2024届高考物理二轮复习第16讲电学实验学案

这是一份2024届高考物理二轮复习第16讲电学实验学案，共36页。

知识网络构建
命题分类剖析
命题点一 电学仪器的读数及使用
1．电流表和电压表的读数
为了减小读数误差，使指针指在超过满偏刻度13的位置．
(1)分度值为2、0.2、0.02的电表，采用12估读，估读位与最小刻度在同一位．
(2)分度值为5、0.5、0.05的电表，采用15估读，估读位与最小刻度在同一位．
2．欧姆表使用的注意点
(1)使用多用电表时，电流都是从红表笔进、从黑表笔出，黑表笔必须连负接线柱．
(2)为了减小读数误差，指针应指在表盘13到23 的部分，即中央刻度附近．若表头指针偏转过大，表示待测电阻较小，应当换低倍率的挡位；若表头指针偏转过小，表示待测电阻很大，应当换高倍率的挡位．
(3)测电阻时每变换一次挡位，都要重新进行欧姆调零．
例 1 (1)如图甲所示的电表使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________ A，图中表针示数为________ A；当使用3 A量程时，对应刻度盘中每一小格代表________ A，图中表针示数为________ A.
(2)如图乙所示的电表使用较小量程时，每小格表示________ V，图中表针的示数为______ V；若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示________ V，图中表针示数为________ V．
(3)旋钮式电阻箱如图丙所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为________ Ω.现欲将接入电路的电阻改为2 087 Ω，最简单的操作方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围是________．
例 2 某实验小组使用多用电表和螺旋测微器测量一长度为80.00 cm电阻丝的电阻率，该电阻丝的电阻值约为100～200 Ω，材料未知．实验过程如下：
(1)用螺旋测微器测量该电阻丝的直径，示数如图(a)所示．该电阻丝的直径为________ mm.
(2)对多用电表进行机械调零．
(3)将多用电表的选择开关旋至倍率的电阻________挡(填“×1”“×10”“×100”或“×1k”)．
(4)将黑、红表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在电阻挡零刻度线．
(5)将黑、红表笔并接在待测电阻丝两端，多用电表的示数如图(b)所示．该电阻丝的电阻值为________ Ω.
(6)测量完成之后，将表笔从插孔拔出，并将选择开关旋到“OFF”位置．
(7)实验测得的该电阻丝电阻率为______ Ω·m(结果保留3位有效数字)．
例 3 [2022·辽宁卷]某同学要将一小量程电流表(满偏电流为250 μA，内阻为1.2 kΩ)改装成有两个量程的电流表，设计电路如图(a)所示，其中定值电阻R1＝40 Ω，R2＝360 Ω.
(1)当开关S接A端时，该电流表的量程为0～________ mA；
(2)当开关S接B端时，该电流表的量程比接A端时的________(填“大”或“小”)；
(3)该同学选用量程合适的电压表(内阻未知)和此改装电表测量未知电阻Rx的阻值，设计了图(b)中的两个电路．不考虑实验操作中的偶然误差，则利用________(填“甲”或“乙”)电路可修正由电表内阻引起的实验误差．
提升训练
1.如图所示为多用电表的刻度盘．若选用倍率为“×100”的欧姆挡测电阻时，表针如图所示，则：
(1)所测电阻的阻值为________ Ω；如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104 Ω的电阻，为了使测量结果比较精确，应选用的欧姆挡是________(选填“×10”“×100”或“×1 k”)．
(2)用此多用电表进行测量，当选用量程为50 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________ mA；当选用量程为250 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________ mA.
(3)当选用量程为10 V的电压挡测量电压时，表针也指于图示位置，则所测电压为______ V．
2．某兴趣小组利用所学知识自制一个欧姆表，他们先利用如图所示电路测量，一只量程为100 mA的电流表内阻，实验步骤如下：
①闭合S1，断开S2，调节滑动变阻器R1，使电流表达到满偏值I0＝100 mA；
②保持R1的滑片位置不变，闭合S2，调节电阻箱R2，使电流表的读数如图所示，然后读出此时电阻箱R2的阻值为12.8 Ω；(可认为电路总电流保持不变)
③计算出电流表内阻R0.
(1)步骤②中电流表示数为________ mA，步骤③中电流表内阻R0为________ Ω.
(2)如图为改装后的欧姆表电路示意图．电源电动势为2 V、内阻很小可不计，S为单刀双掷开关，a、b为制作的两个挡位，其中一个是“×1”挡，另外一个是“×10”挡．可计算出定值电阻R3为________ Ω.(保留两位有效数字)
(3)现使用该自制欧姆表测一未知定值电阻Rx的阻值，将开关S接到b处，完成欧姆调零后，在红黑表笔间接入Rx时电流表指针在如图所示位置，计算出Rx电阻为______ Ω.
