2025 选考专题高考 物理 （川陕青宁蒙新晋豫）第三部分物理实验力学实验 含答案

2025选考专题高考物理（川陕青宁蒙新晋豫）第三部分物理实验第三部分物理实验第14讲力学实验【网络构建】【关键能力】掌握力学基础实验,熟悉新课标新增实验.通过填空、画图、问答等方式加以考查,在备考中要立足教材基本实验,弄透各种实验仪器的使用方法、实验步骤、数据处理、误差分析等基本实验理论和实验技能.在掌握基础实验上突出创新和变通,近几年高考中实验的考查更灵活,从研究对象、测量工具、实验原理、实验器材、处理实验数据方法等方面改变常规实验,创设新实验情景.题型1以“测速度”为核心的实验测量物体速度常用的4种方法方法主要器材操作相关实验纸带法交流电源、打点计时器、刻度尺测出计数点间距,由打出某点前后两点时间内的平均速度替代打出该点时的速度测量做直线运动物体的瞬时速度,探究加速度与物体受力、物体质量的关系,验证机械能守恒定律,验证动量守恒定律等光电门法光电门、螺旋测微器或游标卡尺测出遮光条的宽度及遮光时间,由遮光时间内的平均速度代替物体经过光电门时的速度平抛法竖直平面内末端水平的倾斜或弧形轨道、刻度尺测出物体离开轨道末端后平抛运动的高度与射程,由平抛运动规律计算初速度验证动量守恒定律等弹簧、刻度尺、天平探究弹性势能等圆周法竖直平面内的圆弧轨道、力传感器、天平等力传感器测出物体经过轨道最低点时对轨道的压力,由牛顿运动定律计算物体经过最低点时的速度验证机械能守恒定律等反过来由机械能守恒定律或动能定理计算最低点的速度探究向心力等【题组演练】1.[2024·福建厦门模拟]完成以下关于“验证机械能守恒定律”实验相关问题.(1)下列是实验时释放纸带前瞬间的状态图,重物和手的位置合理的是.

ABCD(2)某同学按照正确的实验步骤操作后,选出一条纸带如图所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点,A、B、C为纸带上连续的三个点迹,与O点距离如图所示,已知打点计时器的频率为50Hz,重物的质量为200g,当地重力加速度为9.8m/s2,在OB段运动过程中,重物重力势能的减少量ΔEp=J,重物的动能增加量ΔEk=J(结果均保留三位有效数字).

2.[2024·新课标卷]某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律.将斜槽轨道固定在水平桌面上,轨道末段水平,右侧端点在水平木板上的垂直投影为O,木板上叠放着白纸和复写纸.实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放,a从轨道右端水平飞出后落在木板上;重复多次,测出落点的平均位置P与O点的距离xP.将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点,再将小球a从Q处由静止释放,两球碰撞后均落在木板上;重复多次,分别测出a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN.完成下列填空:(1)记a、b两球的质量分别为ma、mb,实验中须满足条件ma(选填“>”或“<”)mb.

(2)如果测得的xP、xM、xN、ma和mb在实验误差范围内满足关系式,则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒定律.实验中,用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度,依据是

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3.[2024·甘肃卷]用图甲所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系.(1)以下操作正确的是.

A.使小车质量远小于槽码质量B.调整垫块位置以补偿阻力C.补偿阻力时移去打点计时器和纸带D.释放小车后立即打开打点计时器(2)保持槽码质量不变,改变小车上砝码的质量,得到一系列打点纸带.其中一条纸带的计数点如图乙所示,相邻两点之间的距离分别为S1,S2,…,S8,时间间隔均为T.下列加速度算式中,最优的是.

A.a=17S8-S7T2+S7-S6TB.a=16S8-S62T2+S7-C.a=15S8-S53T2+SD.a=14S8-S44T2(3)以小车和砝码的总质量M为横坐标,加速度的倒数1a为纵坐标,甲、乙两组同学分别得到的1a-M由图可知,在所受外力一定的条件下,a与M成(选填“正比”或“反比”);甲组所用的(选填“小车”“砝码”或“槽码”)质量比乙组的更大.

题型2其他力学实验实验装置图实验操作数据处理探究弹簧弹力与形变量的关系1.应在弹簧自然下垂时,测量弹簧原长l02.水平放置时测原长,图线不过原点的原因是弹簧自身有重力1.作出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线,斜率表示弹簧的劲度系数2.超过弹簧的弹性限度,图线会发生弯曲探究两个互成角度的力的合成规律1.正确使用弹簧测力计2.同一次实验中,橡皮条结点的位置一定要相同3.细绳套应适当长一些,互成角度地拉橡皮条时,夹角合适1.按力的图示作平行四边形2.求合力大小探究平抛运动的特点1.保证斜槽末端水平,斜槽粗糙对实验没有影响2.每次让小球从斜槽上的同一位置由静止释放3.坐标原点应是小球出槽口时球心在纸板上的投影点1.用代入法或图像法判断运动轨迹是不是抛物线2.由公式x=v0t和y=12gt2,求初速度v0=x探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系1.弹力大小可以通过标尺上刻度读出,该读数显示了向心力大小2.采用了控制变量法探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系作出F-ω2、F-r、F-m的图像,分析向心力与角速度、半径、质量之间的关系用单摆测量重力加速度的大小1.单摆必须在同一平面内振动,且摆角小于5°2.摆长l为悬点到重心的距离3.从最低点计时4.用T=tn1.利用公式g=4π22.作l-T2的图像,可利用斜率求重力加速度【题组演练】1.[2024·江苏徐州模拟]某同学利用如图甲所示的装置测量一弹簧的劲度系数,他将弹簧上端固定在铁架上,弹簧下端固定有指示箭头,靠近弹簧竖直固定有刻度尺.弹簧不挂钩码时,指示箭头指示刻度为10.00cm,挂上一个钩码后,静止时指示刻度如图乙所示.接着每次增加一个钩码记录静止时指示刻度如表所示,已知每个钩码质量为50g,当地重力加速度g取9.80m/s2.钩码个数n/个012345指示刻度L/cm10.0019.9825.0530.1035.11(1)图乙中箭头指示的刻度示数为cm;

(2)根据实验数据,在图丙补齐数据点并作出n-L图像,由图像可知该弹簧的劲度系数为N/m(计算结果保留两位有效数字).

2.[2024·湖北孝感模拟]如图甲所示为向心力演示仪,某同学探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系.长槽的A、B处和短槽的C处分别到各自转轴中心距离之比为1∶2∶1,该同学设计了如图乙所示的三种组合方式,变速塔轮自上而下每层左右半径之比分别为1∶1、2∶1和3∶1.(1)本实验的目的是探究向心力的大小F与小球质量m、角速度ω和半径r之间的关系,下列实验中与本实验采用的实验方法相同的是;

A.探究两个互成角度的力的合成规律B.探究加速度与力、质量的关系(2)在某次实验中,探究向心力的大小与半径的关系,则需要将传动皮带调至第层塔轮(选填“一”“二”或“三”);

(3)按(2)中正确选择后,两次以不同的转速匀速转动手柄,左、右测力筒露出等分标记如图丙所示.则向心力大小F与球做圆周运动半径r的关系是;

丙A.F与r2成反比B.F与r2成正比C.F与r成反比 D.F与r成正比(4)在另一次实验中,把两个质量相等的钢球放在A、C位置,传动皮带位于第二层,转动手柄,当塔轮匀速转动时,左右两标尺露出的格子数之比约为.

