高中物理高考 秘籍15 电学实验-备战2020年高考物理之抢分秘籍（原卷版）

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秘籍15 电学实验
高考频度：★★★★★ 难易程度：★★★★☆
考向一　电表改装、多用电表原理和使用
真题演练
【典例1】2019·新课标全国Ⅲ卷）某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为100 μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA刻度。可选用的器材还有：定值电阻R0（阻值14 kΩ），滑动变阻器R1（最大阻值1 500 Ω），滑动变阻器R2（最大阻值500 Ω），电阻箱（0~99 999.9 Ω），干电池（E=1.5 V，r=1.5 Ω），红、黑表笔和导线若干。

（1）欧姆表设计
将图（a）中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为__________Ω：滑动变阻器选__________（填“R1”或“R2”）。
（2）刻度欧姆表表盘
通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图（b）所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为__________、__________。

（3）校准
红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向__________kΩ处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量。若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图（c）所示，则电阻箱接入的阻值为__________Ω。


多用电表使用“五步”法
(1)选倍率：一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率，如估计值为200 Ω，就应该选“×10”的倍率．
(2)进行欧姆调零．
(3)将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量．
(4)将指针示数乘以倍率，得测量值．
(5)测量结束后，将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡．特别注意：用欧姆挡测电阻时，如果指针偏转角度太小(即指针所指的欧姆刻度值太大)，应该适当增大倍率重新调零后再测量；如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太小)，应该适当减小倍率重新调零后再测量．
模拟精炼
某同学用量程为0～1 mA、内阻为120 Ω的表头按图(a)所示电路改装成量程分别为0～1 V和0～1 A的多用电表．图中R1和R2为定值电阻，S为开关．回答下列问题：
(1)根据图(a)所示的电路，在图(b)所示的实物图上连线．
(2)开关S闭合时，多用电表用于测量________(填“电流”、“电压”或“电阻”)；开关S断开时，多用电表用于测量________(填“电流”、“电压”或“电阻”)．
(3)表笔A应为________色(填“红”或“黑”)．
(4)定值电阻的阻值R1＝________ Ω，R2＝________ Ω.(结果取3位有效数字)

考向二　以测电阻为核心的实验
真题演练
【典例2】（2018·新课标全国III卷）一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图中R0为标准定值电阻（R0=20.0 Ω）；V可视为理想电压表。S1为单刀开关，S2位单刀双掷开关，E为电源，R为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验：
（1）按照实验原理线路图（a），将图（b）中实物连线_____________；

（2）将滑动变阻器滑动端置于适当位置，闭合S1；
（3）将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器动端的位置，记下此时电压表V的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表V的示数U2；
（4）待测电阻阻值的表达式Rx=_____________（用R0、U1、U2表示）；
（5）重复步骤（3），得到如下数据：

1
2
3
4
5
U1/V
0.25
0.30
0.36
0.40
0.44
U2/V
0.86
1.03
1.22
1.36
1.49

3.44
3.43
3.39
3.40
3.39
（6）利用上述5次测量所得的平均值，求得Rx=__________Ω。（保留1位小数）

测电阻实验时仪表的选择及接法
(1)仪表选择的三个主要原则：安全性(量程不能太小)、准确性(量程不能太大)、方便性(滑动变阻器要方便调节)
(2)选择电流表内外接法的口诀：“好表要内接”(越接近理想电流表，其分压的影响越小)或“内大大”(大电阻适合电流表内接法，测量值比实际值偏大)
(3)选择滑动变阻器接法的口诀：“以小控大用分压”(并联总电阻主要由小电阻决定，并联总电流主要由电阻小的支路决定，故并联电路对小电阻的变化更敏感，即小电阻“控制”着大电阻)．
(4)电表有时可反常规使用：已知内阻的电压表可当电流表使用，已知内阻的电流表可当电压表使用．
(5)定值电阻的常见用途：保护电路、分压或分流．
(6)电压表量程的选择：比电源电动势略大或相差不多．
(7)电流表量程的选择：电压表量程与被测电阻比值相差不多．
模拟精炼
(2019·山东省青岛市二模)某实验探究小组利用半偏法测量电压表内阻，实验室提供了下列实验器材：
A．待测电压表V(量程为3 V，内阻约为3 000 Ω)
B．电阻箱R1(最大阻值为9 999.9 Ω)
C．滑动变阻器R2(最大阻值为10 Ω，额定电流为2 A)
D．电源E(电动势为6 V，内阻不计)
E．开关两个，导线若干
(1)如图虚线框内为探究小组设计的部分测量电路，请你补画完整；

