回歸教材重難點17 電學實驗-2022年高考物理三輪沖刺過關（解析版）

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回歸教材重難點17電學實驗

近年高考中電學實驗題依然以課本中的實驗電阻的測量、電源的電動勢和內阻的測量、多用電表的使用、有關熱敏電阻或者光敏電阻等傳感器的有關實驗為基礎，結合基本實驗技能、實驗原理、數據處理、誤差分析等進行重新融合創(chuàng)新，來考查學生的實驗能力和科學探究能力。

在備考策略上，雖然高考實驗題很少有與教材一模一樣的實驗，但高考實驗涉及的實驗原理、處理數據的方法、實驗技能和教材展現(xiàn)的基礎知識和基本技能是相同的。因此復習備考必須立足教材實驗的拓展與創(chuàng)新，掌握常規(guī)實驗應該怎么做，還能怎么做、還能做什么，是否真正做，關注同一實驗的不同設計方法，關注同一儀器的多種用途，并能靈活運用所學實驗理論和方法解決實驗中遇到的新問題。

知識點一兩種電表的讀數方法

電表讀數先確定量程,再確定分度值(分度值=最小刻度=量程總格數),若分度值末位為1,則估讀到分度值下一位;若分度值末位不為1,則估讀數到分度值這一位。

(1)電流表:視線垂直于刻度盤表面,一般都需估讀,0~3A量程估讀到分度值的110即0.01A,0-0.6A量程估讀到分度值的12即0.01A。

(2)電壓表:視線垂直于刻度盤表面,一般都需估讀,0-3V量程估讀到分度值的110即0.01V,0-15V量程估讀到分度值的15即0.01V。

知識點二電流表的內接法和外接法

1.兩種接法的比較

項目

內接法

外接法

電路圖

誤差原因

電流表分壓,U測=Ux+UA

電壓表分流,I測=Ix+IV

電阻測量值

R測=U測I測=Rx+RA>Rx,測量值大于真實值

R測=U測I測=RxRVRx+RV<Rx,測量值小于真實值

適用條件

RA?Rx

RV?Rx

適用于測量

大電阻

小電阻

2.兩種接法的選擇

(1)阻值比較法:先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內阻進行比較,若Rx較小,宜采用電流表外接法;若Rx較大,宜采用電流表內接法。簡單概括為“大內偏大,小外偏小”。

(2)臨界值計算法

Rx<RVRA時,用電流表外接法;

Rx>RVRA時,用電流表內接法。

(3)實驗試探法:按圖所示接好電路,讓電壓表一根接頭P先后與a、b處接觸一下,如果電壓表的示數有較大的變化,而電流表的示數變化不大,則可采用電流表外接法;如果電流表的示數有較大的變化,而電壓表的示數變化不大,則可采用電流表內接法。

知識點三滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法

1.兩種接法的比較

項目

限流式接法

分壓式接法

對比說明

電路圖

串、并聯(lián)關系不同

負載R上電壓調節(jié)

范圍

RER+R0≤U≤E

0≤U≤E

分壓電路調節(jié)范圍大

負載R上電流調節(jié)

范圍

ER+R0≤I≤ER

0≤I≤ER

分壓電路調節(jié)范圍大

閉合S前滑片P

的位置

b端

a端

都是為了保護電路元件

由表可看出:滑動變阻器的分壓式接法中,電壓和電流的調節(jié)范圍很大,限流式接法較節(jié)能。

2.必須選用分壓式接法的三種情況

(1)若采用限流式接法不能控制電流(或電壓)滿足實驗要求,即若滑動變阻器阻值調到最大時,待測電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程,或超過待測電阻的額定電流(或電壓),則必須選用分壓式接法。

(2)若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多,以致在限流電路中,滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端時,待測電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大,此時應改用分壓式電路。

(3)若實驗中要求電壓從零開始調節(jié),或要求調節(jié)范圍盡量大一些,則必須采用分壓式電路。

知識點四實驗器材的選取和實物圖連接

1.電學實驗器材的選取

選取電學實驗器材主要是選取電表、滑動變阻器、電源等器材,一般要考慮以下四個方面的因素:

(1)安全因素:通過電源、電阻和電表的電流均不能超過其允許的最大電流。

(2)誤差因素:選用不同量程的電表應考慮盡可能減小測量值的相對誤差,電壓表、電流表在使用時,其指針應偏轉到滿偏刻度的13以上;使用多用電表的歐姆擋時宜選用指針盡可能在中間刻線附近的倍率擋位。

(3)便于操作:選用滑動變阻器時應考慮對外供電電壓的變化范圍既能滿足實驗要求,又便于調節(jié)。在調節(jié)滑動變阻器時,應使其大部分電阻線都可以被用到。

(4)實驗實際:除以上三個因素外,還應注重實驗實際,如所用的電源與元件的匹配問題等。

2.實物圖連接的注意事項

(1)畫線連接各元件,一般先從電源正極開始,按照電路原理圖依次到開關、滑動變阻器,按順序將主電路中串聯(lián)的元件依次連接起來;再將要并聯(lián)的元件并聯(lián)到電路中去。

(2)連線時要將導線接在接線柱上,兩條導線不能交叉。

(3)要注意電表的量程和正、負接線柱,要使電流從電表選用量程所對應的正接線柱流入,從負接線柱流出。

知識點五基本實驗

實驗

裝置圖

歸納總結

考查熱點

練習使用多用電表

①測電壓、電流擋：相當于電壓表、電流表

②測歐姆擋：閉合電路歐姆定律

③調零：機械調零、歐姆調零

④電流方向：紅表筆進，黑表筆出

①考讀數：電壓、電流、電阻擋的讀數

②考使用：歐姆表選擋、調零、規(guī)范操作等

③考黑箱：多用電表探測黑箱內的元件

④電表改裝：所需電阻或改后量程的計算

測定金屬的電阻率

①測Rx：Rx＝

eq\f(U,I)

(伏安法)

②算ρ：Rx＝ρ

eq\f(L,S)

，ρ＝

eq\f(SRx,L)

①考讀數：U、I、L及d

②考電路：電路設計或選擇、實物連線，器材選擇

③考運算：由U－I圖像求Rx、ρ

測定電源的電動勢和內阻

①伏安法：E＝U＋Ir

②安阻法：E＝I(R＋r)

③伏阻法：E＝U＋

eq\f(U,R)

r

①考電路：電路設計或選擇、實物連線或改錯，器材選擇

②考作圖：描點連線畫圖線

③考運算：由U－I或

eq\f(1,I)

－R或

eq\f(1,U)

－

eq\f(1,R)

圖像，求E、r

觀察電容器的充、放電現(xiàn)象

①安裝：按實驗裝置圖連接好電路

②觀察：開關S接1或2，仔細觀察電壓表、電流表示數的變化特點

①考現(xiàn)象：充、放電時電路中的電流情況

②考圖像：描繪I－t曲線

③考計算：由I－t曲線下的面積求電荷量

探究影響感應電流方向的因素

①安裝：按裝置連接電路

②操作：觀察線圈繞向、電流方向

③記錄：實驗現(xiàn)象

④分析：感應電流磁場方向

①考連線：正確連接電路

②考現(xiàn)象：分析指針偏轉方向

③考分析：分析多種實驗電路及實驗現(xiàn)象

④考運用：結論的運用

探究變壓器原副線圈電壓與匝數的關系

①估計：被測電壓的大致范圍

②選擇：交流電壓擋適當量程

③組裝：把兩個線圈穿在可拆變壓器鐵芯上，閉合鐵芯

④測量：輸入、輸出電壓

①考操作：改變電壓、線圈匝數前均要先斷開開關

②考注意：電壓不能超過12V，不能用手接觸裸露部件

③考選擋：先用最大量程擋試測，再選用適當量程測量

1.（2021·河北卷）某同學研究小燈泡的伏安特性，實驗室提供的器材有；小燈泡（，），直流電源（），滑動變阻器，量程合適的電壓表和電流表，開關和導線若干，設計的電路如圖1所示。