A.2∶1 B.8∶1C.1∶2 D.1∶43.[2024·广西卷]单摆可作为研究简谐运动的理想模型.(1)制作单摆时,在图甲、图乙两种单摆的悬挂方式中,选择图甲方式的目的是要保持摆动中不变;

(2)用游标卡尺测量摆球直径,测得读数如图丙,则摆球直径为cm;

(3)若将一个周期为T的单摆,从平衡位置拉开5°的角度释放,忽略空气阻力,摆球的振动可看为简谐运动.当地重力加速度为g,以释放时刻作为计时起点,则摆球偏离平衡位置的位移x与时间t的关系为.

4.[2024·海南卷]为验证两个互成角度的力的合成规律,某组同学用两个弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、木板、刻度尺、白纸、铅笔、细线和图钉等器材,按照如下实验步骤完成实验:a.用图钉将白纸固定在水平木板上;b.如图甲、乙所示,橡皮条的一端固定在木板上的G点,另一端连接轻质小圆环,将两细线系在小圆环上,细线另一端系在弹簧测力计上,用两个弹簧测力计共同拉动小圆环到某位置,并标记圆环的圆心位置为O点,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点,大小分别为F1=3.60N、F2=2.90N;撤去拉力F1和F2,改用一个弹簧测力计拉动小圆环,使其圆心到O点,在拉力F的方向上标记P3点,拉力的大小为F=5.60N.请完成下列问题:(1)在图乙中按照给定的标度画出F1、F2和F的图示,然后按平行四边形定则画出F1、F2的合力F'.(2)比较F和F',写出可能产生误差的两点原因.

题型3创新性实验1.力学创新性实验的特点(1)以基本的力学模型为载体,依托运动学规律和牛顿运动定律设计实验.(2)将实验的基本方法——控制变量法,处理数据的基本方法——图像法、逐差法融入实验的综合分析之中.2.创新实验题的解法(1)根据题目情境,提取相应的力学模型,明确实验的理论依据和实验目的,设计实验方案.(2)进行实验,记录数据,应用原理公式或图像法处理实验数据,结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析.实验器材的等效与替换1.用气垫导轨代替长木板,应调整导轨水平,不必平衡摩擦力.2.用光电门、频闪相机代替打点计时器.3.用力传感器或已知质量的钩码等代替弹簧测力计.例1[2024·江西卷]某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系.实验装置如图1所示,水平轨道上安装两个光电门,小车上固定一遮光片,细线一端与小车连接,另一端跨过定滑轮挂上钩码.(1)实验前调节轨道右端滑轮高度,使细线与轨道平行,再适当垫高轨道左端以平衡小车所受摩擦力.(2)小车的质量为M1=320g.利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度a.钩码所受重力记为F,作出a-F图像,如图2中图线甲所示.(3)由图线甲可知,F较小时,a与F成正比;F较大时,a与F不成正比.为了进一步探究,将小车的质量增加至M2=470g,重复步骤(2)的测量过程,作出a-F像,如图2中图线乙所示.(4)与图线甲相比,图线乙的线性区间,非线性区间.再将小车的质量增加至M3=720g,重复步骤(2)的测量过程,记录钩码所受重力F与小车加速度a,如下表所示(表中第9~14组数据未列出).

序号12345钩码所受重力F/(9.8N)0.0200.0400.0600.0800.100小车加速度a/(m·s-2)0.260.550.821.081.36序号6789~1415钩码所受重力F/(9.8N)0.1200.1400.160…0.300小车加速度a/(m·s-2)1.671.952.20…3.92(5)请在图2中补充描出第6至8三个数据点,并补充完成图线丙.(6)根据以上实验结果猜想和推断:小车的质量时,a与F成正比.结合所学知识对上述推断进行解释:

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实验方法的拓展与延伸1.由牛顿第二定律延伸为简谐运动知识;2.用气垫导轨、光电计时器代替长木板和打点计时器;3.设计新的动力学方法测量物体质量.例2[2024·湖南卷]在太空,物体完全失重,用天平无法测量质量.如图甲所示,某同学设计了一个动力学方法测量物体质量的实验方案,主要实验仪器包括:气垫导轨、滑块、轻弹簧、标准砝码、光电计时器和待测物体,主要步骤如下:(1)调平气垫导轨,将弹簧左端连接气垫导轨左端,右端连接滑块;(2)将滑块拉至离平衡位置20cm处由静止释放,滑块第1次经过平衡位置处开始计时,第21次经过平衡位置时停止计时,由此测得弹簧振子的振动周期T;(3)将质量为m的砝码固定在滑块上,重复步骤(2);(4)依次增加砝码质量m,测出对应的周期T,实验周期如下表所示,在图乙中绘制T2-m关系图线;m/kgT/sT2/s20.0000.6320.3990.0500.7750.6010.1000.8930.7970.1501.0011.0020.2001.1051.2210.2501.1751.381(5)由T2-m图像可知,弹簧振子振动周期的平方与砝码质量的关系是(选填“线性的”或“非线性的”);

(6)取下砝码后,将待测物体固定在滑块上,测量周期并得到T2=0.880s2,则待测物体质量是kg(保留3位有效数字);

(7)若换一个质量较小的滑块重做上述实验,所得T2-m图线与原图线相比将沿纵轴(选填“正方向”“负方向”或“不”)移动.

实验方案的创新与设计1.对于创新性实验的处理,首先找出与常规实验的相通之处;2.对新方案进行分析,找出其中的原理;3.然后运用熟悉的实验原理和数据处理方法进行解答.例3[2024·北京卷]如图甲所示,让两个小球在斜槽末端碰撞来验证动量守恒定律.(1)关于本实验,下列做法正确的是(填选项前的字母).

A.实验前,调节装置,使斜槽末端水平B.选用两个半径不同的小球进行实验C.用质量大的小球碰撞质量小的小球(2)图甲中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影,首先,将质量为m1的小球从斜槽上的S位置由静止释放,小球落到复写纸上,重复多次.然后,把质量为m2的被碰小球置于斜槽末端,再将质量为m1的小球从S位置由静止释放两球相碰,重复多次.分别确定平均落点,记为M、N和P(P为m1单独滑落时的平均落点).①图乙为实验的落点记录,简要说明如何确定平均落点:

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②分别测出O点到平均落点的距离,记为OP、OM和ON.在误差允许范围内,若关系式成立,即可验证碰撞前后动量守恒.