命题点二 以测量电阻为核心的电学实验
1．电阻的测量
电阻测量首先要根据实验目的、实验原理、实验器材的不同而灵活选用“伏安法”(又分为内接法和外接法)“安安法”“伏伏法”“伏安加R法”等测量电路．从供电方式上又可分为限流电路和分压电路．
(1)有电压表、电流表且量程恰当时选择“伏安法”．
(2)电压表不能用或没有电压表等情形下，若精确知道电流表内阻，可以将电流表当作电压表使用，即选择“安安法”．
(3)电流表不能用或没有电流表等情况下，若精确知道电压表内阻，可以将电压表当作电流表使用，即选择“伏伏法”．
(4)在运用伏安法测电阻时，由于电压表或电流表的量程太小或太大，为了满足安全精确的原则，选择“伏安加R法”，此法又叫“加保护电阻法”．
2．实验器材的选择
(1)电源的选择：一般根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源．
(2)电表的选择：一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表；根据待测电流的最大电流选择电流表；电表的指针摆动的幅度较大，一般应使指针能达到半偏．
例 1 [2023·天津卷(节选)](2)某实验小组的同学们为了测量一未知电阻R的阻值，做了以下实验。
①同学们首先用多用电表欧姆“×1”挡位大致测出电阻R的阻值大小，如图丙所示，则其读数为________Ω；
同学们继续使用学生电源(4 V)组装图丁电路进行实验，其中电表可以从如下器材中进行选择：
A．电压表V1(0～15 V)
B．电压表V2(0～3 V)
C．电流表A1(0～3 A)
D．电流表A2(0～0.6 A)
②电压表应选择________，电流表应选择________；(填器材前字母序号)
③下列说法正确的是________。
A．电压表分流属于系统误差
B．闭合开关前滑动变阻器滑片应该调到b端
C．可以通过调节滑片使电压表示数为0
D．多次实验可以减小系统误差
例 2 [2023·全国乙卷]一学生小组测量某金属丝(阻值约十几欧姆)的电阻率．现有实验器材：螺旋测微器、米尺、电源E、电压表(内阻非常大)、定值电阻R0(阻值10.0 Ω)、滑动变阻器R、待测金属丝、单刀双掷开关K、开关S、导线若干．图(a)是学生设计的实验电路原理图．完成下列填空：
(1)实验时，先将滑动变阻器R接入电路的电阻调至最大，闭合S
(2)将K与1端相连，适当减小滑动变阻器R接入电路的电阻，此时电压表读数记为U1，然后将K与2端相连，此时电压表读数记为U2.由此得到流过待测金属丝的电流I＝________，金属丝的电阻r＝________．(结果均用R0、U1、U2表示)
(3)继续微调R，重复(2)的测量过程，得到多组测量数据，如下表所示：
(4)利用上述数据，得到金属丝的电阻r＝14.2 Ω.
(5)用米尺测得金属丝长度L＝50.00 cm.用螺旋测微器测量金属丝不同位置的直径，某次测量的示数如图(b)所示，该读数为d＝________ mm.多次测量后，得到直径的平均值恰与d相等．
(6)由以上数据可得，待测金属丝所用材料的电阻率ρ＝________×10－7 Ω·m.(保留2位有效数字)
提升训练
1.[2023·北京卷]采用图1所示的电路图来测量金属丝Rx的电阻率．
(1)实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在________(填“M”或“N”)端．
(2)按照图1连接实物图，如图2所示．闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为________(填“a”“b”或“c”)．若闭合开关，该错误连接会带来的问题有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
2．[2023·海南卷]用如图甲所示的电路测量一个量程为100 μA、内阻约为2 000 Ω的微安表头的内阻，所用电源的电动势约为12 V，有两个电阻箱可选，R1 (0～9 999.9 Ω)，R2 (0～99 999.9 Ω)
(1)RM应选________，RN应选________；
(2)根据电路图甲，请把实物图乙连线补充完整；
(3)下列操作顺序合理排列是：________；
①将滑动变阻器滑片P移至最左端，将RN调至最大值；
②闭合开关S2，调节RM，使微安表半偏，并读出RM的阻值；
③断开S2，闭合S1，调节滑片P至某位置再调节RN使表头满偏；
④断开S1、S2，拆除导线，整理好器材
(4)如图丙是RM调节后的面板，则待测表头的内阻为________，该测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)真实值．
(5)将该微安表改装成量程为2 V的电压表后，某次测量指针指在图丁所示位置，则待测电压为________ V.
(6)某次半偏法测量表头内阻的实验中，S2断开，电表满偏时读出RN的值，在滑片P不变的情况下，S2闭合后调节电阻箱RM，使电表半偏时读出RM，若认为OP间电压不变，则微安表内阻为________(用RM、RN表示)．命题点三 以测量电源电动势为核心的电学实验
1．常见测量电源电动势和内阻的三种方法
根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，而最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I.
2．在数据处理问题中，利用图像得出电动势和内阻是常用的方法——注意“化曲为直”．
例 1 [2023·浙江6月]在“测量干电池的电动势和内阻”实验中
(1)部分连线如图1所示，导线a端应连接到________(选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上．正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图2所示，其示数为________ V.
