2023届高考物理二轮复习专题：电学实验

这是一份2023届高考物理二轮复习专题：电学实验，共15页。
电学实验
【要点提炼】
1．实验器材的选择
实验器材的选择原则---安全、精确、方便，在保证不超过电压表和电流表量程的条件下尽量使指针偏角大些，精确度更高些
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
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
2．电流表的内接法和外接法
(1)若Rx＞，则采用电流表内接法，此时R测＝＝Rx＋RA＞Rx。
(2)若Rx＜ ，则采用电流表外接法，此时R测＝＝＜Rx。
3．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法
通常滑动变阻器应选用限流式接法，但在下列三种情况下，必须选择分压式接法。
(1)若采用限流式电路，电路中的最小电流超过用电器的额定电流，必须选用分压式电路。
(2)当用电器电阻远大于滑动变阻器的最大电阻，且实验要求的电压变化范围较大或要求测量多组实验数据时，必须选用分压式电路。
(3)要求回路中某部分电路的电压从零开始可连续变化时必须选用分压式电路。
4．实物图连线的注意事项
(1)按从电源“＋”极到“－”极的顺序连接电路，对有多条回路的电路，可逐条连接。
(2)电流表与被测电路串联，电流表不能直接接到电源两端；电压表与被测电路并联，电压表可以直接接到电源两端。两者“＋”接线柱均靠近电源“＋”极，“－”接线柱靠近电源“－”极。
(3)滑动变阻器的限流式接法应“一上一下”；分压式接法应先将全部电阻丝接入电路，再将被测电路与滑动变阻器的上接线柱按电路图连接。
(4)连接完成后检查是否与电路图一致，有无元件连接错误等。
一、基本仪器的使用与读数
1、(1)灵敏电流计G的满偏电流Ig＝100 μA、内阻Rg＝900 Ω，某实验小组学习多用电表原理后将G改装成一个1 mA的电流表，然后利用电流表改装成量程为3 V的电压表，实验室提供的定值电阻有R1＝100 Ω、R2＝2 000 Ω、R3＝2 910 Ω、R4＝8 100 Ω，应选定值电阻________和________完成改装。
(2)用改装的电压表测量某电阻两端的电压，G的指针位置如图甲所示，则电压为________ V。
(3)①将改装后的电压表与标准电压表校对，用笔画线完成乙图电路。
②校对时，闭合S前滑片应在________(选填“a”或“b”)端。






2、请按要求填写：
(1)某同学用游标卡尺的________测得一玻璃杯的内高，如图甲所示，则其内高为________ cm。
(2)又用螺旋测微器测得其玻璃厚度，如图乙所示，则厚度为________ mm。
(3)该同学用螺旋测微器又测得一小球直径如图丙所示，正确读数后得小球直径为1.731 mm，则a＝________，b＝________。
　
甲　　　　　　　乙　　　　　　丙
(4)某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图丁、戊所示，则该金属杆的长度和直径分别为________ cm和________ mm。


丁

二、以多用电表的原理及使用为核心的实验
3．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，若选择开关拨至“1 mA”挡，指针的位置如图甲所示，则测量结果为_________。









(2)多用电表测未知电阻阻值的电路如图乙所示，电池的电动势为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关系如图丙所示，则此时多用电表的内阻为________ Ω，该电源的电动势E＝______ V。
(3)下列判断正确的是__________。
A．在图乙中，电表的左、右插孔处分别标注着“＋”“－”
B．因为图丙是非线性变化的，所以对应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R0，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大

4．在物理课外活动中，小明同学制作了一个简单的多用电表，图甲为电表的电路原理图。已知选用的电流表内阻Rg＝10 Ω、满偏电流Ig＝10 mA，当选择开关接3时为量程250 V的电压表。该多用电表表盘如图乙所示，下排刻度均匀，C为上排刻度线的中间刻度，由于粗心上排刻度线对应数值没有标出。


