2025届高考物理二轮专题复习与测试模块七实验技能及创新专题二十电学实验课件

专题二十电学实验[专题复习定位]1．熟练掌握电学实验的基本原理和方法，并借助基本实验分析拓展创新实验。2．掌握传感器的性质，会设计和分析含传感器的自动控制电路问题。高考真题再现PART01第一部分命题点1电阻测量类实验1．(2024·湖南卷，T11)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(a)所示的装置。电阻测量原理如图(b)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(c)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(d)所示。1.2312.3(4)如果玻璃管内气压是0.5个标准大气压，保持电流为100mA，电压表指针应该在图(c)指针位置的________(选填“左”或“右”)侧。解析：根据题图(d)可知气压越小电阻越大，再根据U＝IR可知压强p减小，电阻R增大，故电压增大，电压表的指针位置应该在题图(c)中指针位置的右侧。右(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。小于2．(2024·山东卷，T14)某学习小组对两种型号铅笔芯的电阻率进行测量。实验器材如下：学生电源(输出电压0～16V)；滑动变阻器(最大阻值10Ω，额定电流2A)；电压表V(量程0～3V，内阻未知)；电流表A(量程0～3A，内阻未知)；待测铅笔芯R(X型号、Y型号)；游标卡尺，螺旋测微器，开关S，单刀双掷开关K，导线若干。回答以下问题：(1)使用螺旋测微器测量铅笔芯直径，某次测量结果如图甲所示，该读数为________mm。解析：根据螺旋测微器的读数规则可知，其读数d＝2mm＋0.01×45.0mm＝2.450mm。2.450(2)把待测铅笔芯接入图乙所示电路，闭合开关S后，将滑动变阻器滑片由最右端向左调节到合适位置，将单刀双掷开关K分别掷到1、2端，观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显，则测量铅笔芯电阻时应将K掷到________(选填“1”或“2”)端。解析：由于电压表示数变化更明显，说明电流表分压较多，因此电流表应采用外接法，即测量铅笔芯电阻时应将K掷到1端。1(3)正确连接电路，得到Y型号铅笔芯I－U图像如图丙所示，求得电阻RY＝________Ω(保留3位有效数字)；采用同样方法得到X型号铅笔芯的电阻为1.70Ω。1.91(4)使用游标卡尺测得X、Y型号铅笔芯的长度分别为40.68mm、60.78mm，使用螺旋测微器测得X、Y型号铅笔芯直径近似相等，则X型号铅笔芯的电阻率________(选填“大于”或“小于”)Y型号铅笔芯的电阻率。大于命题点2电表的改装3．(2024·安徽卷，T12)某实验小组要将电流表G(铭牌标示：Ig＝500μA，Rg＝800Ω)改装成量程为1V和3V的电压表，并用标准电压表对其进行校准。选用合适的电源、滑动变阻器、电阻箱、开关和标准电压表等实验器材，按图1所示连接电路，其中虚线框内为改装电路。(1)开关S1闭合前，滑片P应移动到________(选填“M”或“N”)端。解析：由题图1可知，该滑动变阻器采用分压式接法，在开关S1闭合前，滑片P应移到M端。(2)根据要求和已知信息，电阻箱R1的阻值已调至1200Ω，则R2的阻值应调至________Ω。解析：当开关S2接a时，电压表量程为3V，根据欧姆定律有U2＝Ig(Rg＋R1＋R2)，其中R1＝1200Ω，解得R2＝4000Ω。M4000(3)当单刀双掷开关S2与a连接时，电流表G和标准电压表V的示数分别为I、U，则电流表G的内阻可表示为__________________(结果用U、I、R1、R2表示)。(4)校准电表时，发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大，经排查发现电流表G内阻的真实值与铭牌标示值有偏差，则只要________即可(填正确答案标号)。A．增大电阻箱R1的阻值B．减小电阻箱R2的阻值C．将滑动变阻器的滑片P向M端滑动解析：校准电表时，发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大，要减小G的示数可以增大两电阻箱的阻值。A(5)校准完成后，开关S2与b连接，电流表G的示数如图2所示，此示数对应的改装电压表读数为________V(保留2位有效数字)。解析：根据闭合电路欧姆定律UV＝IA(Rg＋R1)＝430×10－6×(800＋1200)V＝0.86V。0.86命题点3测定电源的电动势和内阻4．(2024·辽宁、吉林、黑龙江卷，T11)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(a)(b)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(a)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(c)中图线Ⅰ；④按照图(b)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(c)中图线Ⅱ。A解析：为了保护电路，闭合开关前，金属夹置于电阻丝的最大阻值处，由题图(a)可知，应该置于A端。(2)由图线得出纵轴截距为b，则待测电池的电动势E＝________。命题点4观察电容器的充、放电现象5．(2024·广西卷，T12)某同学为探究电容器充、放电过程，设计了图甲实验电路。器材如下：电容器，电源E(电动势6V，内阻不计)，电阻R1＝400.0Ω，电阻R2＝200.0Ω，电流传感器，开关S1、S2，导线若干。实验步骤如下：(1)断开S1、S2，将电流传感器正极与a节点相连，其数据采样频率为5000Hz，则采样周期为________s。(2)闭合S1，电容器开始充电，直至充电结束，得到充电过程的I－t曲线如图乙，由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为________mA(结果保留3位有效数字)。解析：由题图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为15.0mA。15.0(3)保持S1闭合，再闭合S2，电容器开始放电，直至放电结束，则放电结束后电容器两极板间电压为________V。2(4)实验得到放电过程的I－t曲线如图丙，I－t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0188C，则电容器的电容C为________μF。图丙中I－t曲线与横坐标、直线t＝1s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0038C，则t＝1s时电容器两极板间电压为________V(结果保留2位有效数字)。4.7×1035.2解析：充电结束后电容器两端电压UC′＝E＝6V，故可得ΔQ＝(UC′－UC)C＝0.0188C

