微专题二 电学实验
高考热点·突破
热点一 测量型实验
测量型实验多指测量元件的电阻和测量电池的电动势和内阻,其测量原理和方法总结如下:
测量物理量 测量方法 原理 误差分析
测量电阻 多用电表欧姆挡测量(欧姆表测量) 闭合电路欧姆定律E=I(R+r) 粗测电阻
伏安法测量电阻 电流表内接(Rx>) 欧姆定律R= 测量值偏大
电流表外接(Rx<) 测量值偏小
测量电池的电动势和内阻 伏安法 E=U+Ir 电压表分流引起误差,E测伏阻法 E=U+r 电压表分流引起误差,E测安阻法 E=I(R+r) 电流表分压引起误差,E测=E真;r测>r真
例1 (2025·辽宁三模)某欧姆表“×1 k”挡的内部结构如图甲所示。
(1)图甲中,灵敏电流计(量程未知,内阻Rg=100 Ω)、电池(电动势未知,内阻r=0.5 Ω)和滑动变阻器R0(总阻值未知),表盘上电阻刻度中间值为“15”,此欧姆表的内阻为____________kΩ,按正确的操作步骤测某电阻的阻值,表盘示数如图乙所示,该电阻的阻值约为____________kΩ。
(2)用该欧姆表测量一电压表的内阻时,欧姆表的示数为10 kΩ,电压表的示数为4.8 V,可知灵敏电流计的量程为0~____________mA。
(3)因长时间使用,欧姆表内电池的电动势下降为8 V,内阻升高为2 Ω,但仍可欧姆调零,调零后,测得某电阻的阻值为30 kΩ,则该电阻的真实值为____________kΩ。
[解题技法] (1)刻度左边无穷大(表示两表笔断开),右边为零(表示两表笔短接)。
(2)刻度不均匀,左密右疏。
(3)当指针指到刻度中央时,待测电阻阻值恰好等于欧姆表内阻。(中值电阻)
(4)表笔的电流方向:不管是测电压、电流、电阻,电流总是从红表笔流进,黑表笔流出。
(5)欧姆表指针偏转大,说明待测电阻的阻值小,偏转小,说明待测电阻的阻值大。
例2 (2024·山东卷)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I-U图像如图丙所示,求得电阻RY=____________Ω(结果保留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。
例3 (2024·黑吉辽卷)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,按照图甲连接电路,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。
③多次重复步骤②,根据记录的若干组U、L的值,作出图丙中图线Ⅰ。
④按照图乙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,作出图丙中图线Ⅱ。
丙
(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)。
热点二 探究型实验
探究型实验包括形成问题、提出假设、提出模型、进行实验、观察、测量、制作,对观测结果或实验数据进行分析解释、评价和交流。新高考中会将教材中演示实验和验证型实验改造成探究型实验进行考查,也可以是教材中要求较高的知识点作为实验原理设计新的探究型实验。
例4 在“探究感应电流的方向与哪些因素有关”的实验中。
(1)为弄清灵敏电流计指针摆动方向与电流方向的关系,可以使用一个已知正负极性的直流电源进行探究。某同学想到了多用电表内部某一挡含有直流电源,他应选用多用电表的____________(选填“欧姆”“直流电流”“直流电压”“交流电流”或“交流电压”)挡对灵敏电流计进行测试。由实验可知,当电流从正接线柱流入电流计时,指针向右摆动。
(2)如图甲所示,实验中该同学将条形磁铁从线圈上方向下插入线圈过程中(线圈绕向如图乙所示),电流计的指针向____________(选填“左”或“右”)偏转。
例5 (2024·海南卷)用如图甲所示的电路观察电容器的充放电现象,实验器材有:电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关S1、开关S2、导线若干。
(1)闭合开关S2,将S1接1,电压表示数增大,最后稳定在12.3 V。在此过程中,电流表的示数____________(填选项字母)。
A.一直稳定在某一数值
B.先增大,后逐渐减小为零
C.先增大,后稳定在某一非零数值
(2)先后断开开关S2、S1,将电流表更换成电流传感器,再将S1接2,此时通过定值电阻R的电流方向____________(选填“a→b”或“b→a”),通过传感器将电流信息传入计算机,画出电流随时间变化的I-t图像,如图乙,t=2 s时I=1.10 mA,图中M、N区域面积比为8∶7,可求出R=____________kΩ(结果保留2位有效数字)。