(1)若指针指在图乙所示位置，选择开关接1时其读数为__________；选择开关接3时其读数为__________。
(2)为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势，小明同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如下实验：
①将选择开关接2，红、黑表笔短接，调节R1的阻值使电表指针满偏。
②将多用电表红、黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使多用电表指针指在C处，此时电阻箱示数如图丙所示，则C处刻度应为__________ Ω。
③计算得到多用电表内电池的电动势为________ V。(保留两位有效数字)
(3)调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，若指针指在图乙所示位置，则待测电阻的阻值为________ Ω。(保留两位有效数字)

三、以测电阻为核心的实验
5、某同学利用实验室现有器材，设计了一个测量电阻阻值的实验。实验器材如下：
干电池E(电动势1.5 V，内阻未知)；
电流表A1(量程10 mA，内阻为90 Ω)；
电流表A2(量程30 mA，内阻为30 Ω)；
定值电阻R0(阻值为150 Ω)；
滑动变阻器R(最大阻值为100 Ω)；
待测电阻Rx；
开关S，导线若干。
测量电路如图所示。
(1)断开开关，连接电路，将滑动变阻器R的滑片调到阻值最大一端。将定值电阻R0接入电路；闭合开关，调节滑片位置。使电流表指针指在满刻度的处。该同学选用的电流表为______(选填“A1”或“A2”)；若不考虑电池内阻。此时滑动变阻器接入电路的电阻值应为________Ω。
(2)断开开关，保持滑片的位置不变。用Rx替换R0，闭合开关后，电流表指针指在满刻度的处，则Rx的测量值为________Ω。
(3)本实验中未考虑电池内阻，对Rx的测量值________(选填“有”或“无”)影响。
6．某同学用伏安法测量一未知电阻Rx的电阻值。
(1)该同学用电流表内接法和外接法分别测量了Rx的伏安特性，并将得到的电流、电压数据描绘到U­I图上，由电流表外接法得到的图线是图甲中的________(选填“a”或“b”)。
(2)请用图甲中的数据，求出用电流表外接法时Rx的测量值为________ Ω(保留两位有效数字)，其测量值与真实值相比________(选填“偏大”或“偏小”)。
(3)图乙是用电流表外接法已部分连接好的实物电路，请结合甲图信息补充完成实物接线。

7．某实验小组利用所提供的如下器材测量某一定长电阻丝Rx(电阻约为10 Ω)的电阻率。使用刻度尺测得电阻丝长度L＝0.825 m，使用螺旋测微器测量电阻丝的直径，可供选择的器材还有：
电池组E(电动势为9.0 V，内阻约1 Ω)
电流表A1 (量程0～100 mA，内阻为5 Ω)
电流表A2 (量程0～0.6 A，内阻约0.3 Ω)
定值电阻R1＝55 Ω
滑动变阻器R(0～5 Ω)
开关一个、导线若干。
(1)螺旋测微器示数如图甲所示，可知电阻丝直径为________ mm。
(2)若想更加精确地测出电阻丝电阻，请设计出测量电路图，并标明所用器材符号。要求使用提供的全部器材，能够测量多组数据，测量尽量准确。









(3)按照所设计出的测量电路，在某次测量中获得的数据如图乙、丙所示，则电流表A1的示数为________ mA，电流表A2的示数为________ A。
(4)由以上所测的数据可算得金属丝的电阻率为________。
A．9.90×10－4 Ω·m　　　　 　B．9.90×10－3 Ω·m
C．9.90×10－6 Ω·m D．9.90×10－7 Ω·m

四、以描绘伏安特性曲线为核心的实验
8．某学习小组欲描绘小灯泡的伏安特性曲线，现提供下列器材：
A．电压表V(量程6 V，内阻约6 kΩ)
B．电流表A(量程0.6 A，内阻约10 Ω)
C．电阻箱R1(0～999.9 Ω)
D．定值电阻R2＝200 Ω
E．定值电阻R3＝100 Ω
F．滑动变阻器R4(0～10 Ω)
G．滑动变阻器R5(0～100 Ω)
H．规格为“6 V,6 W”的待测灯泡
I．电源E(电动势约12 V，内阻较小)
J．开关、导线若干