(2)测得的7组数据已标在如图3所示U­I坐标系上，用作图法求干电池的电动势E＝________ V和内阻r＝________ Ω.(计算结果均保留两位小数)
例 2 [2023·湖北卷]某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图(a)所示电路，所用器材如下：
电压表(量程0～3 V，内阻很大)；
电流表(量程0～0.6 A)；
电阻箱(阻值0～999.9 Ω)；
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．
(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)．
(3)该小组根据记录数据进一步探究，作出1I－R图像如图(d)所示．利用图(d)中图像的纵轴截距，结合(2)问得到的电动势与内阻，还可以求出电流表内阻为________Ω(保留2位有效数字)．
(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________(填“偏大”或“偏小”)．
提升训练
1.某实验兴趣小组利用如图甲所示的电路测量某电源的电动势E和内阻r.实验所用器材如下：待测电源(电动势约为3 V，内阻约为1 Ω)；电流表(量程为0.6 A，内阻RA为1 Ω)；定值电阻R0(阻值为5 Ω)；电阻箱R(最大阻值为99.9 Ω)；开关及导线若干．回答下列问题：

(1)按图甲所示的电路图连接图乙所示的实物．
(2)闭合开关S前，电阻箱调到阻值最大处．然后缓慢多次改变电阻箱的阻值R，分别读出多组电流表和电阻箱的示数I、R.某一次测量中，电流表的示数如图丙所示，则示数为________ A.
(3)将实验记录的数据适当处理，作出1I­R图线如图丁所示，则该电源的电动势E＝______ V，内阻r＝________ Ω.(结果保留小数点后2位)
2．某实验小组计划用一个实验方案完成对一个电流表内阻的测量和电源电动势及内阻的测量．实验器材有：待测电源E，待测内阻的电流表A，电压表V(量程为3.0 V，内阻很大)，电阻箱R(0～99.99 Ω)，单刀开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干．设计的电路图如图所示，进行了如下操作：
Ⅰ.将S2接到a，闭合S1，拨动电阻箱旋钮，使各旋钮盘的刻度处于如图甲所示的位置，记录下此时的电压表示数为2.00 V，然后断开S1；
Ⅱ.保持电阻箱示数不变，将S2切换到b，闭合S1，记录此时电压表的读数(如图乙所示)，然后断开S1.
请你解答下列问题：
(1)图甲所示电阻箱的读数为________ Ω，图乙所示的电压表读数为________ V．由此可算出电流表内阻RA的阻值为5.00 Ω.
(2)在完成上述操作后，继续以下操作：将S2切换到a，闭合S1，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱的示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据绘出了如图丙所示的1U ­1R图线．根据实验原理得到1U和1R的函数关系式为______________________________________；由函数关系式和图像可求得电源电动势E和电源内阻r，其中E＝______ V，r＝______ Ω(计算结果保留3位有效数字)．
命题点四 四个其他观察、探究、制作类实验
1．“观察电容器的充、放电现象”
(1)先使开关S与1接通，待充电完成后，把开关S再与2接通，电容器通过电阻放电．
(2)利用计算机的自动绘图功能绘制“电流－时间”图线；
(3)对“电流－时间”图线的面积进行积分，得到电容器的电荷量Q.
2．“探究影响感应电流方向的因素”注意事项
(1)选用零刻度在中间的灵敏电流计．
(2)要明确线圈的绕线方向，确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系．
(3)按照控制变量的思想进行实验．
3．“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”误差分析
(1)铁芯：铁芯中有涡流，有磁损耗(漏磁)，即通过原、副线圈的磁通量不相等．
(2)线圈：原、副线圈有电阻，产生焦耳热的损耗．
4．“利用传感器制作简单的自动控制装置”注意事项
(1)在做“热敏特性实验”时，加开水后要等一会儿再测量其阻值，使电阻温度与水的温度相同，同时读出水温．
(2)若“光敏特性实验”现象不明显，可制造密闭箱体，将光敏电阻置于其中，通过改变箱体的透光程度达到实验目的．
例 1 [2023·新课标卷]在“观察电容器的充、放电现象”实验中，所用器材如下：电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干．
(1)用多用电表的电压挡检测电池的电压．检测时，红表笔应该与电池的________(填“正极”或“负极”)接触．
(2)某同学设计的实验电路如图(a)所示．先将电阻箱的阻值调为R1，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间的变化．电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变化情况可能是________．(填正确答案标号)
A．迅速变亮，然后亮度趋于稳定
B．亮度逐渐增大，然后趋于稳定
C．迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭
(3)将电阻箱的阻值调为R2(R2>R1)，再次将开关S与“1”端相接，再次记录电流随时间的变化情况．两次得到的电流I随时间t变化如图(b)中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为________(填“R1”或“R2”)时的结果，曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的________(填“电压”或“电荷量”)．
例 2 [2023·山东卷]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10 V，电容标识不清)；
电源E(电动势12 V，内阻不计)；
电阻箱R1(阻值0～99 999.9 Ω)；
滑动变阻器R2(最大阻值20 Ω，额定电流2 A)；
电压表V(量程15 V，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．
回答以下问题：
(1)按照图甲连接电路，闭合开关S1，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向______端滑动(填“a”或“b”)．
(2)调节滑动变阻器滑片位置，电压表表盘如图乙所示，示数为________ V(保留1位小数)．
(3)继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为8.0 V时，开关S2掷向1，得到电容器充电过程的I­t图像，如图丙所示．借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方法，根据图像可估算出充电结束后，电容器存储的电荷量为________ C(结果保留2位有效数字)．
