高考物理二轮复习 第1部分 专题6 第2讲 电学实验及其创新

这是一份高考物理二轮复习 第1部分 专题6 第2讲 电学实验及其创新，共25页。试卷主要包含了电流表和电压表，多用电表的读数及使用等内容，欢迎下载使用。
突破点一| 电学常规实验
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。
(3)欧姆表使用注意事项
①选挡接着调零；②换挡重新调零；③待测电阻与电路、电源断开；④尽量使指针指在表盘中间位置附近；⑤读数之后要乘以倍率得阻值；⑥用完后，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡。
(4)多用电表读数
①利用欧姆挡测电阻时，电阻的阻值等于指针的示数与倍率的乘积。指针示数的读数一般不估读，有时也向后估读一位，但很不精确。(一般还是按照电压表、电流表读数原则掌握)
②测电压和电流时，如果所读表盘的最小刻度为1、0.1、0.001等，读数时应读到最小刻度的下一位，若表盘的最小刻度为0.2、0.02、0.5、0.05等，读数时只读到与最小刻度位数相同即可。
[典例1] 利用图甲所示电路测量多用电表电阻挡“×1 k” 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。
甲 乙
(1)将多用电表的选择开关打到电阻挡“×1 k”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。
[解析] (1)将多用电表的选择开关打到电阻挡“×1 k”倍率，接着两表笔短接进行欧姆调零。
(2)根据多用电表“红进黑出”的特点知，黑表笔接内部电源的正极，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 kΩ＝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12 kΩ，即电压表内阻为RV＝12 kΩ；
由闭合电路欧姆定律E＝U1＋eq \f(U1,RV)r＝3.90＋eq \f(3.90,12×103)r(V)
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17 kΩ，则RV＋R＝17 kΩ
则R＝5 kΩ
由闭合电路欧姆定律E＝U2＋eq \f(U2,RV)(r＋R)＝3.30＋eq \f(3.30,12×103)(r＋5×103)(V)
联立解得E≈8.94 V，r＝15.5 kΩ。
[答案] (1)欧姆调零 (2)2 (3)12 17 (4)12 8.94 15.5
[考向预测]
1．(1)如图甲所示，当电流表使用的量程为0～0.6 A时，对应刻度盘上每一小格代表________ A，图中表针所指位置的示数为________ A；当电流表使用的量程为0～3 A时，对应刻度盘中每一小格代表________ A，图中表针所指位置的示数为________ A。
甲 乙
(2)如图乙所示，当电压表使用的量程为0～3 V时，每一小格代表________ V，图中表针所指位置的示数为________ V；当电压表使用的量程为0～15 V时，则表盘刻度每一小格代表________ V，图中表针所指位置的示数为________ V。
[解析] (1)当电流表使用0～0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格代表0.02 A，表针所指位置的示数为0.36 A；当电流表使用0～3 A量程时，每一小格代表0.1 A，表针所指位置的示数为1.80 A。
(2)当电压表使用0～3 V量程时，每一小格代表0.1 V，表针所指位置的示数为2.10 V；当电压表使用0～15 V量程时，每一小格代表0.5 V，表针所指位置的示数为10.5 V。
[答案] (1)0.02 0.36 0.1 1.80 (2)0.1 2.10 0.5 10.5
2．用如图所示的多用电表测量定值电阻。
(1)待测电阻的阻值约为20 Ω，测量步骤如下：
①调节指针定位螺丝，使多用电表指针对准________(选填“直流电流、电压”或“电阻”)“0”刻线。
②将选择开关转到电阻挡的________(选填“×1”“×10”或“×100”)的位置。
③将红、黑表笔插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准电阻的________(选填“0刻线”或“∞刻线”)。
④将两表笔分别与待测电阻相接，读取数据。
(2)测量后需要继续测量一个阻值大约是2 kΩ的电阻。在红黑表笔接触这个电阻两端之前，请从下列选项中挑出必要的步骤，并按________的顺序进行操作，再完成读数测量。
