人教版高考物理专题复习　微专题20　电学实验与创新（二轮专题）(共72张PPT)

(共72张PPT)
大单元六　实验技能与创新
微专题20　电学实验与创新
一图通·构建知识图谱
[例1]　(2025·新课标卷)用伏安法可以研究电学元件的伏安特性。阻值不随电流、电压变化的元件称为线性电阻元件，否则称为非线性电阻元件。
题点通·突破高频考点
以测电阻为核心的实验
(1)利用伏安法测量某元件的电阻，电流表和电压表的示数分别记为I和U。若将电流表内接，则U________元件两端的电压，________元件的电阻；将电流表外接，则I________流过元件的电流，________元件的电阻。(均选填“小于”或“大于”)
大于
大于
大于
小于
(2)图(a)是某实验小组用电流表内接法测得的某元件的伏安特性曲线，由图可知，所测元件是________(选填“线性”或“非线性”)电阻元件。随着电流的增加，元件的电阻________(选填“增大”“不变”或“减小”)。
非线性
减小　
(3)利用电流表A1(内阻r1)、电流表A2(内阻未知)以及一个用作保护电阻的定值电阻R0(阻值未知)，测量电阻Rx的阻值。将图(b)中的器材符号的连线补充完整，完成实验电路原理图。按完整的实验电路测量Rx，某次测量中电流表A1和A2的示数分别为I1和I2，则Rx＝_____
(用I1、I2和r1表示)。
见解析图
[解析]　(1)若将电流表内接，电流表与元件串联，电流表的示数为流过元件的真实电流，而电压表测量的是电流表和元件两端的总电压，所以U大于元件两端的电压。根据R＝可知，此时U偏大，I为真实值，所以大于元件的电阻。
将电流表外接，电压表与元件并联，电压表的示数为元件两端的真实电压，而电流表测量的是通过电压表和元件的总电流，所以I大于流过元件的电流。根据R＝可知，此时U为真实值，I偏大，所以小于元件的电阻。
(2)根据线性元件与非线性元件的定义并结合题图(a)可知，所测元件的伏安特性曲线不是直线，所以所测元件是非线性电阻元件。
根据R＝，在伏安特性曲线上某点与原点连线的斜率的倒数表示电阻，随着电流的增加，曲线上的点与原点连线的斜率逐渐增大，其倒数逐渐减小，所以元件的电阻减小。
(3)将电流表A1与Rx并联，再与电流表A2、定值电阻R0串联接入电路。电路图如图所示。
根据并联电路电压相等有I1r1＝(I2－I1)Rx
可得Rx＝。
[例2]　(2025·甘肃卷)某兴趣小组设计测量电阻阻值的实验方案。可用器材有：电池(电动势1.5 V)两节，电压表(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)，电流表(量程0～0.3 A，内阻约1 Ω)，滑动变阻器(最大阻值20 Ω)，待测电阻Rx，开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。
(1)首先设计如图1所示的电路。
①要求用S2选择电流表内、外接电路，请在图1中补充连线将S2的c、d端接入电路；
②闭合S1前，滑动变阻器的滑片P应置于________(选填“a”或“b”)端；
③闭合S1后，将S2分别接c和d端，观察到这两种情况下电压表的示数有变化、电流表的示数基本不变，因此测量电阻时S2应该接______(选填“c”或“d”)端。
见解析图
b
c
(2)为了消除上述实验中电表引入的误差，该小组又设计了如图2所示的电路。
见解析图
①请在图2中补充连线将电压表接入电路；
②闭合S1，将S2分别接c和d端时，电压表、电流表的读数分别为
Uc、Ic和Ud、Id。则待测电阻阻值Rx＝__________(用Uc、Ud、Ic和Id表示)。
　－
[解析]　(1)实物连接图如图甲所示。
闭合S1前，根据滑动变阻器的限流式接法，滑片P应置于b端，连入电路中的阻值最大，保护电路的安全。