(1)某同学根据实验原理，将电流表的量程由0.6 A扩大至1.0 A，首先采用了如图1所示的电路测量电流表内阻。闭合开关S1，反复调节电阻箱阻值，当R1＝19.0 Ω时，发现闭合和断开开关S2时电流表指针指示值相同，则电流表的内阻RA＝________ Ω。若忽略偶然误差，从理论上分析，实验测得的电流表内阻值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
(2)图2是测量灯泡电流随电压变化的实物电路，请你用笔画线代替导线完成电路连接 (要求在闭合开关前，滑动变阻器滑动头置于最左端)。
(3)实验中，滑动变阻器应选择______(选填“R4”或“R5”)。

9.实验室有一完好的PTC热敏电阻，某同学根据其型号查阅得到该热敏电阻在常温下的伏安特性曲线如图甲所示。

(1)用多用电表欧姆“×10”挡，按正确操作测量该热敏电阻的阻值，结果指针指在图乙中的虚线位置，为了使测量结果更准确，多用电表的选择开关应打向欧姆“×________”挡，若调挡后指针指在图乙中的实线位置，电阻测量结果为________ Ω。
(2)若将热敏电阻与一电动势E0＝15 V、内阻r＝15 kΩ的直流信号源串联成一闭合电路，则通过热敏电阻的电流为________ mA，此时热敏电阻的阻值为________ Ω。
(3)该同学欲用伏安法验证热敏电阻伏安特性曲线是否与资料中的一致，实验室提供的器材如下：
A.热敏电阻R1
B.电压表V(量程0～15 V，内阻约15 kΩ)
C.电流表A1(量程0～30 mA，内阻约30 Ω)
D.电流表A2(量程0～5 mA，内阻约100 Ω)
E.滑动变阻器R(0～40 Ω，额定电流2 A)
F.电源E(电动势20 V，内阻不计)
请完成丙图中的实物电路图。




五、以测电源的电动势和内阻为核心的实验
电路图
图象
解析式及斜率、纵截距


U＝－rI＋E⇒


＝·R＋⇒


＝·＋⇒

10、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：
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
根据表中数据，在方格纸上作出R－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。
(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9所示，则该干电池的电动势应为________ V，内阻应为________ Ω。

11、某研究性学习小组想测量某电源的电动势E及内阻r，实验室提供的器材有：
A.待测电源E，电动势约为9 V，内阻约为2 Ω，允许通过的最大电流为2.5 A
B.量程为3 V、内阻为3 kΩ的电压表
C.定值电阻R1＝3.0 kΩ
D.定值电阻R2＝6.0 kΩ
E.定值电阻R3＝9.0 kΩ
F.一电阻箱R，阻值范围为0～9 999.9 Ω
G.一只开关S、若干导线
(1)在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图，图中标明相关器材的字母符号
(2)某同学根据记录的电压表和电阻箱的多组数据，以为纵轴，以为横轴作出了－图象，并得到该图象的斜率为k，纵轴截距为b，则该电源电动势E＝________，内阻r＝________(用k、b表示)。
(3)因为电压表的分流作用，则电源电动势的测量值________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值，电源内阻的测量值________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。











12、某小组要测量一个电池组的电动势E和内阻r。已知电池组的电动势约为6 V，内阻约为几十欧。可选用的实验器材如下：
电流表A(量程0～100 mA，内阻RA＝5 Ω)
电压表V(量程0～3 V，内阻RV＝1 000 Ω)
定值电阻R1(阻值为1 000 Ω)
定值电阻R2(阻值为2 000 Ω)
滑动变阻器R(阻值0～300 Ω)
开关S一个，导线若干。