(3)受上述实验的启发,某同学设计了另一种验证动量守恒定律的实验方案.如图丙所示,用两根不可伸长的等长轻绳将两个半径相同、质量不等的匀质小球悬挂于等高的O点和O'点,两点间距等于小球的直径.将质量较小的小球1向左拉起至A点由静止释放,在最低点B与静止于C点的小球2发生正碰.碰后小球1向左反弹至最高点A',小球2向右摆动至最高点D.测得小球1和2的质量分别为m和M,弦长AB=l1、A'B=l2、CD=l3.推导说明,m、M、l1、l2、l3满足什么关系即可验证碰撞前后动量守恒.第三部分物理实验第14讲力学实验题型1【题组演练】1.(1)C(2)0.3760.369[解析](1)为了减小实验误差和充分利用纸带,释放前必须保持提起的纸带处于竖直位置,并且使重物靠近打点计时器,故选C.(2)由图可知,OB段的长度为h=19.20cm=0.192m,故重力势能的减少量为ΔEp=mgh=0.2×9.8×0.192J≈0.376J,打点计时器的打点周期为T=1f=0.02s,匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度,所以B点的瞬时速度为vB=xAC2T=23.23-15.552×0.02×10-2m/s=1.92m/s,重物的动能增加量ΔEk=12mvB2=2.(1)>(2)maxP=maxM+mbxN小球飞出后做平抛运动,由于下落高度一定,故下落时间一定,而小球在水平方向上做匀速直线运动,所以小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比[解析](1)为了保证小球碰撞为对心正碰,且碰后不反弹,要求两球半径相同且ma>mb.(2)如果碰撞过程中系统动量守恒,则满足关系式mav0=mava+mbvb,上式两边同时乘下落时间t,有mav0t=mavat+mbvbt,可得maxP=maxM+mbxN.小球飞出后做平抛运动,由于下落高度一定,故下落时间一定,而小球在水平方向上做匀速直线运动,所以小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比,可以用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度,从而验证动量守恒定律.3.(1)B(2)D(3)反比槽码[解析](1)为了使小车所受的合外力大小近似等于槽码的总重力,故应使小车质量远大于槽码质量,故A错误;为了保证小车所受细线拉力等于小车所受合力,则需要调整垫块位置以补偿阻力,也要保持细线和长木板平行,故B正确;补偿阻力时不能移去打点计时器和纸带,需要通过纸带上点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动,故C错误;根据操作要求,应先打开打点计时器再释放小车,故D错误.(2)根据逐差法可知S5-S1=4a1T2,S6-S2=4a2T2,S7-S3=4a3T2,S8-S4=4a4T2,联立可得小车加速度表达式为a=14S8-S44T2+S7-S3(3)根据图像可知1a与M成正比,故在所受外力一定的条件下,a与M成反比;设槽码的质量为m,则由牛顿第二定律得mg=(m+M)a,化简可得1a=1mg·M+1g,故斜率越小,槽码的质量m题型2【题组演练】1.(1)15.00(2)如图所示9.8[解析](1)刻度尺的分度值为0.1cm,读数为15.00cm.(2)根据胡克定律,该弹簧劲度系数为k=ΔFΔL=5×50×10-3×92.(1)B(2)一(3)D(4)D[解析](1)本实验的目的是探究向心力的大小F与小球质量m、角速度ω和半径r之间的关系,采用的实验方法是控制变量法,探究两个互成角度的力的合成规律,采用的实验方法是等效替代法,故A错误;探究加速度与力、质量的关系,采用的实验方法是控制变量法,故B正确.(2)在某次实验中,探究向心力的大小与半径的关系时,应保持两小球质量m、角速度ω相同,则需要将传动皮带调至第一层塔轮.(3)角速度为ω1、ω2时,左、右测力筒露出的格子数之比均为2∶1,左右两标尺露出的格子数之比表示向心力的比值,且B处、C处分别到各自转轴中心距离之比为2∶1,可知F与r成正比,故选D.(4)在另一次实验中,把两个质量相等的钢球放在A、C位置,则m、r相同,传动皮带位于第二层,角速度之比为ωA∶ωC=R2∶2R2=1∶2,根据向心力公式F=mω2r,当塔轮匀速转动时,左右两标尺露出的格子数之比表示向心力的比值,左右两标尺露出的格子数之比nA∶nC=FA∶FC=ωA2∶ωC2=1∶3.(1)摆长(2)1.06(3)x=gT2sin5[解析](1)选择图甲方式的目的是要保持摆动中摆长不变.(2)摆球直径为d=1.0cm+6×0.1mm=1.06cm.(3)根据单摆的周期公式T=2πLg可得单摆的摆长为L=gT24π2,从平衡位置拉开5°的角度处释放,可得振幅为A=Lsin5°,以该位置为计时起点,根据简谐运动规律可得摆球偏离平衡位置的位移x与时间t的关系为x=Acosωt4.(1)如图所示(2)①没有做到弹簧测力计、细线、橡皮条都与木板平行;②读数时没有正视弹簧测力计[解析](1)按照给定的标度画出F1、F2和F的图示,然后按平行四边形定则画出F1、F2的合力F',如图所示.(2)F和F'不完全重合的误差可能是:①没有做到弹簧测力量计、细线、橡皮条都与木板平行;②读数时没有正视弹簧测力计.题型3例1(4)较大较小(5)如图所示(6)远大于钩码的质量对钩码根据牛顿第二定律有F-FT=ma,对小车根据牛顿第二定律有FT=Ma,联立解得F=(M+m)a,变形得a=1M+mF,当m≪M时,可认为m+M≈M,则a=1MF,即[解析](4)根据题图2分析可知,与图线甲相比,图线乙的线性区间较大,非线性区间较小.(5)在坐标系中进行描点,结合其他点用平滑的直线连接各点,使尽可能多的点在线上,不在线上的点均匀地分布在线的两侧.作出图线丙如图所示.例2(4)如图所示(5)线性的(6)0.120(7)负方向[解析](4)根据表中数据描点,各点几乎在一条直线上,作出T2-m关系图线如图所示.(5)图线是一条倾斜的直线,说明弹簧振子振动周期的平方与砝码质量为线性关系.(6)在图线上寻找T2=0.880s2的点,对应横坐标为m=0.120kg.(7)换一个质量较小的滑块重做上述实验,则滑块和砝码的总质量比原来的小,要得到相同的周期,应放质量更大的砝码,即同一纵坐标对应的横坐标偏右,相当于同一横坐标对应的纵坐标偏下,则所得图线与原图线相比下移,即沿纵轴负方向移动.例3(1)AC(2)①用圆规画圆,尽可能用最小的圆把各个落点圈住,这个圆的圆心位置代表平均落点②m1OP=m1OM+m2ON(3)见解析[解析](1)实验中若使小球碰撞前、后的水平位移与其碰撞前、后速度成正比,需要确保小球做平抛运动,即实验前,调节装置,使斜槽末端水平,故A正确;为使两小球发生的碰撞为对心正碰,两小球半径需相同,故B错误;为使碰后入射小球与被碰小球同时飞出,需要用质量大的小球碰撞质量小的小球,故C正确.(2)用圆规画圆,尽可能用最小的圆把各个落点圈住,这个圆的圆心位置代表平均落点;碰撞前、后小球均做平抛运动,由h=12gt2可知,小球的运动时间相同,所以水平位移与平抛初速度成正比,所以若m1OP=m1OM+m2ON成立,即可验证碰撞前后动量守恒(3)设轻绳长为L,小球从偏角θ处静止摆下,摆到最低点时的速度为v,小球经过圆弧对应的弦长为l,则由动能定理有mgL(1-cosθ)=12mv由数学知识可知sinθ2=联立两式解得v=lg若两小球碰撞过程中动量守恒,则有mv1=-mv2+Mv3又有v1=l1gL,v2=l2gL,v3=l整理可得ml1=-ml2+Ml3第15讲电学实验【网络构建】【关键能力】掌握基础电学实验,电学实验大都是以闭合或部分电路欧姆定律等基本电学理论为核心,主要掌握电表改装、多用电表、各种方法测电阻值、伏安法测电动势和内阻等基于教材的实验.高考对电学基本实验的考查侧重于电路设计、数据处理、误差分析等,并且向着拓展实验、创新实验的方向发展,也可能会涉及磁场、电磁感应等方面的知识,也会和传感器等知识相结合,考查形式灵活多变.题型1以“测电阻”为核心的实验电阻测量首先要根据实验目的、实验原理、实验器材的不同而灵活选用伏安法及其变式、等效替代法、半偏法、电桥平衡法等测量电路,从供电方式上又可分为限流电路和分压电路.伏安法及其变式“伏安法”有电压表、电流表且电表量程恰当时选择“伏安法”“安安法”电压表不能用或没有电压表的情形下,若知道电流表内阻,可以将电流表当作电压表使用,即选择“安安法”“伏伏法”电流表不能用或没有电流表的情况下,若知道电压表内阻,可以将电压表当作电流表使用,即选择“伏伏法”“伏安加R法”在运用伏安法测电阻时,由于电压表或电流表的量程太小或太大,为了满足安全、精确的要求,加保护电阻的方法就应运而生,“伏安加R法”又叫“加保护电阻法”例1[2023·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细长样品(固态),某同学欲测量其电阻率,设计了如图甲所示的电路图,实验步骤如下: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.将丙调节至某位置,测量丙和某探针之间的距离L;d.闭合开关S,调节电阻箱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.改变丙的位置,重复步骤c、d,测量多组L和U,作出U-L图像如图乙所示,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)根据图像计算出该样品的电阻率ρ=Ω·m(保留两位有效数字).

