版高考物理二轮复习第1部分专题6物理实验第2讲电学实验教案.docx

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版高考物理二轮复习第1部分专题6物理实验第2讲电学实验教案

电学实验

[高考统计·定方向]（教师授课资源）

　以测电阻为核心的实验（5年9考）

1.（2018·全国卷Ⅱ·T22）某同学组装一个多用电表。

可选用的器材有：

微安表头（量程100μA，内阻900Ω）；电阻箱R1（阻值范围0～999.9Ω）；电阻箱R2（阻值范围0～99999.9Ω）；导线若干。

要求利用所给器材先组装一个量程为1mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3V的直流电压表。

组装好的多用电表有电流1mA和电压3V两挡。

回答下列问题：

（1）在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。

（2）电阻箱的阻值应取R1＝______Ω，R2＝________Ω。

（保留到个位）

[解析]　

（1）微安表头改装成电流表需要并联一个小电阻，电流表改装成一个电压表需要串联一个大电阻，所以并联的电阻箱应为R1，串联的电阻箱应为R2，电路如答案图所示。

（2）微安表头改装成电流表需要并联一个小电阻R1＝

＝100Ω，电流表改装成一个电压表应串联一个大电阻R2＝

＝2910Ω。

[答案]　

（1）如图所示

（2）100　2910

2．（2019·全国卷Ⅰ·T23）某同学要将一量程为250μA的微安表改装为量程为20mA的电流表。

该同学测得微安表内阻为1200Ω，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（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）。

（a）　　　　　　　　　　（b）　　

（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16.0mA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）

A．18mAB．21mA

C．25mAD．28mA

（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1200Ω

B．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1200Ω

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）量程为250μA的微安表改装成量程为20mA的电流表，量程扩大了80倍，需要将定值电阻与微安表并联，然后根据题图（a）的原理图连线。

（2）当标准毫安表示数为16.0mA时，对应的微安表读数为160μA，说明量程扩大了100倍，因此所改装的电表量程是25mA，选项C正确。

（3）当标准毫安表示数为16.0mA时，对应的微安表读数应为200μA，而实际测量时微安表读数为160μA，实际测量时微安表读数偏小，若R值计算无误，而微安表内阻测量错误，则说明微安表实际内阻大于1200Ω，选项A正确，B错误；若微安表内阻测量无误，而R值计算错误，则并联接入的电阻的阻值偏小，R的分流较大，导致微安表中电流较小，选项C正确，D错误。

（4）预期目的是将量程为250μA的微安表改装成量程为20mA的电流表，量程扩大80倍，根据并联电路规律有IgRg＝79IgkR；当标准毫安表示数为16.0mA时，对应的微安表读数为160μA，量程扩大了100倍，根据并联电路规律有IgRg＝99IgR；联立解得k＝

。

[答案]　

（1）连线如图所示　

（2）C　（3）AC　（4）

3．（2019·全国卷Ⅲ·T23）某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100μA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15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度。

可选用的器材还有：

定值电阻R0（阻值14kΩ），滑动变阻器R1（最大阻值1500Ω），滑动变阻器R2（最大阻值500Ω），电阻箱（0～99999.9Ω），干电池（E＝1.5V，r＝1.5Ω），红、黑表笔和导线若干。

（a）

（1）欧姆表设计

将图（a）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“R1”或“R2”）。

（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（b）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________、________。

（b）

（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（c）所示，则电阻箱接入的阻值为________Ω。

（c）

[解析]　

（1）由题知当两表笔间接入15kΩ的电阻时，电流表示数为50μA，由闭合电路欧姆定律有

＝

，代入数据解得R＝900Ω，所以滑动变阻器选择R1。

（2）欧姆表的内阻Rg′＝Rg＋r＋R0＋R＝15kΩ，当电流为25μA时有

＝

⇒Rx′＝3Rx＝45kΩ；当电流为75μA时有

＝

⇒Rx″＝

Rx＝5kΩ。

（3）红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向0kΩ处。

题图（c）中电阻箱读数为35000.0Ω。

[答案]　

（1）如图所示　900　R1　

（2）45　5　（3）0　35000.0

[教师备选题]

1．（2018·全国卷Ⅲ·T23）一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图中R0为标准定值电阻（R0＝20.0Ω）；

