2024年高考物理实验专题复习一 专题四电学实验

2024年高考物理试验专题复习

专题四:电学试验

电学试验是高考试验考查的重点、热点内容。试题留意联系试验操作的考查，如测量

仪器的读数问题、试验线路的连线问题、电表和其他用电器的选择问题都是试验操作的仿

真模拟，须要考生具备良好的动手实践阅历。试题还留意试验数据的处理分析，如依据试

验数据画出图线，依据图线分析得出结论。”设计和完成试验的实力”在理科综合《考试

说明》中指出的五个考试目标之一。是近几年高考物理试验题的命题趋向。

完整的设计一个试验，要经验多个环节，在实际考查中，一般不会考查全部环节，而

是只考查其中的几个环节，有的题目给出条件和试验器材，要求阐述试验原理：有的给出

试验电路图，要求领悟试验原理，确定需测物理量及计算公式；有的则要求考生依据操作

步骤及测定的物理量推断出试验原理……虽然考查方式不尽相同，但目前高考中几乎全部

的设计型试验题都有一个共同点，都以不同方式或多或少的对试验原理作肯定的提示，在

给出试验器材的前提下进行考查。

由于考查环节和要求的不同，题型也不尽相同，但较多的是选择、填空、作图题。

在兔习过程中，应对所学电学试验逐个理解试验原理、试验方法,比较不同试验的异

同（如电路图、滑动变阻器和电表的连接）。不断充溢自己的阅历和方法，逐步达到能敏

捷运用已学学问解答新的问题。对丁•设计型试验题目要明确试验设计的关键在于试验原理

的设计，它是进行试验的依据和起点，它确定了应选用（或还需）哪些试验器材，应测量

哪些物理量，如何编排试验步骤。而试验原理的设计乂往往依靠于■所供应的试验器材（条

件）和试验要求，它们相辅相成，互为条件。

（-）电学试验中所用到的基本学问

在近年的电学试验中，电阻的测量（包括变形如电表内住的测量）、测电源的电动势

与内电阻是考查频率较高的试验。它们所用到的原理公式为：7?=y,E=U+Ir0由

此可见，对于电路中电压U及电流I的测量是试验的关键所在，但这两个量的干脆测量

和间接测量的方法却多种多样，在此往往也是高考试题的着力点之处。因此复习中应娴熟

驾驭基本试验学问及方法，做到以不变应万变。

1.电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，有肯定的敏捷性，解决时应驾驭

和遵循一些基本的原则，即“平安性”、“便利性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、“仪

器少”、“耗电少”等各方而同素综合考虑，敏捷运用。

⑴正确性：试验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。

⑵平安性：试验方案的实施要平安牢靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要留意

到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能

烧坏仪器。

⑶便利性：试验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。

⑷精确性：在试验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使试验误差尽可能的小。

2.电学试验仪器的选择：

⑴依据不使电表受损和尽量削减误差的原则选择电表。苜先保证流过电流表的电流和加在

电压表上的电压均不超过运月量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要

大于满偏度的如），以削减测读误差。

⑵依据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，留意流过滑动变阻器的电流不

超过它的额定值，对大阻值的变阻器，假如是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变更

的，不宜采纳。

⑶应依据试验的基本要求来选择仪器，对于这种状况，只有熟识试验原理，才能作出蛤当

的选择。总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小：间接测定值尽可能有较多的有效

数字位数，干脆测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程：实现较大范围的灵

敏调整；在大功率装置（电路）中尽可能节约能量：在小功率电路里，在不超过用电器额

