高考物理冲刺：知识讲解-电学实验复习

高考冲刺：电学实验复习

编稿：李传安审稿：代洪

【高考展望】

实验10、电阻的测量

实验11、探究决定导体电阻的因素

实验12、描绘小灯泡的伏安特性曲线

实验13、测定电源的电动势和内阻

实验14、练习使用多用电表

实验15、练习使用示波器

实验16、传感器的简单应用

最近几年高考热点实验为：电阻的测量、探究决定导体电阻的因素、测定电

源的电动势和内阻、练习使用多用电表、测定玻璃的折射率，考察频率高，经常

还有难度较大的实验题，主要体现在考察基本实验方法、数据处理、图像处理上。

其它几个实验尽管考察频率不高、难度一般，但不排除高考不考和没有难度。实

验试题的命题趋势：在基本实验的基础上，向创新和综合方向发展。

【方法点拨】

图像法是实验中应用最普遍、最基本的方法，可以说大部分实验都要用到，

要准确理解图像上的点、线、面、截距、交点、面积、斜率的物理意义。此外，

控制变量法、等效法、替代法、写直线方程求斜率等方法都必须掌握。仪器仪表

的刻度原理和读数也必须掌握。此外，还要注意对实验的深入挖掘。

【典型例题】

实验十、电阻的测量

测量电阻的方法有以下几种：

L万用表测量；2、伏安法测量;3、半偏法测量；4、替代法测量；5、比

较法测量

伏安法测电阻：

【实验原理】

部分电路欧姆定律

两种接法：

电流表接在电压表两接线柱外侧，通常称"外接法"，如图甲所示；电流表

两接

甲

两种接法的选题口误差分析：

选择电流表的内夕杼妾法，一般的原则是“大内偏大，小外偏小"。意思是：

大电阻用内

接法，测量值偏大（测量值大于真实值），小电阻用外接法，测量值偏小（测量

值小于真实值\

例1、有一个未知电阻号，用图中的（a）（b）两种电路分别对它进行测量，用

（a）

图电路测量时,两表读数分别为6V、6mA;用（b）图电路测量时，两表读数分别

为5.9V、10mA,则用____图所示电路测该电阻的阻值误差较小，测量值

&=-一⑦71n§______。（填"大"或"小〃）

（a）（b）

【答案】（a11000Q.大。

【解析】比较两表读数，电流表读数相差较大，说明电压表的分流作用较明显,

即通常说的大电阻，应该选用电流表内接，即用（a）图电路测量时，电阻的阻

值误差较小；用（）图的数据计算，,测量值比真实值

a/?v=—^-Q=1000Q

6x10

偏大。

【总结升华】准确理解〃大内偏大，小夕隘小”的意义。

举一反三

【高清课堂：401155电路实验复习二：电阻的测量08分20秒】

【变式】欲用伏安法测定一段阻值约为5Q左右的金属导线的电阻,要求测量结

果尽量准确，现备有以下器材：

A.电池组（3V,内阻1Q）;

B.电流表（0~3A,内阻0.025。）

C.电流表（0~0.6A,内阻0.125Q）

D.电压表（0~3V,内阻3k。）

E.电压表（0〜15V,内阻15k。）

F.滑动变阻器（0~20Q,额定电流1A）

（1）选择合适的器材；

（2）某同学测量电阻时，电流表、电压表的示数如图,电流表的读数为—A,

电压表的读数为—V;

（3）画出实验电路图。

【答案】（1）A、C、D、F、H;（2）0.48A、2.20V;（3）见解析。

【解析】（1）A、H是必不可少的,电流表、电压表、滑动变阻器从两个中选其

中一个，电流表、电压表要保证指针偏转三分之一以上,可大概计算最大电流为

0.6A（3V-5Q=0.6A）,故电流表应选0~0.6A量程，即选

C;电源电动势为3V,故电压表选0-3V量程的，即选D;

滑动变阻器的阻值大于待测电阻，可采用限流的接法，由于日।5

0-20000的滑动变阻器阻值大,调节不灵敏，故选0~20Q

的，即选Fo

（2）量程确定后，读数就好读了，电流表量程为0~0.6A,

每小格表示0.02A,读数为0.48A;电压表量程为0〜3V,

每小格表示0.1V,读数为2.20V;

(3)电路图如图所示。

半偏法测电阻：

测量电路图：

测量步骤：

1、S2断开，Si比合，调节Ri,使检流计满偏。；

2、保持Ri不变，S2闭合,调节电阻箱R2,使检流计半偏;1,；

3、记下此时R2的阻值，

即RgkRz

仪器要求：R1较大，电源电动势较高；R2是变阻箱

注意事项：闭合S1前,R1应调到最大,S2闭合后，保持Ri不变

误差分析：系统误差凡测其

例帚电流=100/*、内阻未知的电流表改装成量程较大

的毫安行校对.

