第20讲.电学实验（原卷版）-2024高考二轮复习

2024高考二轮复习二十五讲第20讲、电学试验第一部分织网点睛，纲举目张eq\a\vs4\al(一、仪器、仪表的读数)1．游标卡尺和螺旋测微器的读数(1)游标卡尺的读数游标尺精确度/mm测量结果(游标尺上第n条刻度线与主尺上的某刻度线对齐时)/mm刻度格数刻度总长度/mm每小格与1毫米差/mm1090.10.1主尺上读的毫米数＋0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数＋0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数＋0.02n(2)螺旋测微器的读数测量值＝固定刻度读数＋可动刻度读数(含估读)×0.01，单位为mm。(3)读数的三点留意①螺旋测微器读数时要估读，以毫米为单位，小数点后必需为3位，同时留意固定刻度上的半刻度线是否露出。②游标卡尺不估读，以毫米为单位，10分度卡尺读数结果小数点后只有1位；20分度和50分度卡尺读数结果小数点后有2位。③留意题目要求的单位是否为mm，若不是则要先以mm为单位读数，然后再换算为题目要求的单位。2．电流表和电压表的读数规章量程精确度读数规章电流表0～3A0.1A与刻度尺一样，接受eq\f(1,10)估读，读数规章较简洁，只需要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，接受eq\f(1,2)估读电压表0～15V0.5V估读位与最小刻度在同一位，接受eq\f(1,5)估读eq\a\vs4\al(二、以多用电表的原理及使用为核心的试验)1．多用电表的读数电流表、电压表的刻度是均匀的，读数时应留意量程；欧姆表的刻度是不均匀的，读数时应留意乘倍率。2．使用多用电表的六个留意事项(1)电流的流向：由于使用多用电表时不管测量什么，电流都要从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出，所以使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔。(2)要区分“机械零点”与“欧姆零点”：“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置，用表盘下边中间的指针定位螺丝调整；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，用欧姆调零旋钮调整。(3)测电阻时每变换一次挡位，都要重新进行欧姆调零。(4)选倍率：测量前应依据估量阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡的刻度不均匀，使用欧姆挡测电阻时，指针偏转过大或过小都有较大误差，通常只使用表盘中间的一段刻度范围。(5)测电阻时要将电阻与其他元件断开。测电阻时不要用手接触多用电表的表笔。(6)多用电表使用完毕应将选择开关旋至“OFF”挡或沟通电压最高挡。eq\a\vs4\al(三、以测电阻为核心的试验)1．试验器材的选择(1)电源的选择：一般依据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。(2)电表的选择：一般依据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表；依据待测电流的最大电流值选择电流表；电表的指针摇摆的幅度较大，一般应使指针能达到半偏左右。2．电流表内接法与外接法的选择比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差缘由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(RV,RV＋Rx)·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3.分压电路与限流电路的选择以小控大用分压，相差无几用限流，即当滑动变阻器的阻值较小时，常接受分压电路；当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时，常接受限流电路。另外，必需接受分压电路的状况有三种：①要求电压从零开头变化；②滑动变阻器太小，不能起到限流的作用；③要求猎取有区分度的多组数据。若两种电路均可，则接受限流式，由于限流式损耗功率小。eq\a\vs4\al(四、以描绘伏安特性曲线为核心的试验)高考对于电学元件特性曲线的考查并不局限于小灯泡，有时也会考查电源的伏安特性曲线，两者也经常结合起来考查小灯泡或电源实际功率的求解。对于描绘小灯泡的伏安特性曲线试验，其试验原理和设计思路为：1．