例2[2023·全国乙卷]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R0(阻值10.0Ω).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.图甲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U1,然后将K与2端相连,此时电压表读数记为U2.由此得到流过待测金属丝的电流I=,金属丝的电阻r=.(结果均用R0、U1、U2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:U1(mV)0.570.710.851.141.43U2(mV)0.971.211.451.942.43(4)利用上述数据,得到金属丝的电阻r=14.2Ω.(5)用米尺测得金属丝长度L=50.00cm.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乙所示,该读数为d=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ρ=×10-7Ω·m.(保留2位有效数字)

等效替代法电流等效替代法电压等效替代法或或实验原理:测量某电阻(或电流表、电压表的内阻)时,用电阻箱替换待测电阻,若二者对电路所起的作用相同(如分流或分压相等),则待测电阻(或电流表、电压表的内阻)的阻值与电阻箱接入电路的阻值相等.以左一为例:电源输出电压不变,将S2闭合到2,调节电阻箱,示数为R1,使电流表的示数与S2闭合到1时的示数相等,则Rx=R1例3[2024·云南昆明模拟]如图甲所示,某同学发现将一块满偏电流为50μA的小量程电流表改装成0~1mA、0~10mA两个量程的电流表,需用R1=4.22Ω和R2=37.89Ω的电阻.(1)由上述数据,可计算出小量程电流表的内阻为Ω(计算结果保留3位有效数字).

(2)该同学为验证计算结果,设计了如图乙所示的电路,测量小量程电流表的内阻.A是标准电流表,R和R0分别是滑动变阻器和电阻箱,S是单刀单掷开关,S1是单刀双掷开关,E是电源.完成下列填空:①将S1拨向接点1,接通S,调节滑动变阻器R,使小量程电流表指针偏转到适当位置,记下此时的读数I;

②然后将S2拨向接点2,保持①步骤中滑动变阻器R滑片的位置不变,调节电阻箱R0,使标准电流表的读数,记下此时R0的读数;

③多次重复上述过程,计算R0读数的,即为待测小量程电流表的内阻,在误差允许的范围内,发现小量程电流表的内阻无误;

④小量程电流表的内阻R0的阻值的测量值与真实值可能不相等,若不考虑偶然误差的因素,则可能的原因是.

半偏法测电表内阻1.利用半偏法测电流表内阻,如图甲所示,电阻箱和电流表并联,然后与大电阻滑动变阻器串联,R测<R真.2.利用半偏法测电压表内阻,如图乙所示,电阻箱和电压表串联,然后与小电阻滑动变阻器并联,R测>R真.例4[2024·四川绵阳模拟]用如图甲所示的电路图测量毫安表G的内阻,并改装成量程更大的电流表.已知G量程是0~3mA,内阻约为100Ω.电阻箱R0的最大阻值为9999.9Ω,电源E的电动势约为6V,内阻忽略不计.供选用的滑动变阻器有:甲,最大阻值为1kΩ;乙,最大阻值为3kΩ.完成以下实验,并回答问题:(1)为完成实验,滑动变阻器R1应该选用(选填“甲”或“乙”).

(2)测量毫安表G的内阻.正确连接电路后,进行如下操作:①断开S1和S2,将R1接入电路的电阻调到最大值;②闭合S1,调节(选填“R1”或“R0”)使G满偏;

③闭合S2,调节(选填“R1”或“R0”)使G半偏,记录其此时接入电路的阻值为R测;

④根据测量原理,可认为毫安表G的内阻Rg等于R测.R测与G内阻真实值相比(选填“偏大”“偏小”或“相等”).

(3)将毫安表G改装成量程为0~30mA的电流表.根据测得的毫安表G的内阻R测,计算与毫安表G并联的定值电阻R的阻值.完成改装后,按照图乙所示电路进行校准,当标准毫安表的示数为16.0mA时,毫安表G指针位置如图丙所示,说明改装电表量程不是0~30mA,这是毫安表G的内阻测量不准确造成的.要让改装电表量程为0~30mA,不必重新测量G的内阻,只需要将定值电阻R换成一个阻值为kR的电阻,其中k=.

电桥平衡法在电阻的测量方法中,有一种很独特的测量方法,那就是电桥法.其测量电路如图所示,实验中调节电阻箱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U1R1=U2R2,U1R3=U2Rx.由以上两式解得R1×R例5[2023·湖南卷]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,其电路如图甲所示,R1、R2、R3为电阻箱,RF为半导体薄膜压力传感器,C、D间连接电压传感器(内阻无穷大).(1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值,示数如图乙所示,对应的读数是Ω;

(2)适当调节R1、R2、R3,使电压传感器示数为0,此时,RF的阻值为(用R1、R2、R3表示);

(3)依次将0.5g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U,所测数据如下表所示:次数123456砝码质量m/g0.00.51.01.52.02.5电压U/mV057115168220280根据表中数据在图丙上描点,绘制U-m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F0,电压传感器示数为200mV,则F0大小是N(重力加速度取9.8m/s2,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C、D间电压,在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1,此时非理想毫伏表读数为200mV,则F1F0(填“>”“=”或“<”).

题型2以闭合电路欧姆定律为核心的实验用多用电表测量电学中的物理量1.原理:闭合电路欧姆定律,I=ERx+R内(其中R内=Rg+R+r,2.中值电阻R中=Rg+R+r3.红、黑表笔短接,欧姆调零,Ig=E4.电流方向:“红进黑出”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r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真+RA)伏阻法1.原理:E=U+UR2.关系式:1U=rE·1(续表)测量电源的电动势和内电阻伏阻法3.误差分析:E测<E真,r测<r真r测=RV·安阻法1.原理:E=IR+Ir2.关系式:1I=1E·R+rE或R=E·3.误差分析:E测=E真,r测>r真(r测=r真+RA)【题组演练】1.[2024·辽宁卷]某探究小组要测量电池的电动势和内阻.可利用的器材有:电压表、电阻丝、定值电阻(阻值为R0)、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干.他们设计了如图所示的实验电路原理图.(1)实验步骤如下:①将电阻丝拉直固定,按照图甲连接电路,金属夹置于电阻丝的(选填“A”或“B”)端;

②闭合开关S,快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数U,断开开关S,记录金属夹与B端的距离L;③多次重复步骤②,根据记录的若干组U、L的值,作出图丙中图线Ⅰ;④按照图乙将定值电阻接入电路,多次重复步骤②,再根据记录的若干组U、L的值,作出图丙中图线Ⅱ.(2)由图线得出纵轴截距为b,则待测电池的电动势E=.

