新高考物理二輪復習重難點專練重難點14 電學實驗（原卷版）

重難點14電學實驗1.命題情境具有一定的問題性、真實性、探究性或開放性。試題的任務情境呈現(xiàn)出類型多樣、、具有一定復雜程度和開放性等特點的真實情境。電學實驗以電學量測量為基礎，借助數(shù)學知識探究較為抽象的物理量。2.高考在考查電學實驗知識的同時也注重考查實驗能力,并且把對能力的考查放在首要位置。3.命題中更多出現(xiàn)數(shù)字實驗，創(chuàng)新實驗方式等數(shù)字實驗室系統(tǒng)，它們利用傳感數(shù)據(jù)采集器等收集實驗數(shù)據(jù)，用計算機軟件分析實驗數(shù)據(jù)、得出實驗結(jié)論。試題經(jīng)常出現(xiàn)利用數(shù)字實驗或云技術平揮決一些用常規(guī)方法難以實現(xiàn)的疑難實驗，或利用手機等信息技術工具捷地解決某些物理學習問題。4.電學設計性實驗題充分體現(xiàn)了探究性和應用性,源于教材卻又高于教材,側(cè)重考查同學們的綜合實驗素質(zhì)和利用基本原理,方法進行創(chuàng)新的能力,力求達到“只有親自動手做過實驗并能進行再思考的考生才能得高分”的命題思想。5.電學實驗主要考查電阻率的測量、電源電動勢和內(nèi)阻的測量、了解伏安法、差值法、半偏法、等效法、電橋法等測電阻的方法。會用傳感器控制電路、設計相關實驗方案.學會替換和改裝電表進行實驗.會利用電學實驗知識探究創(chuàng)新實驗方案。（建議用時：30分鐘）一、實驗題1．（2023·山東棗莊·統(tǒng)考三模）光伏電池是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，由于其能量來源于“取之不盡”的太陽能輻射，而且清潔、安全、無污染，目前已廣泛應用于人們生活的各個方面。小明家里就安裝了一套太陽能庭院燈，小明和科技小組的同學拆下了其中的光伏電池，欲測量其電動勢和內(nèi)阻。通過查閱銘牌，他們了解到電池規(guī)格為“SKIPIF1<0”，高亮度LED照明燈的規(guī)格為“3W10V”。（1）若通過分壓電阻保證LED燈正常發(fā)光，則給光伏電池充滿電后，理論上可使LED燈連續(xù)照明h；（2）實驗室可提供的器材如下：①電流表A（量程0.6A，內(nèi)阻約為SKIPIF1<0）②電壓表V（量程15V，內(nèi)阻約為SKIPIF1<0）③滑動變阻器SKIPIF1<0（SKIPIF1<0）④電阻箱SKIPIF1<0（最大阻值SKIPIF1<0，最小分度SKIPIF1<0）⑤電阻箱SKIPIF1<0（最大阻值SKIPIF1<0，最小分度SKIPIF1<0）⑥單刀單擲開關SKIPIF1<0、單刀雙擲開關SKIPIF1<0及導線若干為測量該電池的電動勢和內(nèi)阻，該小組設計了如圖甲所示的電路，并按以下步驟進行操作：①閉合開關SKIPIF1<0，斷開開關SKIPIF1<0，調(diào)節(jié)滑動變阻器SKIPIF1<0使電流表指針滿偏；②保持滑片P不動，把開關SKIPIF1<0與1接通，調(diào)節(jié)電阻箱使電流表指針半偏，讀出電阻箱的阻值SKIPIF1<0，則可得電流表的內(nèi)阻SKIPIF1<0，該測量值真實值（選填“大于”“小于”或“等于”），其中電阻箱應選擇（選填“SKIPIF1<0”或“SKIPIF1<0”）；③閉合開關SKIPIF1<0，把開關SKIPIF1<0與2接通，調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值，記下多組電流表的示數(shù)I和相應電壓表的示數(shù)U；④以U為縱坐標，I為橫坐標，作出SKIPIF1<0圖線如圖乙所示，圖線斜率為k，縱截距為b，根據(jù)圖線求得電動勢SKIPIF1<0，內(nèi)阻SKIPIF1<0；（3）在不計電流表內(nèi)阻測量誤差的情況下，測量電動勢和內(nèi)阻時電流表和電壓表（選填“會”或“不會”）引起系統(tǒng)誤差。