热点三 设计型实验
例6 (2024·湖南卷)某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律,搭建了如图甲所示的装置。电阻测量原理如图乙所示,E是电源,V为电压表,A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,表盘如图丙所示,示数为____________V,此时金属丝阻值的测量值R为____________Ω(结果保留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,如图丁所示。
(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丙指针位置的____________(选填“左”或“右”)侧。
(5)若电压表是非理想电压表,则金属丝电阻的测量值____________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
例7 (2025·黑龙江二模)某同学要将一个量程为1 mA的毫安表改装成量程为0.6 A的电流表,它先测出毫安表的内阻,然后对电表进行改装,最后再利用标准电流表进行校准。
该同学利用“半偏法”原理测量毫安表G的内阻,实验中可供选择的器材如下:
A.滑动变阻器R1(0~2 kΩ)
B.滑动变阻器R2(0~10 kΩ)
C.电阻箱R'(0~9 999.9 Ω)
D.电源E1(电动势为1.5 V)
E.电源E2(电动势为9 V)
F.开关、导线若干
具体实验步骤如下:
a.按电路原理图连接好线路;
b.将滑动变阻器R的阻值调到最大,闭合开关S1后调节R的阻值,使毫安表G的指针满偏;
c.闭合S2,保持R不变,调节R'的阻值,使毫安表G的示数为500 μA,此时R'的示数为1 820.5 Ω。
回答下列问题:
(1)为减小实验误差,实验中电源应选用____________,滑动变阻器应选用____________。(均填仪器前的字母)
(2)由实验操作步骤可知毫安表G内阻的测量值Rg=____________Ω。
(3)若按照(2)中测量的Rg,将上述毫安表G改装成量程为0.6 A的电流表需要并联一个阻值为_________Ω的电阻R0(结果保留1位小数)。
(4)对改装后的电流表进行校对,由于内阻测量造成的误差,当标准电流表示数为0.6 A时,改装电流表中毫安表G的示数为960 μA,为了尽量消除改装后的电流表测量电流时带来的误差,R0的阻值应调至____________Ω(结果保留1位小数)。
高考真题·体验
1.(2025·安徽卷)某同学设计了一个具有两种挡位(“×1”挡和“×10”挡)的欧姆表,其内部电路如图甲所示。电源为电池组(电动势E的标称值为3.0 V,内阻r未知),电流表G(表头)的满偏电流Ig=20 mA,内阻Rg=45 Ω,定值电阻R0=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为200 Ω。设计后表盘如图乙所示,中间刻度值为“15”。
(1)测量前,要进行欧姆调零:将滑动变阻器的阻值调至最大,闭合开关S1、S2,此时欧姆表处于“×1”挡,将红表笔与黑表笔____________,调节滑动变阻器的阻值,使指针指向____________(选填“0”或“∞”)刻度位置。
(2)用该欧姆表对阻值为150 Ω的标准电阻进行试测,为减小测量误差,应选用欧姆表的____________(选填“×1”或“×10”)挡。进行欧姆调零后,将电阻接在两表笔间,指针指向图乙中的虚线位置,则该电阻的测量值为____________Ω。
(3)该同学猜想造成上述误差的原因是电源电动势的实际值与标称值不一致。为了测出电源电动势,该同学先将电阻箱以最大阻值(9 999 Ω)接在两表笔间,接着闭合S1、断开S2,将滑动变阻器的阻值调到零,再调节电阻箱的阻值。当电阻箱的阻值调为228 Ω时,指针指向“15”刻度位置(即电路中的电流为10 mA);当电阻箱的阻值调为88 Ω时,指针指向“0”刻度位置(即电路中的电流为20 mA)。由测量数据计算出电源电动势为_______________V(结果保留2位有效数字)。
2.(2025·陕晋青宁卷)常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表(表头)改装而成的,与电源及相关元器件组装后可构成多功能、多量程的多用电表。
(1)某同学使用多用电表正确测量了一个15.0 Ω的电阻后,需要继续测量一个阻值大约是15 kΩ的电阻。在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前,请选出以下必要的操作步骤并排序;