A．调节定位指针螺丝，使多用电表指针对准“0”刻线
B．将红黑表笔接触
C．把选择开关旋转到“×1 k”位置
D．把选择开关旋转到“×100”位置
E．调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准电阻的“0”刻线
[解析] (1)①调节指针定位螺丝，进行机械调零，使多用电表指针对准直流电流、电压“0”刻线。
②因待测电阻约为20 Ω，要使指针指在中间位置附近，则将选择开关转到电阻挡的“×1”的位置。
③将红、黑表笔插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准电阻的“0刻线”。
(2)测量后要继续测量一个阻值大约是2 kΩ左右的电阻，则需先将选择开关旋转到“×100”位置，然后两表笔短接调零，使电表指针对准电阻的“0”刻线。故为DBE。
[答案] (1)①直流电流、电压 ②×1 ③0刻线 (2)DBE
以测电阻为核心的电学实验
[典例2] (2021·广东高考T12)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。
(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔________，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“0 Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而________。
(2)再按图连接好电路进行测量。
①闭合开关S前，将滑动变阻器R1的滑片滑到________端(选填“a”或“b”)。
将温控室的温度设置为T，电阻箱R0调为某一阻值R01。闭合开关S，调节滑动变阻器R1，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R01。断开开关S。
再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S。反复调节R0和R1，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R02。断开开关S。
②实验中记录的阻值R01________R02(选填“大于”“小于”或“等于”)。此时热敏电阻阻值RT＝________。
(3)改变温控室的温度，测量不同温度时的热敏电阻阻值，可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。
[解析] (1)使用多用电表的欧姆挡前应先欧姆调零，即将两表笔短接。温度越高，相同倍率下多用电表的指针向右偏转的角度越大，则电阻阻值越小，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
(2)①闭合开关前，为了保护电路，应该将滑动变阻器的滑片移到b端。②将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D，调节滑动变阻器和电阻箱，使电压表和电流表的示数与改接前一致，则R01＝R02＋RT，所以R01>R02，RT＝R01－R02。
[答案] (1)短接 减小 (2)①b ②大于 R01－R02
[考向预测]
3．某同学用如图所示的电路测量一个量程为0～1 V的电压表的内阻(约为500 Ω)，已知实验中所用电阻箱R1的可调节范围为0～999.9 Ω。
(1)该同学按如下步骤进行实验：
①闭合开关前，使滑动变阻器的滑片位于________(填“a”或“b”)端；
②闭合开关S1，断开开关S2，调节滑动变阻器的滑片使电压表满偏；
③保持滑片P的位置不动，闭合开关S2，调节电阻箱R1，当电压表的示数为0.4 V时，电阻箱的阻值为340.0 Ω。
(2)该同学在实验中所使用的滑动变阻器R2为________，电源为________。(填所选器材前的符号)
A．滑动变阻器(0～1 000 Ω)
B．滑动变阻器(0～5 000 Ω)
C．电源(电动势E＝10 V，内阻不计)
D．电源(电动势E＝20 V，内阻不计)
(3)该电压表内阻的测量值为________ Ω。
(4)该电压表内阻的测量值与实际值相比________(填“偏大”“偏小”或“相等”)。
[解析] (1)为保护电压表，闭合开关前，滑动变阻器接入电路的阻值应最大，故应使滑片位于a端。
(2)若电源电动势E＝10 V，则有eq \f(10 V,R2m＋500 Ω)×500 Ω4 500 Ω；若E＝20 V，则有eq \f(20 V,R2m＋500 Ω)×500 Ω9 500 Ω。所以实验中滑动变阻器和电源分别使用的是B、C。
