2023高中物理步步高大一轮 第九章 专题强化十七　电学实验综合.docx

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1、专题强化十七电学实验综合目标要求1.了解差值法、半偏法、等效法、电桥法等测电阻的方法.2.会用传感器控制电路、设计相关实验方案.3.学会替换和改装电表进行实验.4.会利用电学实验知识探究创新实验方案题型一测电阻的其他几种方法 考向1差值法测电阻1电流表差值法(如图所示)(1)基本原理：定值电阻R0的电流I0I2I1，电流表的电压U1(I2I1)R0.(2)可测物理量：若R0为已知量，可求得电流表的内阻r1；若r1为已知量，可求得R0.2电压表差值法(如图所示)(1)基本原理：定值电阻R0的电压U0U2U1，电压表的电流I1.(2)可测物理量：若R0为已知量，可求得电压表的内阻r1R0；若r1为

2、已知量，可求得R0r1.例1(2019天津卷9(3)现测定长金属丝的电阻率(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示，其读数是_mm.(2)利用下列器材设计一个电路，尽量准确地测量一段金属丝的电阻这段金属丝的电阻Rx约为100 ，画出实验电路图，并标明器材代号电源E(电动势10 V，内阻约为10 )电流表A1(量程0250 mA，内阻R15 )电流表A2(量程0300 mA，内阻约为5 )滑动变阻器R(最大阻值10 ，额定电流2 A)开关S及导线若干(3)某同学设计方案正确，测量得到电流表A1的读数为I1，电流表A2的读数为I2，则这段金属丝电阻的计算式Rx_.从设计原理看，则测量值与

3、真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“相等”)答案(1)0.200(0.1960.204均可)(2)如图所示(3)相等解析(1)由螺旋测微器的读数规则可知，该金属丝的直径应为0 mm20.00.01 mm0.200 mm；(2)对提供的实验器材分析可知，滑动变阻器的总电阻比待测电阻的阻值小得多，因此滑动变阻器应采用分压式接法，由于没有提供电压表，因此可以用内阻已知的电流表充当电压表，即将A1作为电压表，由于A1的内阻已知，因此A2应采用外接法；(3)由电路图可知，Rx；由于A1的内阻已知，因此该实验不存在系统误差，因此测量值与真实值相等 考向2半偏法测电表内阻1电流表半偏法(电路图如图所示)(1

4、)实验步骤先断开S2，再闭合S1，将R1由最大阻值逐渐调小，使电流表读数等于其量程Im；保持R1不变，闭合S2，将电阻箱R2由最大阻值逐渐调小，当电流表读数等于Im时记录下R2的值，则RAR2.(2)实验原理当闭合S2时，因为R1RA，故总电流变化极小，认为不变仍为Im，电流表读数为，则R2中电流为，所以RAR2.(3)误差分析测量值偏小：RA测R2RA真原因分析：当闭合S2时，总电阻减小，总电流增大，大于原电流表的满偏电流，而此时电流表半偏，所以流经R2的电流比电流表所在支路的电流大，R2的电阻比电流表的电阻小，而我们把R2的读数当成电流表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小减小误差的方法：选电

5、动势较大的电源E，选阻值非常大的滑动变阻器R1，满足R1RA.2电压表半偏法(电路图如图所示)(1)实验步骤将R2的阻值调为零，闭合S，调节R1的滑动触头，使电压表读数等于其量程Um；保持R1的滑动触头不动，调节R2，当电压表读数等于Um时记录下R2的值，则RVR2.(2)实验原理：RVR1，R2接入电路时可认为电压表和R2两端的总电压不变，仍为Um，当电压表示数调为时，R2两端电压也为，则二者电阻相等，即RVR2.(3)误差分析测量值偏大：RV测R2RV真原因分析：当R2的阻值由零逐渐增大时，R2与电压表两端的总电压也将逐渐增大，因此电压表读数等于Um时，R2两端的电压将大于Um，使R2RV