（1）根據圖1，完成圖2中的實物連線______；

（2）按照圖1連線后，閉合開關，小燈泡閃亮一下后熄滅，觀察發(fā)現(xiàn)燈絲被燒斷，原因可能是______（單項選擇，填正確答案標號）；

A．電流表短路

B．滑動變阻器的滑片接觸不良

C．滑動變阻器滑片的初始位置在b端

（3）更換小燈泡后，該同學正確完成了實驗操作，將實驗數據描點作圖，得到圖像，其中一部分如圖3所示，根據圖像計算出P點對應狀態(tài)下小燈泡的電阻為______（保留三位有效數字）。

【答案】①.②.C③.

【解析】（1）[1]電流表負極與滑動變阻器的右端的位置連接，如圖

（2）[2]開關閉合，小燈泡閃亮一下后燈絲燒斷，說明通過小燈泡的電流過大。

A．電流表內阻非常小，短路幾乎不影響通過小燈泡的電流，與燈絲燒斷無關，A錯誤；

B．滑動變阻器滑片接觸不良，無電流通過小燈泡，B錯誤；

C．滑動變阻器的滑片開始時置于端，小燈泡部分分壓達到最大，通過電流最大，可能會燒斷小燈泡燈絲，C正確；

故選C。

（3）根據小燈泡的伏安特性曲線可知在點時的電壓和電流分別為

，

根據歐姆定律可知小燈泡的電阻為

2.（2021·廣東卷）某小組研究熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律。根據實驗需要已選用了規(guī)格和量程合適的器材。

（1）先用多用電表預判熱敏電阻阻值隨溫度的變化趨勢。選擇適當倍率的歐姆擋，將兩表筆______，調節(jié)歐姆調零旋鈕，使指針指向右邊“”處。測量時觀察到熱敏電阻溫度越高，相同倍率下多用電表指針向右偏轉角度越大，由此可判斷熱敏電阻阻值隨溫度的升高而__________。

（2）再按圖連接好電路進行測量。

①閉合開關S前，將滑動變阻器的滑片滑到_______端（選填“a”或“b”）。

將溫控室的溫度設置為T，電阻箱調為某一阻值。閉合開關S，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表和電流表的指針偏轉到某一位置。記錄此時電壓表和電流表的示數、T和。斷開開關S。

再將電壓表與熱敏電阻C端間的導線改接到D端，閉合開關S。反復調節(jié)和，使電壓表和電流表的示數與上述記錄的示數相同。記錄此時電阻箱的阻值。斷開開關S。

②實驗中記錄的阻值_____（選填“大于”、“小于”或“等于”）。此時熱敏電阻阻值_____。

【答案】①.短接②.減?、?b④.大于⑤.

【解析】（1）[1][2]選擇倍率適當的歐姆檔，將兩表筆短接；歐姆表指針向右偏轉角度越大，則阻值越小，可判斷熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小。

（2）①[3]閉合開關S前，應將滑動變阻器R1的阻值調到最大，即將滑片滑到b端；

②[4][5]因兩次電壓表和電流表的示數相同，因為

即

可知R01大于R02。

3.（2021·山東卷）熱敏電阻是傳感器中經常使用的元件，某學習小組要探究一熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律?？晒┻x擇的器材有：