可视为理想电压表；S1为单刀开关，S2为单刀双掷开关；E为电源；R为滑动变阻器。

采用如下步骤完成实验：

（1）按照实验原理线路图（a），将图（b）中实物连线；

（a）　　　　　　　　（b）

（2）将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合S1；

（3）将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表

的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表

的示数U2；

（4）待测电阻阻值的表达式Rx＝________（用R0、U1、U2表示）；

（5）重复步骤（3），得到如下数据：

1

2

3

4

5

U1/V

0.25

0.30

0.36

0.40

0.44

U2/V

0.86

1.03

1.22

1.36

1.49

3.44

3.43

3.39

3.40

3.39

（6）利用上述5次测量所得

的平均值，求得Rx＝________Ω。

（保留一位小数）

[解析]　开关S2掷于1端，由欧姆定律可得通过Rx的电流I＝

；将开关S2掷于2端，R0和Rx两端电压为U2，Rx两端电压为U＝U2－U1，由欧姆定律可得待测电阻阻值Rx＝

＝

R0＝

R0。

5次测量所得

的平均值为

（3.44＋3.43＋3.39＋3.40＋3.39）＝3.41，代入得Rx＝（3.41－1）×20.0Ω＝48.2Ω。

[答案]　

（1）实物连线如图

（4）

R0　（6）48.2

2.（2017·全国卷Ⅱ·T23）某同学利用如图所示的电路测量一微安表（量程为100μA，内阻大约为2500Ω）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20Ω，另一个阻值为2000Ω）；电阻箱Rz（最大阻值为99999.9Ω）；电源E（电动势约为1.5V）；

单刀开关S1和S2.C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。

（1）按原理图将图中的实物连线。

（2）完成下列填空：

①R1的阻值为________Ω（填“20”或“2000”）。

②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。

③将电阻箱Rz的阻值置于2500.0Ω，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”）。

④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2601.0Ω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________Ω（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：

________。

[解析]　

（1）根据题中的原理图（a），将题图（b）中的实物连线如图所示。

（2）①R1起分压作用，应选用最大阻值较小的滑动变阻器，即R1的电阻为20Ω。

②为了保护微安表，闭合开关前，滑动变阻器R1的滑片C应移到左端，确保微安表两端电压为零。

③反复调节D的位置，使闭合S2前后微安表的示数不变，说明闭合后S2中没有电流通过，B、D两点电势相等。

④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2601.0Ω时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变。

说明

＝

，则解得RμA＝2550Ω。

（3）要提高测量微安表内阻的精度，可调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程。

[答案]　

（1）见解析图

（2）①20　②左　③相等　④2550　

（3）调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程

3．（2017·全国卷Ⅲ·T23）图（a）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；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头Ⓖ的满偏电流为250μA，内阻为480Ω。

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1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA挡，欧姆×100Ω挡。

（a）

（b）

（1）图（a）中的A端与________（选填“红”或“黑”）色表笔相连接。

（2）关于R6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R6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R6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R6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R1＋R2＝________Ω，R4＝____________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”连接的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”连接的，则读数为________；若此时B端是与“5”连接的，则读数为________。

（结果均保留三位有效数字）

[解析]　

（1）A端与电池正极相连，电流从A端流出，A端与黑色表笔相连。

（2）使用多用电表前，应机械调零，即应调整“指针定位螺丝”，使指针指在表盘左端电流“0”位置，与R6无关，选项A错；使用欧姆挡时，需要红、黑表笔短接，使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置，选项B对；使用电流挡时，B端与“1”或“2”相连，与R6无关，C错。

（3）B端与“1”“2”相连时，该多用电表挡位分别为直流2.5mA挡、直流1mA挡，如图甲所示，由电表的改装原理可知，B端与“2”相连时，有I2＝Ig＋

，解得R1＋R2＝160Ω；B端与“4”相连时，如图乙所示，多用电表为直流电压1V挡，表头并联部分电阻R0＝

，R4＝

－R0＝880Ω。

（4）B端与“1”相连时，电表读数为1.47mA；B端与“3”相连时，多用电表为欧姆×100Ω挡，读数为11.0×100Ω＝1.10×103Ω；B端与“5”相连时，多用电表为直流电压5V挡，读数为2.95V。

[答案]　

