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高考物理实验专题 第2讲电学实验第 2 讲 电学实验 【素养内容提炼】 “科学探究”展示 一、重要实验的注意点 1.欧姆表的使用注意点 为了减小读数误差，指针应指在表盘 13 到23 的部分，即中值刻度附近。(1)若表头指针偏转过大，表示待测电阻较小，应当换低倍率的挡位； (2)若表头指针偏转过小，表示待测电阻很大，应当换高倍率的挡位。2.测金属的电阻率的实验，实际上是先测出金属丝的电阻，然后根据 Rρ lS 得出金属丝的电阻率 ρR Sl 。3.测电的电动势和内阻的三种常用方法 方法 伏安法 安阻法 伏阻法 原理图 重要器材 电压表、电流表和可变电阻 电流表、电阻箱 电压表、电阻箱 原理式 UEIr 1I 1E ·RrE 1U rE ·1R 1E 图象法处理数据 纵轴截距：E 斜率绝对值：r 纵轴截距：rE 斜率：1E 纵轴截距：1E 斜率：rE 二、定值电阻的应用技巧 【命题热点突破】 基本仪器的使用及读数 考向一 欧姆表的原理及使用 【典例 1】 (20_·全国卷，23)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 R 0 (阻值 14 kΩ)，滑动变阻器 R 1 (最大阻值 1 500 Ω)，滑动变阻器 R 2 (最大阻值 500 Ω)，电阻箱(099 999.9 Ω)，干电池(E1.5 V，r1.5 Ω)，红、黑表笔和导线若干。图 1 (1)欧姆表设计 将图 1 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“R 1 ”或“R 2 ”)。(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 2 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_、_。图 2 (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 3 所示，则电阻箱接入的阻值为_Ω。图 3 解析 (1)欧姆表的中值刻度为欧姆表的内阻，即 rR 0 R A R15 kΩ，解得 R900 Ω。由于滑动变阻器 R 2 的最大阻值为 500 Ω，所以滑动变阻器选 R 1 。(2)根据闭合电路欧姆定律，得I a ER 内 R a 和I b ER 内 R b ，代入数据解得R a 45 kΩ，R b 5 kΩ。(3)使用欧姆表测量电阻时，首先要进行电阻调零，此时应将红、黑表笔短接，调整滑动变阻器，使欧姆表指针指在 0 kΩ 上。电阻箱的阻值为(0.1 _01 _010 _0100 _01 000 _510 000 _3) Ω35 000.0 Ω。答案 (1)如图所示 900 R 1 (2)45 5 (3)0 35 000.0 考向二 多用电表的原理及使用 【典例 2】 (20_·全国卷，23)图 4a 为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中 E是电池，R 1 、R 2 、R 3 、R 4 和 R 5 是固定电阻，R 6 是可变电阻；表头 的满偏电流为 250 μA，内阻为 480 Ω。虚线方框内为换挡开关，A 端和 B 端分别与两表笔相连。该多用电表有 5 个挡位，5 个挡位为：直流电压 1 V 挡和 5 V 挡，直流电流 1 mA 挡和 2.5 mA 挡，欧姆 _100 Ω 挡。图 4 (1)图 a 中的 A 端与_(填“红”或“黑”)色表笔相连接。(2)关于 R 6 的使用，下列说法正确的是_(填正确答案标号)。A.在使用多用电表之前，调整 R 6 使电表指针指在表盘左端电流“0”位置 B.使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整 R 6 使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置 C.使用电流挡时，调整 R 6 使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置 (3)根据题给条件可得 R 1 R 2 _Ω，R 4 _Ω。(4)某次测量时该多用电表指针位置如图 b 所示。若此时 B 端是与“1”相连的，则多用电表读数为_；若此时 B 端是与“3”相连的，则读数为_；若此时 B 端是与“5”相连的，则读数为_。(结果均保留 3 位有效数字) 解析 (1)与欧姆表内电正极相连的是黑表笔。(2)R 6 是可变电阻，它的作用就是欧姆表调零，也就是使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整 R 6 使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置。(3)换挡开关接 2 时，是量程较小的电流表，所以 R 1 R 2 I g R gII g 160 Ω； 换挡开关接 4 时，是量程较小的电压表，这时表头与 R 1 、R 2 并联组成新表头，新表头的内阻 r （R1 R 2 ）R gR 1 R 2 R g120 Ω， 新表头的量程是 1 mA，所以 R 4 U 1I 1r11 _10 3 Ω120 Ω880 Ω (4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示。