2025届高考物理二轮复习讲义：第16讲 电学实验【含答案】

2025届高考物理二轮复习讲义：第16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、各种方式测电阻值、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.新高考下的电学实验可能会涉及磁场、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电学基本器材的使用与读数1.电压表、电流表、多用电表的读数技巧对电表读数问题,要先弄清楚电表的分度值,即每小格的数值,再确定是12、15还是110估读2.多用电表的使用问题在弄清其基本原理的基础上,会选择测量项目及量程、挡位,能区分机械调零和欧姆调零,掌握测量电阻的步骤.3.电表的“三用”如果知道电表的内阻,电流表、电压表就既可以测电流,也可以测电压,还可以作为定值电阻来用,即“一表三用”.4.多用电表欧姆挡使用六注意(1)选挡后接着欧姆调零;(2)换挡重新欧姆调零;(3)待测电阻与电路、电源要断开;(4)尽量使指针指在表盘中间位置附近;(5)读数之后要乘倍率得阻值;(6)用完后,选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡.【题组演练】1.仪器的读数(1)如图甲所示,电压表选0~3V量程时的读数为V,电压表选0~15V量程时的读数为V.

(2)如图乙所示,电流表选0~0.6A量程时的读数为A,电流表选0~3A量程时的读数为A.

(3)如图丙所示,电阻箱的读数为.

2.[2018·浙江4月选考]小明用多用电表测量一小段2B铅笔芯的电阻Rx,正确的操作顺序是(填字母);

A.把选择开关旋转到交流电压最高挡B.调节欧姆调零旋钮使指针指到欧姆零点C.把红、黑表笔分别接在Rx两端,然后读数D.把选择开关旋转到合适的挡位,将红、黑表笔接触E.把红、黑表笔分别插入多用电表“+”“-”插孔,用螺丝刀调节指针定位螺丝,使指针指03.某同学在“用多用电表测电阻”的实验中:(1)测量某电阻时,用“×10Ω”挡时发现指针偏转角度过大,他应该换用(选填“×1Ω”或“×100Ω”)挡,换挡后,在测量前先要进行.

(2)某次使用多用电表的实验中,多用电表指针的位置如图所示,请你读数:①如果使用的是直流“2.5V”的电压挡,则读数为V.

②如果使用的是“×100Ω”的电阻挡,则读数为Ω.

③如果使用的是直流“10mA”的电流挡,则读数为mA.

题型2以测电阻为核心的电学实验1.测定电阻的常用方法:名称电路测量原理伏安法Rx=UI,小外偏小,伏安法消除系统误差Rx=U2IRx=U活用电表法伏伏法V2内阻已知时,Rx=U1-安安法A1内阻已知时,Rx=I1I等效替代法电源输出电压不变,将S合到2,调节R1,使电流表的示数与S合到1时的示数相等,则Rx=R1电源输出电压不变,将S合到b,调节R1,使电压表的示数与S合到a时的示数相等,则Rx=R1半偏法闭合S1,断开S2,调节R1使G表满偏;闭合S2,只调节R2使G表半偏(R1≫RG),则R2=RG测<RG真使R2=0,闭合S,调节R1使V表满偏;只调节R2使V表半偏(RV≫R1),则R2=RV测>RV真欧姆表法电路略,注意:①要在指针靠近中央时读数;②换挡要进行欧姆调零;③欧姆表刻度左密右疏2.选择实验器材的三大原则(1)安全性原则:要能够根据实验要求和客观条件选用合适的器材,使实验切实可行,能达到预期目标.另外还要注意测量器材的量程,电阻类器件的电流不能超过允许通过的最大电流等.(2)精确性原则:根据实验的需要,选用精度合适的测量工具,但对某个实验来讲,精确程度达到要求即可,并不是精度越高越好.(3)方便性原则:在不违反前两个原则的前提下,尽量使测量电路简单易接,测量中的调节控制操作方便.3.实物图连线的基本原则对限流式电路,一般是从电源的正极开始,把电源、开关、滑动变阻器以及测量电路顺次连接起来即可.对分压式电路,应先将电源、开关和滑动变阻器的全部电阻用导线连接起来,然后在滑动变阻器上金属杆两端的接线柱中任选一个,依据电路中电流的流向将测量电路部分连接起来即可.4.器材的选择方法(1)电流表和电压表的选择①根据电路中的最大电流(或最大电压)进行选择.②根据用电器的额定电流(或额定电压)进行选择.③根据电源的参数进行选择.(2)滑动变阻器的选择①当采用分压式接法时,一般应选用最大阻值较小而额定电流较大的滑动变阻器.②当采用限流式接法时,一般应选用最大阻值比待测电阻稍大或差不多的滑动变阻器.【题组演练】1.某学习小组用伏安法测一个待测电阻Rx的阻值,实验室提供器材如下:A.待测电阻Rx:阻值约为2kΩB.干电池组:电动势E=6V,内阻可忽略C.电流表A:满偏电流Ig=900μA,内阻约为50ΩD.电压表V:量程0~1V,内阻约为10kΩE.电阻箱RP:最大阻值为999.9ΩF.滑动变阻器R:阻值范围为0~200ΩG.开关、导线若干(1)该学习小组同学首先采用伏安法测量待测电阻的阻值,根据上述实验器材,小组讨论后设计了一个最佳测量电路,下列电路方案(选填“甲”“乙”“丙”或“丁”)更合理.