闭合S1后，将S2分别接c和d端，观察到这两种情况下电压表的示数有变化、电流表的示数基本不变，说明电流表分压明显，为减小实验误差，应采用电流表外接法，因此测量电阻时S2应该接c端。
(2)实物连接图如图乙所示。
根据电路分析，当闭合S1，将S2接c端时，电压表、电流表的读数分别为Uc、Ic，则
＝Rx＋RA＋R滑
将S2接d端时，电压表、电流表的读数分别为Ud、Id，则＝RA＋R滑
联立解得待测电阻阻值Rx＝－。
名称 电路 测量原理
伏安法 Rx＝，小外偏小，大内偏大
伏安法消除系统误差 Rx＝－
Rx＝
规律方法：实验电路的选择及分析
名称 电路 测量原理
活用电表法 伏伏法 V2内阻已知时，
Rx＝RV2
安安法 A1内阻已知时，
Rx＝RA1
名称 电路 测量原理
等效替代法 电源输出电压不变，将S合到2，调节R1，使电流表的示数与S合到1时的示数相等，则Rx＝R1
名称 电路 测量原理
等效替代法 电源输出电压不变，将S合到b，调节R1，使电压表的示数与S合到a时的示数相等，则Rx＝R1
[例3]　(2024·甘肃卷)精确测量干电池电动势和内阻需要考虑电表内阻的影响。可用器材有：电压表(量程0～1.5 V，内阻约为
1.5 kΩ)、电流表(量程0～0.6 A)、滑动变阻器、开关、干电池和导线若干。某小组开展了以下实验。
以测电源的电动势和内阻为核心的实验
(1)考虑电流表内阻影响
①用图1所示电路测量电流表的内阻。从图2电压表和电流表读数可得电流表内阻RA＝________Ω(保留两位有效数字)。
②用图3所示电路测量干电池电动势和内阻。电压表读数、电流表读数、干电池内阻和电流表内阻分别用U、I、
r和RA表示，则干电池电动势E＝U＋_________
(用I、r和RA表示)。
1.0
I(RA＋r)
③调节滑动变阻器测得多组电表读数，作出图4所示的U-I图像。则待测干电池电动势E＝________________V(保留三位有效数字)，内阻r＝____________Ω(保留一位小数)。
1.40(1.41也可)　
1.0(1.1也可)
(2)考虑电压表内阻影响
该小组也尝试用图5所示电路测量电压表内阻，但发现实验无法完成。原因是________(单选，填正确答案标号)。
A．电路设计会损坏仪器
B．滑动变阻器接法错误
C．电压太大无法读数
D．电流太小无法读数
D
[解析]　(1)①根据题图2可知，电压表示数为0.60 V，电流表示数为0.58 A，根据欧姆定律得RA＝ Ω≈1.0 Ω。
②根据闭合电路欧姆定律得E＝U＋I(RA＋r)。
③由②可知U＝E－I(RA＋r)，结合题图4可知干电池的电动势E＝1.40 V，图线斜率的绝对值表示电流表内阻与干电池内阻之和，则RA＋r＝Ω，解得r＝1.0 Ω。
(2)由于电压表内阻很大，且串联接入电路，则回路中的电流会非常小，电流表示数会非常小，无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电流表都无法正常读数，D正确。
[例4]　(2024·辽宁卷)某探究小组要测量电池的电动势和内阻。可利用的器材有：电压表、电阻丝、定值电阻(阻值为R0)、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图所示的实验电路原理图。
(1)实验步骤如下：
①将电阻丝拉直固定，按照图(a)连接电路，金属夹置于电阻丝的________(选填“A”或“B”)端；
②闭合开关S，快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数U，断开开关S，记录金属夹与B端的距离L；
A
③多次重复步骤②，根据记录的若干组U、L的值，作出图(c)中图线Ⅰ；
④按照图(b)将定值电阻接入电路，多次重复步骤②，再根据记录的若干组U、L的值，作出图(c)中图线Ⅱ。
(2)由图线得出纵轴截距为b，则待测电池的电动势E＝________。