①把选择开关旋转到“×100”位置。
②把选择开关旋转到“×1 k”位置。
③将红表笔和黑表笔接触。
④调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点。
下列选项中正确的是____________(填选项字母)。
A.①③④ B.②③④
C.②④③ D.①④③
(2)若将一个内阻为20 Ω、满偏电流为1 mA的表头改装为量程0~2 V的电压表,需要____________(选填“串联”或“并联”)一个____________Ω的电阻。
(3)如图,某同学为探究由一个直流电源E、一个电容器C、一个电阻RA及一个电阻RB(RA>RB)组成的串联电路中各元器件的位置,利用改装好的电压表分别测量各接线柱之间的电压,测得数据如下表:
接线柱 1和2 2和3 3和4 1和4 2和4 1和3
U/V 0 1.53 0 0.56 1.05 0.66
根据以上数据可判断,直流电源E处于____________之间,电容器C处于____________之间,电阻RA处于____________之间。(均选填“1和2”“2和3”“3和4”或“1和4”)
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1.5 V,内阻约为1.5 kΩ)、电流表(量程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。
(1)考虑电流表内阻影响。
①用图甲所示电路测量电流表的内阻。从图乙电压表和电流表读数可得电流表内阻RA=____________Ω(结果保留2位有效数字)。
②用图丙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)。
③调节滑动变阻器测得多组电表读数,作出图丁所示的U-I图像,则待测干电池电动势E=_______V(结果保留3位有效数字)、内阻r=____________Ω(结果保留1位小数)。
(2)考虑电压表内阻影响。
该小组也尝试用图戊所示电路测量电压表内阻,但发现实验无法完成。原因是____________(填选项字母)。
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
4.(2025·四川卷)某学生实验小组要测量一段合金丝的电阻率。所用实验器材有:
待测合金丝样品(长度约1 m)
螺旋测微器
学生电源E(电动势0.4 V,内阻未知)
米尺(量程0~100 cm)
滑动变阻器(最大阻值20 Ω)
电阻箱(阻值范围0~999.9 Ω)
电流表(量程0~30 mA,内阻较小)
开关S1、S2
导线若干
(1)将待测合金丝样品绷直固定于米尺上,将金属夹分别夹在样品20.00 cm和70.00 cm位置,用螺旋测微器测量两金属夹之间样品三个不同位置的横截面直径,读数分别为0.499 mm、0.498 mm和0.503 mm,则该样品横截面直径的平均值为 mm。
(2)该小组采用限流电路,则图甲中电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱 (选填“a”或“b”)相连。闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于 (选填“左”或“右”)端。
(3)断开S2、闭合S1,调节滑动变阻器使电流表指针恰好指到15.0 mA刻度处。断开S1、闭合S2,保持滑动变阻器滑片位置不变,旋转电阻箱旋钮,使电流表指针仍指到15.0 mA处,此时电阻箱面板如图乙所示,则该合金丝的电阻率为 Ω·m(取π=3.14,结果保留2位有效数字)。
(4)为减小实验误差,可采用的做法有____________(多选,填选项字母)。
A.换用内阻更小的电源
B.换用内阻更小的电流表
C.换用阻值范围为0~99.99 Ω的电阻箱
D.多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率,再求平均值
微专题二 电学实验
例1 答案 (1)15或15.0 17或17.0 (2)0.8 (3)20
解析 (1)根据闭合电路的欧姆定律可知,两表笔短接时,有Im=,当指针指在刻度盘中央位置上,外接电阻为Rx=15 kΩ,此时有Im=,故R内=Rx=15 kΩ。由欧姆表的读数可知,待测电阻的阻值R=17.0×1 kΩ=17 kΩ。
(2)测量电压表内阻时,有I==,代入数据解得E=12 V,故灵敏电流计有Im==0.8 mA。
(3)调零后,欧姆表的内阻R内'==10 kΩ,表盘的刻度值不变,接入30 kΩ电阻时对应的电流为I== mA,所以R内'+Rx=,联立解得Rx=20 kΩ。
