高考物理二轮复习考点精讲精练14讲 电学实验（2份，原卷版+解析版）

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14讲 电学实验
重难点突破
实验原理：电学实验原理：欧姆定律
电表读数：注意精确度
误差分析：绝度误差和相对误差
考点应用
1.多用电表
多用电表的读数
电流表、电压表的刻度是均匀的,读数时应注意量程;欧姆表的刻度是不均匀的,读数时应乘以倍率。
多用电表使用的几个注意事项
(1)电流的流向:由于使用多用电表时不管测量什么,电流都要从电表的“+”插孔(红表笔)流入,从“-”插孔(黑表笔)流出,所以使用欧姆挡时,多用电表内部电池的正极接的是黑表笔,负极接的是红表笔。
(2)要区分“机械零点”与“欧姆零点”:“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置,用表盘下边中间的指针定位螺丝调整;“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,用欧姆调零旋钮调整。
(3)测电阻时每变换一次挡位,都要重新进行欧姆调零。
(4)选倍率:测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡的刻度不均匀,使用欧姆挡测电阻时,指针偏转过大或过小都有较大误差,通常只使用表盘中间的一段刻度范围。
(5)测电阻时要将电阻与其他元件断开。测电阻时不要用手接触多用电表的表笔。
(6)多用电表使用完毕应将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡。
例1：利用图甲所示电路测量多用电表电阻挡“×1k”倍率时内部电池的电动势和内阻(多用电表内部接入电路的总电阻),同时测量电压表V的内阻。提供的器材有:多用电表、电压表V(量程为6 V,内阻为十几千欧)、滑动变阻器(最大阻值为10 kΩ)、导线若干。
(1)将多用电表的选择开关打到电阻挡“×1k”倍率,接着进行 。
(2)将图甲中黑表笔与 (选填“1”或“2”)端相连,红表笔与另一端相连。
(3)将滑动变阻器的滑片移至右端,此时电压表的示数为3.90 V,多用电表的指针指在图乙中的实线位置,其示数为 kΩ;再将滑片向左移至某一位置时,电压表的示数为3.30 V,此时多用电表的指针指在图乙中的虚线位置,其示数为 kΩ。
(4)电压表的内阻为 kΩ;多用电表电阻挡“×1 k”倍率时内部电池的电动势为 V(结果保留3位有效数字)、内阻为 kΩ。
答案 (1)欧姆调零 (2)2 (3)12 17 (4)12 8.94 15.5
解析 (1)将多用电表的选择开关打到电阻挡“×1k”倍率,接着两表笔短接进行欧姆调零。
(2)黑表笔内部接电源的正极,则将图甲中黑表笔与2端相连,红表笔与另一端相连。
(3)多用电表的指针指在图乙中的实线位置时,其示数为12×1 kΩ=12 kΩ;多用电表的指针指在图乙中的虚线位置时,其示数为17×1 =17 kΩ。
4)将滑动变阻器的滑片移至右端,此时外电路只有电压表,多用电表的示数为12kΩ即电压表内阻为Ry=12kΩ.由闭合电路欧姆定律 E=U1+=3.90+ 3.90r
再将滑片向左移至某一位置时,电压表的示数为 3.30 V,此时多用电表的指针指在图中的虚线位置,其示数为 17kΩ则Rv+R=17kΩ则R=5 kΩ
由闭合电路欧姆定律 E=U2+
联立解得E=8.94V,r=15.5kΩ。
跟踪训练1：现有一同学测定一节干电池电动势E和内阻r（已知E约为1.5V， r约为1Ω）。.