定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的精确度。

3.测量电路的选择

⑴电流表的内、外接问题：（甲）所示电路为电流表外接电路（简称外接法）；（乙）所示

电路为电流表内接电路（简称内接法）。两种接法的选择可按下列方法进行：

方法一：设电流表、电压表内阻分别为我.、尺,，被测电阻为R、，则

当而7时，电压表分流作用小，应选用外接法

当七＞、跖7时，电流表分压作用小，应选用内接法

当时,电流表分压作用和电压表分流作用相差不大，两种方法均可。

方法二：在飞,、此均不知的状况下，可采纳试触法。如图所示，分别将a端与b、

c接触，假如前后两次电流表示数比电压表示数变更明显，说明电压表分流作用大，应采

纳内接法：假如前后两次电压表示数比电流表示数变更明显，说明电流表分乐作用大，应

采纳外接法。

⑵滑动变阻器的分压、限流接

为了变更测量电路（待测

两端的电床（或诵过测量电

流），常使滑动变阻器与电源连接作为

限制电路，滑动变阻器在电路中主要

有两种连接方式：如图（甲）为滑动

变阻器的限流式接法，Rx为待测电

阻。它的接线方式是电源、滑动变阻器与待测电阻三者串联。对待测电阻供电电压的最大

ER

调整范围是：:~E（Rx是待测电阻,R是滑动变阻器的总电阻，不计电源内阻）。

如图（乙）是滑动变阻器的分压式接法。接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而

被测电路与滑动变阳器的一部分电阻并联，该接法对待测电网供电电压的调整范围是：

0~七（不计电源内阻时）。

选取接法的原则：

①要求负载上电压或电流变更范围大，旦从零起先连续可调，须用分压式接法。

②负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R时，须用分压式接法，此时若采纳限流式

接法对电路基本起不到调整作用。

③采纳限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的量程或超过用电器的

额定电流（电压）时，应采纳变阻器的分压式接法。

④负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大，并且电压表、电流表

示数变更不要求从零起先起调，可用限流式接法。

⑤两种电路均可运用时应优先用限流式接法，因为限流电路结构简洁，总功率较小。

滑动变阻器的粗调和微调作用：

①在限流电路中，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用。

②在分压电路中，全电阻较小的变阻器起粗调作用，全电阻较大的变阻器起微调作用。

4.实物图的连接：实物图连线应驾驭基本方法和留意事项。

⑴留意事项：

①连接电表应留意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。

②各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉。

③对于滑动变阻器的连接，要搞清晰接入电路的是哪一部分电阻，在接线时要特殊留意不

能将线接到滑动触头上。

⑵基本方法：

①画出试验电路图。

②分析各元件连接方式，明珈电流表与电压表的量程。

③画线连接各元件。（用铅笔画线，以便改错）连线方式应是单线连接，连线依次应先画串

联电路，再画并联电路。

一般先从电源正极起先，到电键，再到滑动变阻器等。按依次以单线连接方式将干路

中要串联的元件依次串联起火；然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去。连接完

毕，应进行检查，检查电路乜应依据连线的方法和依次。

（-）定值电阻的测量方法

1.欧姆表测量：最干脆测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步

的测量供应一个参考依据。月欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。

2.替代法：替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等效、也可以是利用电压

等效。替代法测量电阻精度高，不须要计算，方法简洁，但必需有可调的标准电阻（一般

给定的仪器中要有电阻箱）。

【例题】在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值Rx,现有如卜器材:

读数不准的电流表A、定值电阻R。、电阻箱瓦、滑动变阻器Rz、单刀单掷开关S】、单刀

Rz

双掷开关S2、电源和导线。

⑴画出试验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。

⑵写出主要的试验操作步骤。

【解析】⑴试验电路如右图所示。

⑵①将S2与Rx相接，登记电流表指针所指位置。②将S2与R1相接，保持R2不变，调整

%的阻值，使电流表的指针指在原位置匕登记R1的值，则Rx=R1,

3.伏安法：伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律）,

须要的基本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表（或给定的电表不能满意要求

时），可以用标准电阻（电阻箱或一个定值电阻）代替：当电表的内阻已知时，依据欧姆

定律l=U/R电压表同时可以当电流表运用，同样电流表也可以当电压表用。

4.伏安法拓展：某些问题中，因试验器材不具备（缺电流表或电压表），或因试验条件限

制，或因试验精度不允许而不能用“伏安法”。这时我们就得依据问题的详细条件和要求

重新选择试验原理，用“伏安法”的替代形式一一“比较法”来设计试验方案。

⑴利用已知内阻的电压表:利用“伏伏”法测定值电阻的阻值

【例题】用以下器材测.最一待测电阻Rx的阻值（900-10000）：

电源E,具有肯定内阻，电动势约为9.0V；

电压表Vi，量程为V5V,内阻“=750Q；

电压表V2,量程为5V,内阻「2=2500。：

滑动变阻器R,最大阻值约为100Q；

单刀单掷开关K,导线若干。

测量中要求电压表的读数不小于其量程的地，试画出测量电阻Rx的一种试验电路原理图。

⑴要求方法简捷，并能测多”数据，画出试验电路原理图，并标明每个器材的代号.

⑵须要干脆测量的物理量是_______，用测的量表示待测电阻Ri的计算公式是Ri=

【解析】⑴试验电路图如图所示。

⑵两电流表Ai、A2的读数为h、I2和电流表Ai的内阻为口,

待测电阻Ri的阻值的计算公式是：凡二丁七-4

h-h

⑶电压表、电流表混合用

【例题】有一电阻Rx，其限值在100~200c之间，额定功率为0.25W。要用伏安法较精

确地测量它的阻值，试验器材有：

安培表Ai，量程为50mA,RA1=1000

安培表Az，量程为1A,RA2=20Q

电压表VI，量程为5V,RVi=10kO

电压表V2，量程为15V,Rv2=30kQ

变阻器Ri，变阻范围。〜20。，2A

变阻器Rz，变阻范围0—1003。,1A

9V电源，电键，导线。

⑴试验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别

是：C

⑵画出所用试验电路图。

【解析】⑴允许通过电阻中电流可能的最大值由：d=/次得，/I=35〃认I2=50/M,

因为电阻可能为2000,所以通过被测电阻的电流的最大值可能是35mA,应用电流表的

U2

示数来限制通过电阻的电流，因此，电流表应选A-又因为P='",所以

q=5VU2=1.W。因为电阻可能为100。，所以允许加在电阻两端的电压的最大值

可能是5V,应用电压表的示数来限制加在电阻两端的电压，因此电压衣应选心。因为Ri

<Rz.日2A>35mA.所以应选变阻器Rln因为RiVR,所以滑动变阻器连接方式应选用

分压电路。因为,所以应选用外接电路。

⑵试验所用电路如图所示

【变式题】某同学设计了一个如图甲所示的试验电路，用以测定电

源电动势和内阻,运用的试验器材为:待测干电池组（电动势约3V）、

电流表（量程0.6A,内阻小F1Q）、电阻箱（0〜99.99C）、滑动

变阻器（。〜10C）、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干。考虑到干电池的内

阻较小，电流表的内阻不能忽视。

⑴该同学按图甲连线，通过限制开关状态，测得电流表内阻约为0.20C。试分析该测量产

生误差的缘由是o

⑵简要写出利用图甲所示电路测量电源电动势和内阻的试验步骤：

①

②

⑶图乙是由试验数据绘出的一-R图象，由此求出待测卜电池组的电动势E=______V、

内阻

r=______Q»（计算结果保留三位有效数字）

-/A1

I

【麻’二定噢蟀嘤1切阻试验的原理知，此种接法出现误差的缘:由是电流表的

DS\1

分压作用。而/?=一产门士-R图线的斜率表示电源电动势的倒数，据此得出电动势E

=2.81V,内阻

卜J1

r=2.33Qo若彳国游确理解了-/?图象的物理意义，则无法得出止确的答案。因此对于

试验中处理数据的图像的意义，肯定要分析清晰。

【答案】⑴并联电阻箱后线路总阻值减小，从而造成总电流增大R/C

（2）①调整电阻箱R,断开开关K,将开关S接D,记录电任图辨值和电流表示数;