(1)该同学采用〃半偏法”利用如图所示的电路测量电流表的内阻(图中

电源的电动势E=6V)时，先闭合开关Si,调节电位器R,使电流表指针偏转到

满刻度：再闭合开关S2,保持R不变，调节电阻箱R',使电流表指针偏转到满

刻度的；接着读出此时R'的阻值为198Q.则该同学测出的电流表的内

阻为Rg=—Q.

(2)若要将该电流表改装成量程为10mA的电流表，需给它_______(填

“串联〃或"并联")一个阻值为Ro=O的电阻.

(3)把改装好的电流表与标准电流表串联在电路中进行校对.由于(1)

中对电流表内阻测定存在系统误差，若改装好的电流表的测量值为h,标准电流

表的测量值为12,则I二12(选填">"、"二"或.

【答案】(1)一半；198(2)并联；2(3.)<

【解析】(1)根据“半偏法"测电阻的原理，应使电流表指针偏转到满刻度的

一半即〃半偏"，此时，与电流表并联的电阻箱的读数就是电流表的内阻，所以

Rg=198Q.

(2)小量程的电流表并联一个电阻后，可改装成大量程的电流表；根据

」

IgRg=(Mg)R可得火==0mAxl98Q=2c即需给它并联一个阻值

If10mA-0.1mA

为Ro=2Q的电阻。

(3)利用半偏法测出的电流表的内阻偏小，即电流表的内阻Rg的真实值大

于198。，与其并联一个阻值为Ro=2Q的电阻后，改装后的电流表的真实量程

要大于10mA,所以改装后的电流表的刻度设置值偏小，显然h<l2。

【总结升华】本题全面地考直了实验原理、操作过程、数据处理和误差分析。利

用“半偏法"测内阻存在系统误差，具体分析如下：由于并入电阻箱后，电路中

的总电阻减小，总电流将变大，而流过电流表的电流为:所以通过电阻箱的

电流要大于(/一根据并联电路的电流分配规律可知，电阻箱的电阻要小于电流

2R

表的内阻，而实验中把电阻箱的阻值记为电流表的内阻，故％测<%真(测量值

小于真实值X

(1)"半偏法"测内阻：利用"半偏法"测内阻时，要求电源电动势要大，

滑动变阻器的全值电阻要大，电阻箱全值电阻要小，测得的表头电阻比真实值小,

可简记为"大大小小〃。

(2)半偏法也可不半偏：利用半偏法测量电流表的内阻时，电流表也可不

半偏，此时，只需根据串并联特点，进行计算即可。如可使电流表偏转？g,则

流过电阻箱的电流为：Ig,由"grg=：IgR读，可得％=2R读，即电流表内阻等于

电阻箱读数的2倍。

实验十一、探究决定导体电阻的因素

【实验原理】

根据电阻定律公式R=，只要测量出金属导线的长度/和它的直径d，计

算出导线的横截面积S,并用伏安法测出电流表、电压表的读数I、U,

R=Z，则金属导线的电阻率为展学=等.