（1）该同学采用图1所示电路，为了完成该实验，选择实验器材时，在电路的a、b两点间可接入的器件是_________。
A．一个定值电阻 B．电阻箱 C．滑动变阻器
（2）为了使实验结果更精确，在选择实验仪器时，首先用多用电表测量电压表的内阻大小，其中电压表V的内阻示数如图2所示，测量时选择“1000”挡，则内阻大小为____Ω，为了调节方便且测量精度更高，电流表和电压表应选_______（选填选项前的字母）。
A．电流表（0~0.6A），电压表（0~3V） B．电流表（0~0.6A），电压表（0~15V）
C．电流表（0~3V），电压表（0~ 3V） D．电流表（0~3A），电压表（0~15V）
（3）经过多次测量，他们记录了多组电流表示数I和电压表示数U，并在图3中画出了U-I图像。由图像可以得出，此干电池的电动势的测量值E =_______V（保留三位有效数字），内阻的测量值r=_________Ω（保留两位有效数字）。
【答案】 BC 15000 A 1.48 0.77
【详解】（1）[1]电路中有电压表、电流表，应采用伏安法测电动势和内阻，故在电路的a、b两点间可接入的器件是电阻箱或滑动变阻器，故选BC。
（2）[2] [3]测量时选择“×1000”挡，表盘示数为15，则内阻大小为15000Ω；
由于电源电动势约为1.5V，故电压表量程选择3V足够，内阻约为1Ω，考虑到其他电阻，电流表量程选择0.6A足够，故选A。
（3）[4] [5]由闭合电路欧姆定律可得
图线与纵轴交点坐标表示电动势，图线斜率绝对值表示内阻，可得；
2、电阻的测量实验是高考实验的热点,涉及的实验包括伏安法测电阻、多用电表测电阻、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测量金属的电阻率、测量电流表或电压表的内阻等。主要考查电阻的测量电路设计、控制电路设计、器材的选取与实物连接、实验数据的处理与误差分析等。
电流表内接法与外接法的选择
例2：（2022秋·云南玉溪·高二云南省玉溪第三中学校考阶段练习）为测量某金属丝的电阻率，小明同学取来一段粗细均匀、长为L的金属丝进行实验。
（1）用螺旋测微器测金属丝的直径d，读数如图甲所示，则d = _________mm。
（2）用多用电表测其电阻，倍率为 × 1，表盘的示数如图乙所示，其读数为_________Ω。
（3）实验中所用电流表的内阻约为2Ω，电压表的内阻约为1kΩ，滑动变阻器的最大阻值为5Ω。为了减小实验误差，并要求在实验中获得较大的电压调节范围，在测量其电阻时应选择的电路是_________。
A．B．C．D．
（4）测得电阻为R，则电阻率ρ = _________（用相关字母表示），由于（3）中的理论误差，使得电阻率最后的计算结果_________（填“偏大”或“偏小”）。
【答案】 1.848 18.0 D 偏小
【详解】（1）[1]螺旋测微器读数为
（2）[2]倍率为，表盘读数为
（3）[3]由于要求在实验中获得较大的电压调节范围故选择分压接法，电阻阻值较小，电流表选择外接法，故选择电路图D。
（4）[4]根据电阻与电阻率的关系有圆柱体的横截面积解得
[5]由于电流表外接导致电阻率最后的计算结果偏小。
跟踪训练2：（2023·高三课时练习）某同学测量阻值约为25kΩ的电阻Rx，现备有下列器材：
A．电流表（量程为100μA，内阻约为2kΩ）
B．电流表（量程为500μA，内阻约为300Ω）
C．电压表（量程为15V，内阻约为100kΩ）
D．电压表（量程为50V，内阻约为500kΩ）
E．直流电源（20V，允许通过的最大电流为1A）
F．滑动变阻器（最大阻值为1kΩ，额定功率为1W）
G．开关和导线若干
（1）电流表应选________，电压表应选________。（选填字母代号）
（2）为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，请你在图甲所示的方框中给该同学设计出实验电路图________，并用笔画线代替导线，连接图乙电路。________
【答案】 B C
【详解】（1）[1]电源电压为20V，为了便于读数减小误差，电压表应选择C；
[2]通过电阻的电流值最大为
A量程太小，内阻也大，而B合适，故电流表选B；
（2）[3][4]因待测电阻约为25kΩ，为大电阻，故用内接法，因是小电阻控制大电阻，若用限流式接法，控制的电压变化范围太小，应用分压式接法，故电路原理图如图1所示，实物图如图2所示
3.电学实验器材的选择
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。
(3)电流表和电压表的选择
①根据电源的参数来选择。
②根据电路中的最大电流(或者最大电压)来选择。
③根据用电器的额定电流(或者额定电压)来选择。
(4)滑动变阻器的选择
①用分压式接法时，应该选用最大阻值较小、额定电流较大的滑动变阻器。
②用限流式接法时，应该选用阻值和被测电阻接近的滑动变阻器。