6、，从而造成RV的测量值偏大显然电压表半偏法适用于测量内阻较大的电压表的电阻减小误差的方法：选电动势较大的电源E，选阻值较小的滑动变阻器R1，满足R1RV.例2可选用器材：电阻箱甲，最大阻值为99 999.9 ；电阻箱乙，最大阻值为2 k；电源E，电动势约为6 V，内阻不计；另外有开关2个，导线若干，量程为1 mA的电流表现采用如图所示的电路图测电流表的内阻rg.(1)实验步骤的顺序为_；合上S1，调节R，使表A满偏合上S2，调节R1，使表A半偏，则rgR1断开S1、S2，将R调到最大(2)可变电阻R1应选择、中的_(填“”或“”)为使结果尽可能准确，可变电阻R应选_(填“”或“”)(3)认为内

7、阻rgR1，此结果与rg的真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“相等”)答案(1)(2)(3)偏小解析(1)半偏法测电流表内阻的步骤为：断开S1、S2，将R调到最大；合上S1，调节R，使表A满偏；合上S2，调节R1，使表A半偏，则rgR1.(2)此实验为半偏法测电流表内阻rg，由半偏法原理可知，当S2闭合后，干路电流应恒定，由闭合电路欧姆定律I知，当RR并时，才能尽可能减小R1并入电路后的影响，所以R应选，R1选.(3)闭合S2，由于并联上R1，干路电流略增大些，电流表电流为Ig，R1上电流略大于Ig，则R1的电阻略小于rg，即测量值小于真实值例3某同学利用图a所示电路测量量程为2.5 V 的电

8、压表的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99 999.9 )，滑动变阻器R1(最大阻值50 )，滑动变阻器R2(最大阻值5 k)，直流电源E(电动势3 V)，开关1个，导线若干实验步骤如下：按电路原理图a连接线路；将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图中最左端所对应的位置，闭合开关S；调节滑动变阻器，使电压表满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00 V，记下电阻箱的阻值回答下列问题：(1)实验中应选择滑动变阻器_(填“R1”或“R2”)(2)根据图a所示电路将图b中实物图连线(3)实验步骤中记录的电阻箱阻值为630.0 ，

9、若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为_(结果保留到个位)(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为_(填正确答案标号)A100 A B250 AC500 A D1 mA答案(1)R1(2)见解析图(3)2 520(4)D解析(1)本实验测电压表的内阻，实验中电压表示数变化不大，则接入电阻箱后电路的总电阻变化不大，故需要滑动变阻器的最大阻值较小，故选R1可减小实验误差(2)滑动变阻器为分压式接法，实物图连线如图所示(3)电压表和电阻箱串联，两端电压分别为2.00 V和0.50 V，则RV4R2 520 .(4)电压表的满偏电流Ig A1

10、 mA，故选项D正确 考向3等效替代法测电阻如图所示，先让待测电阻串联后接到电动势恒定的电源上，调节R2，使电表指针指在适当位置读出电表示数；然后将电阻箱串联后接到同一电源上，保持R2阻值不变，调节电阻箱的阻值，使电表的读数仍为原来记录读数，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值例4如图所示的实验电路可以用来测量电阻，可供选用的实验器材如下：A待测电阻Rx(阻值约为55 )B定值电阻R0(阻值为16 )C电压表V1(03 V，内阻很大，可看成理想电压表)D电压表V2(015 V，内阻很大，可看成理想电压表)E滑动变阻器R1(5 ，2 A)F滑动变阻器R2(50 ，2 A)G蓄电池(电动势4.0 V

11、，内阻忽略不计)H单刀双掷开关、导线等(1)要完成本实验且较准确进行测量，电压表应该选用_，滑动变阻器应该选用_(填器材前面的序号)(2)实验步骤如下：按照电路图连接实验器材，单刀双掷开关空置，把滑动变阻器触头滑到最左端将单刀双掷开关掷于“1”，调节滑动变阻器触头，使得电压表读数为2.8 V将单刀双掷开关掷于“2”，_(填“向左滑动”“向右滑动”或“不再滑动”)滑动变阻器触头，观察并记录电压表读数为1.6 V.(3)根据实验数据，被测电阻的测量值Rx_ .(4)由于蓄电池内阻r的存在，Rx测量值将_真实值(填“大于”“小于”或“等于”)答案(1)CF(2)不再滑动(3)56(4)等于解析(1)