试验原理在纯电阻电路中，电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系，但在实际电路中，由于各种因素的影响，I­U图像不再是一条直线。读出若干组小灯泡两端的电压U和电流I的读数，然后在坐标纸上以I为纵轴、以U为横轴画出I­U图线。2．设计思路eq\a\vs4\al(五、以测量电源的电动势和内阻为核心的试验)1．测量电源电动势和内阻的三种常用方案方案伏安法伏阻法安阻法原理E＝U＋IrE＝U＋eq\f(U,R)rE＝IR＋Ir电路图关系式U＝E－Ireq\f(1,U)＝eq\f(r,ER)＋eq\f(1,E)eq\f(1,I)＝eq\f(R,E)＋eq\f(r,E)图像纵轴截距：E斜率大小：r纵轴截距：eq\f(1,E)斜率：eq\f(r,E)纵轴截距：eq\f(r,E)斜率：eq\f(1,E)误差分析E测＜E真r测＜r真E测＝E真r测＞r真E测＜E真r测＜r真E测＝E真r测＞r真2．定值电阻在电路设计中的三种作用其次部分实战训练，高考真题演练1.（2023高考全国甲卷）（5分）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，试验所用电压表内阻约为6kΩ，电流表内阻约为1.5Ω，试验中有图（a）和（b）两个电路供选择。（1）试验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图（c）所示，该同学选择的电路为图（填“a”或“b”）（2）若选择另一电路图进行试验，在答题卡所给图上画出试验中应得到的关系曲线的示意图。2（10分）.（2023高考全国乙卷）一同学小组测量某金属丝（阻值约十几欧姆）的电阻率。现有试验器材：螺旋测微器、米尺、电源E、电压表（内阻格外大）、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）是同学设计的试验电路原理图。完成下列填空：（1）试验时，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）连续微调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（）0.971211.451.942.43（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高考山东高中学业水公平级考试）电容储能已经在电动汽车，风、光发电、脉冲电源等方面得到广泛应用。某同学设计图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程，器材如下：电容器C（额定电压，电容标识不清）；电源E（电动势，内阻不计）；电阻箱（阻值）；滑动变阻器（最大阻值，额定电流）；电压表V（量程，内阻很大）；发光二极管，开关，电流传感器，计算机，导线若干。回答以下问题：（1）依据图甲连接电路，闭合开关，若要上升电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向___________端滑动（填“a”或“b”）。（2）调整滑动变阻器滑片位置，电压表表盘如图乙所示，示数为___________V（保留1位小数）。（3）连续调整滑动变阻器滑片位置，电压表示数为时，开关掷向1，得到电容器充电过程的图像，如图丙所示。借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”试验中估算油膜面积的方法，依据图像可估算出充电结束后，电容器存储的电荷量为___________C（结果保留2位有效数字）。（4）本电路中所使用电容器的电容约为___________F（结果保留2位有效数字）。（5）电容器充电后，将开关掷向2，发光二极管___________（填“”或“”）闪光。4.（2023高考湖北卷）某试验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图（a）所示电路，所用器材如下：电压表（量程，内阻很大）；电流表（量程）；电阻箱（阻值）；干电池一节、开关一个和导线若干。（1）依据图（a），完成图（b）中的实物图连线__________。（2）调整电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次转变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。依据记录数据作出的图像如图（c）所示，则干电池的电动势为__________V（保留3位有效数字）、内阻为__________（保留2位有效数字）。（3）该小组依据记录数据进一步探究，作出图像如图（d）所示。利用图（d）中图像的纵轴截距，结合（2）问得到的电动势与内阻，还可以求出电流表内阻为__________（保留2位有效数字）。