②断开开关D,再次调整电阻箱R,将开关S接D,记录电阻箱的阻值和电流表

小数

（3）2.81、2.33

（三）电表内阻的测量方法

1.互测法：

⑴电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻:

—0-

⑵两只同扁您削酒.只的曲初i福丽:另•只的内阻:

⑶两只同种F表知,则须要一只电阻箱才能测定电表的内阻:

O

C

2.替代法：

a

3.半偏法:

O-

4.闭合电路欧1:计电源P

_【_例__题___1_）..从.一.,,______试验器材要求

方法简捷，有尽可废原螂fe精度，并能测崛涮蓟

⑴在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。

踞材（代号）规格________

电流表（A】）量程10mA,内阻门待测（约40。）

电流表（A?）量程500nA，内阻口=750。

电压表（V）量程10V,内阻向=10。

电阻（Ri）阻值约100。，作爱护电阻用

滑动变阻器（R）总阻值约50Q

电池（E）电动势1.5V,内阻很小

导线若干，电键K

⑵若选测量数据中的一组来计算”，则所用的表达式为r产,式中各符号的

意义是»

【解析】（1）如图所示。

⑵/=乙弓，k表示通过电流表Ai的电流，12表示通过电流表A2的电流,

r2表示电流表A2的内阻。

【备考提示】在许多状况下，电压表和电流表（已知内阻）的功用可以互换。有时利用一

块电表协作定值电阻也可以完胜利能的月换C事实卜就是部分电路欧姆定律的变形运用C

在处理时，肯定要明确原理，敏捷运用。

【例题2】现要测量某一电压表的内阻。给定的卷材有：待测电压表（量程2V,。

内阻约4kQ）；电流表（量⑭2mA,内阻约500。）：直流电源E（电动势约2.4V,

内阻不计）：固定电阻3个:Ri=4000Q,R2=10000Q,R3=15000Q：电键S及导线若干&

要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。

⑴试从3个固定电阻中选用1个，与其它器材一起组成测量电路，并在虚线框内画出

测量电路的原理图。（要求电路中各器材用题中给定的符号标出。）

⑵电路接通后，若电压表读数为U,电流表读数为I,则电压表

内阻Rv=o

【解析】⑴试验电路如图所示，若

选用电阻Ri，则并联电阻/?井=

2024Q,电压表读数

E2.4

U=----------.--R--4=------------------X2024=1.92>1V,电

R井+LA20004-500

E24

流表读数1=--------------=---------:--------=0.00096A=0.96mA>0.6mA,心符合要求,同理

R并十乙认2000+500

可得Rz、R3不符合要求，故选R1。

⑵电路接通后，通过比的电流h=&"，则通过电压表的电流为12=1—k=l一巨，所以

R]/?）

电压表的内阻Rv=—="U

l2RJ-U

【备考提示】本题涉及试验器材选取和电路设计等，对考生的分析综合实力提出了较高要

求，解答此类试题必需依据测量要求和所供应的器材，由仪表的选择原则和基本规律为

分析的入手点。

【变式题】

1.现要测定一个额定电压4V、额定功率1.6W的小灯泡（图中用区表示）的伏安特性曲

线。要求所测电压范围为0.1V〜4V。

现有器材：直流电源E（电动势4.5V,内阻不计），电压表0（量程4.5V,内阻约为4

X104Q）,电@（量程250mA,内阻约为2Q）,电。W（量程500mA,内阻约

为1Q），滑动变阻器R（最大阻值约为30Q）,电键S,导线若干。

假如既要满意测量要求，又要测量误差较小，应当选用的电流表是，下面两个

电路应当选用的是。

【解析】在测量小灯泡的伏安曲线时，由于题目要求

电压范围为0.1V〜4V,因此滑动变阻器采纳分压式接

法。依据估算通过小灯泡的额定电流为l=0.4A,因此

电流表应当选用④在伏安法测量过程中，由于

临界电阻/?=疯去7=2000大于小灯泡电阻，因

此应当选择电流表外接法即选择甲电路进行测量。

2.某同学用如图所示电路，测绘标有“3.8V,0.3V”

