命题区间18 电学实验
(满分66分)
题型一 以测电阻为核心的实验
1．(8分)(2024·山东卷T14)某学习小组对两种型号铅笔芯的电阻率进行测量。实验器材如下：
学生电源(输出电压0～16 V)；
滑动变阻器(最大阻值10 Ω，额定电流2 A)；
电压表V(量程3 V，内阻未知)；
电流表A(量程3 A，内阻未知)；
待测铅笔芯R(X型号、Y型号)；
游标卡尺，螺旋测微器，开关S，单刀双掷开关K，导线若干。
回答以下问题：
(1)使用螺旋测微器测量铅笔芯直径，某次测量结果如图甲所示，该读数为________mm；
(2)把待测铅笔芯接入图乙所示电路，闭合开关S后，将滑动变阻器滑片由最右端向左调节到合适位置，将单刀双掷开关K分别掷到1、2端，观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显，则测量铅笔芯电阻时应将K掷到________(选填“1”或“2”)端；
(3)正确连接电路，得到Y型号铅笔芯的I U图像如图丙所示，求得电阻RY＝________Ω(保留3位有效数字)；采用同样方法得到X型号铅笔芯的电阻为1.70 Ω；
(4)使用游标卡尺测得X、Y型号铅笔芯的长度分别为40.68 mm、60.78 mm。使用螺旋测微器测得X、Y型号铅笔芯直径近似相等，则X型号铅笔芯的电阻率________(选填“大于”或“小于”)Y型号铅笔芯的电阻率。
(a)
2．(12分)(2022·全国乙卷T23 补偿题)一同学探究阻值约为550 Ω的待测电阻Rx在0～5 mA范围内的伏安特性。可用器材有：电压表(量程为3 V，内阻很大)，电流表(量程为1 mA，内阻为300 Ω)，电源E(电动势约为4 V，内阻不计)，滑动变阻器R(最大阻值可选10 Ω或1.5 kΩ)，定值电阻R0(阻值可选75 Ω或150 Ω)，开关S，导线若干。
(1)要求通过Rx的电流可在0～5 mA范围内连续可调，将图(a)所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图；
(2)实验时，图(a)中的R应选最大阻值为________(选填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器，R0应选阻值为__________(选填“75 Ω”或“150 Ω”)的定值电阻；
(3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图(b)和图(c)所示，则此时Rx两端的电压为________V，流过Rx的电流为________mA，此组数据得到的Rx的阻值为________Ω(结果保留3位有效数字)。
(b) (c)
3．(8分)(2024·湖南卷T11)某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律，搭建了如图(a)所示的装置。电阻测量原理如图(b)所示，E是电源，为电压表，为电流表。
(1)保持玻璃管内压强为1个标准大气压，电流表示数为100 mA，电压表量程为3 V，表盘如图(c)所示，示数为________V，此时金属丝阻值的测量值R为________Ω(保留3位有效数字)；
(2)打开抽气泵，降低玻璃管内气压p，保持电流I不变，读出电压表示数U，计算出对应的金属丝阻值；
(3)根据测量数据绘制R p关系图线，如图(d)所示；
(4)如果玻璃管内气压是0.5个标准大气压，保持电流为100 mA，电压表指针应该在图(c)指针位置的________侧(选填“左”或“右”)；
(5)若电压表是非理想电压表，则金属丝电阻的测量值________真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)。
题型二 以测电源电动势和内阻为核心的实验
1．(10分)(2021·全国乙卷T23 姊妹题)一实验小组利用图(a)所示的电路测量一电池的电动势E(约1.5 V)和内阻r(小于2 Ω)。图中电压表量程为1 V，内阻RV＝380.0 Ω；定值电阻R0＝20.0 Ω；电阻箱R，最大阻值为999.9 Ω；S为开关。按电路图连接电路。完成下列填空：
(a)
(1)为保护电压表，闭合开关前，电阻箱接入电路的电阻值可以选________(选填“5.0”或“15.0”)Ω；
(b)
(2)闭合开关，多次调节电阻箱，记录下阻值R和电压表的相应读数U；
(3)根据图(a)所示电路，用R、R0、RV、E和r表示，得＝____________；
(4)利用测量数据，作 R图线，如图(b)所示；
(5)通过图(b)可得E＝________V(结果保留2位小数)，r＝________Ω(结果保留1位小数)；
(6)若将图(a)中的电压表当成理想电表，得到的电源电动势为E′，由此产生的误差为×100%＝________%。
2．(8分)(2020·天津卷T9(2) 补偿题)某实验小组选用以下器材测量电池组的电动势和内阻，要求测量结果尽量准确。