（4）由于电压表内阻不是无穷大，本试验干电池内阻的测量值__________（填“偏大”或“偏小”）。5.（2023高考选择性考试辽宁卷）导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆。现有一根用导电漆制成的截面为正方形的瘦长样品（固态），某同学欲测量其电阻率，设计了如图（a）所示的电路图，试验步骤如下：a．测得样品截面的边长a=0.20cm；b．将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触，其中甲、乙、丁位置固定，丙可在乙、丁间左右移动；c．将丙调整至某位置，测量丙和某探针之间的距离L；d．闭合开关S，调整电阻箱R的阻值，使电流表示数I=0.40A，读出相应的电压表示数U，断开开关S；e．转变丙的位置，重复步骤c、d，测量多组L和U，作出U—L图像如图（b）所示，得到直线的斜率k。回答下列问题：（1）L是丙到___________（填“甲”“乙”或“丁”）的距离；（2）写出电阻率的表达式ρ=___________（用k、a、I表示）；（3）依据图像计算出该样品的电阻率ρ=___________Ω∙m（保留两位有效数字）。6.（2）接受图1所示的电路图来测量金属丝的电阻率．①试验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在_________（填“M”或“N”）端．②依据图1连接实物图，如图2所示．闭合开关前检查电路时，发觉有一根导线接错，该导线为_________（填“a”“b”或“c”）．若闭合开关，该错误连接会带来的问题有_________．7.（2023高考海南卷）用如图所示的电路测量一个量程为100μA，内阻约为2000Ω的微安表头的内阻，所用电源的电动势约为12V，有两个电阻箱可选，R1（0~9999.9Ω），R2（99999.9Ω）（1）RM应选_________，RN应选_________；（2）依据电路图，请把实物连线补充完整_________；（3）下列操作挨次合理排列是______：①将变阻器滑动头P移至最左端，将RN调至最大值；②闭合开关S2，调整RM，使微安表半偏，并读出RM阻值；③断开S2，闭合S1，调整滑动头P至某位置再调整RN使表头满偏；④断开S1、S2，拆除导线，整理好器材（4）如图是RM调整后面板，则待测表头的内阻为_________，该测量值_________（填“大于”、“小于”、“等于”）真实值。（5）将该微安表改装成量程为2V的电压表后，某次测量指针指在图示位置，则待测电压为_________V（保留3位有效数字）。（6）某次半偏法测量表头内阻的试验中，S2断开，电表满偏时读出RN值，在滑动头P不变，S2闭合后调整电阻箱RM，使电表半偏时读出RM，若认为OP间电压不变，则微安表内阻为_________（用RM、RN表示）8．（2023全国高考新课程卷）（6分）在“观看电容器的充、放电现象”试验中，所用器材如下：电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。图（a）图（b）（1）用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时，红表笔应当与电池的________（填“正极”或“负极”）接触。（2）某同学设计的试验电路如图（a）所示。先将电阻箱的阻值调为R，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间的变化。电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变化状况可能是________。（填正确答案标号）A．快速变亮，然后亮度趋于稳定B．亮度渐渐增大，然后趋于稳定C．快速变亮，然后亮度渐渐减小至熄灭（3）将电阻箱的阻值调为，再次将开关S与“1”端相接，再次记录电流随时间的变化状况。两次得到的电流I随时间t变化如图（b）中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为________（填“R1”或“R2”）时的结果，曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的________（填“电压”或“电荷量”）。9．（2023年6月高考浙江选考科目）（5分）在“测量干电池的电动势和内阻”试验中（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U-I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）10．