2．（2024·海南·校聯(lián)考一模）有一溫度敏感元件，室溫下它的阻值約為SKIPIF1<0，某實驗小組想要研究這溫度敏感元件的電阻與溫度的關系，實驗室可供選擇的實驗器材還有：A．電壓表V（量程SKIPIF1<0，內(nèi)阻約為SKIPIF1<0）B．電流表A（量程SKIPIF1<0，內(nèi)阻約為SKIPIF1<0）C．滑動變阻器SKIPIF1<0（阻值范圍SKIPIF1<0，允許的最大電流為SKIPIF1<0）D．滑動變阻器SKIPIF1<0（阻值范圍SKIPIF1<0，允許的最大電流為SKIPIF1<0）E.干電池2節(jié)F.開關、導線若干（1）實驗過程中要求流過被測元件的電流從零開始逐漸增加，滑動變阻器應該選用（填器材前面的字母序號）。（2）請用筆畫線代替導線將圖中實驗電路的實物圖補充完整。（3）被測元件的阻值R可根據(jù)電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I求出，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器接入電路的阻值，得到多組U、I數(shù)據(jù)，并對應求出多個R值。根據(jù)測得的數(shù)值作出如圖所示的SKIPIF1<0圖像，根據(jù)圖像可知，這一溫度敏感元件屬于（填選項前的字母序號）。A．金屬材料制成的熱敏電阻

B．半導體材料制成的熱敏電阻（4）當電壓表讀數(shù)為SKIPIF1<0時，被測元件的發(fā)熱功率為W（用分數(shù)表示），室溫狀態(tài)下被測元件的阻值為SKIPIF1<0（保留2位有效數(shù)字）。3．（2023·浙江寧波·統(tǒng)考模擬預測）某同學買了一卷銅導線，想在不拆散導線卷情況下，測定帶卷銅導線的長度。（1）該同學剝?nèi)Ь€末端的少許絕緣皮，用螺旋測微器測銅導線直徑，如圖（a）所示，該銅導線直徑為mm。

（2）該同學找來實驗器材來測量該卷銅導線的總電阻R?，電路圖如圖（b），其中R1=0.6Ω，R2=100Ω，G為靈敏電流計，R3為電阻箱，電路其余部分電阻均不計。①開關閉合前，滑動變阻器滑片應置于端（填“A”或“B”）；②閉合開關并移動變阻器滑片，發(fā)現(xiàn)電流計有示數(shù)。調(diào)節(jié)電阻箱，使電流計指針穩(wěn)定指向中央零刻度線，此時電阻箱阻值如圖（c），則該卷銅導線的電阻為Ω；③已知銅導線的電阻率為SKIPIF1<0，該同學測得導線的實際長度為m（π取3.14，保留一位小數(shù)）。4．（2023·安徽·校聯(lián)考二模）某實驗小組要測量一段粗細均勻的金屬絲的電阻率。（1）用螺旋測微器測待測金屬絲的直徑如圖甲所示，可知該金屬絲的直徑SKIPIF1<0mm。（2）用多用電表粗測金屬絲的阻值。當用電阻“SKIPIF1<0”擋時，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過大，應換用倍率為（填“SKIPIF1<0”或“SKIPIF1<0”）擋，在進行一系列正確操作后，指針靜止時位置如圖乙所示，其讀數(shù)為SKIPIF1<0。（3）為了更精確地測量金屬絲的電阻率，實驗室提供了下列器材：A．電流表A（量程0.6A，內(nèi)阻較小可忽略）B．保護電阻SKIPIF1<0C．