(3)当电压表的示数为满偏电压UV＝1 V时，设通过其的电流为IV，则当电压表的示数为0.4 V时，电压表所在支路的电流为0.4IV，由于滑动变阻器接入电路的阻值远大于电压表的内阻，因此闭合开关S2后，可认为电路中的总电流不变，所以当电阻箱的阻值为340.0 Ω时，流过电阻箱的电流为0.6IV，故有0.4IVRV＝0.6IV×340.0 Ω，解得电压表的内阻RV＝510 Ω。
(4)开关S2闭合，电路中总电阻减小，总电流增大，流过电阻箱的实际电流大于0.6IV，因此电压表内阻实际值较大，即测量值与实际值相比偏小。
[答案] (1)a (2)B C (3)510 (4)偏小
4．某实验小组的同学欲测量截面为圆环的圆柱形导体材料的电阻率。
(1)实验前用米尺测得圆柱形导体材料的长度为L，用游标卡尺测量圆环的内径和外径，结果如图甲、乙所示，则圆环的内径d1＝________ cm，外径d2＝________ cm。
甲 乙
(2)然后该小组的同学用如图丙所示的电路测量圆柱形导体材料的电阻Rx，实验操作如下：
丙
①按照原理图完成实物图的连接，闭合开关S前，将滑动变阻器的滑片P置于________(填“最左端”或“最右端”)；
②将电阻箱接入电路的阻值调节得尽量大一些；
③闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P及电阻箱接入电路的阻值，使灵敏电流计的示数为零，同时记录电阻箱接入电路的阻值R0。
该圆柱形导体材料的电阻Rx＝________(用电路图中的相关物理量符号表示)。
(3)该圆柱形导体材料的电阻率ρ＝________(用已知量、测量量和电路图中的相关物理量符号表示)。
[解析] (1)由题图甲、乙可知，圆环的内径d1＝2.1 cm＋4×0.1 mm＝2.14 cm，圆环的外径d2＝3.1 cm＋2×0.1 mm＝3.12 cm。
(2)为了保护实验器材，实验前应将滑动变阻器的滑片P移到最右端，使滑动变阻器接入电路的阻值最大。当灵敏电流计的示数为零时，R1两端与R0两端的电压相等，设为U1，R2两端与Rx两端的电压相等，设为U2，根据串、并联电路的特点有eq \f(U1,U2)＝eq \f(R1,R2)＝eq \f(R0,Rx)，解得Rx＝eq \f(R0R2,R1)。
(3)根据电阻定律得Rx＝ρeq \f(L,S)，其中S＝eq \f(1,4)π(deq \\al(2,2)－deq \\al(2,1))，解得圆柱形导体材料的电阻率ρ＝eq \f(πR0R2d\\al(2,2)－d\\al(2,1),4LR1)。
[答案] (1)2.14 3.12 (2)最右端 eq \f(R0R2,R1) (3)eq \f(πR0R2d\\al(2,2)－d\\al(2,1),4LR1)
以测电源电动势和内阻为核心的电学实验
1．测电源电动势和内阻的常用方法
2．对实验的两点说明
(1)任何一种实验方法，一定要紧扣闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，其中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)“化曲为直”思想的应用。利用图象得出电动势和内阻是常见的方法，当图线不为直线时，往往要变换坐标轴表示的物理量，使图线为直线。以安阻法为例，可作eq \f(1,I)­R图象；以伏阻法为例，可作eq \f(1,U)­eq \f(1,R)图象，也可作U­eq \f(U,R)图象等，目的是使图象是直线。故这类问题重点关注图象的斜率、截距的物理意义。
[典例3] (2021·全国乙卷)一实验小组利用图(a)所示的电路测量一电池的电动势E(约为1.5 V)和内阻r(小于2 Ω)。图中电压表量程为1 V，内阻RV＝380.0 Ω；定值电阻R0＝20.0 Ω；电阻箱R最大阻值为999.9 Ω；S为开关，按电路图连接电路。完成下列填空：
图(a)
图(b)
(1)为保护电压表，闭合开关前，电阻箱接入电路的电阻值可以选________Ω(填“5.0”或“15.0”)；
(2)闭合开关，多次调节电阻箱，记录下阻值R和电压表的相应读数U；
(3)根据图(a)所示电路，用R、R0、RV、E和r表示eq \f(1,U)，得eq \f(1,U)＝________；
(4)利用测量数据，作eq \f(1,U)­R图线，如图(b)所示；
(5)通过图(b)可得E＝________V(保留2位小数)，r＝________Ω(保留1位小数)；