若此时 B 端与“1”相连，则多用电表是量程为 2.5 mA 的电流表，则读数为 1.47 mA；若此时 B 端与“3”相连接，多用电表是欧姆 _100 Ω挡，则读数为 11.0 _100 Ω，即 1.10 _10 3 Ω；若此时 B 端与“5”相连接，多用电表是量程为 5 V 电压表，则读数为 2.94 V。答案 (1)黑 (2)B (3)160 880 (4)1.47 mA 1.10 _10 3 Ω 2.94 V 电表的读数方法 (1)读数时应使视线垂直刻度盘表面。(2)估读问题：最小分度为“1”的仪器，测量误差出现在最小分度值的下一位，在下一位按十分之一估读；最小分度值为“2”“5”的仪器，测量误差出现在最小分度的同一位，在同一位按二分之一、五分之一估读。(2021·百校联盟联考)一多用电表的简化电路图如图 5 甲所示。已知表头内阻为 400 Ω，满偏电流为 2 mA；电池 E1.5 V，E′15 V。图 5 (1)若 R 1 1 Ω，R 2 99 Ω，当选择开关置于 2 时，多用电表测量的是_(选填“电流”“电压”或“电阻”)，其测量的最大值(量程)为_。(2)在(1)的条件下，若 R 5 0.92 _10 3 Ω，R 6 9 _10 3 Ω，当选择开关置于 6 时，多用电表测量的是_(选填“电流”“电压”或“电阻”)，其测量的最大值(量程)为_。(3)在(1)的条件下，当选择开关置于3时，多用电表测量的是_(选填“电流”“电压”或“电阻”)。现要测量一个一千多欧的电阻，应当把选择开关置于_(选填“1”“2”“3”“4”“5”或“6”)，正确测量时多用电表指针如图乙所示，则所测电阻的阻值为_Ω。解析 (1)结合题图甲可知，多用电表选择开关置于 2 时，R 1 、R 2 串联后与表头并联，此时多用电表测量的是电流，量程为 2 mA 400 Ω _2 mA100 Ω10 mA。(2)当选择开关置于 6 时，多用电表测量的是电压，此时表头与 R 1 、R 2 可视为一个新表头(满偏电流为 10 mA，内阻为 80 Ω)，量程为 10 mA _(809209 000) Ω100 V。(3)当选择开关置于 3 时，多用电表内含电池，测量的是电阻，由第(2)问分析p 可知，此时新表头的满偏电流为 10 mA，内阻为 80 Ω，若测量一个一千多欧的电阻，由闭合电路欧姆定律可知电池的电动势应选 15 V。题图乙中指针位于表盘刻度中央，此时所测电阻阻值等于多用电表的内阻，满偏电流为 10 mA，电压为 15 V，故多用电表的内阻即所测电阻的阻值为 1 500 Ω。答案 (1)电流 10 mA (2)电压 100 V (3)电阻 4 1 500 以测电阻为核心的相关实验 考向一 测量电阻的实验 【典例 1】 (2021·全国卷，22)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻 R _ ，所用电压表的内阻为 1 kΩ，电流表内阻为 0.5 Ω。该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图 6 所示电路的 O、P 两点之间，另一种是跨接在 O、Q 两点之间。测量得到如图 7 所示的两条 UI 图线，其中 U 与 I 分别为电压表和电流表的示数。图 6 回答下列问题：(1)图 7 中标记为的图线是采用电压表跨接在_(填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。图 7 (2)根据所用实验器材和图 7 可判断，由图线_(填“”或“”)得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为_Ω(保留 1 位小数)。(3)考虑到实验中电表内阻的影响，需对(2)中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为_Ω(保留 1 位小数)。解析 (1)当用电流表内接法时，测量值为 R _1 R _ R A gt;R _ ，当用电流表外接法时，测量值为 R _2 R _ R _ R V lt;R _ ，图 7 中图线的斜率较小，所以应为使用电流表外接法测量的结果，即电压表跨接在 O、P 间测量得到的。(2)由图线可得 R _ 约为 50.0 Ω，可知 R _ gt; R A R V ，所以用电流表内接法测量的结果误差较小，即由图线得到的结果更接近待测电阻的真实值，测量结果 R _1 ΔUΔI50.5 Ω。(3)因为 R _1 R _ R A ，所以 R _ R _1 R A 50.0 Ω。答案 (1)O、P (2) 50.5 (3)50.0 考向二 测量电阻率的实验 【典例 2】 (20_·江苏卷，11)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。实验操作如下：(1)螺旋测微器如图 8 所示。在测量电阻丝的直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动_(选填“A”“B”或“C”)，直到听到“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏。图 8 (2)选择电阻丝的_(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径。(3)图 9 甲中 R _ 为待测电阻丝。