(2)根据设计的电路图，连接好实验电路，进行实验操作，请你补充完善下面操作步骤．首先闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R2的滑片，使电压表达到满偏；保持________不变，断开开关________(选填“S1”或“S2”)，调节________的阻值，使电压表示数达到半偏，读取并记录此时电阻箱的阻值R0；
(3)实验测出的电压表内阻R测＝________，它与电压表内阻的真实值RV相比，R测________RV(选填“＞”“＝”或“＜”)．
考向三　以测电源电动势和内阻为核心的电学实验
真题演练
【典例3】（2018·江苏卷）一同学测量某干电池的电动势和内阻。
（1）如图所示是该同学正准备接入最后一根导线（图中虚线所示）时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处__________；____________。

（2）实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的数据见下表：
根据表中数据，在答题卡的方格纸上作出关系图象___________。由图象可计算出该干电池的电动势为_________V；内阻为__________Ω。
R/Ω
8.0
7.0

6.0
5.0
4.0
I/A
0.15
0.17

0.19
0.22
0.26
/A–1
6.7
6.0

5.3
4.5
3.8

（3）为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端．调节电阻箱，当电流表的示数为0.33 A时，电压表的指针位置如图所示，则该干电池的电动势应为_______V；内阻应为_____Ω。

测量电源的电动势和内阻的方法
(1)三种常用实验方法和原理，伏安法E＝U＋Ir、伏阻法E＝U(1＋r/R)、安阻法E＝I(R＋r)．
(2)两种数据处理方法：联立方程求解法和图像处理法，对伏安法利用电源的UI图像求电动势和内阻；对伏阻法和安阻法需对方程E＝U(1＋r/R)和E＝I(R＋r)适当变形作线性处理，并利用直线方程的截距和斜率求电动势或内阻等物理量．
模拟精炼
(2020·河南省濮阳市第三次模拟)现有一种特殊的电池，它的电动势E为9 V左右，内阻r大约为40 Ω，为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图所示的电路进行实验，图中电压表的量程为6 V，内阻为20 kΩ，R1为电阻箱，阻值范围0～999 Ω，R0为定值电阻．

(1)实验室备有以下四种规格的定值电阻
A．100 Ω　　　　　 B．1 000 Ω
C．2 000 Ω D．20 000 Ω
为使实验能顺利进行，R0应选________(填字母序号)．
(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电压表的示数，记录多组数据，作出了如图所示的图线．根据图线可求得该电池电动势E为________ V，内阻r为________ Ω.

考向四　电学创新实验
真题演练
【典例4】（2019·新课标全国Ⅱ卷）某小组利用图（a）所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中V1和V2为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻（阻值100 Ω）；S为开关，E为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计（图中未画出）测出。图（b）是该小组在恒定电流为50.0μA时得到的某硅二极管U–I关系曲线。回答下列问题：

（1）实验中，为保证流过二极管的电流为50.0μA，应调节滑动变阻器R，使电压表V1的示数为U1= mV；根据图（b）可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻 （填“变大”或“变小”），电压表V1示数 （填“增大”或“减小”），此时应将R的滑片向 （填“A”或“B”）端移动，以使V1示数仍为U1。
（2）由图（b）可以看出U与t成线性关系，硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为= ×10–3V/℃（保留2位有效数字）。


解决电学设计型实验常用的思维方法
解答创新实验，需要具有较强的迁移能力．迁移能力是在灵活把握教材的基本实验原理、实验思想、实验方法的基础上培养出来的，复习时要夯实基础，以不变应万变，无论试题情境如何变化，都要在理解实验原理、弄清实验操作、明确实验方法的基础上分析误差来源．
模拟精炼
(2020·江西协作体一模，23)某同学用化学课所学的知识，用柠檬自制了一个水果电池，用多用电表粗测得知它的电动势E约为3 V，内阻r约为40 Ω，若该电池允许输出的最大电流为20 mA，为了测定该电池的电动势和内阻，某同学准备了如下器材：

A．待测电池
B．电压表V：量程0～15 V，内阻RV≈15 kΩ
C．电流表A：量程0～1 mA，内阻RA＝38 Ω
D．电阻箱R：0～999.9 Ω
E．定值电阻R1＝2 Ω
F．定值电阻R2＝19 Ω
G．定值电阻R3＝72 Ω
H．定值电阻R4＝108 Ω
I．开关、导线若干
(1)该同学设计的部分电路如图甲所示，图中保护电阻R0应选择器材中的________(填写器材前的选项字母)．
(2)选择合适的器材，将虚线框中的电路补充完整，并在电路中注明所选器材的符号．
(3)将电阻箱的阻值调整到最大，闭合开关．
(4)调节电阻箱的电阻，使所选电表指针指到某一位置，记录此时电阻箱的阻值R和所选电表的读数x，电表读数用国际单位制单位(A或V)．
(5)重复步骤(4)获得多组R和x的值．
(6)断开开关，整理器材．
(7)根据所得数据在－R坐标系中描点连线，如图乙所示．
根据图线可求得该电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω.(结果均保留一位小数)
横扫千军
1．某同学想用如图甲所示的实验电路，测量未知电阻Rx的阻值、电流表A的内阻和电源(内阻忽略不计)的电动势，实验过程中电流表的读数始终符合实验要求．