II4〃

由于本实验采用电流表外接法，所以火测<相,所以。测<夕出。

例3、某实验小组利用如图所示电路探究一种电阻丝的电阻率。均匀电阻丝

（总阻值

在4Q〜5。之间）固定在刻度尺上的两端接线柱a和b上，刻度尺的中间有一

个可沿电阻

丝滑动的触头c,c的上端为接线柱，触头c与电阻丝通常不接触,当用手按下

时，才与电

阻丝接触，且可在直尺上读出触点的位置：所用器材为：电压表（0~3V，电阻

约为3k。X

电流表（0~0.6A,电阻约为0.5Q\电池组（电动势3V,内阻很小\保护电

阻Ro=lQ、

螺旋测微器、开关S和导线。实验的主要步骤如下：

①螺旋测微器测得电阻丝的直径为d=2.000mm;

（1）在U-乙坐标纸上绘出U-L图线；

（2）若测出U-L图线斜率为k,写出用d、I、k表示的该电阻丝的电阻率表

达式。二；

（3）代入有关数据求出该电阻丝的电阻率0=Qm0

【答案】（1）见解析；（2）p=k*;（3）1.26x10-5

4/

L7V

为过原点的倾斜直线，如图。

“6

(2)根据公式R=，斜率k=g，面积5=竽，电阻R=g

.5L4I

解得电阻率夕二女号。

4/

(3)2=簧=2.0,代入数据计算得电阻率

3.14x(2.000)2x10",5c

p=k------=2.0x-----------------------------=1.26x10Q

4/4x0.5

【总结升华】本题当接入电路的电阻丝长度为零时，电压表为零，所以图线过坐

标原点，要特别注意不过原点的情况，图线要用直尺细心连接。写电阻率的表达

式时，要注意斜率到底表示的是什么，要看清楚坐标，本题斜率为％=空，要

AL

正确计算斜率。

举一反三

【变式】某同学在做《自来水电阻率的测定》课题时，在一根均匀的长玻璃管两

端各装了一

个电极，其间充满待测的自来水，然后用如图甲所示电路进行测量.

它选用的电学器材如下：

电压表(量程15V,内阻约90kQ1电流表(量程300pA,内阻约50c1

1测量玻璃管的内径，结果如图乙(b)所示.

危I、电压U的值，在坐标纸上描点如图丙.

根据以上材料请回答下面的问题：

(1)测量玻璃管内径时,应将图乙(a)中游标卡尺中的A、B、C三部分中的

与玻璃

管内壁接触；玻璃管的内径d=mm.

(2)为保证安全闭合开关前滑动变阻器的滑片应移至______端(填M或N).

(3)根据实验数据可知他测得水柱的电阻R=。(保留两位有效数字)；

用水柱电阻R、玻璃管内径d、水柱长度L表示，自来水的电阻率「=.

(4)该同学在完成实验报告时，通过比较水柱电阻、电表：!

内阻时发现，实验中的电路设计有不妥之处，会引起较大的系；；

统;__________：

图丁

误差，于是他在实验报告中提出了改进意见，并画出了改进后

的

电路图.请在虚线框中画出改进后的实验电路图.

【答案】⑴A;30.75mm(2)M(3)i.Oxio5;出(4)实验电路图如图口

4£

所示。

【解析】Q)卡脚A是用来测量内径的，故选A;游标卡尺的读数为

30+0.05xl5=30.75mm;

(2)闭合开关前滑动变阻器的滑片应移至阻值最大位置，故选M端；

(3)根抿图像苴制型即为电阻，将图上各点理解成一条直线如图，

(4)实物图中电流表为外接法，水柱的电阻100k。，这显然是大电阻，(电流表

的内阻也较大，不是理想电流表)所以应该用电流表内接法，滑动变阻器采用分

压接法，改进后电路图如图丁所示。

实验十二、描绘小灯泡的伏安特性曲线

【实验原理】

1、根据部分电路欧姆定律，一纯电阻R两端电压U与电流I总有U=1R,

若R为定值时，U—I图线为一过原点的直线。小灯泡的灯丝的电阻率随温度的

升高而增大，其电阻也就随温度的升高而增大。而通过小灯泡灯丝的电流越大，

灯丝的温度也越高，故小灯泡的伏安特性曲线(U—I曲线)应为曲线。

2、小灯泡(3.8V,0.3A)电阻很小，当它与电流表(0.6A)串联时，电流表

的分压影响很大,为了准确测出小灯泡的伏安特性曲线，即U、I的值，电流表

应采用外0上的电压能从0开始连续变化，滑动变阻器应采用分

压式连接

3、实验电路如图所示,改变滑动变阻器的滑片的位置，从电压表和电流表

中读出几组U、I值，在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的几组U、

I值画出U-I图象。

【高清课堂：403089电路实验复习三教材实验例3]

向白炽灯L｝和乙的U-/特性曲线如图所示。L2

和右串联后接在220V的电源上，电源内阻忽

—W。

【答案】99;17.5

【解析】由图线可知U=220V时,I=0.45A，故%的额定功率6=0=99W。

据串联电路的特征可知通过乙和乙的电流相等，同时两者电压之和应为220V。

从图线可知，符合上述条件的电流值应为I=0.25Ao此时&对应的电压

U2=70V,故L2的实际功率

g=七/=70x0.25W=17.5VV.