(4)本电路中所使用电容器的电容约为________ F(结果保留2位有效数字)．
(5)电容器充电后，将开关S2掷向2，发光二极管________(填“D1”或“D2”)闪光．
提升训练
1.[2023·福建厦门期末]在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中：
(1)为明确灵敏电流计指针的偏转方向与通过电流计的电流方向的关系，除灵敏电流计、导线、定值电阻和开关这些器材之外，还需要________(选填“A”“B”或“C”)；

A B C
(2)实验得出，电流由“＋”接线柱流入时灵敏电流计指针向右偏转，电流由“－”接线柱流入时指针向左偏转；如图甲所示，该同学将条形磁铁的N极从螺线管拔出的过程中，发现指针________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转；
(3)如图乙所示，将第(2)问中的螺线管置于电子秤上，在条形磁铁的N极从螺线管拔出的过程中，电子秤的示数会________(选填“变大”“变小”或“不变”)．
2．[2023·福建漳州三模]某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数关系，提供的实验器材有：学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线．
图甲为实验原理图，在原线圈A、B两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据如表：
请回答下列问题：
(1)在图乙中，应将A、B分别与________(填“a、b”或“c、d”)连接．
(2)根据上表数据得出的实验结论是：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于________________________．
(3)在实验序号为2的测量中，若把图乙中的可动铁芯取走，副线圈匝数n2＝200，则副线圈两端电压________(填正确答案标号)．
A．一定小于4.0 V
B．一定等于4.0 V
C．一定大于4.0 V
3．某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲，设计电路如图1所示，选用的器材有：限温开关S1(手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于103 ℃时自动断开，之后不能自动闭合)；保温开关S2(当锅内温度高于80 ℃时自动断开，温度低于70 ℃时自动闭合)；电饭煲的框架(结构如图2所示)．自备元件有：加热电阻丝R(阻值为60 Ω，用于加热煮饭)；限流电阻R1和R2(阻值均为1 kΩ)；指示灯L1和L2(2.5 V，0.6 W，当电流低于30 mA时可视为熄灭)；保险丝T.
(1)按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是________(多选)．
A．按下S1，L1和L2均发光
B．当锅内温度高于103 ℃时，S1自动断开，L1和L2均发光
C．保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换
D．当锅内温度低于70 ℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭
(2)简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常．在不增加元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件．下列操作步骤的正确顺序是________(填写各步骤前的字母)．
A．将选择开关旋转到“×100”位置
B．将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点
C．调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度
D．测量指示灯L1两端的阻值
E．将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡
操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图3所示，可判断是________断路损坏；若指针如图4所示，可判断是________断路损坏．(用电路中的元件符号表示)
命题点五 电学创新实验
例 1 [2023·湖南卷]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；
(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)；
(3)依次将0.5 g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重力大小)，读出电压传感器示数U，所测数据如下表所示：
根据表中数据在图(c)上描点，绘制U­m关系图线；
(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200 mV，则F0大小是________ N(重力加速度取9.8 m/s2，保留2位有效数字)；
(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200 mV，则F1________F0(填“>”“＝”或“<”)．
例 2 [2023·全国甲卷]某同学用伏安法测绘一额定电压为6 V、额定功率为3 W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为6 kΩ，电流表内阻约为1.5 Ω.实验中有图(a)和(b)两个电路图供选择．
(1)实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图(c)所示，该同学选择的电路图是图________(填“a”或“b”)
(2)若选择另一个电路图进行实验，用实线画出实验中应得到的I­U关系曲线的示意图．
提升训练
1.[2023·广东茂名二模]智能手机中都配有气压传感器，传感器的电阻会随所处环境气压变化而变化．某实验小组在室温下用以下可供选择的器材探究：气压传感器的电阻值Rx随气压变化规律：
A．阻值随气压而变化的气压传感器一个(阻值变化范围从几十欧到几百欧)；
B．直流电源，电动势6 V，内阻不计；
C．电压表V1，量程为0～3 V，内阻为3 kΩ；
D．电压表V2，量程为0～15 V，内阻为15 kΩ；
E．电流表A1，量程为0～0.6 A，内阻忽略不计；
F．电流表A2，量程为0～60 mA，内阻忽略不计；
G．定值电阻R1＝3 kΩ；
H．定值电阻R2＝12 kΩ；
I．滑动变阻器R，最大电阻值约为50 Ω；
J．开关与导线若干
(1)小明设计了如图甲所示的实验电路原理图，其中电压表应选择____________，电流表应选择________，定值电阻应选择________．(选填实验器材代号)．
(2)请在图乙中将实物连线补充完整．
(3)当气压传感器所处环境压强为p时，闭合开关S，测得两个电表的读数分别为U＝2.30 V和I＝23.0 mA，则气压传感器阻值Rx＝________．(计算结果保留3位有效数字)
(4)当环境压强p改变时，测得不同的Rx值，绘成图像如图丙所示，由图可得Rx和压强p的关系表达式为Rx＝________Ω.