(2)为了更准确地测量待测电阻的阻值,该小组决定换一种测量电路,增加电阻箱来完成实验,实验电路图如图戊.①先闭合S1、断开S2,调节R和RP,使电流表和电压表偏转适当,记下两表示数为U1=0.72V,I1=800μA;②再闭合S2,保持RP不变,调节,记下此时电压表和电流表示数为U2=0.54V,I2=900μA;

③小组同学利用测量数据计算出的待测电阻Rx=kΩ(结果保留两位有效数字);

④请你判断该小组此测量方案(选填“能”或“不能”)消除电表内阻造成的误差.

2.某实验小组要测量一段金属丝的电阻率.(1)某同学先用多用电表的欧姆挡粗测金属丝电阻,把选择开关调到“×1”挡,应先,再进行测量,测量时多用电表的示数如图甲所示,则该元件电阻为Rx=Ω;再用螺旋测微器测量金属丝的直径d,其示数如图乙所示,则d=mm;

(2)为了精确测量金属丝电阻,实验室提供以下器材:滑动变阻器(阻值为0~15Ω)、电流表(阻值约为10Ω)、电压表(阻值约为3kΩ)、电源,要求尽可能多测量几组数据,请补充完整图丙的电路连线.(3)连接好图丙的电路,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于(填“a”或“b”)端.某次实验时,电压表的示数为U,电流表的示数为I,测得金属丝的长为L,则金属丝电阻率ρ=.(用题中的物理量符号表示)

(4)小组成员同学设计了如图丁所示电路测量该金属丝电阻率,稳压源的输出电压恒为U0,定值电阻的阻值为R,根据多次实验测出aP长度x和对应的电压表的示数U作出U-x图线,图线的斜率为k,则金属丝的电阻率ρ=.(用题中的符号k、R、d、U0、L表示)

题型3以测电源电动势为核心的电学实验测量电源电动势和内阻的三个常用方案方案伏安法伏阻法安阻法原理E=U+IrE=U+URrE=IR+Ir电路图关系式U=E-Ir1U=rER1I=RE图像纵轴截距:E斜率绝对值:r纵轴截距:1斜率:r纵轴截距:r斜率:1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【题组演练】1.某学习小组在实验室测量一块电池的电动势E和内阻r.为了能较准确地测量,该小组利用图甲所示电路进行实验,单刀双掷开关S2先后与1、2连接,调节R的阻值,得到多组电压和电流的数据,根据实验记录的数据绘制了两条U-I图线,如图乙所示.纵、横截距分别为U1、I1的图像为单刀双掷开关打到1上时的图像,纵、横截距分别为U2、I2的图像为单刀双掷开关打到2上时的图像.(1)本实验中,单刀双掷开关打到1或者2上时均会出现系统误差,S2打到2上时产生系统误差的主要原因是.

(2)小组同学在图乙中绘制出了两条图线(虚线)用来表示电源的真实U-I图像,电源的真实U-I图像应该为图乙中(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)图像,电源的电动势E=(填“U1”或“U2”).

(3)小组内一同学进一步分析发现,如果实验数据测量无误,根据图像可以计算得电流表和电压表的内阻,其中电流表内阻的表达式为RA=(用“U1”“U2”“I1”或“I2”中的符号表示).