(1)为了测量未知电阻Rx的阻值，他在闭合开关之前应该将两个电阻箱的阻值调至____________(填“最大”或“最小”)，然后闭合开关K1，将开关K2拨至1位置，调节R2使电流表A有明显读数I0；接着将开关K2拨至2位置．保持R2不变，调节R1，当调节R1＝34.2 Ω时，电流表A读数仍为I0，则该未知电阻的阻值Rx＝____________Ω
(2)为了测量电流表A的内阻RA和电源(内阻忽略不计)的电动势E，他将R1的阻值调到1.5 Ω，R2调到最大，将开关K2调至2位置，闭合开关K1；然后多次调节R2，并在表格中记录下了各次R2的阻值和对应电流表A的读数I；最后根据记录的数据，他画出了如图乙所示的图象；利用图象中的数据可求得，电流表A的内阻RA＝____________ Ω，电源(内阻忽略不计)的电动势E＝____________V．
2．(2019·北京通州区模拟)为测定电流表内电阻Rg，实验中备用的器件有：(　　)
A．电流表(量程0～100 μA)
B．标准伏特表(量程0～5 V)
C．电阻箱(阻值范围0～999 Ω)
D．电阻箱(阻值范围0～99 999 Ω)
E．电源(电动势2 V)
F．电源(电动势6 V)
G．滑动变阻器(阻值范围0～50 Ω，额定电流1.5 A)，还有若干开关和导线．

(1)如果采用如图所示的电路测定电流表A的内电阻并且想得到较高的精确度，那么从以上备用器件中，可变电阻R1应选用____________，可变电阻R2应选用____________，电源应选用____________(用字母代号填写)．
(2)如果实验时要进行的步骤有：
a．合上开关K1；
b．合上开关K2；
c．观察R1的阻值是否最大，如果不是，将R1的阻值调到最大；
d．调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度；
e．调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半；
f．记下R2的阻值．
把以上步骤的字母按实验的合理顺序为：____________．
(3)如果在步骤f中所得R2的阻值为600 Ω，则图中电流表的内电阻Rg的测量值为____________ Ω．
(4)如果再给出：H.电源(电动势8 V)；I.电源(电动势12 V)，电源应选择____________(选填选项前的字母)．
(5)某同学认为步骤e中不需要保证“电流表指针偏转到满刻度的一半”这一条件，也可测得的电流表内阻Rg，请你分析论证该同学的判断是否可行．____________
3．(2019·湖南怀化模拟)某一小型电风扇额定电压为5.0 V，额定功率为2.5 W．某实验小组想通过实验描绘出小电风扇的伏安特性曲线．实验中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：
A．电源E(电动势为6.0 V)
B．电压表V(量程为0～6 V，内阻约为8 kΩ)
C．电流表A1(量程为0～0.6 A，内阻约为0.2 Ω)
D．电流表A2(量程3 A，内阻约0.05 Ω)；
E．滑动变阻器R1(最大阻值5 kΩ，额定电流100 mA)
F．滑动变阻器R2(最大阻值25 Ω，额定电流1 A)
(1)为了便于调节，减小读数误差和系统误差，实验中所用电流表应选用____________滑动变阻器应选用____________(填所选仪器前的字母序号)．
(2)请你为该小组设计实验电路，并把电路图画在图甲中的虚线框内(小电风扇的电路符号如图甲所示)____________．
(3)操作过程中发现，小电风扇通电后受阻力作用，电压表读数小于0.5 V时电风扇没启动．该小组测绘出的小电风扇的伏安特性曲线如图乙所示，由此可以判定，小电风扇的电阻为____________Ω，正常工作时的发热功率为____________W，机械功率为____________W

4．(2019·四川成都模拟)(1)某同学用多用电表欧姆挡粗测一电阻Rx的阻值．选择“×1”挡时，指针指示如图甲所示，则示数为____________Ω(取一位有效数字)．
(2)为精确测量Rx的阻值，现取来两节干电池(总电动势为3 V，总内阻为0.4 Ω)、开关和若干导线及下列器材：