例3：（2021·北京·高三专题练习）某同学用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性，并将得到的电流、电压数据描到U-I图上，如图1所示．实验室提供如下器材：
A．电流表A1（量程0.6A，内阻约0.3Ω）
B．电流表A2（量程3A，内阻约0.02Ω）
C．电压表V1（量程3V，内阻约3kΩ）
D．电压表V2（量程15V，内阻约15kΩ）
E．滑动变阻器R1（阻值0～10Ω，额定电流2A）
F．滑动变阻器R2（阻值0～2kΩ，额定电流0.5A）
G．直流电源（电动势3V，内阻不计）
H．单刀开关1个，导线若干
①实验中，电流表应选用_____；电压表应选用_____；滑动变阻器应选用____（填选项前的字母）；
②图2是部分连接好的实物电路图，请用电流表外接法完成接线并在图2中画出______．
③在图1中，由电流表外接法得到的数据点是用______（填“○”或“×”）表示的．
④在图1中，请你选择一组数据点用作图法作图，并求出这段铅笔芯的电阻为_____Ω．
⑤对于这段2B铅笔芯电阻值的测量，如果不考虑实验中读数的误差，你认为选用_____（填“内”或“外”）接法测量更准确一些．
【答案】①A C E ②③× ④作图正确；用“×”R =(1.1～1.3)Ω；用“○”R =(1.5～1.7)Ω ⑤外
【详解】①根据U-I图像中的数据可知，电流表应选用A；电压表应选用C；滑动变阻器应选用阻值较小的E；②电路连接如图；
③电流表外接时，电阻的测量值偏小，则U-I图像的斜率偏小，则由电流表外接法得到的数据点是用“×”表示的．
④做出的图像如图；
则如果用“×”，则 (1.1～1.3)Ω；用“○”则 (1.5～1.7)Ω；
⑤对于这段2B铅笔芯电阻值的测量，如果不考虑实验中读数的误差，因电压表的内阻远大于铅笔芯的电阻，则选用电流表外接法测量更准确一些．
跟踪训练3：（2022秋·湖北黄石·高二校考期末）某同学拟探究规格为“3.0V，0.6A”的小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：
A、电流表A1，量程为0~3A，内阻约为0.1Ω；
B、电流表A2，量程为0~0.6A，内阻约为0.2Ω；
C、电压表V1，量程为0~3V，内阻约为2kΩ；
D、电压表V2，量程为0~15V，内阻约为10kΩ；
E、滑动变阻器R3，阻值范围为0~5Ω，额定电流为2A；
F、滑动变阻器R4，阻值范围为0~100Ω，额定电流为1A；
G、学生电源E，电动势为4.0V，内阻不计； H开关S及导线若干。
(1)为减少实验误差，实验中电流表应选择________，电压表应选择_______，滑动变阻器应选择______。（填各器材前的字母）
(2)为提高实验精度，实验电路图应选择如图中的_________
A． B． C． D．
(3)实验测得该小灯泡L的伏安特性曲线如图所示，由图可知，小灯泡L的电阻随温度升高而_______（填“增大”“不变”或“减小”）。
【答案】 B C E C 增大
【详解】(1)[1]小灯泡的额定电流为0.6A，所以电流表选择B；
[2]小灯泡的额定电压为3V，所以电压表应选择C；
[3]小灯泡的电阻约为
为了方便调解电路，滑动变阻器应选择E。
(2)[4]因为
选择电流表外接法；描绘伏安特性曲线电流表的读数必须从零开始调整，滑动变阻器选择分压接法。
故选C。
(3)[5]由图可知，电阻等于割线斜率的倒数，随着温度的升高，斜率减小，小灯泡L的电阻随温度升高而增大。
4.误差分析
(1)偶然误差
①估读时易带来误差。
②表头指针偏转过大或过小都会使误差增大。
(2)系统误差
例4：（2023·浙江·模拟预测）下列描述错误的是（ ）
A．对于直接测量得到的数据，其有效数字的位数是由待测对象实际大小决定，与仪器精度无关
B．用不同精度的测量仪器对同一物理量进行直接测量，测量结果的有效数字位数越多，说明测量的结果越精确
C．间接测量值的有效数字位数须由有效数字运算规则最终确定
D．在物理实验中，测量结果的有效数字由准确数字和欠准确数字组成
【答案】A
【详解】A．对于直接测量得到的数据，其有效数字的位数是由测量仪器、工具的分辨力来决定的，故A错误，符合题意；
B．用不同精度的测量仪器对同一物理量进行直接测量，测量结果的有效数字位数越多，说明测量的结果越精确，故B正确，不符合题意；
C．间接测量值的有效数字位数须由有效数字运算规则最终确定，故C正确，不符合题意；
D．在物理实验中，测量结果的有效数字由准确数字和欠准确数字组成，故D正确，不符合题意。
故选A。
跟踪训练4：（2023秋·湖南岳阳·高二统考期末）在用多用电表粗测电阻时，某小组首先选用“×10”欧姆挡，其阻值如图甲中指针所示，为了减小多用电表的读数误差，该小组按正确的操作程序再一次用多用电表测量了该待测电阻，其阻值如图乙中指针所示，对该小组再次操作说法正确的是（ ）