(1)实验电路如图甲所示。因电压表V量程过小，要把它改装成量程为0～6 V的电压表，应把它与定值电阻____(选填“R1”或“R2”)串联。
(2)实验过程如下：
①正确连接电路，将变阻器R的滑片移到最________(选填“左”或“右”)端，闭合开关S。
②改变变阻器R的阻值，测量并记录多组电压表V和电流表A的示数U、I。
③根据测量数据作出U­I图像如图乙所示，求得电源电动势E＝____ V，内阻r＝____ Ω。



电学实验 （答案）
1、(1)把灵敏电流计改装成量程是1 mA的电流表需要并联分流电阻，并联电阻阻值R并＝＝ Ω＝100 Ω，改装后电流表内阻RA＝＝ Ω＝90 Ω，
把电流表改装成量程是3 V的电压表需要串联分压电阻，串联电阻阻值R串＝－RA＝ Ω－90 Ω＝2 910 Ω，因此需要的定值电阻是R1和R3。
(2)改装后电压表量程是3 V，由图甲所示表盘可知，其分度值为0.3 V，示数是1.5 V。
(3)①校对改装后的电压表，待校正的电压表与标准电压表并联，电压应从0开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，电路图如图所示：

②滑动变阻器采用分压接法，为保护电路，校对时，闭合S前滑片应在a端，使分压电路分压为0。
2、(1)因需测量的是玻璃杯的内高即深度，所以要用游标卡尺的深度尺测量，根据图甲所示的游标卡尺主尺上的整毫米数为100 mm，游标尺的精确度为0.1 mm，且第3条刻度线与主尺上的刻度线对齐，可知玻璃杯的内高为100 mm＋0.1 mm×3＝100.3 mm＝10.03 cm。
(2)螺旋测微器的读数规则：测量值＝固定刻度读数(注意半毫米刻度线是否露出)＋精确度(0.01 mm)×可动刻度读数(一定要估读)，所以玻璃厚度为2.5 mm ＋0.01 mm×26.0＝2.760 mm。
(3)因1.731 mm＝1.5 mm＋0.01 mm×23.1，由螺旋测微器读数规则知a应为20，b应为0。
(4)金属杆长度由刻度尺示数可得，由题图丁得L＝60.10 cm。由题图戊知，此游标尺为50分度，游标尺上第10条刻度线与主尺上一刻线对齐，则金属杆直径为d＝4 mm＋×10 mm＝4.20 mm。
3、解析：(1)选择开关置于“1 mA”时，选择表盘第二排刻度进行读数，分度值为0.02 mA，对应刻度示数为23，故测量结果为0.02 mA×23＝0.46 mA。
(2)根据Ig＝，I＝，由题图可得Ig＝0.6 mA，当I＝0.3 mA时，Rx＝15 kΩ，解得R内＝15 kΩ＝1.5×104 Ω，E＝9 V。
(3)根据电流红进黑出，在题图乙中，电表的右、左插孔处分别标注着“＋”“－”，故A错误；函数图像是非线性变化，导致欧姆表刻度不均匀，欧姆表的刻度盘上的示数左大右小，由于外电阻增大电路电流减小造成的，故B项错误；欧姆表调零通过调节滑动变阻器R0，调节至待测电阻Rx为零(即两表笔短接)时，电流表满偏，对应欧姆表示数为零，故C正确；欧姆表刻度不均匀的原因是待测电阻和电路电流关系非线性变化，而且I­Rx切线斜率大小随待测电阻值增大而减小，即Rx阻值变化量对应电流变化量随待测电阻增大而减小，欧姆表刻度左密右疏，故D正确。 答案：(1)0.46 mA　(2)1.5×104　9　 (3)CD
4、解析：(1)选择开关接1时测电流，多用电表为量程是10 mA的电流表，其分度值为0.2 mA，示数为7.0 mA；选择开关接3时测电压，多用电表为量程是250 V的电压表，其分度值为5 V，其示数为175 V。
(2)②由题图丙所示电阻箱可知，电阻箱示数为0×1 000 Ω＋1×100 Ω＋5×10 Ω＋0×1 Ω＝150 Ω；③由题图乙所示可知，指针指在C处时，电流表示数为5 mA＝0.005 A，C处电阻为中值电阻，则电表内阻为150 Ω，电源电动势E＝I(R＋r)＝0.005×(150＋150)V＝1.5 V。
(3)根据第(1)问可知，表头所示电流为7.0 mA；调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，此时电路中的电流值也为7.0 mA，而表内电池的电动势为E＝1.5 V，表内总电阻为150 Ω，由欧姆定律可知：R＝ Ω－150 Ω≈64 Ω；所以待测电阻的阻值为64 Ω。
答案：(1)7.0 mA　175 V　(2)②150　③1.5 (3)64
5、(1)若不考虑电源内阻，且在电源两端只接R0时，电路中的电流约为I＝＝ A＝10 mA，
由题知，闭合开关，调节滑片位置，要使电流表指针指在满刻度的处，则该同学选到的电流表应为A1。
当不考虑电源内阻，根据闭合电路的欧姆定律有
E＝(R＋R0＋RA1)，计算出R＝60 Ω。
(2)断开开关，保持滑片的位置不变，用Rx替换R0，闭合开关后，有E＝(R＋Rx＋RA1)
代入数据有Rx＝100 Ω。
(3)若考虑电源内阻，根据闭合电路的欧姆定律有E＝[(R＋r)＋R0＋RA1]
E＝[(R＋r)＋Rx＋RA1]
联立计算出的Rx不受电源内阻r的影响。
6、解析：(1)电流表外接法，由于电压表分流作用，测得的电流值会偏大，由图示图像可知，由电流表外接法得到的图线是b。
(2)由图示图像可知，电阻：R＝＝ Ω＝1.2 Ω；因电流的测量值偏大，则电阻测量值偏小。
(3)滑动变阻器用分压接法，则电路如图所示。