2．[2023·福建福州4月检测]酒驾严重危害交通安全，喝酒不开车已经成为准则．某款酒精检测仪如图甲所示，核心部件为酒精气体传感器，其电阻R与酒精气体浓度c的关系如图乙所示．某同学想利用该酒精气体传感器设计一款酒精测量仪，除酒精气体传感器外，在实验室中找到了如下器材：
A．干电池组(电动势E＝3.0 V，内阻r＝1.2 Ω)
B．表头G(满偏电流6.0 mA，内阻Rg＝42 Ω)
C．电阻箱R1(最大阻值9 999.9 Ω)
D．电阻箱R2(最大阻值9 999.9 Ω)
E．开关及导线若干
(1)该同学设计的测量电路如图丙所示，他首先将表头G量程扩大为90 mA，则应将电阻箱R1的阻值调为________ Ω；
(2)如图丁所示，该同学想将酒精气体浓度为零的位置标注在表头上2 mA处，则应将电阻箱R2的阻值调为________ Ω；
(3)完成步骤(2)后，某次在实验室中试测酒精浓度时，表头指针如图丁所示．已知酒精浓度在0.2～0.8 mg/mL之间属于饮酒驾驶；酒精含量达到或超过0.8 mg/mL属于醉酒驾驶，则该次测试的酒精浓度属于________范围(选填“酒驾”或“醉驾”)；
(4)使用较长时间后，干电池组电动势降低，内阻增大，则此时所测的酒精气体浓度与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．
第16讲 电学实验
命题分类剖析
命题点一
[例1] 解析：(1)使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，表针示数为0.44 A；当使用3 A量程时，每一小格为0.1 A，表针示数为2.20 A.
(2)电压表使用3 V量程时，每小格表示0.1 V，表针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格表示0.5 V，表针示数为8.5 V.
(3)电阻为1 987 Ω.最简单的操作方法是先将“×1 k”挡旋钮调到2，再将“×100”挡旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是9 999 Ω，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9 999 Ω＝19 998 Ω，故用两个这样的电阻箱，可得到电阻范围为0～19 998 Ω.
答案：(1)0.02 0.44 0.1 2.20 (2)0.1 1.70 0.5 8.5 (3)见解析
[例2] 解析：(1)该电阻丝的直径为d＝1 mm＋41.4×0.01 mm＝1.414 mm.
(3)使用多用电表欧姆挡测电阻时，为了减小误差，应尽可能使指针偏转至刻度盘中央附近，由于该电阻丝的阻值在100～200 Ω，而表盘中央刻度在15～20左右，所以应选择×10倍率的电阻挡；
(5)15～20之间的分度值为1，所以该电阻丝的电阻值为R＝16×10 Ω＝160 Ω.
(7)根据电阻定律有R＝ρLS＝ρ4Lπd2，解得该电阻丝的电阻率为ρ＝πd2R4L≈3.14×10－4 Ω·m.
答案：(1)1.414 (3)×10 (5)160 (7)3.14×10－4
[例3] 解析：(1)当开关S接A端时，定值电阻R1与定值电阻R2串联后再与电流表并联，等效电路图如图1所示，由并联电路的规律可知，电流表两端的电压和两定值电阻两端的总电压相等，当电流表满偏时，有IgRg＝I1(R1＋R2)，代入数据解得I1＝750μA，所以该电流表的量程为Im1＝I1＋Ig＝1 000 μA＝1 mA.(2)当开关S接B端时，电流表和定值电阻R2串联后再与定值电阻R1并联，等效电路图如图2所示，同样可得Ig(Rg＋R2)＝I2R1，代入数据解得I2＝9 750 μA，该电流表的量程为Im2＝I2＋Ig＝10 000 μA＝10 mA，则接B端时电流表的量程比接A端时量程大．(3)改装电流表能测量出通过它的电流及其两端电压，题图(b)甲所示的电路能精确测量未知电阻Rx两端的电压，但是由于电压表的分流作用，测得的电流偏大，存在系统误差；题图(b)乙所示的电路图，改装电流表能精确测量通过未知电阻Rx的电流，而未知电阻两端的电压为电压表的示数与改装电流表分得的电压之差，既能测出Rx的精确电流又能测出精确电压，故题图(b)乙所示的电路能修正由电表内阻引起的实验误差．
答案：(1)1 (2)大 (3)乙
[提升训练]
1．解析：(1)欧姆表读数：对应最上边一行刻度值为15，倍率为“×100”，读数为1.5×103 Ω；测2.0×104 Ω电阻时应选“×1 k”的欧姆挡．
(2)选50 mA电流挡，则每一大格表示10 mA，每一小格表示1 mA，测量的精确度为1 mA，应估读到0.1 mA(此时为110估读)，表针对应的读数为30.7 mA；选择量程为250 mA的电流挡，则每一大格表示50 mA，每一小格表示5 mA，测量的精确度为5 mA，应估读到1 mA(此时为15估读)，表针对应的读数为153 mA.
