高三物理 电学实验专题复习学案2学生版.docx

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高三物理电学实验专题复习学案2学生版

电学实验二2重难点疑点例析

重难点一电阻的测量

电阻的测量是整个电学实验的主线，是核心内容之一，掌握的好坏直接关乎到对实验方案的设计、原理的理解、器材的选择，必须深度理解和强化。

不过，电阻的测量也是难点，因为测量方法多，不同的测量方法对应不同的器材和电路，下面对常见的情况进行整理和分析：

1．伏安法

由于伏特表、安培表存在电阻，所以测量电路有两种：

即电流表内接和电流表外接。

（1）电流表内接和电流表外接的电路图分别见图甲、图乙

丙

乙

甲

（2）电流表内、外接法的选择，

①已知RV、RA及待测电阻RX的大致阻值时

若，选用内接法，若，选用外接法

②不知RV、RA及待测电阻RX，采用尝试法，见图丙，当电压表的一端分别接在a、b两点时，如电流表示数有明显变化，用法；电压表示数有明显变化，用法。

（3）误差分析：

内接时误差是由于电流表分压引起的，其测量值偏大，即R测＞R真；

外接时误差是由于电压表分流引起的，其测量值偏小，即R测＜R真。

（4）伏安法测电阻的电路的改进

如图丁、图戊的两个测电阻的电路能够消除电表的内阻带来的误差，为什么？

怎样测量？

0

0

2．伏伏法

若电压表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表和定值电阻来使用．

（1）如图甲所示，两电表的满偏电流接近时，若已知V1的内阻R1，则可测出V2的内阻.

（2）如图乙所示，两电表的满偏电流IV1≪IV2时，V1并联一定值电阻R0后，同样可得V2的内阻

3．安安法

若电流表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表以及定值电阻来使用．

（1）如图甲所示，当两电表所能测得的最大电压接近时，如果已知A1的内阻R1，则可测得A2的内阻.

（2）如图乙所示，当两电表的满偏电压UA2≫UA1时，A1串联一定值电阻R0后，同样可测得A2的电阻.

4．半偏法测电阻

（1）半偏法测电流表内阻

电路图如图所示

步骤：

（1）断开S2，闭合S1，调节R0，使A表满偏为I0.

（2）保持R0不变，闭合S2，调节R，使A表读数为.

（3）由上可得RA＝R.

P

（4）测量误差R测R真

（2）半偏法测电压表的内阻

电路如图：

实验时，将R1的滑动片P放在左边，合上S1和S2，调节R1，使电压表的读数满偏；保持R1不变，断开S2，调节R0，使电压表的读数为满刻度的一半。

则RV=R0。

请自己分析其实验原理、器材选择与误差分析。

5．等效替代法

如图所示，先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上，读出电流表示数I；然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上，调节电阻箱的阻值，使电流表的读数仍为I，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值．

·

6．桥式电路测电阻

（1）原理：

如图的电路称为桥式电路，一般情况下，电流计中有电流通过，但满足一定的条件时，电流计中会没有电流通过，此时，称为电桥平衡。

处于电桥平衡时，图中A、B两点电势相等，因此电路结构可以看成：

R1R2和R3R4分别串联，然后并联；或R1R3和R2R4分别并联，然后再串联。

（2）电桥平衡的条件：

R1×R4=R2×R3

推导：

（3）测量方法

RX

如图，连接电路，取R1、R2为定值电阻，R3为可变电阻箱（能够直接读出数值），Rx为待测电阻。

调节R3，使电流计中的读数为零，应用平衡条件，求出Rx。

7.电阻箱当电表使用

甲

（1）电阻箱当做电压表使用

如图甲所示,可测得电流表的内阻R2=

由图中电阻箱R可测得A2表两端的电压为（I1-I2）R,起到了测电压的作用.

（2）电阻箱当作电流表使用

乙

如图乙所示,若已知R及RV,则测得干路电流为I=U/R+U/RV

图中电阻箱与电压表配合使用起到了测电流的作用.