(3)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为k1、k2，若＝n，则待测电池的内阻r＝________(用n和R0表示)。
[解析]　(1)①为了保护电路，开关闭合前应将金属夹置于电阻丝接入电路电阻最大处，即A端。
(2)(3)设金属丝的总电阻为R，总长度为x，对题图(a)根据闭合电路欧姆定律有E＝U＋　r，可得＝＋，对题图(b)有E＝U＋(r＋R0)，可得＝＋，结合题图(c)可知b＝，k1＝，k2＝，又＝n，解得E＝，r＝。
方法 伏安法 伏阻法 安阻法
原理 E＝U＋Ir E＝U＋r E＝IR＋Ir
电路图
规律方法：
方法 伏安法 伏阻法 安阻法
关系式 U＝E－Ir ＝＋ ＝＋
图像 纵轴截距：E 斜率大：r 纵轴截距： 斜率：

纵轴截距：
斜率：
[例5]　(2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测)多用电表是一种多功能的测量工具，它能测量电阻、电压等多个电学量。如图甲所示为某多用电表的简化电路图，包含直流电流10 mA挡、直流电压2.5 V挡和不同倍率的电阻挡，R1、R2为定值电阻，灵敏电流计G的满偏电流为2 mA，内阻为100 Ω，A、B为多用电表的两表笔，S为选择开关。
多用电表的原理及使用
(1)定值电阻R1＝________Ω。
(2)用此多用电表进行某次测量时，指针在表盘的位置如图乙所示。若所选挡位为直流电压2.5 V挡，则示数为________V。
25
1.45
(3)关于使用该多用电表的电阻挡测电阻，下列说法正确的是(　　)
A．进行欧姆调零时，红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指到表盘左侧“0”刻度线处
B．图甲中B为黑表笔，若用该多用电表的电阻挡对图丙中二极管的正向电阻进行粗略测量，多用电表的B表笔应与二极管的D端相连
C．若采用“×10”倍率测量时，发现指针偏转角过大，应换“×1”倍率，并且更换倍率后需要重新进行欧姆调零
D．实验时，双手触碰表笔的金属杆会使测量值偏大
√
(4)学习过电表改装后，实验组同学想自己组装电阻表，已选取的实验器材有：纽扣电池(电动势、内阻均未知)、250 μA微安表、定值电阻、导线若干、滑动变阻器。如图丁所示为组装好的电阻表，进行欧姆调零后，用一阻值为7.2 kΩ的电阻进行试测，电流表读数为160 μA，可知纽扣电池的电动势为________V，将该电流表盘按照欧姆定律刻画成欧姆表盘；只将纽扣电池换成电动势为1.2 V的电池，重新进行欧姆调零，表盘仍用之前刻好的欧姆表盘，读取欧姆值后需再乘一系数k即可，k＝________。
3.2
[解析]　(1)定值电阻R1＝＝ Ω＝25 Ω。
(2)若所选挡位为直流电压2.5 V挡，则示数为1.45 V。
(3)进行欧姆调零时，红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指到表盘右侧“0”刻度线处，故A错误；题图甲中B与内部电源正极连接，则为黑表笔，若用该多用电表的电阻挡对题图丙中二极管的正向电阻进行粗略测量，多用电表的B表笔应与二极管的C端相连，故B错误；若采用“×10”倍率测量时，发现指针偏转角过大，
说明倍率挡选择过高，应换“×1”倍率，并且更换倍率后需要重新进行欧姆调零，故C正确；实验时，双手触碰表笔的金属杆，人体与电阻并联，则会使测量值偏小，故D错误。故选C。
(4)由闭合电路的欧姆定律得
Ig＝250 μA＝，160 μA＝
解得E＝3.2 V
只将纽扣电池换成电动势为1.2 V的电池，Ig＝250 μA＝
则k＝＝。