电压表(量程0～3 V，内阻约为3 kΩ)
电流表(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)
滑动变阻器(0～20 Ω，额定电流1 A)
待测电池组(电动势约为3 V，内阻约为1 Ω)
开关、导线若干
(1)该小组连接的实物电路如图所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线对应的编号是________；
(2)改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的________端(选填“a”或者“b”)；
(3)实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题，在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5 Ω的电阻，之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I，并作出U I图像，如图所示。根据图像可知，电池组的电动势为________ V，内阻为________ Ω(结果均保留2位有效数字)。
题型三 电学创新实验
1．(8分)(2022·广东卷T12 补偿题)弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件。某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系，实验过程如下：
(1)装置安装和电路连接
如图(a)所示，导电绳的一端固定，另一端作为拉伸端，两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图(b)所示的电路中；
(a) (b)
(2)导电绳拉伸后的长度L及其电阻Rx的测量
①将导电绳拉伸后，用刻度尺测量并记录A、B间的距离，即为导电绳拉伸后的长度L；
②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端，断开开关S2，闭合开关S1，调节R，使电压表和电流表的指针偏转到合适位置，记录两表的示数U和I1；
③闭合S2，电压表的示数________(选填“变大”或“变小”)。调节R使电压表的示数仍为U，记录电流表的示数I2，则此时导电绳的电阻Rx＝________(用I1、I2和U表示)；
④断开S1，增大导电绳拉伸量，测量并记录A、B间的距离，重复步骤②和③。
(3)该电压表内阻对导电绳电阻的测量值________(选填“有”或“无”)影响。
(4)图(c)是根据部分实验数据描绘的Rx L图线，将该导电绳两端固定在某种机械臂上，当机械臂弯曲后，测得导电绳的电阻Rx为1.33 kΩ，则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为________cm，即为机械臂弯曲后的长度。
(c)
2．(12分)(2024·河北卷T12)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0～20 V)、数字电流表(0～20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω，1.5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。
(1)判断发光二极管的极性
使用多用电表的“×10 k”电阻挡测量二极管的电阻。如图1所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图2)。由此判断M端为二极管的________(选填“正极”或“负极”)。
(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性。
①采用图3中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的________、________、________接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
②图4为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而________(选填“增大”或“减小”)。
(3)组装光强报警器电路并测试其功能，图5为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后，三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后，在测试过程中发现，当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，为使报警器正常工作，应________(选填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值，直至发光二极管发光。