(3)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为k1、k2,若k2k1=n,则待测电池的内阻r=(用n和R2.[2024·广西南宁模拟]学校物理课外学习小组要测一节干电池的电动势(约1.5V)和内阻(小于1Ω),选用的实验器材如下:A.电流表A(量程0~0.6A,内阻约为0.1Ω);B.微安表G(量程0~400μA,内阻为100Ω);C.滑动变阻器R'(0~20Ω);D.电阻箱R(0~9999.9Ω);E.定值电阻R1(阻值为2.50Ω);F.定值电阻R2(阻值为10.00Ω);G.开关、导线若干.(1)给定的两个定值电阻,你认为选用(选填“R1”或“R2”)最合适;

(2)将微安表G改装为量程0~2V的电压表,该小组应将电阻箱调到阻值为.

(3)根据选用的实验器材,请在虚线框内完善实验电路.(4)该小组根据记录的数据,作出微安表G的示数I1随电流表A的示数I2变化的图像如图乙所示,则该节干电池的电动势E=V,内阻r=Ω.(均保留3位有效数字)

3.[2024·新课标卷]学生实验小组要测量量程为0~3V的电压表V的内阻RV.可选用的器材有:多用电表,电源E(电动势为5V),电压表V1(量程为0~5V,内阻约3kΩ),定值电阻R0(阻值为800Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为50Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为5kΩ),开关S,导线若干.完成下列填空:(1)利用多用电表粗测待测电压表的内阻.首先应(把下列实验步骤前的字母按正确操作顺序排列).

A.将红、黑表笔短接B.调节欧姆调零旋钮,使指针指向零欧姆C.将多用电表选择开关置于欧姆挡“×10”位置再将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的(选填“正极、负极”或“负极、正极”)相连,欧姆表的指针位置如图甲中虚线Ⅰ所示.为了减少测量误差,应将选择开关旋转到欧姆挡(选填“×1”“×100”或“×1k”)位置,重新调节后,测量得到指针位置如图甲中实线Ⅱ所示,则粗测得到的该电压表内阻为kΩ(结果保留1位小数).

(2)为了提高测量精度,他们设计了如图乙所示的电路,其中滑动变阻器应选(选填“R1”或“R2”),闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应置于(选填“a”或“b”)端.

(3)闭合开关S,滑动变阻器滑片滑到某一位置时,电压表V1、待测电压表的示数分别为U1、U,则待测电压表内阻RV=(选用U1、U和R0表示).

(4)测量得到U1=4.20V,U=2.78V,则待测电压表内阻RV=kΩ(结果保留3位有效数字).

题型3其他电学实验1.探究影响感应电流方向的因素利用甲图判断电流方向与灵敏电流计中指针偏转方向的关系;利用乙图结合控制变量法,依次探究开关通断、滑动变阻器的滑片的移动、线圈A从线圈B中插入与拔出等因素对感应电流方向的影响.2.探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系原线圈通过电流时,铁芯中产生磁场,由于交变电流的大小和方向都在不断变化,铁芯中的磁场也在不断地变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,副线圈中就存在交变电压.本实验通过改变原、副线圈的匝数,探究原、副线圈的电压与匝数的关系.3.观察电容器的充、放电现象实验电路如图所示.当开关拨到位置“1”时,电源E对电容器充电;当开关拨到位置“2”时,电容器放电.在充电和放电过程中,利用电流计观察电路的电流大小和方向的变化,利用电压表观察电容器两极板间电压的变化,进而判断电容器两极板储存电荷量的变化.【题组演练】1.[2024·江西南昌模拟]如图所示为“探究电磁感应产生条件及其规律”的实验装置.(1)将图中所缺的导线补接完整.(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流表的指针向右偏了一下,那么合上开关后可能出现的情况有:①将原线圈迅速插入副线圈时,灵敏电流表指针将(选填“左偏”“右偏”或“不偏转”).

②原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器滑片迅速向左滑动时,灵敏电流表指针将(选填“左偏”“右偏”或“不偏转”).

③在做“探究电磁感应现象”实验时,如果副线圈两端不接任何元件,则副线圈电路中将.

A.因电路不闭合,无电磁感应现象B.有电磁感应现象,但无感应电流,只有感应电动势C.不能用楞次定律判断感应电动势的方向D.可以用楞次定律判断感应电动势的方向2.[2024·海南卷]用如图甲所示的电路观察电容器的充放电现象,实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关S1、开关S2、导线若干.(1)闭合开关S2,将S1接1,电压表示数增大,最后稳定在12.3V.在此过程中,电流表的示数.(填选项标号)

A.一直稳定在某一数值B.先增大,后逐渐减小为零C.先增大,后稳定在某一非零数值(2)先后断开开关S2、S1,将电流表更换成电流传感器,再将S1接2,此时通过定值电阻R的电流方向为(选填“a→b”或“b→a”),通过传感器将电流信息传入计算机,画出电流随时间变化的I-t图像,如图乙,t=2s时I=1.10mA,图中M、N区域面积比为8∶7,可求出R=kΩ(保留2位有效数字).

3.[2023·重庆卷]一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比,以及交流电频率对输出电压的影响.图甲为实验电路图,其中L1和L2为变压器的原、副线圈,S1和S2为开关,P为滑动变阻器RP的滑片,R为电阻箱,E为正弦式交流电源(能输出电压峰值不变、频率可调的交流电).(1)闭合S1,用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压.滑片P向右滑动后,与滑动前相比,电表的示数(选填“变大”“不变”或“变小”).

(2)保持S2断开状态,调整E输出的交流电频率为50Hz,滑动滑片P,用多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为2500mV时,用示波器测得线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如图乙所示,则线圈L1两端与L2两端的电压比值为(保留3位有效数字).

(3)闭合S2,滑动P到某一位置并保持不变.分别在E输出的交流电频率为50Hz、1000Hz的条件下,改变R的阻值,用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U,得到U-R关系曲线如图丙所示.用一个阻值恒为20Ω的负载R0替换电阻箱R,由图可知,当频率为1000Hz时,R0两端的电压为mV;当频率为50Hz时,为保持R0两端的电压不变,需要将R0与一个阻值为Ω的电阻串联.(均保留3位有效数字)

题型4创新性实验1.电学创新实验主要包括实验方案的创新、实验器材的创新、数据处理方案的创新、实验原理的迁移应用等,解决这类题主要抓住两点:(1)选择合适的实验原理;(2)设计合理的电路.2.传感器类实验也是电学创新实验的出题方向之一.【题组演练】1.[2024·湖南卷]某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律,搭建了如图甲所示的装置.电阻测量原理如图乙所示,E是电源,V为电压表,A为电流表.(1)保持玻璃管内压强为1个标准大气压,电流表示数为100mA,电压表量程为0~3V,表盘如图丙所示,示数为V,此时金属丝阻值的测量值R为Ω(保留3位有效数字);

(2)打开抽气泵,降低玻璃管内气压p,保持电流I不变,读出电压表示数U,计算出对应的金属丝阻值;(3)根据测量数据绘制R-p关系图线,如图丁所示;(4)如果玻璃管内气压为0.5个标准大气压,保持电流为100mA,电压表指针应该在图丙指针位置的(选填“左”或“右”)侧;

(5)若电压表是非理想电压表,则金属丝电阻的测量值(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值.