例2 答案 (1)2.450 (2)1 (3)1.91 (4)大于
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==1.91 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,将电阻值和长度分别代入可知ρX>ρY。
例3 答案 (1)A (2) (3)
解析 (1)为了保护电路,闭合开关前,金属夹置于电阻丝的最大阻值处,由题图可知,应该置于A端。
(2)对于电路图甲,根据闭合电路欧姆定律有U=E-Ir,设金属丝的电阻率为ρ,横截面积为S,结合欧姆定律和电阻定律I=,R=ρ,联立解得U=E-r,整理可得=+·,对于电路图乙,根据闭合电路欧姆定律有U=E-I(r+R0),结合欧姆定律和电阻定律I=,R=ρ,联立解得=+·,可知图线的纵轴截距b=,解得E=。
(3)由(2)可知k1=,k2=,又=n,联立解得r=。
例4 答案 (1)欧姆 (2)右
解析 (1)在多用电表中,电压挡和电流挡内部不含电源,只有欧姆挡内部有电源,所以应选多用电表的欧姆挡。
(2)由题图乙导线绕法,根据楞次定律可以判断电流从电流计正极流入,所以指针向右偏转。
例5 答案 (1)B (2)a→b 5.2
解析 (1)电容器充电过程中,当电路刚接通后,电流表示数从0增大某一最大值,后随着电容器的不断充电,电路中的充电电流在减小,当充电结束电路稳定后,此时电路相当于开路,电流为0,B项正确。
(2)根据电路图可知充电结束后电容器上极板带正电,将S1接2,电容器放电,此时通过定值电阻R的电流方向为a→b;根据t=2 s时I=1.10 mA,可知此时电容器两端的电压为U2=IR,电容器开始放电前两端电压为12.3 V,根据I-t图像与横轴围成的面积表示放电量可得0~2 s间的放电量为Q1=ΔU·C=(12.3-1.10×10-3×R)C,2 s后到放电结束间放电量为Q2=ΔU'·C=1.10×10-3·RC,根据题意=,解得R=5.2 kΩ。
例6 答案 (1)1.25 12.5 (4)右 (5)小于
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1.25 V,根据欧姆定律可知,金属丝的测量值R==12.5 Ω。
(4)根据题图丁可知气压越小电阻越大,压强p减小,电阻R增大,再结合U=IR,可判断电压增大,电压表的指针位置应该在题图丙中指针位置的右侧。
(5)电流表采用外接法会导致电压表分流,即R测=,I测=I真+,I测偏大,则R测例7 答案 (1)E B (2)1 820.5 (3)3.0 (4)3.1
解析 (1)本实验误差来自于闭合S2电阻箱R'并入电路后,干路电流会发生变化,为使干路电流变化较小,应使干路中滑动变阻器接入电路的阻值尽量大,为使电流表能够满偏,相应的电源电动势应较大,故电源选择电动势约为9 V的电源,即选E;毫安表G的满偏电流为1 mA,则干路中滑动变阻器接入电路的最小阻值大于=9 kΩ,故滑动变阻器应选用最大阻值为10 kΩ的R2,即选B。
(2)由实验操作步骤可知通过微安表的电流等于通过电阻箱的电流,可知两部分电阻相等,即微安表G内阻的测量值Rg=1 820.5 Ω。
(3)若按照(2)中测算的Rg,将上述微安表G改装成量程为0.6 A的电流表需要并联的电阻R0为R0=,代入数据可得R0≈3.0 Ω。
(4)当微安表G的示数为960 μA时,(0.6-960×10-6)R0=960×10-6×Rg,若是调整为准确,则需将微安表读数变为1 mA,则(0.6-1×10-3)R0'=1×10-3×Rg,联立解得R0'≈3.1 Ω。
高考真题体验
1.答案 (1)短接(填“直接接触”也可) 0 (2)×10 160 (3)2.8
解析 (1)测量电阻之前应该先把两支表笔直接接触,调节滑动变阻器的阻值,使指针指向0刻度位置。
(2)使用欧姆表测电阻时,如果指针偏转过大、过小,测量误差都会比较大,为了减小测量误差,应该选择适当倍率,使测量时指针指在刻度盘的中间区域,又该欧姆表刻度盘的中间刻度值为15,而待测电阻的阻值为150 Ω,所以应选用欧姆表的“×10”挡。由题图乙与欧姆表的读数规则可知,该电阻的测量值为R测=16×10 Ω=160 Ω。
(3)由题图甲可知,电阻箱接在两表笔间,闭合S1、断开S2,将滑动变阻器的阻值调到零时,由闭合电路欧姆定律可得E=I(r+Rg+R电阻箱),其中r未知,Rg=45 Ω,将I1=10 mA、R电阻箱1=228 Ω和I2=20 mA、R电阻箱2=88 Ω两组数据代入并联立解得r=7 Ω,E=2.8 V。
2.答案 (1)B (2)串联 1 980 (3)2和3 1和4 1和2