(3)选择10 V电压挡，则每一大格表示2 V，每一小格表示0.2 V，测量的精确度为0.2 V，应估读到0.1 V(此时应为12估读)，表针对应的读数为6.1 V.
答案：(1)1.5×103 ×1 k (2)30.7(30.5～30.9都正确) 153(152～154都正确) (3)6.1
2．解析：(1)电流表示数I1＝80 mA时，R2所在支路电流I2＝I0－I1＝20 mA，故R0＝R24＝3.2 Ω.
(2)S接a时，欧姆表内阻R内＝E0I0＝20 Ω，S接b时R3分流，电流表满偏时，电路总电流增大，此时欧姆表内阻R′内(3)S接b且电流表示数I1＝80 mA时，E0R内'+Rx＝10I1，2 V2 Ω+Rx＝0.8 A，解得Rx＝0.5 Ω
答案：(1)80 3.2 (2)0.36 (3)0.5
命题点二
[例1] 解析：①由多用电表欧姆挡下的读数规则可知，该电阻的大小应为表盘的读数与所选挡位的乘积，即该读数为7×1 Ω＝7 Ω；②由于同学们使用的是学生电源(4 V)，为减小误差，则电压表应选择B，流过电流表的最大电流约为I＝UgR＝37 A≈0.43 A，则电流表应选择D；③电压表分流是器材本身带来的实验误差，应属于系统误差，A正确；为保护电路，开关闭合时应使测量电路分得的电压最小，又滑动变阻器用作分压接法，则闭合开关前滑动变阻器的滑片应该调到a端，B错误；滑动变阻器用作分压接法时，两电表的示数均可调节为0，C正确；实验时，应多次测量求其平均值，目的是减小偶然误差，D错误．
答案：①7 ②B D ③AC
[例2] 解析：(2)根据题意可知，R0两端的电压为U＝U2－U1
则流过R0即流过待测金属丝的电流I＝UR0＝U2-U1R0
金属丝的电阻r＝U1I
联立可得r＝U1R0U2-U1
(5)螺旋测微器的读数为d＝15.0×0.01 mm＝0.150 mm
(6)根据电阻定律R＝ρLS
又S＝π·d22
代入数据联立解得ρ＝5.0×10－7 Ω·m
答案：(2)U2-U1R0 U1R0U2-U1 (5)0.150 (6)5.0
[提升训练]
1．解析：(1)实验时，闭合开关S前，为保护电路，滑动变阻器滑片P应处在最大阻值处，滑动变阻器的滑片P应处在M端．
(2)滑动变阻器采用分压式接法，滑动变阻器下端两接线柱与电源相连，故b导线接错；该错误带来的问题是移动滑片的过程中电压表和电流表的示数不变．
答案：(1)M (2)b 移动滑片时，电压表和电流表的示数不变
2．解析：(1)根据半偏法的测量原理可知，当闭合开关S2之后，通过RN的电流应基本不变，就需要RN较大，对下方分压电路影响甚微，故RM应选R1，RN应选R2.(2)按实验原理图依次连接实物电路，如答图所示．(3)闭合开关前，需要调节滑动变阻器滑片，使测量电路短路，即滑片P移至最左端，然后断开S2、闭合S1，使微安表达到满偏，接着闭合S2，保证滑片P不动，调节RM，使微安表半偏，最后断开所有开关，拆除导线，整理器材．故正确的操作顺序是①③②④.(4)根据半偏法的测量原理可知，读出的RM即是微安表的内阻，则由图丙可知微安表的内阻为1 998.0 Ω.闭合S2后，相当于RM由无穷大变成有限值，RM的阻值变小，流过RN的电流大于原来的电流，则流过RM的电流大于IA2，故RM的阻值小于RA.(5)按读数规则，微安表的示数为64 μA，按换算关系2 V100 μA＝U64 μA可知待测电压为1.28 V．(6)根据题意可得I(RA＋RN)＝(I2+I2RARM)RN＋I2·RA，得RA＝RNRMRN-RM.
答案：(1)R1 R2 (2)如图所示 (3)①③②④
(4)1 998.0 Ω 小于 (5)1.28 (6)RNRMRN-RM
命题点三
[例1] 解析：(1)电压表测量的电压应为滑动变阻器接入电路中电阻丝两端的电阻的电压，开关应能控制电路，所以导线a端应连接到B处；
干电池电动势约为1.5 V，电压表选择0～3 V量程，分度值为0.1 V，题图中电压表读数为1.20 V；
(2)作出U-I图像如图所示
根据闭合电路欧姆定律U＝E－Ir可知，
U-I图像纵轴截距为电源电动势可得
E＝1.50 V
U-I图像斜率的绝对值等于电源内阻
r＝1.50- Ω＝1.04 Ω.