8．计算法测电阻

计算法主要是应用串并联电路的特点和全电路的知识进行分析，并求出待测电阻的数值。

下图是测量电阻Rx的电路，Rx为待测电阻，R为保护电阻，其阻值未知，R1为已知的定值电阻，电源电动势为E未知，S1、S2均为单刀双掷开关，A为电流表，其内阻不计。

S2

（1）测量Rx的步骤为：

S2向d闭合，S1向闭合，记下电流表的读数I1，再将S2向c闭合，S1向闭合，记下电流表读数I2。

（2）计算Rx的公式为Rx=

9．欧姆表测电阻

（1）结构：

如图,由三个部件组成：

G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的电流计。

R是可变电阻，也称调零电阻，电池的电动势为E，内阻为r。

（2）原理：

欧姆档测电阻的原理是根据闭合电路欧姆定律制成的。

当红、黑表笔接上待测电阻Rx时，由闭合电路欧姆定律可知：

I=E/（R+Rg+Rx+r）=E/（R内+RX）

由电流的表达式可知：

通过电流计的电流虽然不与待测电阻成正比，但存在一一对应的关系，即测出相应的电流，就可算出相应的电阻，这就是欧姆表测电阻的基本原理。

【练1】（2018·长沙模拟）现要测量电流表G1的内阻，给出下列器材：

电流表G1（量程5mA，内阻r1约为150Ω左右）；电流表G2（量程10mA，内阻r2约为100Ω左右）；定值电阻R1＝100Ω；定值电阻R2＝10Ω；滑动变阻器R3（0～200Ω）；干电池E（1.5V，内阻未知）；单刀单掷开关S；导线若干．

（1）定值电阻选____________；

（2）在虚线框中已画出部分实验电路设计图，请补充完整，并标明所用器材的代号；

（3）若选测量数据中的一组计算r1，所用的表达式r1＝__________，式中各符号的意义是：

________________________________________________________________________.

【练2】（2015·高考全国卷Ⅱ）电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍．某同学利用这一事实测量电压表的内阻（半偏法），实验室提供的器材如下：

待测电压表V（量程3V，内阻约为3000Ω），电阻箱R0（最大阻值为99999.9Ω），滑动变阻器R1（最大阻值100Ω，额定电流2A），电源E（电动势6V，内阻不计），开关两个，导线若干．

（1）虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整．

（2）根据设计的电路，写出实验步骤：

________________________________________________________________________.

（3）将这种方法测出的电压表内阻记为R′V，与电压表内阻的真实值RV相比，R′V________RV（填“>”“＝”或“<”），主要理由是____________________________________

____________________________________________________________________________.

【练3】（2018·高考全国卷Ⅲ）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）；V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；

（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V的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表V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1位小数）

【练4】（2017·高考全国卷Ⅱ）某同学利用如图（a）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（a）将图（b）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：

________________________.

重难点二小灯泡接入电路的实际电压、电流、功率问题

U0

由于小灯泡是非线性电阻原件，接入电路后的电阻值并不恒定，要得到实时电阻值需要借助图像法来实现，基本原理如下：

小灯泡两端电压、电流的变化满足两个函数关系，

I=f1（u）和I=f2（u），则小灯泡接入电路后的实际电压、电流即为同一坐标系中两图像的交点的横、纵坐标（U0,I0）。

😒

【练5】（2017·高考全国卷Ⅰ）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V（量程3V，内阻3kΩ）；电流表A（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．由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________（填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率________（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2位小数）

■注意事项

电源与小灯泡的伏安特性曲线结合法

电源对电路中小灯泡供电，显然路端电压与电路中电流满足关系U＝E－Ir，整理可得I＝－，即可作出对应的IU图线．同时流经小灯泡的电流与其两端电压满足小灯泡的伏安特性曲线，两线的交点既符合闭合电路的欧姆定律，又满足小灯泡的伏安特性曲线特点，即为所求的电流与电压值．