待測熱敏電阻（實驗溫度范圍內，阻值約幾百歐到幾千歐）；

電源E（電動勢，內阻r約為）；

電阻箱R（阻值范圍）；

滑動變阻器（最大阻值）；

滑動變阻器（最大阻值）；

微安表（量程，內阻等于）；

開關兩個，溫控裝置一套，導線若干。

同學們設計了如圖甲所示的測量電路，主要實驗步驟如下：

①按圖示連接電路；

②閉合、，調節(jié)滑動變阻器滑片P的位置，使微安表指針滿偏；

③保持滑動變阻器滑片P的位置不變，斷開，調節(jié)電阻箱，使微安表指針半偏；

④記錄此時的溫度和電阻箱的阻值。

回答下列問題：

（1）為了更準確地測量熱敏電阻的阻值，滑動變阻器應選用___________（填“”或“”）。

（2）請用筆畫線代替導線，將實物圖（不含溫控裝置）連接成完整電路__________。

（3）某溫度下微安表半偏時，電阻箱的讀數為，該溫度下熱敏電阻的測量值為___________（結果保留到個位），該測量值___________（填“大于”或“小于”）真實值。

（4）多次實驗后，學習小組繪制了如圖乙所示的圖像。由圖像可知。該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高逐漸___________（填“增大”或“減小”）。

【答案】①.②.③.3500④.大于⑤.減小

【解析】（1）[1]用半偏法測量熱敏電阻的阻值，盡可能讓該電路的電壓在S2閉合前、后保持不變，由于該支路與滑動變阻器左側部分電阻并聯(lián)，滑動變阻器的阻值越小，S2閉合前、后并聯(lián)部分電阻變化越小，從而并聯(lián)部分的電壓值變化越小，故滑動變阻器應選R1。

（2）[2]電路連接圖如圖所示

（3）[3]微安表半偏時，該支路的總電阻為原來的2倍，即

可得

[4]當斷開S2，微安表半偏時，由于該支路的電阻增加，電壓略有升高，根據歐姆定律，總電阻比原來2倍略大，也就是電阻箱的阻值略大于熱敏電阻與微安表的總電阻，而我們用電阻箱的阻值等于熱敏電阻與微安表的總電阻來計算，因此熱敏電阻的測量值比真實值偏大。

（4）[5]由于是圖像，當溫度T升高時，減小，從圖中可以看出減小，從而減小，因此熱敏電阻隨溫度的升高逐漸減小。

4.（2021·全國乙卷）一實驗小組利用圖（a）所示的電路測量一電池的電動勢E（約）和內阻r（小于）。圖中電壓表量程為，內阻：定值電阻；電阻箱R，最大阻值為；S為開關。按電路圖連接電路。完成下列填空：

（1）為保護電壓表，閉合開關前，電阻箱接入電路的電阻值可以選___________（填“5.0”或“15.0”）；

（2）閉合開關，多次調節(jié)電阻箱，記錄下阻值R和電壓表的相應讀數U；

（3）根據圖（a）所示電路，用R、、、E和r表示，得___________；

（4）利用測量數據，做圖線，如圖（b）所示：

（5）通過圖（b）可得___________V（保留2位小數），___________（保留1位小數）；

（6）若將圖（a）中的電壓表當成理想電表，得到的電源電動勢為，由此產生的誤差為___________%。

【答案】①.15.0②.③.1.55④.1.0⑤.5

【解析】（1）[1]為了避免電壓表被燒壞，接通電路時電壓表兩端的電壓不能比電表滿偏電壓大，則由并聯(lián)電路分壓可得

代入數據解得

因此選。

（3）[2]由閉合回路的歐姆定律可得

化簡可得

（5）[3][4]由上面公式可得

，

由圖象計算可得

，

代入可得

，

（6）[5]如果電壓表為理想電壓表，則可有

則此時

因此誤差為

5.（2021·遼寧卷）.某同學將一量程為250的微安表改裝成量程為1.5V的電壓表。先將電阻箱R1與該微安表串聯(lián)進行改裝，然后選用合適的電源E、滑動變阻器R2、定值電阻R3、開關S和標準電壓表對改裝后的電表進行檢測，設計電路如圖所示。