的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变更的图象。

①除了导线和开关外，有以二一些器材可供选择：

电流表：A1（量程100mA,内阻约2。）

Az（量程0.6A,内阻约0.3Q）

电压表：Vi（量程5V,内阻约5。）

V2（量程15V,内阻约15Q）

电源：Ei（电动势为1.5V,内阻为0.2Q）

E2（电动势为4V,内阻约为0.04Q）

为了调整便利，测量精确，试验中应选用电流表—

滑动变阻器，电源.（填器材的符号）

②依据试验数据，计算并描绘出R-U的图象如图所示。由图象可知，此灯泡在不工作时,

灯丝电阻为:当所加电压为3.00V时，灯丝电阻为,灯泡实际

消耗的电功率为W。

R/n

③依据R-U图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系，符合该关系的示意图

是下列图中的__________。

由R-U图线可看出，随U的增大，电阻的变更越来越小，而P=f/2/R,随U的变更，

功率P的变更将更加明显，故选A。

（四）一类借助图像法处理的上海试验试题

近几年的上海高考中，常常出现一类须要借助图像关系处理的试验题，该种题目处理

技巧性强，并且要求能够精确理解图像的物理意义，该类问题对于山东的命题不无导向作

的计算以及用电器的串并联关系，解答时充分挖掘图像信息是解答的关键所在。同时要留

意将G和L2串联后接在220V的电源上时，在图像中的表达信息为：G和L2在某一相同

电流值"电压和为220V,许多学生不能找出该隐含条件，从而造成其次问感到无从卜.

手。

【例题2】小灯泡灯丝的电阻会随温度的上升而变大。某同学为探讨这一现象，用试验得

到如卜数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：

1(A)0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50

u（v）0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00

⑴在左下框中画出试验电路图。可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（变更范

闹0—10Q）,电源、小灯泡、电键、导线若干。

⑵在右图中画出小灯泡的U-I曲线。〃八"

⑶假如将本题中的小灯泡接在电动势是蹄且思的「池

L5V,"R.O|Q至土毛巴回实际功

率是多少？（简要写出求解过程：若需作图，可上触度受?)/J邂瓦迅画出

【解析】⑴分压器接法（如下图所示）。⑵如下峨完77而百

迫卫延口理线，该

图线与小灯泡的U-I曲线相交于一点,由此万彳米由泡口江流如①A」隹电压为

0.80V,实际功率为0.2SVM

【备考提示】《探讨小叮泡的伏嗖性曲只螭i/A用3部两问

・丽―■■修・■■■■"

学生在试验复习中已去本驾"验l/lI寸小灯

泡的实际功率无计算么式，到能孙灯泡的伏,E相然后

嬲国股Miua网即

找出两曲线的交点，从而确*此木T%的「作状态.■■曾…解覆唠牲时

小灯泡的伏安特性曲处的理1蹄试，后“丽J窕可耐虑iAIlWiiII；］

|雷㈣娜婚则3做

工作状态的对应关系。0.4

【变式题】s±-KA)

标01020304(K

1.如图所示，图1为窠,热敏电阻（电阻值随温度的

50

变更而变更，且对温度很敏感）的I-U关系曲线图。

40

⑴为了通过测量得到图1所示I-U关系的完整曲线，

在图2和图3两个电路中应选择的是图:简要30

说明理由020

（设滑线变阻器两端电压恒为9V,滑线变阻器的阻

值为0〜100。）o

O

⑵在检量匹

电源电压恒为！丫三承照数为

「五福山翎足=250。。由打赢面帮&关系曲线可纨

70mAI压为

、执

目值为八敏

电

⑶举」_|||卜或电阻的物flt阻