[例6]　(2025·福建泉州·模拟预测)多用电表是实验室中常用的测量仪器，其内部的部分电路如图甲所示，通过一个单刀多掷开关S，表笔B可以分别与触点1、2、3、4、5、6接通，从而实现用多用电表测量不同物理量的功能。该多量程多用电表有两个电流表挡位：10 mA、100 mA，有两个电压表挡位2.5 V、10 V，有两个电阻表挡位。已知表头G的满偏电流为100 μA，内阻为2 000 Ω，图乙为该多用电表的表盘，其电阻表挡位中央刻度线为15。
(1)图甲中B是________(选填“红”或“黑”)表笔。
(2)当S接触点________(选填“1”“2”“3”“4”“5”或“6”)时对应多用电表2.5 V挡。
(3)测量未知电阻时，将图甲中S接触点3。已知电源电动势E1＝
1.5 V，则使用这个电阻表挡位测量一个未知电阻时，经过正确操作后，指针处于图乙所示的位置，那么该被测电阻的阻值为________Ω。
黑
5
70
(4)将图甲中S接触点4，使其挡位是S接触点3时倍率的10倍，那么电源的电动势E2＝______。
(5)多用电表长时间没用，重新拿出来使用时，两表笔短接后，发现指针会偏转，但电阻表挡位无法进行欧姆调零，你认为可能的原因是_____________________(只要写出一条理由即可)。
15 V
电源内阻太大
[解析]　(1)根据“红进黑出”的原则，电流从多用电表内部电源正极流出，所以B是黑表笔。
(2)电压表是通过表头串联电阻改装而成的，串联电阻越小，量程越小，所以2.5 V挡对应5。
(3)将题图甲中S接触点3。已知电源电动势E1＝1.5 V，此时干路满偏电流为10 mA，则内阻R′＝
解得R′＝150 Ω
所以，电阻挡为×10挡，读数为70 Ω。
(4)将题图甲中S接触点4，使其挡位是S接触点3时倍率的10倍，则R″＝10R′＝10×150 Ω＝1 500 Ω
根据R″＝
解得E2＝15 V。
(5)电阻挡无法进行欧姆调零的原因可能是电源内阻太大。
小量程的表头G改装成电压表 小量程的表头G改装成电流表
内部电路
规律方法：
1．电流表和电压表的改装
小量程的表头G改装成电压表 小量程的表头G改装成电流表
电阻连接方式 串联 并联
R的作用 分压 分流
小量程的表头G改装成电压表 小量程的表头G改装成电流表
改装时需要串联或并联的电阻值 U＝Ig(R串＋Rg)， R串＝－Rg IgRg＝(I－Ig)R并，
R并＝
电表的总内阻 RV＝Rg＋R串 RA＝
改装提示 电表内阻已知且有多余定值电阻 2．电阻表的原理与使用
(1)使用前要机械调零。
(2)电流都是从红表笔流入，从黑表笔流出。
(3)测电阻时注意：
①测电阻必须把待测电阻与外电源断开。
②牢记两个调零过程，切记换挡需重新进行欧姆调零。
③合理选择量程，使指针尽可能指在中值附近。
④读数时应乘相应的倍率。
⑤电阻表的表盘刻度不均匀，一般不估读。
⑥中值电阻R中＝Rg＋R＋r。
[例7]　(2025·广东卷)科技小组制作的涡流制动演示装置由电磁铁和圆盘控制部分组成。
图甲(a)是电磁铁磁感应强度的测量电路，所用器材有：电源E(电动势15 V，内阻不计)；电流表 (量程有0～0.6 A和0～3 A，内阻不计)；滑动变阻器RP(最大阻值100 Ω)；定值电阻R0(阻值10 Ω)；开关S；磁传感器和测试仪；电磁铁(线圈电阻16 Ω)；导线若干。图甲(b)是实物图，图中电机和底座相固定，圆形铝盘和电机转轴相固定。
创新实验
请完成下列实验操作和计算。
(1)量程选择和电路连接。
①由器材参数可得电路中的最大电流为______A(结果保留两位有效数字)，为减小测量误差，电流表的量程选择0～0.6 A挡。
②图甲(b)中已正确连接了部分电路。请在虚线框中完成RP、R0和
间的实物图连线。
0.58
见解析图
(2)磁感应强度B和电流I关系测量。
①将图甲(a)中的磁传感器置于电磁铁中心，滑动变阻器RP的滑片P置于b端。置于b端目的是使电路中的电流________，保护电路安全。