【总结升华】读懂图像的物理意义是解题的关键。电阻随温度变化，计算功率只

能用P=UI.题中将L,和L2串联后接在220V的电源上，电流相等,两者电压之

和应为220V,当电流为0.2A时,电压之和小于220V,当电流为0.25A时,

两者电压之和为220Vo

举一反三

【变式】某同学在探究规格为"6V,3W"的小电珠伏安特性曲线实验中：

①在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开

关旋至______档进行测量。（填选项前的字母）

A.直流电压10VB.直流电流5Ma

C.欧姆xlOOD.欧姆xl

②该同学采用图甲所示的电路进行测量。图中R为滑动变阻器（阻值范围

0~20。,额定电流1.0A）,L为待测小电珠,V为电压表（量程6V，内阻20kQ）,

A为电流表（量程0.6A,内阻IC）,E为电源（电动势8V,内阻不计），S为

开关。

I、在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最端；

（填"左"或"右"）

n、在实验过程中，已知各元器件均无故障，但闭和开关s后,无论如何调节

滑片P,电压表和电流表的示数总是调不到零,其原因是_____点至_______点

的导线没有连接好;（图甲中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中

如"2点至二点"的导线）

p一—U曲线示意图如图乙所示，则小电珠的电阻

片:填"不变"、"增大"或"减小"）

【答案】①D；②I.左n.i5m.增大

【解析】由于小电珠的电阻一般不大，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则

应将选择开关旋至欧姆X1,选项D正确。对于分压电路，开关S闭合前，滑动

变阻器的滑片P应置于使小电珠上电压为零处，即最左端。闭合开关s后，无论

如何调节滑片P,电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是滑动变阻器左

端与电源没有连接好，即1点至5点的导线没有连接好。由描绘出的小电珠的

伏安特性曲线可知，小电珠的电阻值随工作电压的增大而增大（斜率为电阻的倒

数，斜率减小，电阻增大）。

实验十三、测定电源的电动势和内阻

【实验原理】

Z流表中读出几组I、U值，利用闭

刖算出它们的平均值。

此外，还可以用作图法来处理数据，即在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐

标，用测出的几组I、U值画出U-I图象（如图），所得直线跟纵轴的交点即为电

动势值，图线斜率的绝对值即为内电阻的值。

也电动势E和内阻r的电路

和（可）内阻之和为10000Q

电流表.

图2

①按电路原理图在图2虚线框内各实物图之间画出连线。

②在闭合开关S前将滑动变阻器的滑动端c移动至（填"〃端〃、

"中央"或"端"\

③闭合开关S,移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置,读出电流表⑨口（⑥

的尸

0.160!!!!!!!!!!!!!!

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・bh—12

n•::

0.140•!:

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().110RmAnA

01002003004005000

图3

【答案】①连线如图4所示，②b端，③如图5所示。

@1.49(1.48〜1.50),0.60(0.55〜0.65)⑤2.4(23〜2.7)

【解析】①连线如图4所示；②实验前滑动变阻器接入电路电阻值最大，即将滑

动端c移动至b端；③如图5所示；

④&口滑动变阻器组成的支路相当于外电路，叫和④支路相当于电压表，图

线纵轴上的截距乘以《和(“内阻之和为电源电动势，写成方程

E=l

其中

求得

电源

⑤兔

图4

【总结升华】对电路的组成进行分析是解题的关键，类比于U-/图像，把④和

滑动变阻器组成的支路看成外电路，把凡和@支路看成电压表，/「八图像上

的截距乘以福路的总电阻与+葭就是电源电动势，即q=人(凡+%)；求内

阻时要进行单位换算.