解析 (1)由于继续测量电阻的阻值约为上次测量电阻的1 000倍,则测量阻值约为15 kΩ的电阻时应把选择开关旋转到“×1 k”位置,A、D两项错误;使用多用电表欧姆挡时应先红黑表笔短接,再欧姆调零,B项正确,C项错误。
(2)将量程较小的表头改装成电压表需串联一个电阻,由欧姆定律可知Ig(rg+R)=UV,解得串联电阻的阻值为R=1 980 Ω。
(3)当电压表直接连在电源两端时示数最大,而题表中2和3之间电压最大,则直流电源E处于2和3之间;当电压表分别连在RA、RB两端时,无法构成回路,电压表示数为0,题表中1和2之间、3和4之间为电阻,则电容器C处于1和4之间;由于电容器相当于断路,由题表可知电压表接接线柱2和4时电压表两端电压大于接1和3时的电压,则1和2之间为大电阻,即电阻RA处于1和2之间。
3.答案 (1)①1.0 ②I(r+RA) ③1.40 1.0 (2)D
解析 (1)①由题图乙可知,电压表读数为U=0.60 V,电流表读数为I=0.58 A,根据欧姆定律可得电流表内阻为RA== Ω≈1.0 Ω。②由闭合电路欧姆定律可知,干电池电动势的表达式为E=U+I(r+RA)。③根据E=U+I(r+RA)变形为U=-(r+RA)I+E,根据题图丁可知,纵截距b=E=1.40 V,斜率的绝对值|k|=r+RA= Ω=2.0 Ω,所以待测干电池电动势为E=1.40 V,电源内阻为r=1.0 Ω。
(2)由于将电压表串联接在电路中,电压表内阻很大,电路中电流太小,故无法完成实验的原因可能是电流太小无法读数,D项正确。
4.答案 (1)0.500 (2)a 左 (3)1.3×10-6 (4)CD
解析 (1)该样品横截面直径的平均值为d= mm=0.500 mm。
(2)由于滑动变阻器采用限流式接法,应将其串联接在电路中,故采用“一上一下”原则,即电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱a相连。为了保护电路,闭合开关前,滑动变阻器滑片应在最大阻值处,即最左端。
(3)由题意可知,该合金丝的电阻为R=3.2 Ω,由电阻定律R=ρ及S=π可得ρ=,其中d=0.500 mm,l=70.00 cm-20.00 cm=50.00 cm,代入数据解得该合金丝的电阻率为ρ≈1.3×10-6 Ω·m。
(4)根据电阻定律可知ρ=,则为了减小实验误差,可减小测合金丝电阻时的误差,选择更精确的电阻箱,可换用阻值范围为0~99.99 Ω的电阻箱,或多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率,再求平均值,C、D两项正确。(共63张PPT)
微专题二
专题七 物理实验
电学实验
热点一 测量型实验
测量型实验多指测量元件的电阻和测量电池的电动势和内阻，其测量原理和方法总结如下：
测量 物理量 测量方法 原理 误差分析
测量 电阻 多用电表欧姆挡测量(欧姆表测量) 闭合电路欧姆定律E=I(R+r) 粗测电阻
伏安法测量电阻 测量值偏大
测量值偏小
测量电池的电动势和内阻 伏安法 E=U+Ir 电压表分流引起误差，E测伏阻法 电压表分流引起误差，E测安阻法 E=I(R+r) 电流表分压引起误差，E测=E真；r测>r真
例1 (2025·辽宁三模)某欧姆表“×1 k”挡的内部结构如图甲所示。
(1)图甲中，灵敏电流计(量程未知，内阻Rg=100 Ω)、电池(电动势未知，内阻r=
0.5 Ω)和滑动变阻器R0(总阻值未知)，表盘上电阻刻度中间值为“15”，此欧姆表的内阻为__________kΩ，按正确的操作步骤测某电阻的阻值，表盘示数如图乙所示，该电阻的阻值约为__________kΩ。
15或15.0
17或17.0
根据闭合电路的欧姆定律可知，两表笔短接时，有Im=，当指针指在刻度盘中央位置上，外接电阻为Rx=15 kΩ，此时有Im= ，故R内=Rx=15 kΩ。由欧姆表的读数可知，待测电阻的阻值R=17.0×1 kΩ=17 kΩ。
解析
(2)用该欧姆表测量一电压表的内阻时，欧姆表的示数为10 kΩ，电压表的示数为4.8 V，可知灵敏电流计的量程为0~_____mA。
测量电压表内阻时，有I==，代入数据解得E=12 V，故灵敏电流计有Im==0.8 mA。
解析
0.8
(3)因长时间使用，欧姆表内电池的电动势下降为8 V，内阻升高为 2 Ω，但仍可欧姆调零，调零后，测得某电阻的阻值为30 kΩ，则该电阻的真实值为________kΩ。
调零后，欧姆表的内阻R内'==10 kΩ，表盘的刻度值不变，接入30 kΩ电阻时对应的电流为I== mA，所以R内'+Rx=，联立解得Rx=20 kΩ。
解析
20
[解题技法] (1)刻度左边无穷大(表示两表笔断开)，右边为零(表示两表笔短接)。
