电阻率的测量原理

由月=呼得。="：=二上旦，因此，只要测出金属丝的长度/、直径d和金属丝的电阻凡即可求出金属丝的

电阻率p.

2、测电动势和内电阻的原理

1.伏安法

甲

闭合电路的欧姆定律E=/A+/r,电路图如图所示.

3.伏阻法

闭合电路欧姆定律E=U+：r,电路图如图所示.

3、电表的改装与校准

电表的两种改装的比较

改装成大量程电压表改装成大量程电流表

Wr

内部电路…C—、/二巫二

©—h

i-O-i

改装原理串联分压并联分流

所需电阻

R=RgR-I-I

阻值3

改装后

U=lg(Rg+R)I=-^I9

的量程

1~~-------Ph保蟠薪斫，

农

校准电路

4、测量电路与控制电路的选择

1.电流表的内、外接法

内接法外接法

1—0—11

电路图-®HLO-L

电流表分压电压表分流

误差原因

。测=Ux+UA/测=/x+/]/

电阻测量值

测

DU

P-U测测二一陶

测-/测

=R+RA>RXRxRv

x=Rx+Rv<口乂

测量值大于真实值

测量值小于真实值

适用于测量大阻值电阻小阻值电阻

两种电路当R或Rx>、RARV时，选用电流表内接法

选择标准当％》Rx或Rx<、RARV时，选用电流表外接法

2.滑动变阻器两种连接方式的对比

限流接法分压接法对比说明

串、并联关

电路图

系不同

负载A上电压调节范RE<U<E

0<U<E分压电路调节范围大

围（不计电源内阻）R+Ro

闭合S前触头位置b端a端都是为了保护电路元件

3.滑动变阻器两种接法的选择

滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且不要求电压从零开始变化，通常情况下，由于限流式结

构简单、耗能少，优先使用限流式.

滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况：

①要求电压表能从零开始读数，要求电压（电流）测量范围尽可能大；

②当待测电阻凡》成滑动变阻器的最大阻值）时（限流式接法滑动变阻器几乎不起作用）；

③若采用限流式接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许的最大电流.

五、差值法测电阻

1.电流表差值法（如图所示）

⑴基本原理：定值电阻己的电流/（）=/2-/1，电流表的电压（/2-/l）Ro.

⑵可测物理量：

①若凡为已知量，可求得电流表@的内阻r尸"二空；

②若公为已知量，可求得品=.

kh

2.电压表差值法（如图所示）

⑴基本原理：定值电阻国的电压4=&-U”电压表61）的电流/k‘

/«4i

⑵可测物理量：

①若国为已知量，可求得电压表⑨的内阻

LUR

IkUi

②若八为已知量，可求得％=上匚/

5、半偏法测电表内阻

1.电流表半偏法（电路图如图所示）

s,

（1）实验步骤

①先断开&,再闭合S，将凡由最大阻值逐渐调小，使电流表读数等于其量程儿

②保持凡不变，闭合S，将电阻箱乂由最大阻值逐渐调小，当电流表读数等于时记录下乂的值，

9

则斤人二斤2.

（2）实验原理

当闭合&时，因为兄，故总电流变化极小，认为不变仍为/m,电流表读数为与，则兄中电流为4,

所以外=品.

（3）误差分析

①测量值偏小：％测=总＜已真.

②原因分析：当闭合&时，总电阻减小，总电流增大，大于原电流表的满偏电流，而此时电流表半偏，所以

流经乂的电流比电流表所在支路的电流大，色的电阻比电流表的电阻小，而我们把总的读数当成电流

表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小.

③减小误差的方法：选电动势较大的电源E，选阻值非常大的滑动变阻器吊，满足E.

2.电压表半偏法（电路图如图所示）

⑴实验步骤

②保持凡的滑动触头不动，调节昆，当电压表读数等于：Um时记录下乂的值，则A尸乂.

(2)实验原理：Rv»R，用接入电路时可认为电压表和乂两端的总电压不变，仍为Um，当电压表示数调

为与时，兄两端电压也为斗，则二者电阻相等，即R产危.

(3)误差分析

①测量值偏大：片小测二月2＞凡慎

②原因分析：当R的阻值由零逐渐增大时，斤2与电压表两端的总电压也将逐渐增大，因此电压表读数等

于』4时，马两端的电压将大于,Um,使品〉儿，从而造成儿的测量值偏大.显然电压表半偏法适

用于测量内阻较大的电压表的电阻.

