回归教材重难点17 电学实验-【查漏补缺】2022年高考物理三轮冲刺过关（原卷版）

回归教材重难点17  电学实验

近年高考中电学实验题依然以课本中的实验电阻的测量、电源的电动势和内阻的测量、多用电表的使用、有关热敏电阻或者光敏电阻等传感器的有关实验为基础，结合基本实验技能、实验原理、数据处理、误差分析等进行重新融合创新，来考查学生的实验能力和科学探究能力。

在备考策略上，虽然高考实验题很少有与教材一模一样的实验，但高考实验涉及的实验原理、处理数据的方法、实验技能和教材展现的基础知识和基本技能是相同的。因此复习备考必须立足教材实验的拓展与创新，掌握常规实验应该怎么做，还能怎么做、还能做什么，是否真正做，关注同一实验的不同设计方法，关注同一仪器的多种用途，并能灵活运用所学实验理论和方法解决实验中遇到的新问题。

知识点一  两种电表的读数方法

电表读数先确定量程,再确定分度值(分度值=最小刻度=),若分度值末位为1,则估读到分度值下一位;若分度值末位不为1,则估读数到分度值这一位。

(1)电流表:视线垂直于刻度盘表面,一般都需估读,0~3A量程估读到分度值的即0.01A,0-0.6A量程估读到分度值的即0.01A。

(2)电压表:视线垂直于刻度盘表面,一般都需估读,0-3V量程估读到分度值的即0.01V,0-15V量程估读到分度值的即0.01V。

知识点二   电流表的内接法和外接法

1.两种接法的比较

　　2.两种接法的选择

(1)阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大,小外偏小”。

(2)临界值计算法

Rx<时,用电流表外接法;

Rx>时,用电流表内接法。

(3)实验试探法:按图所示接好电路,让电压表一根接头P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法。

知识点三   滑动变阻器的限流式接法和分压式接法

1.两种接法的比较

　　由表可看出:滑动变阻器的分压式接法中,电压和电流的调节范围很大,限流式接法较节能。

2.必须选用分压式接法的三种情况

(1)若采用限流式接法不能控制电流(或电压)满足实验要求,即若滑动变阻器阻值调到最大时,待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程,或超过待测电阻的额定电流(或电压),则必须选用分压式接法。

(2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多,以致在限流电路中,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时,待测电阻上的电流或电压变化范围不够大,此时应改用分压式电路。

(3)若实验中要求电压从零开始调节,或要求调节范围尽量大一些,则必须采用分压式电路。

知识点四    实验器材的选取和实物图连接

1.电学实验器材的选取

选取电学实验器材主要是选取电表、滑动变阻器、电源等器材,一般要考虑以下四个方面的因素:

(1)安全因素:通过电源、电阻和电表的电流均不能超过其允许的最大电流。

(2)误差因素:选用不同量程的电表应考虑尽可能减小测量值的相对误差,电压表、电流表在使用时,其指针应偏转到满偏刻度的以上;使用多用电表的欧姆挡时宜选用指针尽可能在中间刻线附近的倍率挡位。

(3)便于操作:选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求,又便于调节。在调节滑动变阻器时,应使其大部分电阻线都可以被用到。

(4)实验实际:除以上三个因素外,还应注重实验实际,如所用的电源与元件的匹配问题等。

2.实物图连接的注意事项

(1)画线连接各元件,一般先从电源正极开始,按照电路原理图依次到开关、滑动变阻器,按顺序将主电路中串联的元件依次连接起来;再将要并联的元件并联到电路中去。

(2)连线时要将导线接在接线柱上,两条导线不能交叉。

(3)要注意电表的量程和正、负接线柱,要使电流从电表选用量程所对应的正接线柱流入,从负接线柱流出。

知识点五    基本实验

1. （2021·河北卷） 某同学研究小灯泡的伏安特性，实验室提供的器材有；小灯泡（，），直流电源（），滑动变阻器，量程合适的电压表和电流表，开关和导线若干，设计的电路如图1所示。