重难点三电源电动势和内阻测量数据处理和误差分析

1.伏安法的电路选择和误差分析

不同实验电路的选择会造成不同程度的试验误差，本实验误差主要来源于由于电压表和电流表内阻影响。

（1）如图甲所示，在理论上E＝U＋（IV＋IA）r，其中电压表示数U是准确的电源两端电压。

而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大。

结论：

①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，短路电流测量值＝真实值。

②E测

③因为r测＝，所以r测

（2）若采用如图甲所示的电路，IA为电源电流真实值，理论上有E＝U＋UA＋IAr，其中UA不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，UA越大，当电流为零时，UA＝0，电压为准确值，等于E。

结论：

①E为真实值。

②I短测

③因为r测＝，所以r测>r真，r测为r真和RA的串联值，由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的测量误差非常大。

2.方案创新分析

（1）安阻法：

用一个电流表和电阻箱测量，电路如图甲所示，测量原理为：

E＝I1（R1＋r），E＝I2（R2＋r），由此可求出E和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大．

（2）伏阻法：

用一个电压表和电阻箱测量，电路如图乙所示．测量原理为：

E＝U1＋r，E＝U2＋r，由此可求出E和r，此种方法测得的电动势和内阻均偏小．

（3）粗测法：

用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源电动势，此时U＝≈E，需满足RV≫r.

（4）双伏法：

用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示．测量方法为：

断开S，测得V1、V2的示数分别为U1、U2，此时，E＝U1＋U2＋r，RV为V1的内阻；再闭合S，V1的示数为U′1，此时E＝U′1＋r，解方程组可求得E和r.

3.数据处理的方法（图像法）

数据处理应基于闭合电路的欧姆定律，列出纵轴——横轴对应物理量的函数关系（一般是线性关系），并化成一般式，然后利用斜率和截距求出待测电源电动势和内阻。

【练6】（2017·高考天津卷）某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻．其中电流表A1的内阻r1＝1.0kΩ，电阻R1＝9.0kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0＝3.0Ω的电阻．

（1）按图示电路进行连接后，发现aa′、bb′和cc′三条导线中，混进了一条内部断开的导线．为了确定哪一条导线内部是断开的，将电键S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、b′间电压，读数不为零，再测量a、a′间电压，若读数不为零，则一定是________导线断开；若读数为零，则一定是________导线断开．

（2）排除故障后，该小组顺利完成实验．通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如图．由I1－I2图象得到电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.

【练7】（2018·湖北八校联考）甲同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E及电阻R1和R2的阻值．

实验器材有：

待测电源E（不计内阻），待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V（量程为1.5V，内阻很大），电阻箱R（0～99.99Ω），单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干．

（1）先测电阻R1的阻值．请将甲同学的操作补充完整：

闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数R0和对应的电压表示数U1.保持电阻箱示数不变，______________________，读出电压表的示数U2.则电阻R1的表达式为R1＝______________．

（2）甲同学已经测得电阻R1＝4.80Ω，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值，该同学的做法是：

闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，用测得的数据，绘出了如图乙所示的－图线，则电源电动势E＝________V，电阻R2＝________Ω（保留三位有效数字）．

重难点四多用电表的内部电路的理解及其应用

多用电表功能多，内部电路结构复杂，涉及到电表的改装、部分电路欧姆定律和闭合电路欧姆定律等重要考点，在近年的考试中逐渐成为热点内容之一。

【练8】在物理课外活动中，刘聪同学制作了一个简单的多用电表，下图甲为电表的电路图．已知选用的电流表内阻Rg＝10Ω，满偏电流Ig＝10mA，当选择开关接“3”时为量程为250V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）为了测该多用电表电阻挡的内阻和表内电源的电动势，刘聪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________，调节R1的阻值使电表指针满偏；

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）

④调零后，将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，若指针指在图乙所示位置，则待测电阻的阻值为________Ω.（保留两位有效数字）

【练9】（2017·高考全国卷Ⅲ）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G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．

（1）图（a）中的A端与________（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”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）

参考答案

【练1】解析：

（1）若选R2，则其阻值太小，电流过大，而R1与G1内阻相当，故选R1.

