预测18 电学实验之两类典型问题 -【临门一脚】 高考物理三轮冲刺过关

2021年高考物理【临门一脚】（全国通用）

预测18  电学实验之两类典型问题

1、电学常用仪器的读数和使用

（1）电流表和电压表

（2）多用电表的读数及使用

①电流的流向

电流从电表的“＋”插孔（红表笔）流入，从“－”插孔（黑表笔）流出，即“红进黑出”。

②“机械零点”与“欧姆零点”

“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮。

2、测电表内阻常见的7种实验方案

3、测电源电动势和内阻的常用方法

1．（2020·全国高考真题）某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx，所用电压表的内阻为1 kΩ，电流表内阻为0.5Ω。该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图（a）所示电路的O、P两点之间，另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图（b）所示的两条U–I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数。

回答下列问题：

（1）图（b）中标记为II的图线是采用电压表跨接在________（填“O、P”或“O、Q”）两点的方案测量得到的。

（2）根据所用实验器材和图（b）可判断，由图线________（填“I”或“II”）得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为________Ω（保留1位小数）。

（3）考虑到实验中电表内阻的影响，需对（2）中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为________Ω（保留1位小数）。

【答案】  、    I       

【解析】

(1)若将电压表接在、之间，

则

根据一次函数关系可知对应斜率为。

若将电压表接在、之间，电流表分压为

根据欧姆定律变形可知

解得

根据一次函数可知对应斜率为，对比图像的斜率可知

所以II图线是采用电压表跨接在、之间。

（2）因为待测电阻为几十欧姆的电阻，通过图像斜率大致估算待测电阻为左右，根据

说明电流表的分压较小，电流表的分流较大，所以电压表应跨接在、之间，所以选择图线I得到的结果较为准确。

根据图像可知

考虑电流表内阻，则修正后的电阻为

2．（2020·山东高考真题）实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有：

干电池一节（电动势约1.5 V，内阻小于1 Ω）；

电压表V （量程3 V，内阻约3 kΩ）；

电流表A （量程0.6 A，内阻约1 Ω）；

滑动变阻器R （最大阻值为20 Ω）；

定值电阻R1（阻值2 Ω）；

定值电阻R2（阻值5 Ω）；

开关一个，导线若干。

(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U-I坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是_____。（单选，填正确答案标号）

A．电压表分流

B．干电池内阻较小

C．滑动变阻器最大阻值较小

D．电流 表内阻较小

(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。

请根据实验数据，回答以下问题：

①答题卡的坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点，请在答题卡的坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图像________。

②根据实验数据可知，所选的定值电阻为_____ （填“R1”或“R2”）。

③用笔画线代替导线，请在答题卡上按照改进后的方案，将实物图连接成完整电路____________。

【答案】  B        R1   

【解析】

(1)电压表示数变化过小，则原因是外电阻比内阻大的多，即电源内阻偏小，故选B。

(2)根据数据做出U-I图像如图；

由图像可知

电源内阻小于1Ω，则定值电阻大于1.63Ω，可知定值电阻为R1；

定值电阻与电源串联，电路如图；

一、实验题

1．（2021·辽宁鞍山市·鞍山一中高三其他模拟）为测量某电阻阻值，设计了图甲所示电路完成该实验。实验的主要步骤如下：

a.断开，闭合，调节滑动变阻器和电阻箱，使电流表和电压表有合适读数，记下两表示数、；

b.再闭合，保持阻值不变，仅改变，记下电流表和电压表的示数、。

回答下列问题：

（1）某次电流表示数如图乙，其值为___________；（选用的是量程）

（2）写出被测电阻阻值的表达式___________（用两次测量的电表示数字母表示）；

（3）实验中的电表都不是理想表，被测电阻的测量值___________真实值（选填“>”、“=”或“<”）。

【答案】  0.52        =

【解析】

(1) 某次电流表示数如图乙，其值为0.52A。

(2) 由欧姆定律根据步骤a，设电压表内阻为RV，则有

根据步骤b

由以上两式可得

(3) 因把电压表内阻考虑在内后列出欧姆定律表达式，即可解出待测电阻的真实值，则被测电阻Rx的测量值等于真实值。

2．（2021·天津高三其他模拟）某实验小组设计了如图甲所示电路，测量电流表G的内阻，可供选择的器材如下：

待测电流表G：量程为0~100 mA，内阻约为2 Ω

安培表A：量程为0~0.6 A，内阻为0.2 Ω

定值电阻R1：阻值为10 Ω

定值电阻R2：阻值为50 Ω

定值电阻R3：阻值为300 Ω

滑动变阻器R4：阻值范围为0~10 Ω

滑动变阻器R5：阻值范围为0~1000 Ω

学生电源，电动势为6 V

开关S及导线若干

实验要求测量时两个表的读数都能超过量程的。

(1)定值电阻RA应选________，定值电阻RB应选________，滑动变阻器应选________。

(2)用笔画线代替导线，按图甲要求，在图乙中连接实物图__________。

(3)实验步骤如下：

①按电路图连接电路（为电路安全，先将滑动变阻器滑片P调到左端）；

②闭合开关S，移动滑片P至某一位置，记录A和G的读数，分别记为I1和I2；

③多次移动滑片P，记录各次A和G的读数I1和I2；

④以I1为纵坐标，I2为横坐标，作出相应图线，如图丙所示；

⑤根据I1­I2图线的斜率k及定值电阻RA、RB，得到待测电流表G的内阻表达式为RG＝________（用k、RA、RB表示），利用图像中的数据测得RG＝________。