2.[2024·全国甲卷]电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化.在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下,通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压,建立电压与氧气含量之间的对应关系,这一过程称为定标.一同学用图甲所示电路对他制作的一个氧气传感器定标.实验器材有:装在气室内的氧气传感器(工作电流1mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%).(1)将图甲中的实验器材间的连线补充完整,使其能对传感器定标;(2)连接好实验器材,把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口;(3)把滑动变阻器的滑片滑到端(选填“a”或“b”),闭合开关;

(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置,使毫安表的示数为1mA,记录电压表的示数U;(5)断开开关,更换气瓶,重复步骤(3)和(4);(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图乙中;氧气含量为20%时电压表的示数如图丙,该示数为V(结果保留2位小数).

现测量一瓶待测氧气含量的气体,将气瓶接到气体入口,调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1mA,此时电压表的示数为1.50V,则此瓶气体的氧气含量为%(结果保留整数).

第15讲电学实验题型1例1(1)乙(2)ka2I(3)6.5×[解析](1)由图像可知电压表测得的电压U与距离L成正比,由于电压表测量的是乙、丙之间的电压,则L是丙到乙的距离.(2)根据电阻定律有R=ρLa2,再根据欧姆定律有R=UI,联立有U=ρIa2L,U-L图像的斜率k=ρIa(3)根据图像可知k=6.5V/m,则根据(2)代入数据有ρ=6.5×10-5Ω·m.例2(2)U2-U1R(5)0.150(6)5.0[解析](2)电压表(内阻非常大),可视为理想电压表,不考虑电压表的分流作用.K与1端相连,此时电压表测量的是金属丝两端的电压U1,K与2端相连,电压表测量的是金属丝和定值电阻二者的电压U2,因此I=U2-U1R0,(5)读数为d=0+15.0×0.01mm=0.150mm.(6)由r=ρLS可得,待测金属丝所用材料的电阻率ρ=S·rL=πd22L·r=π×0.1502×10-32例3(1)800(2)①标准电流表A②仍为I(或“不变”)③平均值④见解析[解析](1)根据电流表改装原理IgRgR1+R2+Ig=I,I=1mA,(2)①根据题意,记下此时标准电流表A的读数;②本实验采用等效替代的思想,通过电阻箱等效替代待测电流表的阻值,使标准电流表A读数不变;③为降低测量的偶然误差,需多次重复上述过程,计算R0读数的平均值;④由于电阻箱R0的阻值不连续,可能导致电阻箱R0的阻值与小量程电流表的内阻的阻值并不完全相等.例4(1)乙(2)②R1③R0④偏小(3)29[解析](1)根据半偏法测量电表电阻的原理可知,当S2闭合后,干路电流恒定,由闭合电路欧姆定律可知I=ER1+R并,需要保证R1≫R并,才能尽量减小R(2)②根据半偏法测量电表的电阻实验步骤可知,先闭合S1后,应调节R1使毫安表满偏;③保持S1闭合,再闭合S2后,调节R0使毫安表半偏;④当闭合S2后,R0并入电路,电路中的总电阻减小,干路电流增大,当毫安表的电流等于Ig2时,通过R0的电流大于Ig2,所以R0<R(3)当标准毫安表的示数为16.0mA时,由图丙可知改装表的示数为15.0mA,则当改装表满偏时,对应的实际电流为32.0mA,即把毫安表改装后的量程为0~32mA,量程扩大了323倍,则并联电阻为R=Rg323-1=329Rg,若把毫安表改装成0~30mA的电流表,则量程扩大了10倍,则并联的电阻为R'=110-1Rg,由题意可知,例5(1)1000(2)R1R3(4)1.7×10-2(5)>[解析](1)欧姆表读数为10×100Ω=1000Ω.(2)当电压传感器读数为零时,C、D两点电势相等,即UCB=UDB,即UABR1+RFRF=UABR2(3)绘出U-m图像如图.(4)由图像可知,当电压传感器的读数为200mV时,所放物体质量为1.78g,则F0=mg=1.78×10-3×9.8N=1.7×10-2N.(5)可将CD以外的电路等效为新的电源,C、D两点电压看作路端电压,换用非理想电压传感器后当读数为200mV时,实际C、D间断路(接理想电压传感器)时的电压大于200mV,则此时压力传感器的读数F1>F0.题型2【题组演练】1.(1)A(2)1b(3)[解析](1)为了保护电路,避免通过电源的电流过大,闭合开关前,金属夹应置于使电阻丝接入电路的阻值最大处,即应该置于A端.(2)对于图甲电路,根据闭合电路欧姆定律有U=E-Ir,设金属丝的电阻率为ρ,横截面积为S,根据欧姆定律和电阻定律有I=UR,R=ρLS,联立可得U=E-USρLr,整理可得1U=1E+SrEρ·1L,对于图乙电路,根据闭合电路欧姆定律有U=E-I(r+R0),根据欧姆定律和电阻定律有I=UR,R=ρLS,联立并整理可得1U=1E+S(r(3)由题意可知k1=SrEρ,k2=S(r+R0)Eρ,又k2.(1)R1(2)4900.0Ω(3)如图所示(4)1.440.500[解析](1)若选用定值电阻R2,当滑动变阻器的阻值调到零时,此时干路中的最大电流Imax=1.51+10.00A≈0.14A,而电流表A量程为0~0.6A,指针最大偏角未超过满刻度的13,读数误差较大,不能正常测量;若选用定值电阻R1,当滑动变阻器的阻值调到零时,此时干路中的最大电流为Imax=1.51+2.50A≈0.4A,(2)根据电阻串联规律,将微安表G改装为量程0~2V的电压表,则有2V=Ig(R+Rg),可得电阻箱调到的阻值为R=4900.0Ω.(3)由于电源内阻较小,为了减小实验误差,电流表应选择相对于电源外接法,根据选用的实验器材,完善实验电路如图所示.(4)根据闭合电路欧姆定律有E=I1(R+Rg)+I2(r+R1),整理得I1=ER+Rg-r+R1R+RgI2,结合图像可知ER+Rg=288×10-6A,r+R1R+3.(1)CAB负极、正极×1001.6(2)R1a(3)UR0U1[解析](1)利用多用电表粗测待测电压表的内阻时,首先应选择欧姆挡,即将多用电表选择开关置于欧姆挡“×10”位置,接着将红、黑表笔短接,再进行欧姆调零,即调节欧姆调零旋钮,使指针指向零欧姆,故操作顺序为CAB.由多用电表使用时电流“红进黑出”的规则可知,多用电表内电源正极与黑表笔相连,故应将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的负极、正极相连.读数时欧姆表的指针位置如图甲中虚线Ⅰ所示,指针偏转角度较小,说明倍率选择过小,为了减少测量误差,应将选择开关旋转到欧姆挡倍率较大处,而根据指针所指数据可知内阻粗测值约为150×10Ω=1.5×103Ω,为使指针指在表盘刻度中间位置附近,选择“×1k”倍率又过大,应选择欧姆挡“×100”的位置.测量得到指针位置如图甲中实线Ⅱ所示,则粗测得到的该电压表内阻为R=16.0×100Ω=1.6kΩ.(2)由电路图可知,滑动变阻器采用的是分压式接法,为了方便调节,应选最大阻值较小的滑动变阻器即R1.