③减小误差的方法：选电动势较大的电源E,选阻值较小的滑动变阻器尺，满足凡《丹-

6、等效替代法测电阻

如图所示，先让待测电阻串联后接到电动势恒定的电源上，调节品，使电表指针指在适当位置读出电表示

数；然后将电阻箱串联后接到同一电源上，保持兄阻值不变，调节电阻箱的阻值，使电表的读数仍为原来记

录读数，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值.

7、电桥法测电阻

⑴操作：如图甲所示，实验中调节电阻箱吊，使灵敏电流计G的示数为0.

(2)原理：当/G=0时，有4=0,则%=“3,U声URC电路可以等效为如图乙所示.

根据欧姆定律有==詈，券=詈，由以上两式解得日息=RR3或o1=o3,这就是电桥平衡的

niri2ri3rixFrix

条件，由该平衡条件可求出被测电阻凡的阻值.

八、定值电阻在电学实验中的应用

定值电阻在电路中的主要作用

⑴保护作用：保护电表，保护电源.

（2）测量作用：已知电压的定值电阻相当于电流表，已知电流的定值电阻相当于电压表，主要有如图所示两

种情况：

I-i-（SN

甲乙

图甲中流过电压表乙的电流：/2='4；

图乙中电流表4两端的电压。2=（卜加R；

⑶扩大作用：测量电路中用来扩大电表量程；当待测电阻过小时，可串联定值电阻用来扩大待测量.

重难通关练

（建议用时：30分钟）

一、

（2023•山东枣庄•统考三模）光伏电池是将太阳能转化为电能的装置，由于其能量来源于“取之不尽”

的太阳能辐射，而且清洁、安全、无污染，目前已广泛应用于人们生活的各个方面。小明家里就安装了一套

太阳能庭院灯，小明和科技小组的同学拆下了其中的光伏电池，欲测量其电动势和内阻。通过查阅铭牌，他

们了解到电池规格为“12V2Q64?”，高亮度LED照明灯的规格为a3W10「。

（1）若通过分压电阻保证LE。灯正常发光，则给光伏电池充满电后，理论上可使/灯连续照明

h；

（2）实验室可提供的器材如下：

①电流表4（量程0.64内阻约为2Q）

②电压表V（量程15U,内阻约为10AQ）

③滑动变阻器国（0~20Q）

④电阻箱乂（最大阻值99Q,最小分度0.1。）

⑤电阻箱鼻（最大阻值999Q,最小分度1Q）

⑥单刀单掷开关8、单刀双掷开关&及导线若干

为测量该电池的电动势和内阻，该小组设计了如图甲所示的电路，并按以下步骤进行操作：

①闭合开关S，断开开关&,调节滑动变阻器凡使电流表指针满偏；

②保持滑片尸不动，把开关8与1接通，调节电阻箱使电流表指针半偏，读出电阻箱的阻值人则可得电流

表的内阻乂=，该测量值______真实值（选填“大于”“小于”或“等于”），其中电阻箱应选择

6

(选填“3”或“&')；

③闭合开关S，把开关$与2接通，调节滑动变阻器阻值，记下多组电流表的示数/和相应电压表的示数

U；

④以U为纵坐标，/为横坐标，作出U-/图线如图乙所示，图线斜率为k,纵截距为h根据图线求得电动势

(3)在不计电流表内阻测量误差的情况下，测量电动势和内阻时电流表和电压表(选填“会”或“不

会”)引起系统误差。

【答案】20r0小于R2b-k-r0不会

【解析1(1)[1]由题意可知LE。灯的额定电压为101/，故通过分压电阻保证LE。灯正常发光后，LED灯两

端电压为10V,则理论上可使LED灯连续照明时间为

t=''=20/7

(2)[2]调节电阻箱使电流表指针半偏，读出电阻箱的阻值心则电流表的内阻约等于电阻箱的阻值人即

RA=r0

[3]开关8与1接通，电路中的总电阻减小，根据闭合回路欧姆定律可知，电路中的总电流增大，通过H的

电流大于满偏电流，通过电阻箱的电流大于电流表的电流，电阻箱的电阻小于电流表的电阻，则测得的电流

表内阻小于真实值；

[4]由于电流表内阻较小，应选择分度值较小的乂；

[5][6]根据闭合回路欧姆定律

E=U+l(r+r0)

可得

U=E-/(r+r0)