（2）电路图如图所示：

G2的示数与G1的示数之差为通过R1的电流值．

（3）由串、并联电路特点：

I1r1＝R1（I2－I1），得r1＝R1，I1、I2分别表示电流表G1、G2的示数，R1表示定值电阻R1的阻值．

答案：

（1）R1　

（2）电路图如解析图所示

（3）R1　I1、I2分别表示电流表G1、G2的示数，R1表示定值电阻R1的阻值

【练2】解析：

（1）因滑动变阻器阻值较小，所以选择滑动变阻器的分压接法．

实验电路图如图所示．

（2）移动滑动变阻器的滑片，以保证通电后电压表所在支路分压最小；闭合开关S1、S2，调节R1，使电压表的指针满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，断开S2，调节电阻箱R0，使电压表的指针半偏；读取电阻箱所示的电阻值，此即为测得的电压表内阻．

（3）断开S2，调节电阻箱使电压表成半偏状态，电压表所在支路总电阻增大，分得的电压也增大；此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压，故R′V＞RV（其他合理说法也可以）．

答案：

见解析

【练3】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＝（－1）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）（－1）R0　（6）48.2

【练4】解析：

（2）R1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，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；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；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）连线如图

（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

【练5】[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V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．

（2）由小灯泡伏安特性曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻增大．根据电阻定律可知，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E′0（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Ⅰ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Ⅱ所示，故小灯泡的最大功率为Pmax＝U2I2＝3.68×0.318W≈1.17W.

[答案]　

（1）实验电路原理图如图所示

（2）增大　增大　（3）0.39　1.17

【练6】[解析]　

（1）根据U＝IR，导线电阻R等于零，所以良好的同一根导线上任何两点都不会存在电势差，若一根导线两端有电势差，则导线断开．据此可推断出导线是完整的还是断开的．

（2）将电流表A1和R1串联当成电压表使用，电压测量值U＝I1（r1＋R1），根据闭合电路欧姆定律有I1（r1＋R1）＝E－I2（r＋R0），整理得I1＝－I2，由题图可知，纵轴截距b＝0.14×10－3A＝，所以电动势E＝0.14×10－3×（1×103＋9×103）V＝1.4V，斜率的绝对值表示，即|k|＝＝，解得r≈0.5Ω.

[答案]　

（1）aa′　bb′　

（2）1.4（1.36～1.44均可）　0.5（0.4～0.6均可）

【练7】解析：

（1）保持电阻箱示数不变，将S2切换到b，由于R和R1串联，所以通过R1的电流I＝，R1两端的电压为U2－U1，所以R1＝＝R0.

（2）根据闭合电路欧姆定律，E＝（4.8＋R2＋R），所以＝·（4.8＋R2）＋，由此式看出，－图线的截距为＝0.7，斜率k＝·（4.8＋R2）＝＝4.2，由此两式得，E≈1.43V，R2＝1.20Ω.

答案：

（1）将S2切换到b　R0

（2）1.43　1.20

【练8】　

（1）6.80mA　170V　

（2）①短接　②150　③1.5　④71

[解析]

（1）选择开关接“1”时测电流，其分度值为0.2mA，示数为6.80mA；选择开关接“3”时测电压，其分度值为5V，其示数为170V；

（2）①选挡后，进行欧姆调零，即红、黑表笔短接，调节R1的阻值使电表指针满偏；

②由图丙可知，电阻箱示数为0×1000Ω＋1×100Ω＋5×10Ω＋0×1Ω＝150Ω；

③由图乙可知，指针指在C处时，电表示数为5mA＝0