2.某同学把铜片和锌片相隔约1cm插入一个苹果中,就制成了一个水果电池.为了测量其电动势E和内阻r,他用到的实验器材有电阻箱(最大阻值为9999Ω)、多用电表2V电压挡(内阻远大于普通电压表)、开关、导线若干.实验步骤如下:①将该水果电池与其余实验器材按图甲所示电路连接;②调节电阻箱阻值,闭合开关,待示数稳定后,记录电阻箱的阻值R和多用电表的示数U后立即断开开关;③每次将电阻箱的阻值增大1000Ω,重复实验,计算出相应的1R和1U,R/ΩU/V1R/kΩ1U/V20000.2060.5004.85430000.2750.3333.63640000.3350.2502.98550000.3800.2002.63260000.4250.1672.353④根据表中数据,绘制出1U-1R关系图线如图乙中的直线b请回答下列问题:(1)步骤②中立即断开开关的原因是;

(2)根据闭合电路欧姆定律,可以得到1U与1R的关系表达式为1U=(用E、r和(3)根据实验数据绘制的图线b可得该水果电池的电动势为V,内阻为kΩ(结果均保留2位有效数字);

(4)若用普通的电压表代替多用电表进行实验,得到的图线可能是图乙中的(选填“a”“b”“c”或“d”).

题型4电学创新实验和交流电实验1.创新性实验的基本思路明确目的→选择方案→选定器材→实验操作→数据处理→得出结论2.解决电学创新性实验常用的方法(1)转换法:将不易测量的物理量转换成易于测量的物理量进行测量,然后再求待测物理量的值,这种方法叫转换测量法(简称转换法).如在测量金属丝电阻率的实验中,虽然无法直接测量电阻率,但可通过测量金属丝的长度和直径,并将金属丝接入电路测出其电阻,然后再计算出它的电阻率.(2)替代法:用一个标准的已知量替代被测量,通过调整标准量,使整个测量系统恢复到替代前的状态,则被测量等于标准量.(3)控制变量法:研究一个物理量与其他几个物理量的关系时,要使其中的一个或几个物理量不变,分别研究这个物理量与其他各物理量的关系,然后再归纳总结,如探究电阻的决定因素实验.【题组演练】1.某同学在“研究电磁感应现象”实验中,实物电路连接如图.(1)实物图中有一个元件的位置接错了回路,请指出该元件的名称:.

(2)在实验过程中,除了需要查清流入电流表的电流方向与指针偏转方向之间的关系外,还应查清(选填“A”“B”或“A和B”)中导线的绕制方向.

回答下面的(3)(4)(5)三个问题,需从下列选项中选出一个,在填空横线上,填上序号:A.原磁场方向B.B线圈中磁通量的变化情况C.感应电流的磁场方向D.B线圈中磁通量的变化快慢(3)为了探究感应电流方向的规律,实验应研究原磁场方向、磁通量的变化情况、三者的关系.

(4)实验中发现滑动变阻器滑片向左与向右移动时,电流表指针偏转方向不同,说明感应电流的方向与有关.

(5)实验中发现滑动变阻器滑片向左与向右移动快慢不同时,电流表指针偏转幅度不同,说明感应电流的大小与有关.

2.小理同学利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象,图乙是毫安表表头.(1)小理先将单刀双掷开关打到1位置,发现毫安表指针向左偏转,电容器开始充电,充电电流逐渐变,此时电容器的上极板带电;再将开关打到2位置,发现毫安表指针向偏转,电容器开始放电,放电电流逐渐变小.以上三空,判断正确的是.

A.大、正、左 B.小、正、右C.大、负、左 D.小、负、右(2)小理同学将放电过程所获得的数据绘制成图丙中的a图线(图中实线).再通过调节电阻箱,增大R,重复电容器的充、放电过程,再收集放电电流的数据,将得到图丙中的曲线(选填“b”或“c”).小理同学通过观察图像中的(选填“截距”“斜率”或“面积”),认为在误差允许的范围内,控制充电电压不变,改变电路中的电阻,不会影响电容器放电的电荷量.

(3)在“观察电容器的充、放电现象”实验中,以下观点错误的是.