纵截距为h则

E=b

图线斜率为k,则

_(r+rj=k

故

r=-k-r0

(3)[7]在不计电流表内阻测量误差的情况下，由上述分析可知测量电动势和内阻时电流表和电压表不会引

起系统误差。

题目2(2024・海南•校联考一模)有一温度敏感元件，室温下它的阻值约为10Q,某实验小组想要研究这温度

敏感元件的电阻与温度的关系，实验室可供选择的实验器材还有：

A.电压表1/(量程0~3U,内阻约为102)

B.电流表4量程0~0.6A内阻约为1Q)

C.滑动变阻器吊(阻值范围0~10Q,允许的最大电流为2A)

D.滑动变阻器总（阻值范围0~200Q,允许的最大电流为1A）

E.干电池2节

F.开关、导线若干

⑴实验过程中要求流过被测元件的电流从零开始逐渐增加，滑动变阻器应该选用（填器材前面的

字母序号）。

⑵请用笔画线代替导线将图中实验电路的实物图补充完整o

⑶被测元件的阻值R可根据电压表的读数U和电流表的读数/求出，通过调节滑动变阻器接入电路的阻

值，得到多组U、/数据，并对应求出多个A值。根据测得的数值作出如图所示的A-U图像，根据图像可

知，这一温度敏感元件属于（填选项前的字母序号）。

金属材料制成的热敏电阻B.半导体材料制成的热敏电阻

⑷当电压表读数为11/时，被测元件的发热功率为M用分数表示），室温状态下被测元件的阻值为

Q（保留2位有效数字）。

【解析1（1）[1]实验过程中要求流过被测元件的电流从零开始逐渐增加，滑动变阻器接成分压电路，则应该

选用阻值较小的C

（2）[2]电压表的内阻远大于待测电阻，则应该采用电流表外接电路，则实物连线如图；

(3)[3]由图像可知，该元件的电阻随电压增加(温度升高)阻值减小，可知这一温度敏感元件属于半导体材

料制成的热敏电阻，故选B；

(4)[4][5]当电压表读数为1V时，被测元件的电阻为6Q,则发热功率为

LF121

p=__=一w=——W

由图像可知室温状态下(U=0时)被测元件的阻值为8.2Q。

(2023-浙江宁波・统考模拟预测)某同学买了一卷铜导线，想在不拆散导线卷情况下，测定带卷铜导线

的长度。

(1)该同学剥去导线末端的少许绝缘皮，用螺旋测微器测铜导线直径，如图⑸所示，该铜导线直径为

mm。

(a)(b)(c)

(2)该同学找来实验器材来测量该卷铜导线的总电阻G*,电路图如图(b),其中兄=0.6Q,乂=100。，G为

灵敏电流计，鼻为电阻箱，电路其余部分电阻均不计。

(W关闭合前，滑动变阻器滑片应置于端(填“4”或“B”)；

②闭合开关并移动变阻器滑片，发现电流计有示数。调节电阻箱，使电流计指针稳定指向中央零刻度线，此

时电阻箱阻值如图(。，则该卷铜导线的电阻为Q;