A．选择开关转换到新的倍率挡后可以直接对该电阻进行测量
B．多用电表的选择开关应换用“×1”倍率挡，则的阻值大约是9Ω
C．多用电表的选择开关应换用“×100”倍率挡，则的阻值大约是900Ω
D．多用电表的选择开关应换用“×1000”倍率挡，则的阻值大约是9000Ω
【答案】B
【详解】A．选择开关转换到新的倍率挡后需要先进行欧姆调零才可以测量，故A错误；
BCD．如图甲所示，指针偏转角度过大，说明倍率挡选择过大，则应换用较小的“×1”倍率挡，测量结果如图乙所示，大约是9Ω，故B正确，CD错误。
故选B。
基础训练
1.(1)如图所示的三把游标卡尺，它们的游标卡尺从上至下分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为________mm，________mm，________mm。
(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图丁所示，则金属丝的直径是________mm。
(3)①图戊使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数是________A；当使用3 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。
②图己使用较小量程时，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。
(4)旋钮式电阻箱如图庚所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为________Ω。今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，即可得到的电阻值范围为________。
【答案】(1)17.7 23.85 3.18 (2)2.150 (3)①0.02 0.44 0.1 2.20 ②0.1 1.70 0.5 8.5 (4)1 987 将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0 0～19 998 Ω
【解析】(1)图甲读数：整毫米是17，不足1毫米数是7×0.1 mm＝0.7 mm，最后结果是17 mm＋0.7 mm＝17.7 mm。
图乙读数：整毫米是23，不足1毫米数是17×0.05 mm＝0.85 mm，最后结果是23 mm＋0.85 mm＝23.85 mm。
图丙读数：整毫米是3，不足1毫米数是9×0.02 mm＝0.18 mm，最后结果是3 mm＋0.18 mm＝3.18 mm。
(2)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为15.0，最后的读数：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。
(3)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。
(4)电阻为1 987 Ω。最简单的操作方法是将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”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，可得到的电阻值范围为0～19 998 Ω。
2.（2018秋·甘肃白银·高三阶段练习）(1)某同学用螺旋测微器的的某工件外径如图所示，其示数D=_____mm
(2)某同学测得阻值约为25kΩ的电阻R，现备有下列器材：
A．电流表（量程400 μA，内阻约2kΩ）；
B．电流表（量程500 μA，内阻约300Ω）；
C．电压表（量程15V，内阻约100KΩ）；
D．电压表（量程60V，内阻约500KΩ）；
E．直流电源（20V，允许最大电流1A）；
F.滑动变阻器（最大阻值1KΩ，额定功率1W）；
G.开关和导线若干。
电流表应选_____。电压表应选_____（填字母代号）
(3)画出实验电路图____：
【答案】 1.733 B C
【详解】(1)[1]螺旋测微器的读数：1.5mm+0.01mm×23.3=1.733mm。
(2)[2][3]由闭合电路欧姆定律，有电路最大电流为I==800μA
故电流表应选B，因电源电动势为20V，所以电压表应选C。
(3)[4]由题得=4 则
故用电流表内接法；因是小电阻控制大电阻，若用限流式接法，控制的电压变化范围太小，则滑动变阻器应采用分压式接法。
电路图如图：
3.（2022·全国·高二竞赛）可以用来表示实验测量误差的有（ ）
A．系统误差B．相对误差C．绝对误差D．偶然误差
【答案】BC
【详解】表示实验测量误差有相对误差和绝对误差两种，绝对误差是指测量值和真实值之间的差，而相对误差是指测量的绝对误差和被测量的真实值之比。
故选BC。
4.请选出下列说法中的正确者（ ）