12、由于电动势为4.0 V,15 V量程的电压表量程太大，因此选用量程为3 V的电压表；最大阻值为5 的滑动变阻器会使得被测电阻两端的电压超过3 V的电压表量程，因此不能选用，只能选用最大阻值为50 的滑动变阻器(2)根据实验原理，滑动变阻器的阻值R是不能改变的，否则就不能解出Rx的值(3)根据闭合电路的欧姆定律，单刀双掷开关掷于“1”的位置时即单刀双掷开关掷于“2”的位置时即联立解得Rx56 (4)蓄电池的内电阻r与滑动变阻器电阻可当作一个整体，则r的存在不影响Rx的值 考向4电桥法测电阻(1)操作：如图甲所示，实验中调节电阻箱R3，使灵敏电流计G的示数为0.(2)原理：当IG0时，有UAB0，

13、则UR1UR3，UR2URx；电路可以等效为如图乙所示根据欧姆定律有，由以上两式解得R1RxR2R3或，这就是电桥平衡的条件，由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值例5(2017全国卷23)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100 A，内阻大约为2 500 )的内阻可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20 ，另一个阻值为2 000 )；电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 )；电源E(电动势约为1.5 V)；单刀开关S1和S2.C、D分别为两个滑动变阻器的滑片(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线(2)完成下列填空：R1的阻值为_ (填“20”或“2 0

14、00”)为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的_端(填“左”或“右”)对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 ，接通S1.将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置，最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势_(填“相等”或“不相等”)将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2 601.0 时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变待测微安表的内阻为_(结果保留到个位)(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：_.答案(1)见解析图(2)20左相等

15、2 550 (3)调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程解析(1)实物连线如图所示：(2)滑动变阻器R1采用分压式接法，为了方便调节要选择阻值较小的滑动变阻器；为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到滑动变阻器的左端对应的位置；将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 ，接通S1；将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置；最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通后在BD中无电流流过，可知B与D所在位置的电势相等；设滑片D两侧电阻分别为R21和R22，由B与D所在位置的电势相等可知，；同理，当Rz和微安表对调时，仍有；联立两式解得，RA 2 550 (3)为了提高

16、测量精度，应调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程题型二传感器类实验例6(2021辽宁省1月适应性测试12)某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系，设计了如图(a)所示的电路所用器材有：置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻RG、小灯泡和刻度尺；阻值为R的定值电阻；理想电压表；电动势为E、内阻为r的电源；开关S；导线若干实验时，先按图(a)连接好电路，然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d，记录电压表的示数U，获得多组数据如下表d/cm8.5010.0012.0013.5015.0017.00U/mV271.0220.0180.0156.7144.9114.0d/cm18.5020.

17、0022.0023.5025.00U/mV94.889.578.672.565.0回答下列问题：(1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG_(用E、r、R、U表示)；(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点，并作出Ud的非线性曲线；(3)依据实验结果可推断：光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而_(填“增大”或“减小”)；(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度大时屏幕变亮，反之变暗他设想利用光敏电阻的特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变亮；反之变暗”的功能，设计了如图(c)所示电路，则电路中_(填“R1”或“R2”)为光敏电阻，另一个为定值电阻答案

18、(1)RRr(2)见解析图(3)增大(4)R2解析(1)由闭合电路欧姆定律得E(RrRG)，得RGRRr.(2)作出第二组数据点，用平滑的曲线连起来(3)由题知，当d增大时，光照强度减小，U减小，由RGRRr可得RG增大(4)若R1为光敏电阻，因为光照强度变大，R1电阻减小，由“串反并同”可知灯泡变暗；若R2为光敏电阻，光照强度变大，R2电阻减小，通过灯泡的电流增大，灯泡变亮，故R2为光敏电阻题型三定值电阻在电学实验中的应用定值电阻在电路中的主要作用(1)保护作用：保护电表，保护电源(2)测量作用：已知电压的定值电阻相当于电流表，已知电流的定值电阻相当于电压表，主要有如图所示两种情况：图甲中流