举一反三

【变式】如图甲所示的电路可测出电压表的内阻，电源内阻可以忽略，R为电阻

箱，当R

取不同值时，电压表分别有一示数。若多次改变电阻箱的阻值，测得多个对应的

电压值，最

后作出的，-R图象如图乙所示,则电压表的内阻是,电源电动势

所以电动势石=5V；当/。时，R=-Rv=-5kQ,Rv=5kQo

实验十四、练习使用多用电表

【实验原理】

-.多用表表盘结构如图。

二.多用电表欧姆挡原理

测量直流电阻部分即欧姆表是依据闭合电路欧

姆定律

制成的，当红、黑表笔短接并调节R使指针满偏时有

<=---=—(1)

&r+q+RR中

当电堇间接入待测电阻Rx时，有

P

l=(2)

xq+4

联立(11(2)式解得

/中/+K1

由(3)式知当Rx=/时，4=：/中，指针指在表盘

刻度中心，故称/为欧姆表的中值电阻，由(2)式或

(3)式可知每一个R、都有一个对应的电流值I,如果在刻度盘上直接标出与I

对应的Rx的值，那么当红、黑表笔分别接触待测电阻的两端，就可以从表盘上

直接读出它的阻值。

例6、一块多用电表的电阻挡有三个倍率，分别是x10、xlOO.xl000o

用*100挡测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很大，如图中

虚线位量,应换到挡，换挡后需要先进行

的操作号过行测量时表盘的示数如图，则该电阻的阻

值是—加mA)mA.

【答案】xlO;欧姆挡电阻调零；180;22.0

【解析】用X100挡测量电阻时，表头指针偏转角度很大（如图中虚线位置所

示），说明被测电阻阻值较小，应改用倍率较小的挡位来测量，即应换到X10挡；

欧姆表换挡后要重新欧姆调零；表盘读数为18xl0Q=180Qo若量程为50mA

的电流表时，看内圈中间的0-50的一圈，每小格表示1，指针指在22处，所

以读数为22.0mA.

【总结升华】本题考查欧姆表的读数问题。欧姆表的零值在最右边，指针偏转越

小，表示待测电阻阻值越大，指针偏转越大,表示待测电阻阻值越小；欧姆表换

挡后要重新欧姆调零；读数时，别忘记需要乘以倍率。多用电表的欧姆挡不需要

估读，而电流挡、电压挡需要估读，测电流、电压时，读数要看内圈，选择读数

最方便的一圈来读数，如本题量程为50mA,选0-50的一圈读数就很方便。

举一反三

【变-------・一源，Ri、R2为电阻,S为电键.现用多用电表测量流过电

阻R\/习电表的选择开关调至直流电流挡（内阻很小）以后,正确

的接口

A.保持S闭合，将红表笔接在a处，黑表笔接在b处

B.保持S闭合，将红表笔接在b处，黑表笔接在a处

C.将S断开，红表笔接在a处，黑表笔接在b处

D.将S断开，红表笔接在b处，黑表笔接在a处

【答案】C

【解析】本题考查使用多用电表的电流挡测电流时多用表的连接方法。使用多用

电表的电流挡测电流时多用表就相当于一个普通的电流表，多用表的"+"插孔

就相当于该"电流表"的〃+”接线柱，其连接方法也是要把多用电表串联在电

路中，具体操作为：先将S断开，再将红黑表笔（已经插在多用表的插孔）

靠近电源的正极接在a处，黑表笔接在b处，所以选项C正确。

实验十五、练习使用示波器

【实验目的原理】

利用示波器能够宜熔而应电信号随时间变化的情况。振动、温度、光等的变

化，可以通过各;勺电压的变化，然后用示波器来研究，示波器已经

成为检测和修理乂及科学研究的不可缺少的工具。

本实验就是云波器。

例7、如上图为示波器面板，屏上显示的是一亮度很低、线条较粗且模糊不

清的波形。

（1）若要增大显示波形的亮度,应调节________旋钮

（2）若要屏上波形线条变细且边缘清晰,应调节________旋钮

（3）若要将波形曲线调至屏中央，应调节与旋钮

【答案】（1）1；（2）2、3;（3）6、7。

【解析】辉度旋钮1用于调节亮度，聚焦旋钮2、辅助聚焦旋钮3用来周节

清晰度，若要图像平移可调节垂直位移6（上下移动）和水平位移7（左右移动）。所

以（1