（2023年6月高考浙江选考科目）（2分）以下试验中，说法正确的是________（多选）。A．“观看电容器的充、放电现象”试验中，充电时电流渐渐增大，放电时电流渐渐减小B．“用油膜法估测油酸分子的大小”试验中，滴入油酸酒精溶液后，需尽快描下油膜轮廓，测出油膜面积C．“观看光敏电阻特性”和“观看金属热电阻特性”试验中，光照强度增加，光敏电阻阻值减小；温度上升，金属热电阻阻值增大D．“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”试验中，假如可拆变压器的“横梁”铁芯没装上，原线圈接入10V的沟通电时，副线圈输出电压不为零13.（2023高考福建卷）某同学用图（a）所示的电路观看矩形波频率对电容器充放电的影响。所用器材有：电源、电压传感器、电解电容器C（，），定值电阻R（阻值）、开关S、导线若干。（1）电解电容器有正、负电极的区分。依据图（a），将图（b）中的实物连线补充完整_________；（2）设置电源，让电源输出图（c）所示的矩形波，该矩形波的频率为_________；（3）闭合开关S，一段时间后，通过电压传感器可观测到电容器两端的电压随时间周期性变化，结果如图（d）所示，A、B为试验图线上的两个点。在B点时，电容器处于_________状态（填“充电”或“放电”）在_________点时（填“A”或“B”），通过电阻R的电流更大；（4）保持矩形波的峰值电压不变，调整其频率，测得不同频率下电容器两端的电压随时间变化的状况，并在坐标纸上作出电容器上最大电压与频率f关系图像，如图（e）所示。当时电容器所带电荷量的最大值_________C（结果保留两位有效数字）；（5）依据试验结果可知，电容器在充放电过程中，其所带的最大电荷量在频率较低时基本不变，而后随着频率的增大渐渐减小。第三部分思路归纳，内化方法1．试验器材的选择试验器材的选择原则平安、精确、便利，在保证不超过电压表和电流表量程的条件下尽量使指针偏角大些，精确度更高些试验器材的选择思路先估算回路中电流和电压的最大值，结合已知器材的规格，确定试验电路和试验器材电流表和电压表的选择①依据电源的参数来选择②依据电路中的最大电流(或者最大电压)来选择③依据用电器的额定电流(或者额定电压)来选择滑动变阻器的选择①用分压式接法时，应当选用最大阻值较小、额定电流较大的滑动变阻器②用限流式接法时，应当选用阻值和被测电阻接近的滑动变阻器2.电流表的内接法和外接法(1)若Rx＞eq\r(RARV)，则接受电流表内接法，此时R测＝eq\f(U测,I测)＝Rx＋RA＞Rx。(2)若Rx＜eq\r(RARV)，则接受电流表外接法，此时R测＝eq\f(U测,I测)＝eq\f(RxRV,Rx＋RV)＜Rx。3．实物图连线的留意事项(1)按从电源“＋”极到“－”极的挨次连接电路，对有多条回路的电路，可逐条连接。(2)电流表与被测电路串联，电流表不能直接接到电源两端；电压表与被测电路并联，电压表可以直接接到电源两端。两表“＋”接线柱均靠近电源“＋”极，“－”接线柱靠近电源“－”极。(3)滑动变阻器的限流式接法应“一上一下”；分压式接法应先将全部电阻丝接入电路，再将被测电路与滑动变阻器的上接线柱按电路图连接。(4)连接完成后检查是否与电路图全都，有无元件连接错误等。4．爱护电阻的处理为了爱护电路，一般会在电路中加入一个爱护电阻，例如在测电源电动势和内阻试验方案一中可将爱护电阻看成滑动变阻器的一部分；方案二中可将爱护电阻看成电源内阻的一部分，求解电源内阻时肯定要留意减去爱护电阻的阻值。5．电表的“三用”假如知道电表的内阻，则电流表、电压表既可以测电流，又可以测电压，还可以作为定值电阻来使用，即“一表三用”。第四部分最新模拟集萃，提升应试力量1.（2024四川雅安1月一诊）某爱好小组欲利用伏安法测量一未知电阻（阻值在0.4～0.6Ω之间），试验室供应如下器材：A.电压表（量程3V，内阻3kΩ）；B.电压表（量程3V，内阻3kΩ）；C.定值电阻（阻值4.5Ω）；D.电阻箱R（调整范围0～999.9Ω）；E.滑动变阻器（最大阻值10Ω）；F.电源E（电动势5V，内阻约1Ω）；G.开关一个；H.导线若干。（1）欲将电压表改装成量程为0.6A的电流表，需将电阻箱R调整至________Ω后与表并联（结果保留2位有效数字）。（2）由于待测电阻阻值过小，为保证电表读数总能在量程以上，需将定值电阻接入电路。图（a）所示电路图中合理的是________（选填“A”、“B”或“C”）；闭合开关前，滑动变阻器的滑片应调到变阻器的最________（选填“左”或“右”）端。（3）按合理的电路图完成试验，绘制出两电压表示数的关系如图（b）所示。由此可计算出待测电阻________Ω（结果保留1位有效数字）。（4）电源内阻不是精确     值，这对的测量结果________（选填“有”或“无”）影响。2.（2024江西红色十校9月联考）为了测量某电阻丝的电阻率，某同学依据试验供应的器材连接电路，电阻丝拉直后两端固定在带有刻度尺的绝缘底座两端的接线柱a、b上，c为金属夹，将电路连接完整后，调整金属夹的位置，可以测出多组a、c间金属丝的长度L及a、c间的电压U。（1）请依据要求，用笔画线代替导线，将图甲实物图电路连接完整______；