(2)刻度不均匀，左密右疏。
(3)当指针指到刻度中央时，待测电阻阻值恰好等于欧姆表内阻。(中值电阻)
(4)表笔的电流方向：不管是测电压、电流、电阻，电流总是从红表笔流进，黑表笔流出。
(5)欧姆表指针偏转大，说明待测电阻的阻值小，偏转小，说明待测电阻的阻值大。
例2 (2024·山东卷)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。
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。
解析
2.450
(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。
1
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。
解析
(3)正确连接电路，得到Y型号铅笔芯I-U图像如图丙所示，求得电阻RY=________Ω(结果保留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。
1.91
根据题图丙的I-U图像，结合欧姆定律有RY==1.91 Ω。
解析
(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。
根据电阻定律R=ρ，可得ρ=，两种材料的横截面积近似相等，将电阻值和长度分别代入可知ρX>ρY。
解析
大于
例3 (2024·黑吉辽卷)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，按照图甲连接电路，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。
③多次重复步骤②,根据记录的若干组U、L的值,作出
图丙中图线Ⅰ。
④按照图乙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，作出图丙中图线Ⅱ。
A
为了保护电路，闭合开关前，金属夹置于电阻丝的最大阻值处，由题图可知，应该置于A端。
解析
(2)由图线得出纵轴截距为b，则待测电池的电动势E=___。
对于电路图甲，根据闭合电路欧姆定律有U=E-Ir，设金属丝的电阻率为ρ，横截面积为S，结合欧姆定律和电阻定律I=，R=ρ，联立解得U=E-r，整理可得=+，对于电路图乙，根据闭合电路欧姆定律有U=E-I(r+R0)，结合欧姆定律和电阻定律I=，R=ρ，联立解得=+，可知图线的纵轴截距b=，解得E=。
解析
(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)。
由(2)可知k1=，k2=，又=n，联立解得r=。
解析
热点二 探究型实验
探究型实验包括形成问题、提出假设、提出模型、进行实验、观 察、测量、制作，对观测结果或实验数据进行分析解释、评价和交流。新高考中会将教材中演示实验和验证型实验改造成探究型实验进行考查，也可以是教材中要求较高的知识点作为实验原理设计新的探究型实验。
例4 在“探究感应电流的方向与哪些因素有关”的实验中。
(1)为弄清灵敏电流计指针摆动方向与电流方向的关系，可以使用一个已知正负极性的直流电源进行探究。某同学想到了多用电表内部某一挡含有直流电源，他应选用多用电表的______(选填“欧姆”“直流电流”“直流电压”“交流电流”或“交流电压”)挡对灵敏电流计进行测 试。由实验可知，当电流从正接线柱流入电流计时,指针向右摆动。
欧姆
在多用电表中，电压挡和电流挡内部不含电源，只有欧姆挡内部有电源，所以应选多用电表的欧姆挡。
解析
(2)如图甲所示，实验中该同学将条形磁铁从线圈上方向下插入线圈过程中(线圈绕向如图乙所示)，电流计的指针向_____(选填“左”或“右”)偏转。
右
由题图乙导线绕法，根据楞次定律可以判断电流从电流计正极流入，所以指针向右偏转。
解析
例5 (2024·海南卷)用如图甲所示的电路观察电容器的充放电现 象，实验器材有：电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感 器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关S1、开关S2、导线若干。
(1)闭合开关S2，将S1接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3 V。在此过程中，电流表的示数______(填选项字母)。
A.一直稳定在某一数值
B.先增大，后逐渐减小为零
C.先增大，后稳定在某一非零数值