（1）微安表銘牌標示內阻為0.8k，據此計算R1的阻值應為___________k。按照電路圖連接電路，并將R1調為該阻值。

（2）開關閉合前，R2的滑片應移動到___________端。

（3）開關閉合后，調節(jié)R2的滑片位置，微安表有示數，但變化不顯著，故障原因可能是___________。（填選項前的字母）

A．1、2間斷路B．3、4間斷路C．3、5間短路

（4）排除故障后，調節(jié)R2的滑片位置，當標準電壓表的示數為0.60V時，微安表的示數為98，此時需要___________（填“增大”或“減小”）R1的阻值，以使改裝電表的量程達到預期值。

【答案】①.②.2③.AC④.減小

【解析】(1)[1]微安表內阻，滿偏電流，串聯(lián)后改裝為的電壓表，所以滿足

代入數據解得

(2)[2]開關閉合前，將滑動變阻器的滑片移動到2端，這樣測量電路部分的分壓為0，便于檢測改裝后的電表。

(3)[3]開關閉合，調節(jié)滑動變阻器，電表示數變化不明顯，說明分壓電路未起作用，可能是1、2之間斷路或者3、5間短路，整個電路變?yōu)橄蘖骶€路，滑動變阻器的阻值遠小于檢測電表的電路部分的電阻，所以微安表示數變化不明顯；若是3、4間斷路，電路斷開，微安表無示數。

故選AC。

(4)[4]標準電壓表的示數為，若改裝電壓表也為，此時微安表的示數為

但此時微安表示數為，說明的阻值偏大，所以應該減小的阻值。

5.（2021·天津卷）隨著智能手機的廣泛應用，充電寶成為手機及時充電的一種重要選擇。充電寶可以視為與電池一樣的直流電源。一充電寶的電動勢約為，內阻很小，最大放電電流為，某實驗小組測定它的電動勢和內阻。他們剝開充電寶連接線的外絕緣層，里而有四根導線，紅導線為充電寶的正極，黑導線為充電寶的負極，其余兩根導線空置不用，另有滑動變阻器R用于改變電路中的電流，定值電阻，兩只數字多用電表M、N，兩表均為理想電表，并與開關S連成如圖所示電路。

①圖中測量電流的電表是___________，測量電壓的電表是___________。（均填寫字母“M”或“N”）

②調節(jié)滑動變阻器，測得多組I、U數據，記錄如下表，其中只有一個數據記錄有誤，審視記錄的數據，可以發(fā)現(xiàn)表中第___________次的記錄數據有誤。（填測量次數的序號）

次數

1

2

3

4

5

6

7

電流

0.299

0.477

0.684

0877

1.065

1.281

1.516

電壓

4.970

4.952

4.932

4.942

4.894

4.872

4.848

③電路中接入可以達到下列哪個效果。___________（填選項前的字母）

A．使測電流的電表讀數變化明顯B．為了更準確地測量充電寶內阻

C．避免使充電寶的放電電流過大D．減小測量電壓的電表分流作用

【答案】①.N②.M③.4④.C

【解析】①[1]器件N串聯(lián)在電路中，測量干路電流，所以N為電流表；

[2]器件M一端接在開關上，另一端接在充電寶的負極，閉合開關后相當于并聯(lián)在電源兩端，所以M為電壓表，測量路端電壓；

②[3]題中表格的電流不斷增大，根據閉合電路歐姆定律可知路端電壓不斷減小，電壓表的示數不斷減小，所以第4次的記錄數據有誤；

③[4]因為充電寶的內阻很小，所以電阻串聯(lián)在電路中，起保護電路的作用，避免使充電寶的放電電流過大損壞電路中的器件。

故選C。

6．（2021·山東濟南市高三一模）某興趣小組用如圖甲所示的電路測量待測電阻Rx的阻值（約為400Ω），圖中G（Rg=100Ω）為量程10mA的靈敏電流計，R0為定值電阻（R0=100Ω），R為滑動變阻器（阻值范圍0~10Ω）。

(1)按照圖甲所示的電路圖，在答題紙上將圖乙中的器材實物連線補充完整；______

(2)將滑動變阻器置于適當位置后，閉合開關S1。將單刀雙擲開關S2接1端，改變滑動變阻器滑片位置，記錄此時電流計的示數I1；保持滑動變阻器滑片不動，將S2接2端，記錄此時電流計的示數I2。忽路電路中M、N兩點間的電壓變化，則待測電阻Rx的阻值的表達式為Rx=______；（用I1、I2、R0、Rx表示）