19、过电压表V2的电流：I2；图乙中电流表A2两端的电压U2(I1I2)R；(3)扩大作用：测量电路中用来扩大电表量程；当待测电阻过小时，可串联定值电阻用来扩大待测量例7(2021湖南卷12)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；(2)开关闭合前，金属夹

20、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，所得图像如图(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答案(2)b(4)R0RA(5)见解析图解析(2)开关闭合前，为了保护

21、电路中的元件，应使电阻丝接入电路的阻值最大，根据电阻定律R可知电阻丝接入越长，接入电阻越大，金属夹应夹在电阻丝的b端(4)设圆心角为时，电阻丝接入电路中的电阻为r0，根据闭合电路欧姆定律可知EI(RAR0r0)Ir整理得结合图像的斜率和纵截距有k，d解得ErR0RA(5)实验器材中有定值电阻R0和单刀双掷开关，考虑使用等效法测量电阻丝电阻，如图原理的简单说明：将开关置于R0位置，读出电流表示数I0；将开关置于电阻丝处，调节电阻丝对应的圆心角，直到电流表示数为I0，读出此时的圆心角 ；此时r0R0，即可求得r0的数值课时精练1某同学采用如图甲所示电路测量定值电阻的阻值，实验器材如下：电压表V1(

22、量程03 V，内阻r13.0 k)；电压表V2(量程05 V，内阻r25.0 k)；滑动变阻器R；待测定值电阻Rx；电源E(电动势6.0 V，内阻不计)；开关和导线若干操作步骤如下：(1)闭合开关前，将滑动变阻器滑片置于_(选填“左端”“中间”或“右端”)(2)调节滑动变阻器，两电压表V1、V2读数分别为U1、U2，并读取多组数据，在坐标纸上描点、连线如图乙所示当电压表V1示数为3 V时，通过电阻Rx的电流大小为_ A；依据图像数据可以得出Rx的阻值为_ .(保留三位有效数字)(3)若电压表V1实际电阻小于3.0 k，则电阻Rx的测量值与真实值相比_(选填“偏大”“偏小”或“相等”)答案(1)

23、左端(2)1.001031.82103(1.791031.86103均对)(3)偏大解析(1)闭合开关前，将滑动变阻器滑片置于左端；(2)当电压表V1示数为3 V时，通过电阻Rx的电流大小为I1.00103 A，据实验电路图，则有Rx，变形得U2U1，根据U2U1图像可得斜率k1.605，则有1.605，代入r13.0 k，解得Rx1.82103 ；(3)若电压表V1实际电阻小于3.0 k，则电阻Rx的测量值与真实值相比偏大2(2021浙江6月选考18)小李在实验室测量一电阻R的阻值(1)因电表内阻未知，用如图甲所示的电路来判定电流表该内接还是外接正确连线后，合上开关S，将滑动变阻器的滑片P移

24、至合适位置单刀双掷开关K掷到1，电压表的读数U11.65 V，电流表的示数如图乙所示，其读数I1_ A；将K掷到2，电压表和电流表的读数分别为U21.75 V，I10.33 A由此可知应采用电流表_(填“内”或“外”)接法(2)完成上述实验后，小李进一步尝试用其他方法进行实验：器材与连线如图丙所示，请在虚线框中画出对应的电路图；先将单刀双掷开关掷到左边，记录电流表读数，再将单刀双掷开关挪到右边，调节电阻箱的阻值，使电流表的读数与前一次尽量相同，电阻箱的示数如图丙所示则待测电阻Rx_ .此方法_(填“有”或“无”)明显的实验误差，其理由是_答案(1)0.34外(2)见解析图5有电阻箱的最小分度与