请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入乙图实物电路中的正确位置。甲 乙 图 9 (4)为测量 R _ ，利用甲图所示的电路，调节滑动变阻器测得 5 组电压 U 1 和电流 I 1 的值，作出的 U 1 I 1 关系图象如图 10 所示。接着，将电压表改接在 a、b 两端，测得 5 组电压 U 2 和电流 I 2 的值，数据见下表：U 2 /V 0.50 1.02 1.54 2.05 2.55 I 2 /mA 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 请根据表中的数据，在方格纸上作出 U 2 I 2 图象。图 10 (5)由此，可求得电阻丝的 R _ _Ω。根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率。解析 (1)旋转微调旋钮 C。(2)电阻丝的粗细不一定均匀，为保证测量结果准确，应在不同位置测直径，然后取平均值作为测量值。(3)滑动变阻器采用分压式接入电路，注意线不能交叉，如图甲所示。(4)将所给的 5 组数据标注在 UI 图象中，用过原点的直线把它们连在一起，让尽可能多的点在直线上。(5)由题意知：U 1I 1R _ R A R 0 ，由 U 1 I 1 图线的斜率可得 U 1I 149.0 Ω。U 2I 2R A R 0 ，由作出的 U 2 I 2 图线的斜率可得 U 2I 225.5 Ω。故 R _ (49.025.5) Ω23.5 Ω。答案 (1)C (2)不同 (3)见图甲 (4)见图乙 (5)23.5(23.024.0 都算对) 甲 乙 考向三 电表的改装 【典例 3】 (20_·全国卷，23)某同学要将一量程为 250 μA 的微安表改装为量程为 20 mA的电流表。该同学测得微安表内阻为 1 20_Ω，经计算后将一阻值为 R 的电阻与该微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图 11(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。(1)根据图(a)和题给条件，将图(b)中的实物连线。(2)当标准毫安表的示数为 16.0 mA 时，微安表的指针位置如图(c)所示。由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是_。(填正确答案标号) (c) 图 11 A.18 mA B.21 mA C.25 mA D.28 mA (3)产生上述问题的原因可能是_。(填正确答案标号) A.微安表内阻测量错误，实际内阻大于 1 20_Ω B.微安表内阻测量错误，实际内阻小于 1 20_Ω C.R 值计算错误，接入的电阻偏小 D.R 值计算错误，接入的电阻偏大 (4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为 R 的电阻换为一个阻值为 kR 的电阻即可，其中 k_。解析 (1)实物连线如图所示。(2)串联电路中电流处处相等，根据比例关系得，毫安表示数为 16.0 mA 时，对应微安表的刻度为 160 μA，说明量程扩大了 100 倍，所以当微安表指针到满量程 250 μA 时，毫安表的示数应为 25 mA，即为改装后电表的量程，选项 C 正确。(3)根据 I g R g (II g )R 得 I I g R gRI g 。出现该情况可能是微安表内阻测量错误，实际电阻大于 1 20_Ω，或者并联的电阻 R 计算错误，接入的电阻偏小。选项 A、C 正确。(4)若微安表的满偏电压为 U，则对并联的电阻 R 有 U(250.25) _10 3 R U(200.25) _10 3 kR 解得 k 9979 。答案 (1)见解析图 (2)C (3)AC (4) 9979 1.(20_·天津卷)某同学用伏安法测定待测电阻 R _ 的阻值(约为 10 kΩ)，除了 R _ 、开关 S、导线外，还有下列器材供选用：A.电压表(量程 01 V，内阻约 10 kΩ) B.电压表(量程 010 V，内阻约 100 kΩ) C.电流表(量程 01 mA，内阻约 30 Ω) D.电流表(量程 00.6 A，内阻约 0.05 Ω) E.电(电动势 1.5 V，额定电流 0.5 A，内阻不计) F.电(电动势 12 V，额定电流 2 A，内阻不计) G.滑动变阻器 R 0 (阻值范围 010 Ω，额定电流 2 A) (1)为使测量尽量准确，电压表选用_，电流表选用_，电选用_。(均填器材的字母代号) (2)画出测量 R _ 阻值的实验电路图。(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会_其真实值(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是_。解析 (1)若选用电 1.5 V，由于被测电阻很大，电路中电流非常小，不利于实验，即电选用 12 V 的，即 F；则电压表就应该选取 B；电路中的最大电流为 I1210 000 A1.2 mA，故电流表应选用 C。(2)因为给的滑动变阻器的最大阻值只有 10 Ω，若采用限流接法，则电路中电流和电压变化不明显，故应采用滑动变阻器的分压接法，由于 R _ R _R A ，所以采用电流表内接法，电路图如图所示。(3)由于电流表的分压，导致电第 9 页 共 9 页