②将滑片P缓慢滑到某一位置，闭合S，此时 的示数如图乙所示，读数为________A，分别记录测试仪示数B和I，断开S。
最小
0.48
③保持磁传感器位置不变，重复步骤②。
④图丙是根据部分实验数据描绘的B-I图线，其斜率为________mT/A(结果保留两位有效数字)。
(3)制动时间t测量。
利用图甲(b)所示装置测量了t，结果表明B越大，t越小。
30
[解析]　(1)①当滑动变阻器连入电路的阻值最小时，电路中的电流最大，则由闭合电路欧姆定律可知电路中的最大电流为Im＝≈0.58 A。
②根据电路图连接实物图如图所示。
(2)①滑动变阻器的滑片置于b端，滑动变阻器连入电路的阻值最大，目的是使电路中的电流最小，保护电路安全。
②由于电流表的量程选择0.6 A挡，则由题图乙可知其分度值为
0.02 A，所以题图乙电流表的读数为I＝0.4 A＋4×0.02 A＝0.48 A。
④根据题图丙中图线可知，其斜率k＝ mT/A＝30 mT/A。
[例8]　(2025·湖南卷)车辆运输中若存在超载现象，将带来安全隐患。由普通水泥和导电材料混合制成的导电水泥，可以用于监测道路超载问题。某小组对此进行探究。
(1)选择一块均匀的长方体导电水泥块样品，用多用电表粗测其电阻。将多用电表选择开关旋转到“×1 k”
挡，正确操作后，指针位置如图1所示，
则读数为________Ω。
8 000
(2)进一步提高实验精度，使用伏安法测量水泥块电阻，电源E电动势6 V，内阻可忽略，电压表量程0～6 V，内阻约10 kΩ，电流表量程0～600 μA，内阻约100 Ω。实验中要求滑动变阻器采用分压接法，在图2中完成余下导线的连接。
见解析图
(3)如图2所示，测量水泥块的长为a，宽为b，高为c。用伏安法测得水泥块电阻为R，则电阻率ρ＝________(用R、a、b、c表示)。
(4)测得不同压力F下的电阻R，算出对应的电阻率ρ，作出ρ-F图像如图3所示。
(5)基于以上结论，设计压力报警系统，电路如图4所示。报警器在两端电压大于或等于3 V时启动，R1为水泥块，R2为滑动变阻器，当R2的滑片处于某位置，R1上压力大于或等于F0时，报警器启动。报警器应并联在________(选填“R1”或“R2”)两端。
R2
(6)若电源E使用时间过长，电动势变小，R1上压力大于或等于F1时，报警器启动，则F1________(选填“大于”“小于”或“等于”)F0。
大于
[解析]　(1)由多用电表电阻挡的读数规则和题图1可知水泥块样品的粗测电阻为R粗＝8 000 Ω。
(2)由于R粗>，则由“大内小外”可知电流表应采用内接法，电压表测水泥块样品和电流表两端的总电压，又实验中要求滑动变阻器采用分压接法，故导线的
连接如图所示。
(3)由R＝ρ，代入数据可得ρ＝。
(5)由于报警器在两端电压大于或等于3 V时启动，R1上压力大于或等于F0时报警器启动，又由题图3可知，F越大ρ越小，结合(3)问分析可知F越大水泥块的电阻越小，由题图4和串联分压规律可知F越大水泥块两端的电压越小，滑动变阻器两端的电压越大，故报警器应并联在滑动变阻器R2两端。
(6)若电源E使用时间过长，电动势变小，则当R1上压力等于F0时，滑动变阻器两端的电压小于3 V，为了使滑动变阻器两端的电压等于3 V，则滑动变阻器R2应分得更多的电压，水泥块R1应分得更少的电压，由串联分压规律可知水泥块R1的电阻应更小，结合(5)问分析可知水泥块R1上的压力应更大，故F1大于F0。
规律方法：
1．对实验原理的创新考查： 在高考的电学实验中，并不仅仅测量电阻的阻值或测定电源的电动势和内阻，有时可能会测定二极管的导电特性、电容器的充放电规律、热敏电阻、传感器等。处理此类问题时，首先要把握题目情境，其次掌握被测实验器材的电学特性。
2．新中有旧，把握核心： 要熟练把握控制电路、测量电路的特点。这类题目设置一般还是考查电学核心内容，熟练掌握电学电路相关内容是关键。
谢 谢！