(6)若将图(a)中的电压表当成理想电表，得到的电源电动势为E′，由此产生的误差为eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(E′－E,E)))×100%＝________%。
[解析] (1)要保护电压表，则R0两端的电压应小于1 V，通过R0的电流应小于等于0.05 A，故电路中的总电阻R总≥eq \f(1.5,0.05) Ω＝30 Ω，所以电阻箱接入电路的阻值应选15.0 Ω。
(3)根据闭合电路欧姆定律可得，电动势E＝U＋eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(U,R0)＋\f(U,RV)))(R＋r)，整理得eq \f(1,U)＝eq \f(1,E)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1＋\f(R0＋RV,R0RV)r))＋eq \f(R0＋RV,ER0RV)R。
(5)延长题图(b)中图线与纵轴相交，由eq \f(1,U)＝eq \f(1,E)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1＋\f(R0＋RV,R0RV)r))＋eq \f(R0＋RV,ER0RV)R结合题图(b)可得，eq \f(R0＋RV,ER0RV)＝eq \f(1.50－0.86,24－5) V－1·Ω－1，解得E≈1.56 V，当R＝5 Ω时，eq \f(1,U)＝0.86 V－1，代入eq \f(1,U)＝eq \f(1,E)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1＋\f(R0＋RV,R0RV)r))＋eq \f(R0＋RV,ER0RV)R，可解得r≈1.5 Ω。
(6)若将电压表当成理想电表，则E′＝U＋eq \f(U,R0)(R＋r)，整理得eq \f(1,U)＝eq \f(1,E′)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1＋\f(r,R0)))＋eq \f(1,E′R0)R，则eq \f(1,E′R0)＝eq \f(1.50－0.86,24－5) V－1·Ω－1，解得E′≈1.48 V，由此产生的误差为eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(E′－E,E)))×100%≈5%。
[答案] (1)15.0 (3)eq \f(1,E)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1＋\f(R0＋RV,R0RV)r))＋eq \f(R0＋RV,ER0RV)R (5)1.56 1.5 (6)5
[考向预测]
5．(2021·山东济宁高考模拟)某同学要测量一节干电池的电动势和内阻。实验室提供以下器材：
电压表V(量程0～3 V，内阻RV约为10 kΩ)
电流表G(量程0～3 mA，内阻Rg＝50 Ω)
滑动变阻器R(阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A)
定值电阻R0(阻值为0.25 Ω)
开关S和导线若干。
该同学设计出如图甲所示的实验电路图，实验过程中，该同学记录了多组电压表和电流表的示数U、I，根据数据在坐标系中作出U­I图象如图乙所示。
甲
乙
(1)该同学将电流表G与定值电阻R0并联，实际上是进行了电表的改装，则他改装后的电流表的量程是________ A；(结果保留一位有效数字)
(2)根据图乙可求出电源的电动势E＝________ V(结果保留三位有效数字)，电源的内阻r＝________ Ω(结果保留两位有效数字)。
[解析] (1)改装后的电流表的量程是I＝Ig＋eq \f(Rg,R0)Ig＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(3＋\f(50,0.25)×3)) mA＝603 mA≈0.6 A；
(2)电流表G的示数为I，则干路电流为I′＝I＋eq \f(Rg,R0)I＝201I，由闭合电路欧姆定律得E＝U＋201I·r，可得U＝E－201r·I，则题图乙中纵轴截距为电源电动势，即E＝1.48 V，斜率为－201r，即－201r＝eq \f(1.06－1.48,2.5－0×10－3) Ω，解得r≈0.84 Ω。
[答案] (1)0.6 (2)1.48 0.84
6．(2021·山东烟台高三期末)某同学为测量某电瓶车上蓄电池的电动势和内阻，并探究电源的输出功率P与外电路的电阻R之间的关系，他设计了如图甲所示的实验电路。实验中以蓄电池作为电源，为了便于进行实验和保护蓄电池，该同学给蓄电池串联了一个定值电阻R0，把它们一起看作一个新电源(图中虚线框内部分)。实验中，多次调节外电阻R，读出相应的电压表和电流表示数U和I，由将测得的数据描绘出如图乙所示的U­I图象。