A．实验测量时常用多次重复测量来减小仪器的系统误差
B．已知测量某电阻结果为，表明测量电阻的真值位于区间之内的可能性很小
C．对某一长度进行两次测量，其测量结果为10cm和10.0cm，则两次测量结果是不一样的
D．系统误差的大小和正负总保持不变，或一定的规律变化，或是有规律的重复
【答案】CD
【详解】A．实验测量时常用多次重复测量来减小偶然误差，故A错误；
B．已知测量某电阻结果为，表明测量电阻的真值位于区间之内，故B错误；
C．对于长度的测量要估读到最小分度的下一位，测量结果为最小分度为，测量结果为最小分度为，则两次测量结果是不一样的，故C正确；
D．系统误差的大小和正负总保持不变，或一定的规律变化，或是有规律的重复，故D正确。
故选CD。
5.如图所示是多用电表内部结构示意图，通过选择开关分别与1、2、3、4、5相连，以改变电路结构，可以分别作为电流表、电压表和欧姆表使用，下列说法正确的是（ ）
A．甲接红表笔、乙接黑表笔
B．开关接1时比接2时电表量程大
C．开关接4时比接5时电表量程大
D．开关接3时，电表的“0”刻度位置在表盘右侧
【答案】BD
【详解】A．由电路可知，甲接黑表笔、乙接红表笔，选项A错误；
B．开关接1和2时是电流表，接1时电流计并联的电阻比接2时并联的电阻小，可知接1时比接2时电表量程大，选项B正确；
C．开关接4、5时是电压表，接4时串联的电阻比接5时小，则接4时比接5时电表量程小，选项C错误；
D．开关接3时，为欧姆表，则欧姆表的“0”刻度位置在表盘右侧，选项D正确。
故选BD。
能力提升
6.在探究竖直向下的匀变速直线运动规律的过程中，我们利用电火花计时器记录重物的下落过程，以下是某组同学在该实验中得到的一条纸带，如图所示，已知每两个计数点间的时间间隔是，用刻度尺测得，，，，，。
（1）实验时，下列说法正确的是( )
A．打点计时器的安装放置要求两限位孔在同一竖直线上
B．开始打点计时的时候应先释放纸带再接通电源
C．打点计时器应接在220V的交流电源上
D．打点计时器应接在4~6V的交流电源上
（2）计算出打下点5时重物的瞬时速度是v5=________m/s（结果保留两位有效数字）。
（3）根据逐差法求出重物下落的加速度大小a=_______m/s2（结果保留三位有效数字）。
（4）如果当时电网中交变电流的频率突然变为，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比_________（填“偏大”偏小”或“不变”），此时产生的误差属于_________误差。
【答案】 AC 0.98 9.78 偏小 系统
【详解】（1）[1]A．为了减小阻力的影响，打点计时器的安装放置要求两限位空在同一竖直线上，故A正确；
B．开始打点计时的时候应先接通电源后释放纸带，故B错误；
CD．电火花打点计时器接高压交流电，则接在220V的交流电源上，故C正确，D错误。
故选AC。
（2）[2]打下点5时重物的瞬时速度是
（3）[3]根据逐差法求出重物下落的加速度大小为
（4）[4]如果在实验中，交流电的频率为，频率变大，则实际打点周期变小，实验员周期仍用0.02s计算，根据运动学公式
可知a偏小，即测量的加速度与真实的加速度相比偏小。
[5]此时产生的误差属于系统误差，不可避免。
7.（2023秋·河南·高二校联考期末）某学习小组将一内阻为、量程为的微安表改装为量程为的电流表，后又把该电流表改装为一多挡位欧姆表。
（1）把该微安表改装为量程为1.0mA的电流表需要______（“串联”或“并联”）阻值______Ω的电阻；
（2）把该微安表改装为量程为的电流表。下列说法正确的是______；
A．改装原理为并联电阻能增大通过表头G的电流
B．改装成电流表后，表头G本身允许通过的最大电流并不改变
C．改装后，表头G自身的电阻减小了
D．改装后使用时，表头G本身的参量都不变，整个并联电路允许通过的电流增大
（3）取一电动势为、内阻较小的电源和调节范围足够大的滑动变阻器，与改装所得的电流表连接成如图甲所示欧姆表，其中A为______（填“红”或“黑”）表笔，改装表盘后，正确使用该欧姆表测量某电阻的阻值，示数如图乙所示，图乙所测电阻为______。
【答案】 并联 400 BD##DB 红 1200
【详解】（1）[1][2]连接的电阻起分流作用，所以是并联，根据并联电路的特点可得
解得
（2）[3]把表头G改装成大量程的电流表时，只是并联了一个分流电阻，使整体并联电路允许通过的最大电流增大，但表头的各特征量都不变。
故选BD。
（3）[4]由图可知，电流由A回到电源负极，所以A为红表笔。
[5]根据电源及电流表量程可知，欧姆表内阻为
结合中值电阻刻度可知，该多用表倍率为“”，所以待测电阻阻值为。
比较项目
电流表内接法
电流表外接法
电 路


误差原因
由于电流表内阻的分压作用,电压表测量值偏大
由于电压表内阻的分流作用,电流表测量值偏大
测量结果
R测=U/I =RA+Rx>Rx,电阻的测量值大于真实值
R测=