(3)改變滑動變阻器滑片位置，重復上述步驟，得到下表中4組數據：

1

2

3

4

I1/mA

6.50

5.50

4.40

3.30

I2/mA

5.28

4.56

3.66

2.74

1.23

1.21

1.20

1.20

利用表中數據，可以求得Rx=______Ω；（保留3位有效數字）

(4)若考慮電阻變化對電路的影響，Rx的測量值______（填“大于”、“小于”或“等于”）真實值。

【答案】476大于

【解析】(1)[1]按原理圖連接實物圖如圖所示

(2)[2]由實驗原理可知

得

(3)[3]由表格可知的平均值為1.21，代入可得

(4)[4]若考慮電阻變化對電路的影響，則有

則，由此可知，測量值比真實值偏大。

7．（2021·北京朝陽區(qū)高三一模）（1）通過實驗測量某金屬絲的電阻率。

①用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，測量示數如圖1所示，可得金屬絲直徑的測量值d=_____________mm。

②將該金屬絲繞在陶瓷管上，電阻值約為25Ω。除了開關、若干導線之外還提供了如表1所示的器材：

表1

器材名稱

規(guī)格

電壓表

量程0~3V（內阻約為3kΩ）

0~15V（內阻約為15kΩ）

電流表

量程0~0.6A（內阻約為0.1Ω）

0~3A（內阻約為0.02Ω）

滑動變阻器

總電阻為10Ω

直流電源

電動勢6V和12V

為較準確測量該金屬絲的阻值，某同學用所給器材組成實驗電路，如圖2所示。圖中某個器材的連接有不當之處，該器材是___________，理由是_________________________。

③若測得金屬絲的長度為L，直徑為d，電阻為R，則金屬絲的電阻率ρ=_____________。

（2）家庭裝修時需要根據用電功率的不同選擇相應粗細的導線，表2是不同橫截面積的銅導線常溫下允許的負載電流范圍。小明家正在裝修，配備電器如表3所示，請你幫助他在安全、經濟的原則下選擇粗細合適的總干路導線，其序號為_______________，寫出選擇依據：__________。

表2

導線序號

橫截面積（mm2）

允許長期負載電流（A）

A

1.0

6~8

B

1.5

8~15

C

2.5

16~25

D

4.0

25~32

E

6.0

32~40

F

10.0

50~65

G

16.0

70~90

表3

電器名稱

電功率（W）

電器名稱

電功率（W）

空調機

2000-3000

抽油煙機

100

電冰箱

50-150

電熱水器

2000

洗衣機

400

吸塵器

800

電水壺

1000

電腦設備

200

電飯煲

800

電視機

100

微波爐

1000

其他常用

600

【答案】0.346~0.349滑動變阻器無法實現(xiàn)調節(jié)且易發(fā)生短路F依據及家庭電路電壓可得干路電流約為50A

【解析】(1)①[1]金屬絲直徑的測量值0.01mm×34.7=0.347mm

②[2][3]圖中滑動變阻器應該采用分壓電路，圖中的接法無法實現(xiàn)調節(jié)且易發(fā)生短路；

③[4]若測得金屬絲的長度為L，直徑為d，電阻為R，則根據，金屬絲的電阻率

(2)[5][6]家電總功率為P=10kW左右，則干路電流，接近50A，則應該選用的導線是F；

8．（2021·山東高三一模）多用電表是實驗室中必備的儀器，用它的歐姆擋測電阻方便簡單，現(xiàn)某實驗小組對多用電表的歐姆擋進行了以下研究。

（1）使用多用電表歐姆擋測電阻時，下列說法正確的是___________；

A．測量電路中某個電阻的阻值時，應該把該電阻與電路斷開

B．測量電阻時