甲 乙
(1)根据以上信息可以得到，新电源输出功率的最大值为________W，对应的外电阻R的阻值为________Ω；
(2)若与电源串联的定值电阻的阻值R0＝7 Ω，则可以求得蓄电池的电动势E0＝________V，内阻r0＝________Ω；
(3)该同学分析了实验中由电表内阻引起的实验误差。在图丙中，实线是根据本实验的数据描点作图得到的U­I图象；虚线是该电源在没有电表内阻影响的理想情况下所对应的U­I图象。则可能正确的是________。
A B
C D
丙
[解析] (1)由题图甲所示电路图可知，新电源路端电压U＝E－Ir，由题图乙所示图线可知，新电源的电动势E＝6 V，内阻r＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(ΔU,ΔI)))＝eq \f(6,0.75) Ω＝8 Ω，当外电路电阻R＝r＝8 Ω时，新电源输出功率最大，新电源的输出功率最大值P＝I2R＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(E,R＋r)))eq \s\up12(2)R＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(6,8＋8)))eq \s\up12(2)×8 W＝1.125 W；(2)由题图甲所示电路图可知，蓄电池的路端电压U＝E0－I(R0＋r0)，由题图乙所示图象可知，蓄电池的电动势E0＝6 V，内阻r0＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(ΔU,ΔI)))－R0＝eq \f(6,0.75) Ω－7 Ω＝1 Ω；(3)由题图甲所示电路图可知，由于电压表分流作用，电流的测量值小于真实值，因此虚线在实线的上方，当电压表示数为零时，电路中电流为短路电流，因此虚线与实线在I轴相交，故C所示图象正确，A、B、D所示图象错误。
[答案] (1)1.125 8 (2)6 1 (3)C
突破点二| 电学创新实验
解决电学创新实验的“2注意3方法”
1．对于电学实验的创新，应注意的2个问题
(1)在解决设计型实验时，要注意条件的充分利用，如对于给定确切阻值的电压表和电流表，电压表可当作电流表使用，电流表也可当作电压表使用，利用这一特点，可以拓展伏安法测电阻的方法，如伏伏法、安安法等。
(2)对一些特殊电阻的测量，如电流表或电压表内阻的测量，电路设计有其特殊性，即首先要注意其自身量程对电路的影响，其次要充分利用其“自报电流或自报电压”的功能，因此在测电压表内阻时无需另并联电压表，测电流表内阻时无需再串联电流表。
2．解决电学设计型实验常用的3种方法
(1)转换法：将不易测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量，然后再反求待测物理量的值，这种方法叫转换测量法(简称转换法)。如在测量金属丝电阻率的实验中，虽然无法直接测量电阻率，但可通过测量金属丝的长度和直径，并将金属丝接入电路测出其电阻，然后再计算出它的电阻率。
(2)替代法：用一个标准的已知量替代被测量，通过调整标准量，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测量等于标准量。
(3)控制变量法：研究一个物理量与其他几个物理量的关系时，要使其中的一个或几个物理量不变，分别研究这个物理量与其他各物理量的关系，然后再归纳总结，如探究电阻的决定因素实验。
实验原理的创新
[典例4] (2021·湖南卷)某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0，并配有可在电阻丝上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：
(1)将器材如图(a)连接；
图(a) 图(b)
图(c)
(2)开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的________端(填“a”或“b”)；
(3)改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据；
(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图象如图(b)所示，图线斜率为k，与纵轴截距为d，设单位角度对应电阻丝的阻值为r0，该电池电动势和内阻可表示为E＝________，r＝________；(用R0、RA、k、d、r0表示)