解得C＝4.7×103μF设t＝1s时电容器两极板间电压为UC″，得(UC′－UC″)C＝0.0038C代入数值解得UC″≈5.2V。命题点5利用传感器制作简单的自动控制装置6.(2024·广东卷，T12)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装置，实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正对光源。图甲是光照方向检测电路。所用器材有：电源E(电动势3V)；电压表V1和V2(量程均有3V和15V，内阻均可视为无穷大)；滑动变阻器R；两个相同的光敏电阻RG1和RG2；开关S；手电筒；导线若干。图乙是实物图。图中电池板上垂直安装有半透明隔板，隔板两侧装有光敏电阻，电池板固定在电动机转轴上。控制单元与检测电路的连接未画出。控制单元对光照方向检测电路无影响。请完成下列实验操作和判断。(1)电路连接。图乙中已正确连接了部分电路，请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表间的实物图连线。解析：电路连线如图。答案：见解析图(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。①将图甲中R的滑片置于________端。用手电筒的光斜照射到RG1和RG2，使RG1表面的光照强度比RG2表面的小。②闭合S，将R的滑片缓慢滑到某一位置。V1的示数如图丙所示，读数U1为________V，U2的示数为1.17V。由此可知，表面光照强度较小的光敏电阻的阻值________(选填“较大”或“较小”)。③断开S。b1.60较大解析：①将题图甲中的R的滑片置于b端。②电压表量程为3V，最小刻度为0.1V，则读数为1.60V；由此可知表面光照强度较小的RG1两端电压较大，说明表面光照强度较小的光敏电阻的阻值较大。(3)光源跟踪测试。①将手电筒的光从电池板上方斜照射RG1和RG2。②闭合S，并启动控制单元。控制单元检测并比较两光敏电阻的电压，控制电动机转动。此时两电压表的示数U1<U2，图乙中的电动机带动电池板________(选填“逆时针”或“顺时针”)转动，直至________时停止转动，电池板正对手电筒发出的光。解析：②由于两电压表的示数U1<U2，可知RG1光照强度较大，则说明电动机带动电池板逆时针转动，直至U1＝U2时停止转动，电池板正对手电筒发出的光。逆时针U1＝U2题型分类讲练PART02第二部分题型一电阻测量类实验考向1电阻的测量

(2024·新课标卷，T23)学生实验小组要测量量程为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5V)，电压表V1(量程5V，内阻约3kΩ)，定值电阻R0(阻值为800Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值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(a)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(a)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)。CAB负极、正极×1001.6[解析]

利用多用电表粗测待测电压表的内阻。首先应选择欧姆挡即C选项；接着将红、黑表笔短接即A选项；进行欧姆调零即B选项。故首先操作顺序为CAB。由多用电表使用时电流“红进黑出”的规则可知：测量电阻时电源在多用电表表内，故将多用电表的红、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题图(a)中虚线Ⅰ所示，偏转角度较小即倍率选择过小，为了减少测量误差，应将选择开关旋转到欧姆挡“×100”的位置。重新调节后，测量得到指针位置如题图(a)中实线Ⅱ所示，则粗测得到的该电压表内阻R＝16.0×100Ω＝1.6kΩ。(2)为了提高测量精度，他们设计了如图(b)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。R1a[解析]

题图(b)所示的电路，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R1；为保护电路，且测量电路部分电压从零开始调节，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应置于a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＝__________(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)。1.57考向2导体电阻率的测量