A.在e、f之间增加一个微型直流风扇,可以展示电容器是储能元件B.更换电容C更小的电容器,在电源电压不变的情况下,电容器放电时释放的电荷量仍不变C.将电源电压增大,且不超过电容器的耐压值,可以增大电容器放电时释放的电荷量D.将电阻箱转移到m、n之间,可以减少电容器的充电时间参考答案与详细解析题型1【题组演练】1.(1)1.206.0(2)0.502.50(3)530.0Ω2.EDBCA[解析]用多用电表测电阻,应先机械调零,接着欧姆调零,再测量,最后复位,所以顺序为EDBCA.3.(1)×1Ω欧姆调零(2)①0.80②3.0×103③3.2[解析](1)根据欧姆表的工作原理可知,指针的偏角过大,说明电阻较小,即所选的倍率过大,应选择“×1Ω”挡,换挡后在测量前要重新进行欧姆调零.(2)①若使用的是直流“2.5V”的电压挡,则每小格代表0.05V,读数为16×0.05V=0.80V;②若使用的是“×100Ω”的电阻挡,则读数为30×100Ω=3.0×103Ω;③若使用的是直流“10mA”的电流挡,则每小格代表0.2mA,读数为16×0.2mA=3.2mA.题型2【题组演练】1.(1)丁(2)②R③1.8④能[解析](1)电压表的量程为0~1V,其内阻具体值不知道,电流表内阻具体值也不知道,所以无法对这两块表进行改装,电源电动势E=6V,所以需要使用滑动变阻器的分压式连接,由于待测电阻约为2kΩ,所以采用电流表内接法,综合以上分析,丁方案比较合理.(2)调节滑动变阻器R,由欧姆定律得R'=RPRVRP+RV=U1I1=900Ω,R″=RxR'R2.(1)欧姆调零11.00.900(2)如图所示(3)aπ(4)kR[解析](1)用欧姆表测电阻时,选择开关调到“×1”挡,然后进行欧姆调零,再测量.根据欧姆表读数原理可知该元件电阻为R=11.0Ω,根据螺旋测微器的读数原理可知d=0.5mm+40.0×0.01mm=0.900mm.(2)由于电压表的内阻远大于金属丝的电阻,所以采用电流表外接法,为了尽可能多测几组数据,滑动变阻器采用分压式接法,实物图如图所示.(3)为了使分压式接法中的电压从零开始变化,滑动变阻器的滑片应置于a端.根据欧姆定律得R=UI,又R=ρLS,S=πd22,所以该金属丝的电阻率为ρ=(4)根据欧姆定律得UxLRx(Rx+R)=U0,解得U=U0Rx(Rx+R)Lx,则U-x图像的斜率k=U0Rx(Rx+R题型3【题组演练】1.(1)电压表的分流(2)ⅡU1(3)U11[解析](1)S2接2时,电流表测通过滑动变阻器的电流,不包括电压表的电流,所以出现系统误差的主要原因是电压表的分流.(2)S2接1时,所测电动势为电流表与电源串联后整体的等效电源的电动势,即S2接1时的电动势的测量值等于真实值;另一方面由于S2接2,当电路短路时,电压表没有分流,即此时的电流的测量值与真实值相等.结合上述可知,电源的真实的U-I图线是Ⅱ,故电源的电动势为U1.(3)S2接1时,所测内阻为电源和电流表的整体的等效内阻,r+RA=U1I1,再由(2)可知电源的真实内阻r=U1I2,所以电流表的内阻R2.(1)防止长时间通电,导致水果电池内阻和电动势发生变化(2)rE1R+1E(3)0.916.[解析](1)步骤②中立即断开开关的原因是防止长时间通电,导致水果电池内阻和电动势发生变化.(2)在闭合电路中,由闭合电路欧姆定律有E=U+Ir=U+URr,解得1U=rE(3)图线b的纵截距b'=1E,图线斜率k=rE,由图线b可知b'=1.1,k=3.0−1.10.25=7.6,所以E=0.91V,r=6.9(4)若用普通的电压表代替多用电表进行实验,由于电压表内阻不是无穷大,会导致测量结果存在误差,由闭合电路欧姆定律有E=U+Ir=U+URVRRV+Rr,得1U=rE1R题型4【题组演练】1.(1)开关(2)A和B(3)C(4)B(5)D[解析](1)实物图中开关接错了回路,应该接在线圈A所在回路,这样通过开关的通断,或滑片的左右移动,或线圈A从线圈B中插入与拔出,来实现