【答案】  R2    R1    R4        （k-1）RB-RA    2.5Ω

【解析】

(1)由于待测电流表G的量程远小于安培表A的量程，根据欧姆定律可知应将电阻R2与电流表G串联在与R1并联，从而改装成一个大量程的电流表，该标的量程为

可以满足测量时两个表的读数都能超过量程的，滑动变阻器采用的分压式接法，为方便实验操作应选择最大阻值较小的滑动变阻器；

(2)根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示

(3)根据欧姆定律可得

根据图像代入数据可得

3．（2021·湖南娄底市·高三零模）某手机电池的电动势约为4V左右，为精确测出该电池的电动势和内阻。除待测手机电池外，实验室可供选用的器材有：

A．电流表A：（量程0.6A、内阻）

B．电压表V：（量程15V、内阻约）

C．滑动变阻器：最大阻值5Ω

D．电阻箱：（0~9999.9Ω）

E.一个开关及导线若干

（1）为了能精确测量电池的电动势和内阻。请选用合适的器材设计电路，并把设计的电路画在方框内。（______）

（2）根据设计的电路。在用图像法处理数据时，若纵轴为，为了保证得到的图像为直线。则横轴为______，得到图像1，若图像1与纵轴的截距为，斜率为，则电池的电动势______，内阻______；

（3）为了保证得到的图像为直线，还可以以电流表的示数I为横轴，以______为纵轴；得到图像2；若图像2与纵轴的截距为，斜率的绝对值为，则电池的电动势______，内阻______。（用题中给出的物理量符号表示）

【答案】      R            [或]        （或）

【解析】

（1）由实验室给出的仪器可知，电压表的量程太大，滑动变阻器的阻值太小，因而应选用电流表与电阻箱的方式连接，电路如下图所示。

（2）由闭合电路欧姆定律，有

可知

若纵轴为，为了保证得到的图像为直线。则横轴为R。

结合题意可知

，

解得

，

（3）由闭合电路欧姆定律，有

可知

为了保证得到的图像为直线，还可以以电流表的示数I为横轴，以为[或]纵轴；

结合题意有

，

解得

或

则

，

4．（2021·山东济南市·高三一模）某兴趣小组用如图甲所示的电路测量待测电阻Rx的阻值（约为400Ω），图中G（Rg=100Ω）为量程10mA的灵敏电流计，R0为定值电阻（R0=100Ω），R为滑动变阻器（阻值范围0~10Ω）。

(1)按照图甲所示的电路图，在答题纸上将图乙中的器材实物连线补充完整；______

(2)将滑动变阻器置于适当位置后，闭合开关S1。将单刀双掷开关S2接1端，改变滑动变阻器滑片位置，记录此时电流计的示数I1；保持滑动变阻器滑片不动，将S2接2端，记录此时电流计的示数I2。忽路电路中M、N两点间的电压变化，则待测电阻Rx的阻值的表达式为Rx=______；（用I1、I2、R0、Rx表示）

(3)改变滑动变阻器滑片位置，重复上述步骤，得到下表中4组数据：

利用表中数据，可以求得Rx=______Ω；（保留3位有效数字）

(4)若考虑电阻变化对电路的影响，Rx的测量值______（填“大于”、“小于”或“等于”）真实值。

【答案】          476    大于

【解析】

(1)按原理图连接实物图如图所示

(2)由实验原理可知

得

(3)由表格可知的平均值为1.21，代入可得

(4)若考虑电阻变化对电路的影响，则有

则

由此可知，测量值比真实值偏大。

5．（2021·山东菏泽市·高三一模）一块电压表的刻度线清楚，但刻度上的数字模糊不清。某同学为了测定该电压表的内阻，除了待测电压表之外，实验室提供的器材如下：

A．电流表（量程为）

B．变阻箱

C．滑动变阻器（最大阻值为，额定电流为）

D．滑动变阻器（最大阻值为，额定电流为）

E.电源（电动势为，内阻约为）

F.开关一个，导线若干。

(1)采用如图甲所示的实验电路，选用的滑动变阻器为________（填“”或“”）。

(2)连接好实验电路，在闭合开关S前将滑动变阻器的滑片调到________（填“a”或“b”）端，电阻箱的阻值调到最大，闭合开关S，调节滑动变阻器和电阻箱。使电压表指针满偏，记录电流表的读数I和电阻箱的阻值R。

(3)保持电压表的指针满偏，调节滑动变阻器、电阻箱的阻值，记录多组实验数据，绘出的图像如图乙所示。则该电压表的量程为____________，内阻为___________。