電源（輸出電壓恒為U）D．開關S、導線若干①實驗小組設計的測量電路如圖丙所示，調(diào)節(jié)接線夾在金屬絲上的位置，測出接入電路中金屬絲的長度L，閉合開關，記錄電流表A的讀數(shù)I。②改變接線夾位置，重復①的步驟，測出多組L與I的值。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，作出如圖丁所示的圖線，橫軸表示金屬絲長度L（單位：m），則縱軸應用（填“I/A”或“SKIPIF1<0”）表示；若縱軸截距為b，斜率為k，可得SKIPIF1<0，金屬絲的電阻率SKIPIF1<0（用題中給出的已知物理量U、b、k、d等表示）。③關于本實驗的誤差，下列說法正確的是（填選項字母）。A．電表讀數(shù)時為減小誤差應多估讀幾位B．用圖像求金屬絲電阻率可以減小偶然誤差C．若考慮電流表內(nèi)阻的影響，電阻率的測量值大于真實值5．（2023·天津濱海新·天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)第一中學校聯(lián)考二模）實驗課上某同學測量一個均勻新材料制成的圓柱體電阻SKIPIF1<0的電阻率SKIPIF1<0。①該同學首先用游標卡尺測得該圓柱體的長度，再用螺旋測微器測得該圓柱體的直徑d如圖甲所示，則SKIPIF1<0SKIPIF1<0；②該同學用多用電表粗略測得該圓柱體電阻約為SKIPIF1<0，為精確測量其電阻阻值，現(xiàn)有SKIPIF1<0的干電池組、開關和若干導線及下列器材：A．電壓表SKIPIF1<0，內(nèi)阻約SKIPIF1<0B．電流表SKIPIF1<0，內(nèi)阻SKIPIF1<0C．定值電阻SKIPIF1<0D．定值電阻SKIPIF1<0E．滑動變阻器SKIPIF1<0測量電路如圖乙所示，圖中分流電阻SKIPIF1<0應選（填器材前面的序號）；某次實驗中電壓表讀數(shù)為U、電流表讀數(shù)為I，則該圓柱體的電阻表達式為SKIPIF1<0（用字母SKIPIF1<0表示）。6．（2024·山東德州·校聯(lián)考模擬預測）心臟除顫器通過一個充電的電容器對心顫患者皮膚上的兩個電極板放電，讓一部分電荷通過心臟，使心臟完全停止跳動，再刺激心顫患者的心臟恢復正常跳動?，F(xiàn)用圖甲所示電路觀察心臟除顫器中電容器的充、放電過程。電路中的電流傳感器可以捕捉瞬時的電流變化，它與計算機相連，可顯示電流隨時間的變化。圖甲直流電源電動勢SKIPIF1<0、內(nèi)阻不計，充電前電容器帶電量為零。先使S與“1”端相連，電源向電容器充電。充電結(jié)束后，使S與“2”端相連，直至放電完畢。計算機記錄的電流隨時間變化的SKIPIF1<0曲線如圖乙所示。（1）在電容器充電與放電過程中，通過電阻SKIPIF1<0的電流方向（選填“相同”或“相反”）。（2）圖像陰影為SKIPIF1<0曲線圖像與對應時間軸所圍成的面積，乙圖中陰影部分的面積SKIPIF1<0SKIPIF1<0（選填“>”、“<”或“=”）。（3）已知SKIPIF1<0，則該電容器的電容值為F。（保留兩位有效數(shù)字）（4）由甲、乙兩圖可判斷阻值SKIPIF1<0SKIPIF1<0（選填“>”或“<”）。7．（2023·北京房山·統(tǒng)考二模）實驗測量、實驗操作、數(shù)據(jù)分析和誤差分析是物理實驗的重要環(huán)節(jié)。（1）用10分度的游標卡尺測量某物體直徑如圖所示，則直徑d=cm。（2）在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系”的實驗中，如圖所示為所用實驗器材，可拆變壓器，學生電源，數(shù)字萬用表。