(5)为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0，利用现有器材设计实验，在图(c)方框中画出实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示)；
(6)利用测出的r0，可得该电池的电动势和内阻。
[解析] (2)为了保护电流表，闭合开关前应使电路中的电阻最大，故金属夹应夹在电阻丝的b端。(4)由闭合电路的欧姆定律得E＝I(r＋RA＋R0＋θr0)，整理得eq \f(1,I)＝eq \f(1,E)(r＋RA＋R0)＋eq \f(r0,E)θ，结合题图(b)可得k＝eq \f(r0,E)，d＝eq \f(1,E)(r＋RA＋R0)，解得E＝eq \f(r0,k)，r＝eq \f(dr0,k)－RA－R0。(5)实验电路图如图所示，先将单刀双掷开关S接1，记下电流表的示数I0，然后将单刀双掷开关S接2，移动金属夹的位置，直到电流表的示数为I0，记下此时接入电路的电阻丝对应的圆心角θ0，则r0＝eq \f(R0,θ0)。
[答案] (2)b (4)eq \f(r0,k) eq \f(dr0,k)－RA－R0 (5)见解析图
实验器材的创新
[典例5] (2021·山东三校联考)霍尔元件可以用来检测磁场及其变化。图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生的磁场的磁感应强度B的装置示意图。由于磁芯的作用，霍尔元件所处区域的磁场可看作匀强磁场。测量原理图如图乙所示，直导线通有垂直纸面向里的电流，霍尔元件前、后、左、右表面各有一个接线柱，利用接线柱可以把霍尔元件接入电路。所用器材已在图乙中给出，部分电路已经连接好。
甲
乙
(1)霍尔元件中参与导电的自由电荷带负电，电流从图乙中霍尔元件左侧流入，右侧流出，霍尔元件________(填“前表面”或“后表面”)电势高。
(2)结合(1)中的信息，在图乙中画线把实验电路图连接完整。
(3)已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为e，霍尔元件的厚度为h，为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B，还必须测量的物理量有________________(写出具体的物理量名称及其符号)，计算式B＝________。
[解析] (1)磁场是由通电直导线产生的，根据安培定则，可知霍尔元件所处区域的磁场方向向下；电流方向向右，自由电荷带负电，运动方向向左，根据左手定则，可知自由电荷所受安培力向里，带负电的自由电荷聚集在后表面，故后表面带负电，前表面带正电，前表面电势较高。(2)滑动变阻器调节电流，用电流表测量通过霍尔元件的电流，电路图如图所示。
(3)设霍尔元件的宽度为d，最终自由电荷在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡状态，有eq \f(eU,d)＝evB，根据电流微观表达式有I＝neSv＝ne(dh)v，联立解得B＝eq \f(nehU,I)，故还必须测量的物理量有电压表读数U、电流表读数I。
[答案] (1)前表面 (2)见解析图 (3)电压表读数U，电流表读数I eq \f(nehU,I)
实验情境的创新
[典例6] (2020·江西八校联考)图甲是物理实验室的一种永久蹄形磁铁，某物理兴趣小组设计了一个测量蹄形磁铁磁极间磁感应强度大小的实验。
甲 乙 丙
(1)如图乙所示，将由铜导线绕制而成的矩形线圈悬挂在支架上，导线两端分别从a、b处抽出连在两接线柱A、B上。使线圈下边ab保持水平，现将一细线的一端系在线圈下边ab的中点，细线绕过一光滑轻小滑轮后另一端连接一小砂桶，调整线圈高度使线圈下边ab与滑轮间细线保持水平。
(2)将多个相同的蹄形磁铁紧密并列放置，水平插入线圈，使线圈下边ab处于磁铁N、S间，磁场宽度正好与线圈下边ab的长度相同，当线圈中通电后，向砂桶中缓慢加入适量细砂，使线圈仍保持竖直悬挂。读出电流表的示数I，断开电源，取下砂桶，用天平称量砂桶和细砂的总质量m。
(3)线圈中电流由图丙所示电路提供，若蹄形磁铁S极在上方，N极在下方，则图乙中接线柱A应与图丙所示电路中的接线柱________(填“C”或“D”)相连。
(4)若线圈电阻约为1 Ω，允许通过的最大电流为0.5 A，电流表量程为0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω，电源为4节串联的干电池，每节干电池的电动势为1.5 V，内阻不计。R0为定值电阻，现备有10 Ω和100 Ω的定值电阻各一个，则应选电阻为________Ω的定值电阻连入电路；有最大阻值分别为20 Ω和1 000 Ω的滑动变阻器各一个，应选最大电阻为________Ω的滑动变阻器连入电路。