（1）黑　

（2）B　（3）160　880

（4）1.47mA　1.10×103Ω　2.95V

1．伏安法测电阻必明确的7个要点

（1）仪表选择的三个原则：

安全性（量程不能太小）、准确性（量程不能太大）、方便性（滑动变阻器要方便调节）。

（2）选择电流表内外接法的口诀：

“好表要内接”（越接近理想电流表，其分压的影响越小）或“内大大”（大电阻适合电流表内接法，测量值比实际值偏大）。

（3）选择滑动变阻器接法的口诀：

“以小控大用分压”（并联总电阻主要由小电阻决定，并联总电流主要由电阻小的支路决定，故并联电路对小电阻的变化更敏感，即小电阻“控制”着大电阻）。

（4）电表有时可反常规使用：

已知内阻的电压表可当电流表使用，已知内阻的电流表可当电压表使用。

（5）定值电阻的常见用途：

保护电路、分压或分流。

（6）电压表量程的选择：

比电源电动势略大或相差不多。

（7）电流表量程的选择：

和电压表量程与被测电阻的比值相差不多。

2．测电表内阻常见的7种实验方案

考向1　多用电表的原理及使用

1．（易错题）某同学制作了一个简单的多用电表，图甲为多用电表的内部电路图。

已知选用的电流表的内阻Rg＝5Ω、满偏电流Ig＝25mA，当选择开关接3时为量程为0～100V的电压表。

该多用电表表盘如图乙所示，下排刻度均匀，C为上排刻度线的中间刻度，由于该同学粗心，上排刻度线对应数据没有标出。

（1）若指针指在图乙所示位置，选择开关接1时其读数为________；选择开关接3时其读数为________。

（2）为了测该多用电表欧姆挡的内阻和表内电源的电动势，这位同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如下实验：

①将选择开关接2，红、黑表笔短接，调节滑动变阻器R1使电表指针满偏；

②将电表红、黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使电表指针指在C处，此时电阻箱的示数如图丙所示，则C处刻度应为________Ω。

③计算得到多用电表内电源的电动势为________V。

（保留两位有效数字）

（3）调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，若指针在图乙所示位置，则待测电阻的阻值为________Ω。

（保留两位有效数字）

[解析]　

（1）选择开关接1时测电流，多用电表为量程是0～25mA的电流表，其分度值为0.5mA，示数为16.8mA。

选择开关接3时测电压，多用电表为量程是0～100V的电压表，其分度值为2V，其示数为67V。

（2）②由图丙所示的电阻箱可知，电阻箱示数为0×1000Ω＋1×100Ω＋5×10Ω＋0×1Ω＝150Ω。

③指针指在C处时，电流表示数为12.5mA＝1.25×10－2A，C处电阻为中值电阻，则电表内阻为150Ω，电源电动势E＝I×2R＝1.25×10－2×2×150V＝3.8V。

（3）根据第

（1）问可知，调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，此时电路中的电流值为16.8mA，而表内电源的电动势为E＝3.8V，表内总电阻等于中值电阻，为150Ω，所以待测电阻的阻值约为R＝

Ω－150Ω＝76Ω。

易错点评：

不理解中值刻度是造成错解的原因之一。

欧姆表刻度盘正中央的读数即为中值刻度，大小等于欧姆表的内阻。

[答案]　

（1）16.8mA　67V　

（2）②150　③3.8　（3）76

考向2　伏安法测电阻

2．用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（900～1000Ω）：

电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；

电压表V1，量程为1.5V，内阻r1＝750Ω；

电压表V2，量程为5V，内阻r2＝2500Ω；

滑动变阻器R，最大阻值约为100Ω；

单刀单掷开关S，导线若干。

（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的

，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题图中的相应的英文字母标注）。

（2）根据你所画的电路原理图在图的实物图上画出连线。

（3）若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx＝__________。

[解析]　

（1）在实验中测定的电阻Rx的阻值（900～1000Ω）接近电压表V1和V2的内阻，属于测定大电阻，所以采用串联分压法，此外滑动变阻器R的最大阻值很小，必须采用分压接法，故实验电路原理图如甲图或乙图；

甲图中电压表V1和Rx并联电阻约为420Ω，两图都满足题中要求“电压表的读数不小于其量程的

”。

（2）先连滑动变阻器的分压接法，然后再连接串联分压电路，如图甲或乙。

（3）在甲图中

＋

＝

，在乙图中U2＝U1＋Rx×

；

化简得Rx＝

或Rx＝

r1。

[答案]　

（1）见解析图　

（2）见解析图　（3）若采用甲电路，

。

若采用乙电路，

r1。

考向3　测电表内阻

3．（2019·河南南阳联考）电压表V1的量程为0～2V，内阻约为2kΩ。

现要较准确测量其内阻RV，实验室提供的器材如下：

电流表A：

量程0～0.6A，内阻约为0.1Ω

电压表V2：

量程0～5V，内阻约为5kΩ

定值电阻R1：

阻值30Ω

定值电阻R2：

阻值3kΩ

滑动变阻器R3：

最大阻值100Ω，最大电流1.5A

电源E：

电动势6V，内阻约为0.5Ω

开关S，导线若干

（1）请根据你选择的实验器材在线框内画出实验电路图并标明所选器材的字母代号。

（2）请根据设计的电路图，用实验测得的物理量表示电压表V1的内阻RV＝________。

[解析]　

（1）由于电压表V1的量程为0～2V，内阻约为2kΩ，允许通过的最大电流约为1mA，采用量程为0～0.6A的电流表直接测通过它的电流时不能准确读出电流值，所以可将待测电压表V1与定值电阻R2串联，用量程为0～5V的电压表V2测量二者串联的总电压，从而计算出通过待测电压表的电流，由于电源电动势大于待测电压表的最大测量值，所以采用分压电路，电路图设计如答案图所示。