8 / 8高考真题衍生卷·命题区间18
题型一
1．解析：(1)根据螺旋测微器的读数规则可知，其读数为
d＝2 mm＋0.01×45.0 mm＝2.450 mm。
(2)由于电压表示数变化更明显，说明电流表分压较多，因此电流表应采用外接法，即测量铅笔芯电阻时应将K掷到1端。
(3)根据题图丙的I U图像，结合欧姆定律有
RY＝≈1.92 Ω。
(4)根据电阻定律
R＝ρ
可得
ρ＝
两种材料的横截面积近似相等，分别代入数据可知
ρX>ρY。
答案：(1)2.450 (2)1 (3)1.92 (4)大于
2．解析：(1)电流表内阻已知，电流表与R0并联扩大电流表量程，进而准确测量通过Rx的电流，电压表单独测量Rx的电压；滑动变阻器采用分压式接法，电表从0开始测量，满足题中通过Rx的电流从0～5 mA连续可调，电路图如图所示。
(2)电路中R应选最大阻值为10 Ω的滑动变阻器，方便电路的调节，测量效率高、实验误差小；
通过Rx的电流最大为5 mA，需要将电流表量程扩大为原来的5倍，并联分流的规律示意图如图所示，根据并联电路中电流之比等于电阻的反比，可知
＝
解得R0＝75 Ω。
(3)电压表每小格表示0.1 V，向后估读一位，即U＝2.30 V
电流表每小格表示0.02 mA，本位估读，即0.84 mA，电流表量程扩大5倍，所以通过Rx的电流为
I＝4.20 mA
根据欧姆定律可知
Rx＝＝ Ω≈548 Ω。
答案：(1)见解析图 (2)10 Ω 75 Ω
(3)2.30 4.20 548
3．解析：(1)电压表量程为0～3 V，分度值为0.1 V，则电压表读数需估读一位，读数为1.23 V；根据欧姆定律可知，金属丝阻值的测量值为
R＝＝12.3 Ω。
(4)根据题图(d)可知气压越小电阻越大，再根据
U＝IR
可知压强p减小，则电阻R增大，故电压增大，电压表的指针位置应该在题图(c)中指针位置的右侧。
(5)电流表采用外接法会导致电压表分流，即
R测＝，I测＝I真＋
即I测偏大，故R测答案：(1)1.23 12.3 (4)右侧 (5)小于
题型二
1．解析：(1)为了避免电压表被烧坏，接通电路时电压表两端的电压不能比电表满偏电压大，则＞，可得R＞8 Ω，因此选15.0 Ω。
(3)由闭合回路的欧姆定律可得
E＝U＋(R＋r)
化简可得
＝·R＋＋r
＝·R＋(1＋r)。
(5)将点(9.5 Ω，1.00 V-1)和点(24 Ω，1.50 V-1)代入上面公式可得＝k＝
由 R图像计算可得
k≈0.0345 V-1·Ω
代入可得E≈1.53 V，r≈0.6 Ω。
(6)如果电压表为理想电压表，则可有＝＋＋R
则此时E′＝
因此误差为η＝×100%＝5%。
答案：(1)15.0 (3)·R＋(1＋r) (5)1.53(1.52～1.55均可) 0.6(0.4～1.0均可) (6)5
2．解析：(1)本实验中，电源内阻较小，故应采用电流表相对电源外接的方法，故编号5导线连接错误。
(2)闭合开关前，应把滑动变阻器的滑片P置于a端，使滑动变阻器接入电路的阻值最大。
(3)若定值电阻的阻值为R，则根据闭合电路欧姆定律有U＝E－I(r＋R)，故U I图像中图线的纵截距表示电源电动势的大小，图线斜率的绝对值表示电源内阻和定值电阻之和，故电池组的电动势E＝2.9 V，r＋R＝Ω＝5.80 Ω，所以电池组的内阻r＝0.80 Ω。
答案：(1)5 (2)a (3)2.9 0.80
题型三
1．解析：(2)闭合S2后，并联部分的电阻减小，根据闭合电路欧姆定律，电压表的示数变小。加在导电绳两端的电压为U，流过导电绳的电流为I2－I1，因此导电绳的电阻Rx＝。
(3)在闭合S2之前，电流表I1的示数包括定值电阻的电流和电压表分得的电流；闭合S2之后，加在电压表两端的电压保持不变，因此流过电压表和定值电阻的总电流仍为I1，故流过导电绳的电流是I2－I1，与电压表内阻无关，电压表内阻对测量没有影响。
(4)由题图(c)可知，导电绳拉伸后的长度为51.80 cm。
答案：(2)变小 (3)无 (4)51.80
2．解析：(1)根据电阻表结构，使用时电阻表黑表笔接内部电源正极，故当黑表笔接M端，电阻无穷大，说明二极管所接电压为反向电压，即M端为二极管的负极。
(2)①题干要求电压表、电流表读数从零开始，所以滑动变阻器采用分压式接法连接电路，故L1、L2接滑动变阻器A接线柱，L3必须接在金属杆两端接线柱任意一个，即C或D。
②由题图4可知，随光照强度增加，I U图像斜率增大，所以电阻减小。
(3)三极管未导通时，RG与R1串联。随着光照增强，RG电阻减小，此时三极管仍未导通，说明R1分压小，故需要增大R1。
答案：(1)负极 (2)①A A D(或C) ②减小 (3)增大
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