A．电压表(0～3 V，内阻约10 kΩ)
B．电流表(0～0.6 A，内阻很小，可不计)
C．电流表(0～3 A，内阻很小，可不计)
D．滑动变阻器(0～5 Ω，额定电流为0.5 A)
E．滑动变阻器(0～10 Ω，额定电流为1 A)
(i)电流表应选____________(填序号字母)；
(ii)要求滑动变阻器分压连接，滑动变阻器应选____________(填序号字母)；
(iii)实验中该同学的实物连线如图乙所示，其中有一处不妥，不妥处为____________(填①至⑧的序号)．
(3)该同学将(2)中的错误纠正并测出Rx的阻值后，又进行了以下实验：将导线③连接在电池负极的一端改为连接在开关的右端，闭合开关，当滑片P移到某位置c(图乙中未标出)时，读出电压表示数为2.2 V，电流表示数为0.4 A，则变阻器的ca与cb段的电阻之比Rc a∶Rc b＝____________．
5．(2019·山东济宁一模)某实验小组为了测量某一电阻Rx的阻值，他们先用多用电表进行粗测，测量出Rx的阻值约为18 Ω.为了进一步精确测量该电阻，实验台上备有以下器材：

甲
A．电流表(量程15 mA，内阻未知)
B．电阻箱(0～99.99 Ω )
C．电阻箱(0～999.9 Ω)
D．电源(电动势约3 V，内阻约1 Ω )
E．开关2只
F．导线若干
(1)甲同学设计了如图甲所示的实验原理图并连接好实验器材，按照如下步骤完成实验：
a．先将电阻箱阻值调到最大，闭合S1，断开S2，调节电阻箱阻值，使电流表指针有较大的偏转，读出此时电阻箱的阻值R1和电流表的示数I；
b．保持开关S1闭合，再闭合开关S2，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数仍为I，记下此时电阻箱的阻值R2．
(i)根据实验步骤和实验器材规格可知，电阻箱应选择____________(选填器材前的字母)；
(ii)根据实验步骤可知，待测电阻Rx＝____________(用步骤中所测得的物理量表示)．

乙
(2)乙同学认为该电路也可以用来测量电源的电动势和内阻．若已知所选电流表的内阻为RA，同时闭合开关S1和S2，调节电阻箱R，读出多组电阻值R和电流I的数据；由实验数据绘出的 ­R图象如图乙所示，图象的斜率为k、截距为b，由此可求得电源电动势E＝____________，内阻r＝____________(用本题所给物理量表示)．
6．(2019·湖南衡阳模拟)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器，请回答下列问题：

(1)在使用多用电表测量时，若选择开关扳至“25 V“挡，指针的位置如图(a)所示，则测量结果为____________V；
(2)多用电表测量未知电阻阻值的电路如图(b)所示，电源的电动势为E，R0为调零电阻．某次将待测电阻用电阻箱代替时，电路中电流I与电阻箱的阻值Rx关系图象如图(c)所示，则此时多用电表的内阻为____________Ω，该电池的电动势E＝____________V．
(3)下列判断正确的是____________
A．在图(b)中、电表的左、右插孔处分别标注着“－”、“＋”
B．由图线(c)的特点可知，欧姆表的刻度盘上的数字左小右大
C．欧姆表调零的实质是通过调节R，使Rx＝0时电路中的电流达到满偏电流
D．电阻Rx的变化量相同时，Rx越小，则对应的电流变化量就越小
(4)如果随着使用时间的增长，该多用电表内部的电源电动势减少，内阻增大，但仍然能够欧姆调零，如仍用该表测电阻，则测量结果是____________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．
7．(2019·广东惠州模拟)某同学想把满偏电流为1.0 mA的电流表A1改装成为双量程电压表，并用改装的电表去测量某电源的电动势和内阻；
(1)图甲是测量A1内阻的实验原理图，其中A2量程小于A1，先闭合开关S1，将S2拨向接点a，调节变阻器R2直至A2满偏；
(2)保持R2滑片位置不动，将S2拨向接点b，调节R1，直至A2满偏，此时电阻箱旋钮位置如图乙所示，记录数据，断开S1，则可得A1的内阻R1＝____________Ω；

(3)现用此电流表改装成0～3 V和0～6 V的双量程电压表，电路如图丙所示，则RB＝____________Ω；

丙
(4)用改装后的电压表的0～3 V挡接在待测电源(内阻较大)两端时，电压表的示数为2.10 V；换用0～6 V挡测量，示数为2.40 V；则电源的电动势E为____________V，内阻r为_________ Ω；若实际改装过程中误将RA和RB位置互换了，则对____________(填“0～3 V”或者“0～6 V”)量程的使用没有影响；电压表的另一量程正确使用时，电压测量值比真实值____________(填“偏大”“偏小”)；
(5)将上述电源与两个完全相同的元件X连接成电路图丁，X元件的伏安特性曲线如图戊；则通过X元件的工作电流为________mA．