(2024·江西卷，T12)某小组欲设计一种电热水器防触电装置，其原理是：当电热管漏电时，利用自来水自身的电阻，可使漏电电流降至人体安全电流以下。为此，需先测量水的电阻率，再进行合理设计。(1)如图(a)所示，在绝缘长方体容器左右两侧安装可移动的薄金属板电极，将自来水倒入其中，测得水的截面宽d＝0.07m和高h＝0.03m。(2)现有实验器材：电流表(量程0～300μA，内阻RA＝2500Ω)、电压表(量程0～3V或0～15V，内阻未知)、直流电源(3V)、滑动变阻器、开关和导线。请在图(a)中画线完成电路实物连接。[解析]

电源电动势为3V，故电压表量程选择0～3V；由于电流表的内阻已知，故电流表采用内接法，实物图如图所示。[答案]

实物图见解析(3)连接好电路，测量26℃的水在不同长度l时的电阻值Rx。将水温升到65℃，重复测量。绘出26℃和65℃水的Rx－l图，分别如图(b)中甲、乙所示。(4)若Rx－l图线的斜率为k，则水的电阻率表达式为ρ＝________(用k、d、h表示)。实验结果表明，温度________(选填“高”或“低”)的水更容易导电。kdh高(5)测出电阻率后，拟将一段塑料水管安装于热水器出水口作为防触电装置。为保证出水量不变，选用内直径为8.0×10－3m的水管。若人体的安全电流为1.0×10－3A，热水器出水温度最高为65℃，忽略其他电阻的影响(相当于热水器220V的工作电压直接加在水管两端)，则该水管的长度至少应设计为________m(保留2位有效数字)。0.46

(2023·辽宁卷，T12)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(a)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(b)所示，得到直线的斜率k。回答下列问题：(1)L是丙到________(选填“甲”“乙”或“丁”)的距离；[解析]

由题图(a)可知，电压表测的是乙、丙探针之间的样品两端的电压，从题图(b)中可以看出L越大，电压表示数U越大，且U－L图像的延长线过坐标原点，在串联电路中电压表所测电阻部分的阻值越大，电压越大，说明L为电压表所测样品部分的长度，即L是丙到乙的距离。乙(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2位有效数字)。6.5×10－5(1)电路连接图(a)为实验原理图。在图(b)的实物图中，已正确连接了部分电路，只有R4一端的导线还未连接，该导线应接到R3的________(选填“左”或“右”)端接线柱。[解析]

根据题图(a)为电路可知，R4一端的导线应接到R3的右端接线柱。右(2)盐水电导率和温度的测量①测量并记录样品池内壁的长宽高，在样品池中注满待测盐水。②闭合开关S1，________开关S2，毫安表的示数为10.0mA，记录此时毫安表的示数，计算得到流过样品池的电流I1为________mA。③____________开关S2，毫安表的示数为15.0mA，记录此时毫安表的示数，计算得到流过样品池的电流I2为________mA。④断开开关S1，测量并记录盐水的温度。断开40.0闭合60.0(3)根据上述数据，计算得到样品池两电极板间待测盐水的电阻为________Ω，进而可求得该温度时待测盐水的电导率。100(1)当开关S接A端时，该电流表的量程为0～________mA，内阻为________Ω。1300(2)当开关S接B端时，该电流表的量程比接在A端时________(选填“大”或“小”)。[解析]

当开关S接B端时，由题图(a)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。大(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(b)中两个电路。不考虑实验操作中的偶然误差，则使用________(选填“甲”或“乙”)电路可修正由电表内阻引起的实验误差。[解析]

题图甲是电流表的外接法，误差是由于电压表的分流引起的；题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，故采用图乙的方法可以修正由电表内阻引起的实验误差。乙题型二测量电源的电动势和内阻

(2023·湖北卷，T12)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了图(a)所示的电路，所用器材如下：电压表(量程0～3V，内阻很大)；电流表(量程0～0.6A)；电阻箱(阻值0～999.9Ω)；干电池一节、开关一个和导线若干。(1)根据图(a)，完成图(b)中的实物图连线。[解析]

实物连线如图所示。[答案]

实物图见解析(2)调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U－I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________Ω(保留2位有效数字)。1.580.642.5(4)由于电压表内阻不是无穷大，本实验干电池内阻的测量值__________(选填“偏大”或“偏小”)。[解析]

由于电压表内阻不是无穷大，则实验测得的是电压表内阻与电源内阻的并联值，即实验中测得的干电池内阻偏小。偏小小刚准备试测弟弟的儿童电动车上电池的电动势和内阻，他先上网查了一下，这款电池的电动势E约为8V。除了导线和开关外，还可利用的器材有：A．直流电压表V1、V2(量程均为0～3V，内阻约为3kΩ)B．定值电阻R0(阻值为7Ω)C．电阻箱(最大阻值为8kΩ)D．滑动变阻器R1(最大阻值约为10Ω)E．滑动变阻器R2(最大阻值约为5kΩ)电压表量程不够，需要改装，但是又不知道电压表内阻的准确值，小刚根据电表的特点，打算改装成量程为0～9V的电压表。(1)他先将电阻箱与电压表V1串联后，连成图1所示的电路，其中RP应选用________(选填“R1”或“R2”)。(2)将滑动变阻器滑片P移至最右端，同时将电阻箱阻值调为零，再闭合开关，将滑动变阻器的滑片P调到适当位置，使电压表刚好满偏。R1[解析]