關于本實驗，下列說法正確的是。A．為了保證人身安全，只能使用低壓交流電源，原線圈所接電壓不超過12VB．為了保證人身安全，變壓器通電后不要用手接觸裸露的導線或接線柱C．變壓器正常工作后，通過鐵芯導電將電能從原線圈傳遞到副線圈D．使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋測試，大致確定電壓后再選用適當?shù)膿跷贿M行測量（3）現(xiàn)將數(shù)字多用電表的選擇開關旋至最合適的擋位后，分別測量原線圈匝數(shù)為n1時的輸入電壓U1和副線圈匝數(shù)為n2時的輸出電壓U2，數(shù)據(jù)如下表。原線圈匝數(shù)n1（匝）副線圈匝數(shù)n2（匝）輸入電壓U1（V）輸出電壓U2（V）1002004.328.271008004.3233.904008004.338.2640016004.3316.52①在誤差允許范圍內(nèi)，表中數(shù)據(jù)基本符合規(guī)律。②進一步分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)輸出電壓比理論值偏小，請分析原因。8．（2023·浙江·校聯(lián)考一模）某科技小組對充電寶不同電量時的電動勢和內(nèi)阻進行了研究。A小組的同學對電量百分比為SKIPIF1<0的充電寶進行了如下實驗：兩只數(shù)字多用表分別作為電壓表和電流表；滑動變阻器SKIPIF1<0用于改變電路中的電流；SKIPIF1<0作為保護電阻，以防止滑動變阻器調(diào)節(jié)過度導致短路；電路中的電源為充電寶，通過充電寶的連接線接入電路。剝開充電寶連接線的外絕緣層，里面有四根導線，紅導線為充電寶的正極，黑導線為負極，其余兩根導線空置不用。實物電路如圖甲所示。

（1）圖甲中作為電流表的多用電表是（填“A”或“B”）。（2）通過實驗作出SKIPIF1<0圖像如圖乙所示，則可得到充電寶的電動勢SKIPIF1<0，內(nèi)阻SKIPIF1<0（計算結(jié)果保留兩位小數(shù)）。（3）若考慮電表內(nèi)阻，則充電寶內(nèi)阻測量的結(jié)果（選填“偏大”“準確”“偏小”）。B小組的同學利用如下器材對電量百分比為SKIPIF1<0的同一充電寶進行了實驗：除蓄電池、開關、導線外，可供使用的實驗器材還有A．電阻箱SKIPIF1<0（量程為SKIPIF1<0）B．電壓表SKIPIF1<0（量程SKIPIF1<0，內(nèi)阻SKIPIF1<0）C．定值電阻SKIPIF1<0D．定值電阻SKIPIF1<0小組同學將電壓表進行了改裝為量程為SKIPIF1<0后用如圖丙所示電路圖進行測量。

（4）在1、2處分別放上定值電阻，則1處應選擇的定值電阻為（填“SKIPIF1<0”或者“SKIPIF1<0”）。（5）電壓表的讀數(shù)為SKIPIF1<0，電阻箱的讀數(shù)為SKIPIF1<0，將測得的數(shù)據(jù)繪制成SKIPIF1<0圖像，如圖丁所示，可得出的結(jié)論為當充電寶的電量百分比發(fā)生變化時，其電動勢將，內(nèi)阻（以上兩空均選填“變大”“變小”或“基本不變”）。電阻率的測量原理由R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝eq\f(RS,l)＝eq\f(πd2R,4l)，因此，只要測出金屬絲的長度l、直徑d和金屬絲的電阻R，即可求出金屬絲的電阻率ρ.二、測電動勢和內(nèi)電阻的原理1.伏安法2.安阻法閉合電路的歐姆定律E＝IR＋Ir，電路圖如圖所示．3.伏阻法閉合電路歐姆定律E＝U＋eq\f(U,R)r，電路圖如圖所示．