③己知铜导线的电阻率为1.78x该同学测得导线的实际长度为取3.14,保留一位小

勘。

【答案】1.779/1.780/1.781A0.4055.7/55.8/55.9/56.0/56.1

【解析】⑴[1]该铜导线直径为1.5mm+0.01mmx28.0=1.780mm。

⑵①开[2]关闭合前，滑动变阻器滑片应置于4端；

②[3]当电流计指针稳定指向中央零刻度线时，电阻箱的阻值为危=1500,则

R?R3

瓦R

解得

Rx=0.40Q

（3）[4]根据

M3

解得

.冢/几3.11X（1.7^1Xhr^^xo.1

L=""----------------------------i--------m=55.9m

-lo4x17AX1（1T*

（2023•安徽•校联考二模）某实验小组要测量一段粗细均匀的金属丝的电阻率。

⑴用螺旋测微器测待测金属丝的直径如图甲所示，可知该金属丝的直径d=mm。

图甲图乙

（2）用多用电表粗测金属丝的阻值。当用电阻“x10”挡时，发现指针偏转角度过大，应换用倍率为

（填“x1”或“X100”）挡，在进行一系列正确操作后，指针静止时位置如图乙所示，其读数为Qo

（3）为了更精确地测量金属丝的电阻率，实验室提供了下列器材：

A.电流表”量程0.64内阻较小可忽略）B.保护电阻R

C.电源（输出电压恒为U）D,开关S、导线若干

①实验小组设计的测量电路如图丙所示,调节接线夹在金属丝上的位置，测出接入电路中金属丝的长度L

闭合开关，记录电流表4的读数/。

②改变接线夹位置，重复①的步骤，测出多组/■与/的值。根据测得的数据，作出如图丁所示的图线，横轴表

示金属丝长度/■（单位：m）,则纵轴应用（填或"j/A"'）表示；若纵轴截距为h斜率为k,可

得％=,金属丝的电阻率「=（用题中给出的已知物理量U、b、k、d等表示）。

③关于本实验的误差，下列说法正确的是（填选项字母）。

A.电表读数时为减小误差应多估读几位

B.用图像求金属丝电阻率可以减小偶然误差

C.若考虑电流表内阻的影响，电阻率的测量值大于真实值

【答案】0.720x111.0~/A-'bUB

【解析】⑴[1]根据螺旋测微器的读数规律，该读数为

0.5+0.01x22.0mm=0.720mm

(2)[2][3]当用电阻“x10挡时，发现指针偏转角度过大，表明电阻过小，为了减小读数的偶然误差，换用“

x1,挡，则指针静止时位置的读数为

11.0x1Q=11.0Q

(3)[4][5][6]根据欧姆定律有

根据电阻定律有

用=P-7777

解得

14P吊

ITTUtfU

则纵轴应用来表示。

根据图像有

几

b,k=ip

解得

R沪bU,

③[7]4电表读数时应该根据量程确定精度，由出现不精确的位次选择估读的位次，因此电表读数时多估

读几位并不能减小误差，4错误；

B.图像法处理实验数据时，能够尽量利用到更多的数据，减小实验产生的偶然误差，即用图像求金属丝电

阻率可以减小偶然误差，B正确；

C.根据上述分析过程

1_I，，I+凡4

电阻率是根据图线的斜率求解的，令斜率为k,即

4o

FU4k

可见电阻率的测量值与是否考虑电流表的内阻无关，C错误。

故选B。

实验课上某同学测量一个均匀新材料制成的圆柱体电阻凡的电阻率P。

①该同学首先用游标卡尺测得该圆柱体的长度，再用螺旋测微器测得该圆柱体的直径d如图甲所示，则d

=mm；

②该同学用多用电表粗略测得该圆柱体电阻约为30。,为精确测量其电阻阻值，现有3.01/的干电池组、开

关和若干导线及下列器材：

A.电压表0~31/,内阻约3/（QB.电流表0~2mA,内阻凡=50Q

C.定值电阻10QD.定值电阻1。

E.滑动变阻器0~10Q

测量电路如图乙所示，图中分流电阻兄应选（填器材前面的序号）；

某次实验中电压表读数为U、电流表读数为/,则该圆柱体的电阻表达式为凡=（用字母U、/、Rg、

国表示）。

【答案】3.851/3.852/3.853DV一成.上

/（凡♦一）

【解析】①[1]由图示螺旋测微器可知，其示数

d-3.5mm+35.2x0.01mm=3.852mm

②[2]通过圆柱体电阻的最大电流约为

/=互=.八=0.1方=100mA

%30

应并联一个分流电阻，其阻值为

R=/"==1Q

//.

图中分流电阻凡应选0。

[3]该圆柱体的电阻表达式为

*hJ1+公/（/t+R,）

心脏除颤器通过一个充电的电容器对心颤患者皮肤上的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，

使心脏完全停止跳动，再刺激心颤患者的心脏恢复正常跳动。现用图甲所示电路观察心脏除颤器中电容器

的充、放电过程。电路中的电流传感器可以捕捉瞬时的电流变化，它与计算机相连，可显示电流随时间的变

化。图甲直流电源电动势E=8K内阻不计，充电前电容器带电量为零。先使S与“1”端相连，电源向电容

器充电。充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的曲线如图

乙所示。

电

流

传

感

器

。

反”)

或“相

同”

填“相

(选

方向

电流

R。的

过电阻

中，通

过程

放电

电与

器充

电容

⑴在

选填

S2(

积S|

的面

部分

阴影

图中

，乙

面积

成的

所围

间轴

应时

与对

图像

曲线

为/V

阴影

图像

(2)

”)。

或“二

“>”、

)

数字

有效

两位

(保留

Fo

值为

电容

器的

电容

,则该

As

2.41m

知S=

⑶已

“>"或

选填

乂(

阻值H

可判断

乙两图

由甲、

(4)

<

"尸

xIO

3.0

=

相反

】

【答案

右，

方向向