不知道电压表内阻的准确值，还要扩大电压表的量程，就需要设置恒定的电压，因此题图1中分压用的变阻器应该用电阻远小于电压表内阻的R1，以减小电压表分流带来的误差。(3)保持滑片P的位置不变，调节电阻箱，使电压表的示数为________V；不改变电阻箱，电压表和电阻箱的串联组合，就是改装好的9V的电压表。[解析]

当电阻箱阻值为零，滑动变阻器的滑片P调到电压表刚好满偏，说明分压为3V。保持滑片P的位置不变，即分压保持为3V，当调节电阻箱，使电压表的示数为1.0V时，电压表和电阻箱的串联组合的电压为3V。这说明当电压表的示数为3.0V时，电压表和电阻箱的串联组合的电压为9V，这就是改装好的9V电压表。1.0(4)小刚利用改装后的电压表，连接成图2所示的电路测量电池的电动势和内阻，这里的RP应选用________(选填“R1”或“R2”)。移动滑动变阻器滑片，读出电压表V1、V2的多组数据U1、U2，描绘出U1－U2图像如图3所示，图中直线斜率为k，与纵轴的截距为a，则电池的电动势E＝________，内阻r＝________。(均用k、a、R0表示)R1题型三利用传感器制作简单的自动控制装置

(2023·湖南卷，T12)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，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(b)所示，对应的读数是________Ω。[解析]

由题图(b)可知，对应的读数为10×100Ω＝1000Ω。(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)。1000

(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所受重力大小)，读出电压传感器示数U，所测数据见下表。根据表中数据在图(c)上描点，绘制U－m关系图线。次数123456砝码质量m/g0.00.51.01.52.02.5电压U/mV057115168220280[解析]

把表格中的数据在题图(c)上进行描点，然后用一条直线拟合，使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，离直线较远的点舍弃，如图所示。[答案]

见解析图(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)。[解析]

根据U－m图像可知，当U＝200mV时，m＝1.80g，故F0＝mg≈0.018N。0.018

(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F1________(选填“>”“＝”或“<”)F0。[解析]

可将C、D以外的电路等效为新的电源，C、D两点电压看作路端电压，因为换用非理想毫伏表后，读数为200mV，实际上C、D间断路(接理想毫伏表时)时的电压大于200mV，则在压力传感器上施加微小压力F1时C、D间的电压大于在压力传感器上施加微小压力F0时C、D间的电压，结合U－m关系图线可知，F1>F0。>题型四练习使用多用电表某实验小组欲制作一个两挡位(“×1”和“×10”)的欧姆表，使用的实验器材如下：A．电流表G(满偏电流Ig＝1mA，内阻Rg＝180Ω)B．定值电阻R0(阻值为2Ω)C．定值电阻R1(阻值为18Ω)D．滑动变阻器R2(最大阻值为1000Ω)E．电源(电动势为9V)F．单刀双掷开关SG．红、黑表笔及导线若干其内部结构如图所示，回答下列问题。(1)图中A接________(选填“红”或“黑”)表笔。[解析]

根据电流方向“红入黑出”，可知A接黑表笔。黑(2)将单刀双掷开关S与1接通时，欧姆表的挡位为________(选填“×1”或“×10”)。×10(3)现用该欧姆表测量一未知电阻Rx，选用“×10”挡位并欧姆调零后，将电阻Rx接在A、B之间，发现电流表几乎满偏，断开电路并将“×10”挡位换成“×1”挡位，再次欧姆调零时，滑动变阻器R2的滑片________(选填“向上”或“向下”)移动，使电流表满偏，再次将电阻Rx接在A、B之间，稳定后电流表G的指针对准刻度盘上的0.6mA处，则未知电阻Rx＝________Ω。向下60题型五用传感器观察电容器的充、放电过程

(2023·山东卷，T14)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10V，电容标识不清)；电源E(电动势12V，内阻不计)；电阻箱R1(阻值0～99999.9Ω)；滑动变阻器R2(最大阻值20Ω，额定电流2A)；电压表V(量程0～15V，内阻很大)；发光二极管D1、D2，开关S1、S2，电流传感器，计算机，导线若干。回答下列问题：(1)按照图甲连接电路，闭合开关S1，若要升高电容