答案：(1)b　(2)1.2　偏小　(3)见解析图
7、解析：(1)电阻丝直径为0.5 mm＋0.01 mm×50.0＝1.000 mm。
(2)因为无电压表，可用已知内阻的电流表A1与定值电阻R1串联组成电压表，因改装后的电压表通过的电流可直接得到，故采用电流表外接；滑动变阻器用分压电路。则电路图如图所示。
(3)电流表A1的示数为65 mA，电流表A2的示数为0.44 A。
(4)由电路图可得到Rx＝，且Rx＝ρ＝，代入数据解得：ρ＝9.90×10－6 Ω·m，故选C。 答案：(1)1.000　(2)见解析图　(3)65　0.44　(4)C
8、解析：(1)闭合开关S2时，R1与电流表并联后，再与R2与R3的并联部分串联；开关S2断开时，R1与R2串联后与电流表和R3的串联部分并联；两种情况下电流表示数相同，则根据串并联电路规律可知＝，解得：RA＝9.5 Ω。若忽略偶然误差，从理论上分析，实验测得的电流表内阻值等于真实值。
(2)本实验中采用滑动变阻器分压接法，同时电流表与电阻箱并联扩大量程，故实物图如图所示。
(3)因滑动变阻器采用分压接法，所以应采用总阻值较小的滑动变阻器R4。
答案：(1)9.5　等于　(2)见解析图　(3)R4
9、解析　(1)由题图乙知多用电表的欧姆挡指针指在虚线位置时偏角过小，由于指针指在表盘中央附近时测量电阻的阻值较准确，应换用欧姆“×100”挡；若指针指在题图乙中的实线位置，电阻的测量结果为22×100 Ω＝2.2 kΩ。
(2)根据U＝E0－Ir＝15－1.5×103I(V)，作其图线如图所示，则两图线的交点即为热敏电阻两端的实际电压和电流，由图知，通过热敏电阻的电流为4 mA，电压为9 V，热敏电阻的阻值为＝2 250 Ω。






(3)为描绘热敏电阻的伏安特性曲线，要求电压从零开始变化，所以滑动变阻器应采用分压式接法；由题图甲知，测量的最大电流为4.5 mA，所以应选用电流表A2；由于＝6.8