(5)若线圈匝数为n，其下边ab长度为L，当地重力加速度为g，则用测得的物理量和已知量表示磁感应强度大小B＝ ________。
[解析] (3)线圈下边ab所处区域磁场方向竖直向上，受到的安培力向左，与细线的拉力平衡，则线圈中电流应由接线柱B流入，由接线柱A流出，故接线柱A应与电路中的接线柱D连接。(4)线圈中最大电流为0.5 A，则电路中最小电阻为eq \f(4×1.5,0.5) Ω＝12 Ω，故应选10 Ω的定值电阻。为方便调节电流大小，滑动变阻器应选最大电阻值较小的，即最大阻值为20 Ω的滑动变阻器。
(5)通电后线圈仍保持竖直悬挂时，线圈下边ab在水平方向受到的细线的拉力与安培力大小相等、方向相反，有mg＝nBIL，可得B＝eq \f(mg,nIL)。
[答案] (3)D (4)10 20 (5)eq \f(mg,nIL)
[考向预测]
7．(2021·北京海淀区三模)利用高电阻放电法研究电容器的充放电，实验时利用高阻值电阻延长充放电时间，绘制电容器放电电流与时间的i­t图象来研究电容器的充放电规律。某同学按图甲所示电路图连接好实验电路。后续实验操作如下：
甲 乙
(1)先闭合开关S1、S2，调节电阻箱R的阻值，使微安表的指针偏转接近满刻度，记下这时微安表的示数i0＝500 μA、电压表的示数U0＝6.0 V，此时电阻箱R的阻值为8.5 kΩ，则微安表的内阻为________kΩ。
(2)断开开关S2，同时开始计时，每隔5 s读一次电流i的值并将数据填入预先设计的表格中，根据表格中的数据在坐标纸上标出以时间t为横坐标、电流i为纵坐标的点，如图乙中用“·”标出的点。请在图乙中描绘出电流随时间变化的图线。
(3)根据图线估算出该电容器在整个放电过程中放出的电荷量Q0约为________C。(结果保留2位有效数字)
(4)根据关系式________来计算电容器的电容。(只要求写出表达式，不要求计算结果)
[解析] (1)由欧姆定律得U0＝i0(RA＋R)，代入数据解得微安表的内阻为RA＝3.5 kΩ。
(2)用平滑曲线过尽可能多的点描绘出电流随时间变化的图线，如图所示。
(3)图线与横轴所围面积表示该电容器在整个放电过程中放出的电荷量，约为Q0＝32×50×5×10－6 C＝8.0×10－3 C。
(4)根据关系式C＝eq \f(Q0,U0)来计算电容器的电容。
[答案] (1)3.5 (2)见解析图 (3)8.0×10－3 (4)C＝eq \f(Q0,U0)
8．传感器在现代生活、生产和科技中有着相当广泛的应用，如图甲是一个压力传感器设计电路，要求从表盘上直接读出压力大小，其中R1是保护电阻，R2是调零电阻(最大阻值为100 Ω)，理想电流表量程为0～10 mA，电源电动势E＝3 V(内阻不计)，压敏电阻的阻值R与所受压力大小F的对应关系如图乙所示。
甲 乙
(1)有三个规格的保护电阻，R1应选阻值为________的电阻。
A．25 Ω B．250 Ω C．2 500 Ω
(2)选取安装保护电阻后，要对压力传感器进行调零，调零电阻R2应调为________Ω。
(3)现对电流表表盘重新赋值，原3 mA刻度线应标注________N。
(4)由于电池老化，电动势降为E′＝2.8 V，压力传感器读数会出现偏差，如果某次使用时，先调零、后测量，读出压力为1 200 N，此时电流大小为________mA，实际压力大小为________N。
[解析] (1)电流表满偏时，电路中的总电阻R总＝eq \f(E,I满)＝eq \f(3,10×10－3) Ω＝300 Ω，而R总＝R1＋R2＋R，调零电阻R2最大阻值为100 Ω，A太小，C太大，故选B。
(2)选取安装保护电阻后，对压力传感器进行调零，使F＝0即R＝30 Ω时，电流表示数为10 mA，则R总＝R1＋R2＋R＝300 Ω，又R1＝250 Ω，解得R2＝20 Ω。
(3)当电流表示数为3 mA时，电路中的总电阻R′总＝eq \f(E,I)＝eq \f(3,3×10－3) Ω＝1 000 Ω，即R′＝R′总－R1－R2＝730 Ω，由图乙可知R＝eq \f(1,4)F＋30(Ω)，经计算当R′＝730 Ω时，压力F′＝2 800 N。
(4)由R＝eq \f(1,4)F＋30(Ω)，可知当F″＝1 200 N时，R″＝330 Ω，再由闭合电路欧姆定律，可得I′＝eq \f(E,R″＋R1＋R2)＝eq \f(3,600) A＝5 mA，因为电池老化，电动势E′＝2.8 V，所以R″总＝eq \f(E′,I满)＝280 Ω，对压力传感器进行调零，则R′2＝R″总－R1－R＝0，电路中实际电阻R实总＝eq \f(E′,I′)＝eq \f(2.8,5×10－3) Ω＝560 Ω，则R的实际阻值为R实＝R实总－R1－R′2＝310 Ω，再将R实代入R＝eq \f(1,4)F＋30(Ω)，解得F＝1 120 N。