答案：(1)B 1.20 (2)1.50 1.04
[例2] 解析：(1)实物连线如图：
(2)由电路结合闭合电路的欧姆定律可得U＝E－Ir
由图像可知E＝1.58 V
内阻r＝1.58- Ω＝0.64 Ω
(3)根据E＝I(R＋RA＋r)
可得1I＝1E·R＋RA+rE
由图像可知RA+rE＝2
解得RA＝2.5 Ω
(4)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，即实验中测得的电池内阻偏小．
答案：(1)图见解析 (2)1.58 0.64 (3)2.5 (4)偏小
[提升训练]
1．解析：(1)实物连接如图所示．
(2)电流表的量程为0.6 A，所以读数为0.44 A.
(3)根据闭合电路欧姆定律有IRAR0+I(R＋r)＋IRA＝E，整理得1I＝RA+R0ER0·R＋RAR0+RAr+R0rER0，直线的斜率k＝RA+R0ER0，纵截距b＝RAR0+RAr+R0rER0，结合图丁求得电动势E＝2.94 V，内阻r＝0.93 Ω.
答案：(1)见解析 (2)0.44 (3)2.94 0.93
2．解析：(1)电阻箱的读数等于各挡位的电阻之和，图中电阻箱的读数为2×10 Ω＋1×0 Ω＋0.1×0 Ω＋0.01×0 Ω＝20.00 Ω.电压表的精度为0.1 V，读数应估读一位，该电压表读数为2.50 V.
(2)根据闭合电路欧姆定律有U＝E－UR(RA＋r)变形得1U＝1E+RA+rE·1R结合图像有1E＝0.380 V－1，RA+rE＝0.608- A－1，解得E≈2.63 V，r≈1.00 Ω.
答案：(1)20.00 2.50
(2)1U＝1E+RA+rE·1R 2.63 1.00
命题点四
[例1] 解析：(1)多用电表红表笔流入电流，黑表笔流出电流，故电流表红表笔应该与电池的正极接触；
(2)电容器充电完成后，开始时两极板电量较多，电势差较大，当闭合“2”接入小灯泡，回路立即形成电流，灯泡迅速变亮；随着时间的积累，两极板电量变少，电势差变小，流过灯泡的电流减小，直至两极板电荷量为零不带电，则无电流流过，小灯泡熄灭，故选C.
(3)开始充电时两极板不带电，两极板电势差为零，设电源内阻为r，则开始充电时有E＝I(R＋r)
由图像可知开始充电时实线的电流较小，故电路中的电阻较大，因此电阻箱阻值为R2；
图像的物理意义为充电过程中电流随时间的变化图线，故曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的电荷量．
答案：(1)正极 (2)C (3)R2 电荷量
[例2] 解析：(1)滑动变阻器分压式接法，故向b端滑动充电电压升高；
(2)量程15 V，每个小格0.5 V，15估读，故6.5 V；
(3)I-t图像所围的面积，等于电容器存储的电荷量，38个小格，故电容器存储的电荷量为3.8×10－3 C；
(4)由电容的定义式C＝qU得：C＝4.8×10－4 C；
(5)开关S2掷向2，电容器放电，故D1闪光．
答案：(1)b (2)6.5 (3)3.8×10－3 (4)4.8×10－4 (5)D1
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1．解析：(1)为明确灵敏电流计指针的偏转方向与通过电流计的电流方向的关系，除题中器材外，还需要直流电源确定电流的方向，故选C.(2)将条形磁铁的N极从螺线管拔出时，由楞次定律可知，螺线管中感应电流沿顺时针方向，即电流由“＋”接线柱流入灵敏电流计，则指针向右偏转．(3)根据楞次定律“来拒去留”的结论可知，电子秤的示数会变小．
答案：(1)C (2)向右 (3)变小
2．解析：(1)在探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验中，原线圈两端应接入交流电，故应将A、B分别与c，d连接；
(2)根据题表中数据可得，在实验误差允许范围内U1U2＝n1n2，U1U3＝n1n3，得出结论：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比；
(3)若把题图乙中的可动铁芯取走，磁损耗变大，原线圈中磁通量变化率比副线圈磁通量变化率大，根据法拉第电磁感应定律知，副线圈两端电压一定小于4.0 V，故选A.