为保护电路,测量电路部分电压应从零开始慢慢增大,所以闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应置于a端.(3)通过待测电压表的电流与通过定值电阻的电流相同,为I=U1-UR0,根据欧姆定律得待测电压表内阻为RV(4)测量得到U1=4.20V,U=2.78V,代入待测电压表内阻的表达式RV=UR0U1-U,可得待测电压表内阻RV题型3【题组演练】1.(1)如图所示(2)①右偏②左偏③BD[解析](1)电路连接如图所示.(2)①闭合开关时发现灵敏电流表的指针向右偏了一下,说明穿过原线圈的磁通量增大时,电流表指针向右偏,将原线圈迅速插入副线圈时,穿过原线圈的磁通量增大,所以指针右偏;②将滑动变阻器滑片迅速向左滑动时,电路电流减小,穿过原线圈的磁通量减小,指针左偏;③感应电流的产生需要有闭合回路,感应电动势的产生不需要,且可以通过楞次定律判断方向,故选B、D.2.(1)B(2)a→b5.2[解析](1)电容器充电过程中,当电路刚接通后,电流表示数从0增大至某一最大值,后随着电容器的不断充电,电路中的充电电流在减小,当充电结束电路稳定后,此时电路相当于断路,电流为0,故选B.(2)根据电路图可知充电结束后电容器上极板带正电,将S1接2,电容器放电,此时通过定值电阻R的电流方向为a→b;t=2s时,I=1.10mA,可知此时电容器两端的电压为U2=IR,电容器开始放电前两端电压为12.3V,根据I-t图像与横轴围成的面积表示放电荷量可得,0~2s的放电荷量为Q1=ΔU·C=(12.3-1.10×10-3·R)C,2s后到放电结束放电荷量为Q2=ΔU'·C=1.10×10-3·RC,根据题意Q1Q2=87,解得R≈5.3.(1)变大(2)12.6(3)27012.0(11.5~12.5均可)[解析](1)闭合S1,滑动变阻器RP是分压接法,滑片P向右滑动后,线圈L1两端的电压增大,因此与滑动前相比,电表的示数变大.(2)由u-t图像可得,线圈L2两端电压有效值为U2=Um2=2802mV,则线圈L1两端与L2两端的电压比值为U1U2(3)在U-R图中连接点(20Ω,270mV)与坐标原点,得到的是一条等流线,如图所示,图线与频率为50Hz的图线交点的横坐标就是总阻值,减去20Ω即为所求,所以R'=(32.0-20)Ω=12.0Ω.题型4【题组演练】1.(1)1.23(1.21~1.25均可)12.3(12.1~12.5均可)(4)右(5)小于[解析](1)电压表量程为0~3V,分度值为0.1V,则电压表读数需估读一位,为1.23V,此时金属丝的测量值R=UI=12.3Ω(4)由题图丁可知,气压越小则电阻越大,如果玻璃管内气压为0.5个标准大气压,则气压变小,金属丝阻值变大,由于保持电流为100mA,所以根据U=IR,可知电压表示数应变大,电压表的指针位置应该在题图丙中指针位置的右侧.(5)若电压表是非理想电压表,则电压表会分流,I测=I真+URV,I测>I真,即I测偏大,根据R测=UI测可知,R测偏小,即R测2.(1)如图所示(3)a(6)1.4017[解析](1)为了保持流过传感器的电流恒定,电阻型氧气传感器两端的电压调节范围较大,所以滑动变阻器采用分压式接法,由于毫安表内阻可忽略,所以电流表采用内接法.(3)为了保护电路,闭合开关前,需要电阻型氧气传感器两端的电压为零,故滑动变阻器的滑片滑到a端口.(6)由图可知,电压表的分度值为0.1V,需要估读到分度值下一位,其读数为1.40V;当瓶气体的氧气含量为20%时,电压为1.40V,在图乙中描出该点,用平滑的曲线将各点连接起来,如图所示,可知电压表的示数为1.50V时,此瓶气体的氧气含量为17%.第15讲电学实验【网络构建】【关键能力】掌握基础电学实验,电学实验大都是以闭合或部分电路欧姆定律等基本电学理论为核心,主要掌握电表改装、多用电表、各种方法测电阻值、伏安法测电动势和内阻等基于教材的实验.高考对电学基本实验的考查侧重于电路设计、数据处理、误差分析等,并且向着拓展实验、创新实验的方向发展,也可能会涉及磁场、电磁感应等方面的知识,也会和传感器等知识相结合,考查形式灵活多变.题型1以“测电阻”为核心的实验电阻测量首先要根据实验目的、实验原理、实验器材的不同而灵活选用伏安法及其变式、等效替代法、半偏法、电桥平衡法等测量电路,从供电方式上又可分为限流电路和分压电路.伏安法及其变式“伏安法”有电压表、电流表且电表量程恰当时选择“伏安法”“安安法”电压表不能用或没有电压表的情形下,若知道电流表内阻,可以将电流表当作电压表使用,即选择“安安法”“伏伏法”电流表不能用或没有电流表的情况下,若知道电压表内阻,可以将电压表当作电流表使用,即选择“伏伏法”“伏安加R法”在运用伏安法测电阻时,由于电压表或电流表的量程太小或太大,为了满足安全、精确的要求,加保护电阻的方法就应运而生,“伏安加R法”又叫“加保护电阻法”例1[2023·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细长样品(固态),某同学欲测量其电阻率,设计了如图甲所示的电路图,实验步骤如下: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.将丙调节至某位置,测量丙和某探针之间的距离L;d.闭合开关S,调节电阻箱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.改变丙的位置,重复步骤c、d,测量多组L和U,作出U-L图像如图乙所示,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)根据图像计算出该样品的电阻率ρ=Ω·m(保留两位有效数字).

例2[2023·全国乙卷]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R0(阻值10.0Ω).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.图甲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U1,然后将K与2端相连,此时电压表读数记为U2.由此得到流过待测金属丝的电流I=,金属丝的电阻r=.(结果均用R0、U1、U2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:U1(mV)0.570.710.851.141.43U2(mV)0.971.211.451.942.43(4)利用上述数据,得到金属丝的电阻r=14.2Ω.(5)用米尺测得金属丝长度L=50.00cm.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乙所示,该读数为d=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ρ=×10-7Ω·m.(保留2位有效数字)

等效替代法电流等效替代法电压等效替代法或或实验原理:测量某电阻(或电流表、电压表的内阻)时,用电阻箱替换待测电阻,若二者对电路所起的作用相同(如分流或分压相等),则待测电阻(或电流表、电压表的内阻)的阻值与电阻箱接入电路的阻值相等.以左一为例:电源输出电压不变,将S2闭合到2,调节电阻箱,示数为R1,使电流表的示数与S2闭合到1时的示数相等,则Rx=R1例3[2024·云南昆明模拟]如图甲所示,某同学发现将一块满偏电流为50μA的小量程电流表改装成0~1mA、0~10mA两个量程的电流表,需用R1=4.22Ω和R2=37.89Ω的电阻.(1)由上述数据,可计算出小量程电流表的内阻为Ω(计算结果保留3位有效数字).