[答案] (1)B (2)20 (3)2 800 (4)5 1 120
9．已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。
(1)在方框中所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。
(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为________ kΩ(保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图(a)所示。
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图(a)求得，此时室温为________ ℃(保留3位有效数字)。
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图(b)所示。图中，E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警，若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中________(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________ kΩ(保留2位有效数字)。

图(a) 图(b)
[解析] (1)由于滑动变阻器的最大阻值比待测电阻的阻值小得多，因此滑动变阻器应用分压式接法，由于电压表可视为理想电表，则电流表应用外接法，电路图如答案图所示。(2)由欧姆定律得R＝eq \f(U,I)＝eq \f(5.5,3.0×10－3) Ω≈1.8×103 Ω＝1.8 kΩ。(3)由题图(a)可直接读出热敏电阻的阻值为2.2 kΩ时，室温为25.5 ℃。(4)由题意可知随温度的升高R2两端的输出电压应增大，又由串联电路的特点可知，R1的阻值应减小或R2的阻值应增大，而热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，因此R1应为热敏电阻；当环境温度为50 ℃时，热敏电阻的阻值为0.8 kΩ，则由串联电路的特点有eq \f(E,R1＋R2)＝eq \f(U2,R2)，解得R2＝1.2 kΩ。
[答案] (1)如图所示 (2)1.8 (3)25.5(25～26均可) (4)R1 1.2
真题情境

2021·全国甲卷T23 2021·全国乙卷T23

2021·湖南卷T12 2021·广东卷T12

图1 图2
2021·河北卷T11
考情分析
该部分在高考试题中每年均出现，实验原理、仪器的选择、电路的设计、数据的分析等是历年实验命题的热点，考查考生设计电路以及处理实验数据的能力。随着全国正在推行的高考改革，预计2022年仍会注重对考生创新能力和知识迁移能力的考查。
必备知识
量程
精确度
读数规则
电流表0～3 A
0.1 A
与刻度尺一样，采用eq \f(1,10)估读，读数规则较简单，只需要精确值后加一位估读值即可
电压表0～3 V
0.1 V
电流表0～0.6 A
0.02 A
估读位与最小刻度在同一位，采用eq \f(1,2)估读
电压表0～15 V
0.5 V
估读位与最小刻度在同一位，采用eq \f(1,5)估读
伏安法
伏阻法
安阻法
实验原理
E＝U＋Ir
E＝U＋eq \f(U,R)r
E＝IR＋Ir
实验电路
数据处理
计算法
由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r))解得E、r
由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(E＝U1＋\f(U1,R1)r,E＝U2＋\f(U2,R2)r))解得E、r
由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(E＝I1R1＋I1r,E＝I2R2＋I2r))解得E、r
图象法
U＝－rI＋E
eq \f(1,U)＝eq \f(r,E)·eq \f(1,R)＋eq \f(1,E)
eq \f(1,I)＝eq \f(1,E)·R＋eq \f(r,E)
误差来源
电压表的分流
E测＜E真；r测＜r真
电压表的分流
E测＜E真；r测＜r真
电流表的分压
E测＝E真；r测＞r真