電表的改裝與校準電表的兩種改裝的比較改裝成大量程電壓表改裝成大量程電流表內(nèi)部電路改裝原理串聯(lián)分壓并聯(lián)分流所需電阻阻值R＝eq\f(U,Ig)－RgR＝eq\f(Ug,I－Ig)改裝后的量程U＝Ig(Rg＋R)I＝eq\f(R＋Rg,R)Ig校準電路測量電路與控制電路的選擇1．電流表的內(nèi)、外接法內(nèi)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＝eq\f(U測,I測)＝Rx＋RA>Rx測量值大于真實值R測＝eq\f(U測,I測)＝eq\f(RxRV,Rx＋RV)<Rx測量值小于真實值適用于測量大阻值電阻小阻值電阻兩種電路選擇標準當RA?Rx或Rx>eq\r(RARV)時，選用電流表內(nèi)接法當RV?Rx或Rx<eq\r(RARV)時，選用電流表外接法2.滑動變阻器兩種連接方式的對比限流接法分壓接法對比說明電路圖串、并聯(lián)關系不同負載R上電壓調(diào)節(jié)范圍(不計電源內(nèi)阻)eq\f(RE,R＋R0)≤U≤E0≤U≤E分壓電路調(diào)節(jié)范圍大閉合S前觸頭位置b端a端都是為了保護電路元件3.滑動變阻器兩種接法的選擇滑動變阻器的最大阻值和用電器的阻值差不多且不要求電壓從零開始變化，通常情況下，由于限流式結(jié)構(gòu)簡單、耗能少，優(yōu)先使用限流式．滑動變阻器必須接成分壓電路的幾種情況：①要求電壓表能從零開始讀數(shù)，要求電壓(電流)測量范圍盡可能大；②當待測電阻Rx?R(滑動變阻器的最大阻值)時(限流式接法滑動變阻器幾乎不起作用)；③若采用限流式接法，電路中的最小電流仍超過電路中電表、電阻允許的最大電流．五、差值法測電阻1．電流表差值法(如圖所示)(1)基本原理：定值電阻R0的電流I0＝I2－I1，電流表的電壓U1＝(I2－I1)R0.(2)可測物理量：①若R0為已知量，可求得電流表的內(nèi)阻r1＝eq\f((I2－I1)R0,I1)；②若r1為已知量，可求得R0＝eq\f(I1r1,I2－I1).2．電壓表差值法(如圖所示)(1)基本原理：定值電阻R0的電壓U0＝U2－U1，電壓表的電流I1＝eq\f(U2－U1,R0).(2)可測物理量：①若R0為已知量，可求得電壓表的內(nèi)阻r1＝eq\f(U1,U2－U1)R0；②若r1為已知量，可求得R0＝eq\f(U2－U1,U1)r1.半偏法測電表內(nèi)阻1．電流表半偏法(電路圖如圖所示)(1)實驗步驟①先斷開S2，再閉合S1，將R1由最大阻值逐漸調(diào)小，使電流表讀數(shù)等于其量程Im；②保持R1不變，閉合S2，將電阻箱R2由最大阻值逐漸調(diào)小，當電流表讀數(shù)等于eq\f(1,2)Im時記錄下R2的值，則RA＝R2.(2)實驗原理當閉合S2時，因為R1?RA，故總電流變化極小，認為不變?nèi)詾镮m，電流表讀數(shù)為eq\f(Im,2)，則R2中電流為eq\f(Im,2)，所以RA＝R2.(3)誤差分析①測量值偏?。篟A測＝R2＜RA真．②原因分析：當閉合S2時，總電阻減小，總電流增大，大于原電流表的滿偏電流，而此時電流表半偏，所以流經(jīng)R2的電流比電流表所在支路的電流大，R2的電阻比電流表的電阻小，而我們把R2的讀數(shù)當成電流表的內(nèi)阻，故測得的電流表的內(nèi)阻偏?。蹨p小誤差的方法：選電動勢較大的電源E，選阻值非常大的滑動變阻器R1，滿足R1?RA.2．電壓表半偏法(電路圖如圖所示)(1)實驗步驟①將R2的阻值調(diào)為零，閉合S，調(diào)節(jié)R1的滑動觸頭，使電壓表讀數(shù)等于其