(2)该同学为验证计算结果,设计了如图乙所示的电路,测量小量程电流表的内阻.A是标准电流表,R和R0分别是滑动变阻器和电阻箱,S是单刀单掷开关,S1是单刀双掷开关,E是电源.完成下列填空:①将S1拨向接点1,接通S,调节滑动变阻器R,使小量程电流表指针偏转到适当位置,记下此时的读数I;

②然后将S2拨向接点2,保持①步骤中滑动变阻器R滑片的位置不变,调节电阻箱R0,使标准电流表的读数,记下此时R0的读数;

③多次重复上述过程,计算R0读数的,即为待测小量程电流表的内阻,在误差允许的范围内,发现小量程电流表的内阻无误;

④小量程电流表的内阻R0的阻值的测量值与真实值可能不相等,若不考虑偶然误差的因素,则可能的原因是.

半偏法测电表内阻1.利用半偏法测电流表内阻,如图甲所示,电阻箱和电流表并联,然后与大电阻滑动变阻器串联,R测<R真.2.利用半偏法测电压表内阻,如图乙所示,电阻箱和电压表串联,然后与小电阻滑动变阻器并联,R测>R真.例4[2024·四川绵阳模拟]用如图甲所示的电路图测量毫安表G的内阻,并改装成量程更大的电流表.已知G量程是0~3mA,内阻约为100Ω.电阻箱R0的最大阻值为9999.9Ω,电源E的电动势约为6V,内阻忽略不计.供选用的滑动变阻器有:甲,最大阻值为1kΩ;乙,最大阻值为3kΩ.完成以下实验,并回答问题:(1)为完成实验,滑动变阻器R1应该选用(选填“甲”或“乙”).

(2)测量毫安表G的内阻.正确连接电路后,进行如下操作:①断开S1和S2,将R1接入电路的电阻调到最大值;②闭合S1,调节(选填“R1”或“R0”)使G满偏;

③闭合S2,调节(选填“R1”或“R0”)使G半偏,记录其此时接入电路的阻值为R测;

④根据测量原理,可认为毫安表G的内阻Rg等于R测.R测与G内阻真实值相比(选填“偏大”“偏小”或“相等”).

(3)将毫安表G改装成量程为0~30mA的电流表.根据测得的毫安表G的内阻R测,计算与毫安表G并联的定值电阻R的阻值.完成改装后,按照图乙所示电路进行校准,当标准毫安表的示数为16.0mA时,毫安表G指针位置如图丙所示,说明改装电表量程不是0~30mA,这是毫安表G的内阻测量不准确造成的.要让改装电表量程为0~30mA,不必重新测量G的内阻,只需要将定值电阻R换成一个阻值为kR的电阻,其中k=.

电桥平衡法在电阻的测量方法中,有一种很独特的测量方法,那就是电桥法.其测量电路如图所示,实验中调节电阻箱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U1R1=U2R2,U1R3=U2Rx.由以上两式解得R1×R例5[2023·湖南卷]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,其电路如图甲所示,R1、R2、R3为电阻箱,RF为半导体薄膜压力传感器,C、D间连接电压传感器(内阻无穷大).(1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值,示数如图乙所示,对应的读数是Ω;

(2)适当调节R1、R2、R3,使电压传感器示数为0,此时,RF的阻值为(用R1、R2、R3表示);

(3)依次将0.5g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U,所测数据如下表所示:次数123456砝码质量m/g0.00.51.01.52.02.5电压U/mV057115168220280根据表中数据在图丙上描点,绘制U-m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F0,电压传感器示数为200mV,则F0大小是N(重力加速度取9.8m/s2,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C、D间电压,在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1,此时非理想毫伏表读数为200mV,则F1F0(填“>”“=”或“<”).

题型2以闭合电路欧姆定律为核心的实验用多用电表测量电学中的物理量1.原理:闭合电路欧姆定律,I=ERx+R内(其中R内=Rg+R+r,2.中值电阻R中=Rg+R+r3.红、黑表笔短接,欧姆调零,Ig=E4.电流方向:“红进黑出”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r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真+RA)伏阻法1.原理:E=U+UR2.关系式:1U=rE·1(续表)测量电源的电动势和内电阻伏阻法3.误差分析:E测<E真,r测<r真r测=RV·安阻法1.原理:E=IR+Ir2.关系式:1I=1E·R+rE或R=E·3.误差分析:E测=E真,r测>r真(r测=r真+RA)【题组演练】1.[2024·辽宁卷]某探究小组要测量电池的电动势和内阻.可利用的器材有:电压表、电阻丝、定值电阻(阻值为R0)、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干.他们设计了如图所示的实验电路原理图.(1)实验步骤如下:①将电阻丝拉直固定,按照图甲连接电路,金属夹置于电阻丝的(选填“A”或“B”)端;

②闭合开关S,快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数U,断开开关S,记录金属夹与B端的距离L;③多次重复步骤②,根据记录的若干组U、L的值,作出图丙中图线Ⅰ;④按照图乙将定值电阻接入电路,多次重复步骤②,再根据记录的若干组U、L的值,作出图丙中图线Ⅱ.(2)由图线得出纵轴截距为b,则待测电池的电动势E=.

(3)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为k1、k2,若k2k1=n,则待测电池的内阻r=(用n和R2.[2024·广西南宁模拟]学校物理课外学习小组要测一节干电池的电动势(约1.5V)和内阻(小于1Ω),选用的实验器材如下:A.电流表A(量程0~0.6A,内阻约为0.1Ω);B.微安表G(量程0~400μA,内阻为100Ω);C.滑动变阻器R'(0~20Ω);D.电阻箱R(0~9999.9Ω);E.定值电阻R1(阻值为2.50Ω);F.定值电阻R2(阻值为10.00Ω);G.开关、导线若干.(1)给定的两个定值电阻,你认为选用(选填“R1”或“R2”)最合适;

(2)将微安表G改装为量程0~2V的电压表,该小组应将电阻箱调到阻值为.

(3)根据选用的实验器材,请在虚线框内完善实验电路.(4)该小组根据记录的数据,作出微安表G的示数I1随电流表A的示数I2变化的图像如图乙所示,则该节干电池的电动势E=V,内阻r=Ω.(均保留3位有效数字)

3.[2024·新课标卷]学生实验小组要测量量程为0~3V的电压表V的内阻RV.可选用的器材有:多用电表,电源E(电动势为5V),电压表V1(量程为0~5V,内阻约3kΩ),定值电阻R0(阻值为800Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为50Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为5kΩ),开关S,导线若干.完成下列填空:(1)利用多用电表粗测待测电压表的内阻.首先应(把下列实验步骤前的字母按正确操作顺序排列).

A.将红、黑表笔短接B.调节欧姆调零旋钮,使指针指向零欧姆C.将多用电表选择开关置于欧姆挡“×10”位置再将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的(选填“正极、负极”或“负极、正极”)相连,欧姆表的指针位置如图甲中虚线Ⅰ所示.为了减少测量误差,应将选择开关旋转到欧姆挡(选填“×1”“×100”或“×1k”)位置,重新调节后,测量得到指针位置如图甲中实线Ⅱ所示,则粗测得到的该电压表内阻为kΩ(结果保留1位小