25、待测电阻比较接近(或其他合理解释)解析(1)由电流表的表盘可知电流大小为0.34 A电压表的百分比变化为1100%5.7%电流表的百分比变化为2100%3.0%可知电压表的示数变化更明显，故采用电流表外接法(2)电路图如图电阻箱读数为R05 ，两次电路中电流相同，可得RxR05 电阻箱的最小分度和待测电阻阻值接近，这样测得的阻值不够精确，如待测电阻阻值为5.4 ，则实验只能测得其为Rx5 ，误差较大3(2021山东卷14)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RT(实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧)；电源E(电动势1

26、.5 V，内阻r约为0.5 )；电阻箱R(阻值范围09 999.99 )；滑动变阻器R1(最大阻值20 )；滑动变阻器R2(最大阻值2 000 )；微安表(量程100 A，内阻等于2 500 )；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：按图示连接电路；闭合S1、S2，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏；保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开S2，调节电阻箱，使微安表指针半偏；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“R1”或“R2”)(2)请用笔画线代替导线，在图乙中将实物图(不含

27、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6 000.00 ，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丙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”)答案(1)R1(2)见解析图(3)3 500大于(4)减小解析(1)用半偏法测量热敏电阻的阻值，尽可能让该电路的电压在S2闭合前、后保持不变，由于该支路与滑动变阻器前半部分并联，滑动变阻器的阻值越小，S2闭合前、后该部分电阻变化越小，从而电压的值变化越小，故滑动变阻器应选R1.(2)电路连接图如图所示(3

28、)微安表半偏时，该支路的总电阻为原来的2倍，即RTRA6 000 可得RT3 500 当断开S2，微安表半偏时，由于该支路的电阻增加，电压略有升高，根据欧姆定律，总电阻比原来的2倍略大，也就是电阻箱的阻值略大于热敏电阻与微安表的总电阻，而认为电阻箱的阻值等于热敏电阻与微安表的总电阻，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大(4)由于是ln RT图像，当温度T升高时，减小，从题图丙中可以看出ln RT减小，从而RT减小，因此热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐减小4某校实验小组同学在改装一电流表时，要先测出某小量程电流表G的内阻，实验器材如下：A待测电流表G(量程为500 A，内阻约为200 )；B电源(5

29、V，内阻不计)；C电压表V(量程为5 V，内阻约为4 k)；D标准定值电阻R1(200 )；E标准定值电阻R2(1 )；F滑动变阻器(最大电阻为20 )；G滑动变阻器(最大电阻为2 k)；H开关S1、S2，导线若干(1)某同学设计了一实验电路如图所示，另一同学提出所给实验器材中滑动变阻器不能满足前面这位同学设计的实验电路，请你在给出的方框中画出修改滑动变阻器后的电路图然后使用改变后的实验电路实验时，定值电阻应选择_，滑动变阻器应选择_(均填实验器材前的标号)(2)实验时，先将滑动变阻器输出电压调至最小，断开S2，闭合S1，调节滑动变阻器使电流表满偏时，电压表示数为2.0 V闭合S2，调节滑动变

30、阻器使电流表回到满偏时，电压表示数为4.2 V则待测电流表的内阻为_ .(3)若将电流表G改装成量程为3 V的电压表，则应将电流表G与阻值为_ 的电阻_(选填“串联”或“并联”)答案(1)如图所示DF(2)220(2)5 780串联解析(1)若将滑动变阻器以最大阻值2 k接入电路，可得电路中最小电流约为I833 A500 A所以不能用滑动变阻器限流接法，应采用分压接法，电路如答案图所示测量过程中，由于电流表内阻为200 左右，并联的电阻应与之差别不大，故选D；由于要采用分压接法，所以滑动变阻器应选F.(2)S2闭合前有IgS2闭合后有Ig，解得Rg220 (3)由于电流表的满偏电流为Ig，串联电阻为Rg5 780 .