【答案】      a       

【解析】

(1)采用如图甲所示的实验电路，滑动变阻器接成分压电路，则选用的滑动变阻器为阻值较小的R1。

(2)连接好实验电路，在闭合开关S前将滑动变阻器的滑片调到a端；

(3)由电路可知

即

由图像可知

解得

RV=6kΩ

6．（2021·四川成都市·高三二模）测定干电池的电动势和内阻的电路如图（a）所示，MN为一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝，定值电阻。调节滑片P，记录电压表示数U、电流表示数I及对应的PN长度x，绘制出图（b）所示的图像。

(1)由图（b）求得电池的电动势______________V（保留3位有效数字），内阻______________Ω（保留2位有效数字）。

(2)实验中因电表内阻的影响，电动势测量值_______________（选填“大于”、“等于”或“小于”）真实值。

(3)根据实验数据可绘出图（c）所示的图像。若图像斜率为k，电阻丝横截面积为S，则电阻丝的电阻率_______________，电表内阻对电阻率的测量______________（选填“有”或“没有”）影响。

【答案】  1.49    0.25    小于    kS    没有

【解析】

(1)由闭合电路欧姆定律可知

U=E-I（r+R0）

则可知图b中的图象与纵坐标间的交点表示电动势，故E=1.49V；
图象的斜率表示（r+R0），则

解得

r=1.45-1.2=0.25Ω

(2)由图示可知，伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法，由于电压表分流作用，电流表测量值偏小，当外电路短路时，电流测量值等于真实值，电源的U-I图象如图所示

由图象可知，电动势测量值小于真实值。

(3)根据欧姆定律可知，电阻

则可知

解得

ρ=kS

若考虑电流表的内阻，则

则图象的斜率不变，所以得出的电阻率没有影响。

7．（2021·新疆高三一模）为了利用伏安法测量某一未知电阻RX（阻值约为6Ω）的阻值，实验室里准备了以下器材：

A．电源，电动势，内阻不计

B．电压表V，最程，内阻约5kΩ

C．电流表A1，量程，内阻RA=8Ω

D．电流表A2，量程，内阻约0．04Ω

E．定值电阻R1=2Ω

F．定值电阻R2=20Ω

G．滑动变阻器，最大阻值5Ω，最大电流为

H．滑动变阻器，最大阻值1000Ω，最大电流为

I．开关S､导线若干

（1）在用伏安法测量该电阻的阻值时，要求尽可能精确，则在上述提供的器材中电流表应选______；定值电阻应选______；滑动变阻器应选______（填器材前面的字母序号）；

（2）若电流表的示数为I，电压表的示数为U，在考虑电表内阻的情况下，代入必要的已知数据，通过计算可得出待测电阻的表达式______；

（3）请在虚线框内画出测量该电阻阻值的实验电路图。______

【答案】  C    E    G        见解析

【解析】

(1)待测电阻中最大电流约为

为了测量精确电流表选C。

电流表C与R1并联改装的新电流表的量程为

符合实验精确测量要求，故定值电阻选用R1。

为方便实验操作，滑动变阻器必须分压式接法，则应选较小阻值的，即选G。

(2)根据电流表电阻已知，Rx与改装后的电流表串联，求出

(3)根据题意电流表内阻已知，所以选择电流表内接法，由于待测电阻的电压从零开始可以连续调节，变阻器采用分压式接法，所以设计如下实验电路。

8．（2021·重庆高三二模）为了测量某电源的电动势E和内阻r，实验室准备了以下器材：

a．待测电源（电动势E约为1.5V，内阻r约为1Ω）；

b．量程为3V的电压表V（具有一定的内阻）；

c．满偏电流IG=100mA的电流计G（rG=0.6Ω）；

d．定值电阻R1=0.1Ω，R2=0.15Ω，R3=0.2Ω，R4=0.3Ω，R5=2Ω；

e．滑动变阻器R（阻值变化范围0~15.0Ω）；

f．开关S一个；

g．导线若干。

（1）利用以上实验器材，学习小组设计了如题图甲所示的实验电路，若B是滑动变阻器R，D是定值电阻R2，则A是_______，C是__________；（填器材对应的符号）

（2）在器材选择、电路连接和实验操作都正确的情况下，调节滑动变阻器R，得到多组电表读数，作出如题图乙所示的图象，由图象可知该电源的电动势E=_________V，内阻r=_______；（均保留三位有效数字）

（3）从实验原理上看，电源电动势的测量值__________（填“大于”“小于”或“等于”）真实值，内阻的测量值__________（填“大于”“小于”或“等于”）真实值。

【答案】  V    G    1.50    1.21Ω    等于    等于

【解析】

（1）因实验中需要测量电压，其中A并联在电路中，故A是电压表V

C和D是改装后的电流表，其中D是定值电阻R2，则C是电流计G；

（2）改装后电流表的内阻为

根据图甲及闭合电路的欧姆定律，可得

由图乙可知，电源的电动势为

斜率绝对值为

解得

（3）由及电路图可知，电压表测得的U，结合电流表两端电压可求得路端电压，5IG为通过电源的真实电流，RA已知，则电动势和内阻的测量值均等于真实值。