（1）根据图1，完成图2中的实物连线______；

（2）按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭，观察发现灯丝被烧断，原因可能是______（单项选择，填正确答案标号）；

A．电流表短路

B．滑动变阻器的滑片接触不良

C．滑动变阻器滑片的初始位置在b端

（3）更换小灯泡后，该同学正确完成了实验操作，将实验数据描点作图，得到图像，其中一部分如图3所示，根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为______（保留三位有效数字）。

2. （2021·广东卷） 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“”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，电阻箱调为某一阻值。闭合开关S，调节滑动变阻器，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。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。反复调节和，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。断开开关S。

②实验中记录的阻值_____（选填“大于”、“小于”或“等于”）。此时热敏电阻阻值_____。

3. （2021·山东卷）热敏电阻是传感器中经常使用的元件，某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有：

待测热敏电阻（实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧）；

电源E（电动势，内阻r约为）；

电阻箱R（阻值范围）；

滑动变阻器（最大阻值）；

滑动变阻器（最大阻值）；

微安表（量程，内阻等于）；

开关两个，温控装置一套，导线若干。

同学们设计了如图甲所示的测量电路，主要实验步骤如下：

①按图示连接电路；

②闭合、，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏；

③保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开，调节电阻箱，使微安表指针半偏；

④记录此时的温度和电阻箱的阻值。

回答下列问题：

（1）为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用___________（填“”或“”）。

（2）请用笔画线代替导线，将实物图（不含温控装置）连接成完整电路__________。

（3）某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为，该温度下热敏电阻的测量值为___________（结果保留到个位），该测量值___________（填“大于”或“小于”）真实值。

（4）多次实验后，学习小组绘制了如图乙所示的图像。由图像可知。该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐___________（填“增大”或“减小”）。

4. （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）和内阻r（小于）。图中电压表量程为，内阻：定值电阻；电阻箱R，最大阻值为；S为开关。按电路图连接电路。完成下列填空：

（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___________（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、、、E和r表示，得___________；

（4）利用测量数据，做图线，如图（b）所示：

（5）通过图（b）可得___________V（保留2位小数），___________（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，由此产生的误差为___________%。

5. （2021·辽宁卷）. 某同学将一量程为250的微安表改装成量程为1.5V的电压表。先将电阻箱R1与该微安表串联进行改装，然后选用合适的电源E、滑动变阻器R2、定值电阻R3、开关S和标准电压表对改装后的电表进行检测，设计电路如图所示。

（1）微安表铭牌标示内阻为0.8k，据此计算R1的阻值应为___________k。按照电路图连接电路，并将R1调为该阻值。

（2）开关闭合前，R2的滑片应移动到___________端。

（3）开关闭合后，调节R2的滑片位置，微安表有示数，但变化不显著，故障原因可能是___________。（填选项前的字母）

A．1、2间断路        B．3、4间断路        C．3、5间短路

（4）排除故障后，调节R2的滑片位置，当标准电压表的示数为0.60V时，微安表的示数为98，此时需要___________（填“增大”或“减小”）R1的阻值，以使改装电表的量程达到预期值。

5. （2021·天津卷）随着智能手机的广泛应用，充电宝成为手机及时充电的一种重要选择。充电宝可以视为与电池一样的直流电源。一充电宝的电动势约为，内阻很小，最大放电电流为，某实验小组测定它的电动势和内阻。他们剥开充电宝连接线的外绝缘层，里而有四根导线，红导线为充电宝的正极，黑导线为充电宝的负极，其余两根导线空置不用，另有滑动变阻器R用于改变电路中的电流，定值电阻，两只数字多用电表M、N，两表均为理想电表，并与开关S连成如图所示电路。

①图中测量电流的电表是___________，测量电压的电表是___________。（均填写字母“M”或“N”）

②调节滑动变阻器，测得多组I、U数据，记录如下表，其中只有一个数据记录有误，审视记录的数据，可以发现表中第___________次的记录数据有误。（填测量次数的序号）