答案：(1)c、d (2)两个线圈的匝数之比 (3)A
3．解析：(1)指示灯L1和L2的电阻RL＝UL2 PL≈10 Ω.按下S1，R2和L2被短路，L2不发光，流过L1的电流I1＝UR1+RL≈0.22 A＞30 mA，L1发光，A错误；当锅内温度高于103 ℃时，S1和S2均处于断开状态，此时电路中R1和L1串联后与R并联，然后再与R2和L2串联，并联部分电阻R并＝R1+RLRR1+RL+R≈57 Ω，流过L2的电流I2＝UR2+RL+R并≈0.21 A＞30 mA，L2发光，流过L1的电流I′1＝I2RR1+RL+R≈12 mA＜30 mA，L1熄灭，B错误；在保温过程中，温度低于70 ℃时S2闭合，加热至80 ℃时S2断开，当温度再次降低至70 ℃时S2又闭合，之后一直重复此过程，故C正确；当锅内温度低于70 ℃时，S2自动闭合，此时电路与S1闭合时的电路等效，结合A项分析知，此时L1发光，L2熄灭，D正确．
(2)在使用多用电表前，要进行机械调零，使用多用电表测量电阻时，先选挡位后欧姆调零，再进行测量，测量完成后，将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡，故正确顺序为CABDE.
由题知，加热和保温功能正常，L1始终不亮，则S1、S2、L2、R2、R和T均连接正常．测量L1两端电阻时，多用电表两表笔间有两条支路，一条支路中只有L1，另一条支路中有R1和R.若指针如图3，测量电阻约为1 100 Ω，可知R1和R完好，L1断路损坏；若指针如图4，测量电阻接近0 Ω，可知L1完好，R1断路损坏．
答案：(1)CD (2)CABDE L1 R1
命题点五
[例1] 解析：(1)欧姆表读数为10×100 Ω＝1 000 Ω
(2)当电压传感器读数为零时，CD两点电势相等，即UCB＝UDB
即UABR1+RFRF＝UABR2+R3R3
解得RF＝R1R3R2
(3)绘出U-m图像如图
(4)由图像可知，当电压传感器的读数为200 mV时，所放物体质量为1.75 g，则F0＝mg＝1.75×10－3×9.8 N＝1.7×10－2 N
(5)可将CD以外的电路等效为新的电源，CD两点电压看做路端电压，因为换用非理想电压传感器当读数为200 mV时，实际CD间断路(接理想电压传感器)时的电压大于200 mV，则此时压力传感器的读数F1>F0.
答案：(1)1 000 (2)R1R3R2
(3)
(4)1.7×10－2 (5)>
[例2] 解析：(1)由于RVRA≈95 Ω
而小灯泡的电阻约为r≈U2P＝12 Ω
则电流表应采用外接法，则该同学选择的电路图是图(a)．
(2)若选用另一个电路图即图(b)实验，会有
U＝U灯＋IRA
则分别代入电流200 mA、400 mA、500 mA，可知对应的电压应为1.4 V、4.0 V、6.75 V，描点连线有
答案：(1)a
(2)
[提升训练]
1．解析：(1)电源电动势为6 V，电压表读数时要在表盘中间三分之一更准确，而且串联定值电阻可以扩大量程，故电压表选C；
气压传感器阻值变化范围从几十欧到几百欧，流经电流表的电流大概在几十毫安，故电流表选F；
串联定值电阻，相当于扩大电压表量程，扩大到6 V即可，电压表内阻为3 kΩ，定值电阻选G.
(2) 如下图所示
(3)根据欧姆定律Rx＝2UI＝200 Ω
(4)根据图像，假设Rx＝R0－kp代入数据可得Rx＝1 000－8×10－3p
答案：(1)C F G (2)见解析 (3)200 Ω
(4)1 000－8×10－3p
2．解析：(1)将表头G量程扩大为90 mA，则有R1＝IgRgIm-Ig＝6×4290-6 Ω＝3 Ω
(2)表头G显示电流为2 mA，电路实际电流为I1＝15×2 mA＝30 mA
由图乙可知，当酒精气体浓度为零时，该气体传感器电阻R＝80 Ω，改装后电流表等效电阻为
R′g＝RgR1Rg+R1＝2.8 Ω
根据闭合电路欧姆定律可得I1＝ERg'+R+r+R2解得R2＝16 Ω
(3)由图乙可知，当酒精气体浓度达到醉驾标准时，该气体传感器电阻R′＝20 Ω，此时电路中的实际电流为I2＝ERg'+R'+r+R2＝75 mA，此时表头G中的实际电流为5 mA，则图丁所示的酒精浓度未到达醉驾，属于酒驾范围．
(4)使用较长时间后，干电池组电动势降低，内阻增大，根据I＝ERg'+R+r+R2
同一酒精浓度下，电路中的总电流将偏小，流经表头的电流也同比偏小，故所测得的酒精浓度值偏小．
答案：(1)3 (2)16 (3)酒驾 (4)偏小
U1(mV)
0.57
0.71
0.85
1.14
1.43
U2(mV)
0.97
1.21
1.45
1.94
2.43
实验
序号
原线圈匝数n1＝400 原线圈两端电压U1(V)
副线圈匝数n2＝200 原线圈两端电压U2(V)
副线圈匝数n2＝1 400 原线圈两端电压U2(V)
1
5.8
2.9
20.3
2
8.0
4.0
28.1
3
12.6
6.2
44.0
次数
1
2
3
4
5
6
砝码质量m/g
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
电压U/mV
0
57
115
168
220
280