（2）闭合开关前，将滑动变阻器的滑片移到最______（填“左”或“右”）端，闭合开关后，滑动变阻器触头调至一合适位置后不动，多次转变金属夹c的位置，得到几组U、I、L的数据，作出图像，如图乙所示，图乙中e、f已知，若金属丝的直径为d，则金属丝的电阻率ρ=______；（3）由于______缘由，使测得的电阻率比真实值______（填“大”或“小”）。3.（2024辽宁十校联合体）某爱好小组要测量一个电池组的电动势和内阻，电动势约为3V，内阻约为10Ω。现有如下试验器材：A．电压表V（量程，内阻约为3kΩ）B．电流表A（量程，约10Ω）C．定值电阻（）D．电阻箱（）E．滑动变阻器（）F．待测电池组G．同学电源（有3V、6V、9V三个输出电压）H．电键S、导线若干（1）为完成试验，需要将电流表A改装成较大量程的电流表，该小组设计了测量电流表A内阻的试验电路如图1所示。为尽可能精确     测量电流表A内阻，同学电源选择__________V输出电压；闭合，断开，调整使电流表A满偏；保持阻值不变，闭合，调整，当电流表A的示数为满偏电流的时，，则电流表A的内阻__________Ω。（2）将电流表A与定值电阻__________联（填“串”或“并”），改装后电流表的量程为__________mA。（3）为尽可能地精确     测量电池组的电动势和内阻，该小组选择电阻箱与电流表等器材完成试验，请将图2内电路图补充完整（所选器材要标明符号）____。（4）按正确的电路图连接好电路进行试验，并多次测量，同时记录各仪器的读数，然后作出图像如图3所示，若图像的斜率为k，纵轴截距为b，则待测电池组的电动势__________，内阻__________（用k、b表示，题中字母均为基本单位下的值）。4.（2024南京六校联合体调研）在“测量金属丝的电阻率”的试验中，某同学选择一根粗细均匀、阻值约为5Ω的电阻丝进行测量。（1）先测量电阻丝的长度，再用螺旋测微器测量其直径，结果如图1所示为__________mm。（2）现有电源（电动势E为3.0V，内阻不计）、开关和导线若干，以及下列器材：A．电流表（量程0~0.6A，内阻约0.2Ω）B．电压表（量程0~3V，内阻约3kΩ）C．滑动变阻器（0~5Ω，额定电流2A）D．滑动变阻器（0~200Ω，额定电流1A）为减小误差，且金属丝两端的电压调整范围尽量大，滑动变阻器应选_____（填器材前的字母）。（3）要求金属丝两端的电压调整范围尽量大，补充完成图2中实物间的连线。________（4）上述试验，下列说法正确的是________。A．多次测量金属丝直径并求平均值可以减小系统误差B．用U—I图像处理试验数据求金属丝电阻可以减小偶然误差C．电压表分流会导致电阻测量值偏小D．电流表分压会导致电阻测量值偏大（5）电导率是电阻率的倒数，常用单位是(Ω∙cm)－1。电导率是反映水质的一项重要指标。某种饮用水的电导率约为1.0×10－3(Ω∙cm)－1。将该饮用水灌入一个高约12cm、容积约240mL的薄壁塑料瓶（如图3所示），瓶的两端用两个略小于瓶底面积的固定金属圆片电极密封。能否接受图2中的试验器材较为精确地测量该饮用水的电导率？__________并简要阐述理由_____________5.（2024黑龙江大庆第一次质检）（1）某同学用多用电表粗测一未知电阻的阻值，选用倍率为“”的欧姆挡测的阻值时，多用电表的刻度盘的示数如图所示，则该示数为______。（2）为了精确测量末知电阻的阻值，某同学接受了伏安法，要求试验中得到尽可能多的试验数据。除了开关、导线、待测电阻外，还有以下试验器材可供选择：A．电压表V（量程，内阻约为）；B．电流表A1，（量程，内阻约为）；C．电流表A2，（量程，内阻约为）；D．滑动变阻器，允许通过的最大电流为；E．滑动变阻器，允许通过的最大电流为；F．电源（电动势为，内阻不计）。（1）为了尽可能测量多组数据，电流表应选______，滑动变阻器应选______（均填写器材前面的字母）（2）在答题卡上将虚线框中所示的器材符号连线，电流表和滑动变阻器均为①中正确选用的，画出试验电路的原理图_________。6.（2024湖南名校质检）为了测定某电源的电动势和内阻，试验室供应了如下器材：电阻箱、两个、阻值为定值电阻、电流表A（内阻未知）、电键若干、待测电源、导线若干。（1）现试验小组成员先测量电流表内阻，试验电路如图甲所示，有关试验操作如下：①闭合，打开，调整，使电流表A满偏；②保持不变，再闭合，调整，当，电流表A的读数为满刻度的