（2）电压表V1的内阻为：

RV＝

＝

。

[答案]　

（1）如图所示　

（2）

4．（原创题）实际电流表有内阻，可等效为理想电流表与电阻的并联。

测量实际电流表G1的内阻r1的电路如图甲所示。

供选择的仪器如下：

①待测电流表G1（0～5mA，内阻约300Ω）；

②电流表G2（0～10mA，内阻约100Ω）；

③定值电阻R1（300Ω）；

④定值电阻R2（10Ω）；

⑤滑动变阻器R3（0～1000Ω）；

⑥滑动变阻器R4（0～20Ω）；

⑦干电池（1.5V）；

⑧开关S及导线若干。

（1）定值电阻应选________，滑动变阻器应选________。

（在空格内填写序号）

（2）用线条在图乙中把实物图补充连接完整。

（3）补全实验步骤：

①按电路图连接电路，将滑动变阻器的滑动触头移至最________端（填“左”或“右”）；

②闭合开关S，移动滑动触头至某一位置，记录G1、G2的读数I1、I2；

③多次移动滑动触头，记录相应的G1、G2读数I1、I2；

④以I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线，如图丙所示。

丙

（4）根据I2I1图线的斜率k及定值电阻，写出待测电流表内阻的表达式________。

[解析]　

（1）因为G1的量程为0～5mA，内阻约为300Ω，G2的量程为0～10mA，根据串并联电路的电流关系和欧姆定律可得并联的定值电阻应选R1，因为题图甲中滑动变阻器是分压式接法，所以滑动变阻器选R4；

（3）①从安全角度考虑，在连接电路时，应将滑动变阻器的滑动触头移至最左端；

（4）由串并联电路的电流关系可得：

I2＝I1＋

I1＝

I1，由题图丙可得：

k＝

，解得：

r1＝（k－1）R1。

[答案]　

（1）③　⑥　

（2）如图所示

（3）左　（4）r1＝（k－1）R1

　以测特性曲线为核心的实验（5年2考）

1．（2017·全国卷Ⅰ·T23）某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：

小灯泡L（额定电压3.8V，额定电流0.32A）；电压表

（量程3V，内阻3kΩ）；电流表Ⓐ（量程0.5A，内阻0.5Ω）；固定电阻R0（阻值1000Ω）；滑动变阻器R（阻值0～9.0Ω）；电源E（电动势5V，内阻不计）；开关S；导线若干。

（1）实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图。

（2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图（a）所示。

（a）　　　　　　　　（b）

由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________（选填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率________（选填“增大”“不变”或“减小”）。

（3）用另一电源E0（电动势4V，内阻1.00Ω）和题给器材连接成图（b）所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。

闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为____________W。

（结果均保留两位小数）

[解析]　

（1）要实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，则滑动变阻器需要设计成分压接法；电压表

应与固定电阻R0串联，将量程改为4V。

由于小灯泡正常发光时电阻约为12Ω，所以需将电流表外接。

电路图如图所示。

（2）IU图象中随着电流的增大，图线的斜率变小，小灯泡的电阻增大。

根据电阻定律R＝ρ

，得灯丝的电阻率增大。

（3）当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0Ω时，流过小灯泡的电流最小，小灯泡的实际功率最小，把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分，在题图（a）中画出等效电源E0′（电动势4V，内阻1.00Ω＋9.0Ω＝10Ω）的伏安特性曲线，函数表达式为U＝（4－10I）V，图线如图中①所示，故小灯泡的最小功率为Pmin＝U1I1＝1.75×0.225W≈0.39W。

当滑动变阻器接入电路中的阻值最小为零时，流过小灯泡的电流最大，小灯泡的实际功率最大，在题图（a）中画出电源E0（电动势4V，内阻1.00Ω）的伏安特性曲线，函数表达式为U＝（4－I）V，图线如图中②所示，故小灯泡的最大功率为Pmax＝U2I2＝3.68×0.318W≈1.17W。

[答案]　

（1）见解析图　

（2）增大　增大　（3）0.39　1.17

2．（2018·全国卷Ⅰ·T23）某实验小组利用如图所示的电路探究在25℃～80℃范围内某热敏电阻的温度特性。

所用器材有：

置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻RT，其标称值（25℃时的阻值）为900.0Ω；电源E（6V，内阻可忽略）；电压表

（量程150mV）；定值电阻R0（阻值20.0Ω），滑动变阻器R1（最大阻值为1000Ω）；电阻箱R2（阻值范围0～999.9Ω）；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。

实验时，先按图连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0℃。

将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。

逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0℃。

实验得到的R2t的数据见下表。

t/℃

25.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

R2/Ω

900.0

680.0

500.0

390.0

320.0

270.0

240.0