③电路中接入可以达到下列哪个效果。___________（填选项前的字母）

A．使测电流的电表读数变化明显      B．为了更准确地测量充电宝内阻

C．避免使充电宝的放电电流过大      D．减小测量电压的电表分流作用

6．（2021·山东济南市高三一模）某兴趣小组用如图甲所示的电路测量待测电阻Rx的阻值（约为400Ω），图中G（Rg=100Ω）为量程10mA的灵敏电流计，R0为定值电阻（R0=100Ω），R为滑动变阻器（阻值范围0~10Ω）。

(1)按照图甲所示的电路图，在答题纸上将图乙中的器材实物连线补充完整；______

(2)将滑动变阻器置于适当位置后，闭合开关S1。将单刀双掷开关S2接1端，改变滑动变阻器滑片位置，记录此时电流计的示数I1；保持滑动变阻器滑片不动，将S2接2端，记录此时电流计的示数I2。忽路电路中M、N两点间的电压变化，则待测电阻Rx的阻值的表达式为Rx=______；（用I1、I2、R0、Rx表示）

(3)改变滑动变阻器滑片位置，重复上述步骤，得到下表中4组数据：

利用表中数据，可以求得Rx=______Ω；（保留3位有效数字）

(4)若考虑电阻变化对电路的影响，Rx的测量值______（填“大于”、“小于”或“等于”）真实值。

7．（2021·北京朝阳区高三一模）（1）通过实验测量某金属丝的电阻率。

①用螺旋测微器测量金属丝的直径，测量示数如图1所示，可得金属丝直径的测量值d =_____________ mm。

②将该金属丝绕在陶瓷管上，电阻值约为25Ω。除了开关、若干导线之外还提供了如表1所示的器材：

表1

为较准确测量该金属丝的阻值，某同学用所给器材组成实验电路，如图2所示。图中某个器材的连接有不当之处，该器材是___________，理由是_________________________。

③若测得金属丝的长度为L，直径为d，电阻为R，则金属丝的电阻率ρ=_____________。

（2）家庭装修时需要根据用电功率的不同选择相应粗细的导线，表2是不同横截面积的铜导线常温下允许的负载电流范围。小明家正在装修，配备电器如表3所示，请你帮助他在安全、经济的原则下选择粗细合适的总干路导线，其序号为_______________，写出选择依据：__________。

表2

表3

8．（2021·山东高三一模）多用电表是实验室中必备的仪器，用它的欧姆挡测电阻方便简单，现某实验小组对多用电表的欧姆挡进行了以下研究。

（1）使用多用电表欧姆挡测电阻时，下列说法正确的是___________；

A．测量电路中某个电阻的阻值时，应该把该电阻与电路断开

B．测量电阻时，如果双手手指与两表笔金属部分接触，会导致测量值偏大

C．测电阻时，若指针偏转角度较小，应更换较大倍率、重新调零后，再进行测量

D．多用电表长期使用后电池电动势会变小，在仍能欧姆调零的情况下，会导致测量值偏小

（2）多用电表欧姆挡电路可以等效为一个直流电源、一个可变电阻和一个电流表串联后与红、黑表笔相接。现有一个欧姆挡刻度盘中值附近刻度模糊不清的多用电表，某同学想通过实验的方法测量该多用电表的欧姆“×1”挡刻度盘中值刻度对应的阻值。现有器材如下：

实验器材：待测多用电表，电压表V（量程6V，内阻十几千欧），电阻箱R，导线若干。

①在图甲所给的器材上已完成部分连线，请你在答题卡上补充完整连线。（_____）

②该同学利用实验中得到的数据以为纵坐标，为横坐标，作出图乙所示的图象，该图象对应的函数表达式是___________，表达式须用欧姆挡电源电动势E、“×1”挡刻度盘中值刻度对应的电阻r表示。由图像可求得该多用电表的欧姆“×1”挡刻度盘中值刻度对应的阻值为___________Ω（结果保留两位有效数字）