电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流表示数从0增大某一最大值,后随着电容器的不断充电，电路中的充电电流在减小，当充电结束电路稳定后，此时电路相当于开路，电流为0，B项正确。
解析
B
(2)先后断开开关S2、S1，将电流表更换成电流传感器,再将S1接2，此时通过定值电阻R的电流方向__________(选填“a→b”或“b→a”)，通过传感器将电流信息传入计算机，画出电流随时间变化的I-t图像，如图乙，t=2 s时I=
1.10 mA，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出R=________kΩ(结果保留2位有效数字)。
a→b
5.2
根据电路图可知充电结束后电容器上极板带正电，将S1接2，电容器放电，此时通过定值电阻R的电流方向为a→b；根据t=2 s时I=1.10 mA，可知此时电容器两端的电压为U2=IR，电容器开始放电前两端电压为12.3 V，根据I-t图像与横轴围成的面积表示放电量可得0~2 s间的放电量为Q1=ΔU·C=(12.3-1.10×10-3×R)C，2 s后到放电结束间放电量为Q2=ΔU'·C=1.10×10-3·RC，根据题意=，解得R=5.2 kΩ。
解析
热点三 设计型实验
例6 (2024·湖南卷)某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律，搭建了如图甲所示的装置。电阻测量原理如图乙所示，E是电源，V为电压表，A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，表盘如图丙所示，示数为_________V，此时金属丝阻值的测量值R为________Ω(结果保留3位有效数字)。
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1.25 V，根据欧姆定律可知，金属丝的测量值R==12.5 Ω。
解析
1.25
12.5
(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，如图丁所示。
(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丙指针位置的_______
(选填“左”或“右”)侧。
右
根据题图丁可知气压越小电阻越大，压强p减小，电阻R增大，再结合U=IR，可判断电压增大，电压表的指针位置应该在题图丙中指针位置的右侧。
解析
(5)若电压表是非理想电压表，则金属丝电阻的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
电流表采用外接法会导致电压表分流，即R测=，I测=I真+，I测偏大，则R测解析
小于
例7 (2025·黑龙江二模)某同学要将一个量程为1 mA的毫安表改装成量程为0.6 A的电流表，它先测出毫安表的内阻，然后对电表进行改装，最后再利用标准电流表进行校准。
该同学利用“半偏法”原理测量毫安表G的内阻，实验中可供选择的器材如下：
A.滑动变阻器R1(0~2 kΩ) B.滑动变阻器R2(0~10 kΩ)
C.电阻箱R'(0~9 999.9 Ω) D.电源E1(电动势为1.5 V)
E.电源E2(电动势为9 V) F.开关、导线若干
具体实验步骤如下：
a.按电路原理图连接好线路；
b.将滑动变阻器R的阻值调到最大，闭合开关S1后调节R的阻值，使毫安表G的指针满偏；
c.闭合S2，保持R不变，调节R'的阻值，使毫安表G的示数为500 μA，此时R'的示数为1 820.5 Ω。
回答下列问题：
(1)为减小实验误差，实验中电源应选用_____，滑动变阻器应选用____。(均填仪器前的字母)
本实验误差来自于闭合S2电阻箱R'并入电路后，干路电流会发生变化，为使干路电流变化较小，应使干路中滑动变阻器接入电路的阻值尽量大，为使电流表能够满偏，相应的电源电动势应较大，故电源选择电动势约为9 V的电源，即选E；毫安表G的满偏电流为1 mA，则干路中滑动变阻器接入电路的最小阻值大于= 9 kΩ，故滑动变阻器应选用最大阻值为10 kΩ的R2，即选B。
解析
E
B
(2)由实验操作步骤可知毫安表G内阻的测量值Rg=__________Ω。
由实验操作步骤可知通过微安表的电流等于通过电阻箱的电流，可知两部分电阻相等，即微安表G内阻的测量值Rg=1 820.5 Ω。
解析
1 820.5
(3)若按照(2)中测量的Rg，将上述毫安表G改装成量程为0.6 A的电流表需要并联一个阻值为_____Ω的电阻R0(结果保留1位小数)。
若按照(2)中测算的Rg，将上述微安表G改装成量程为0.6 A的电流表需要并联的电阻R0为R0=，代入数据可得R0≈3.0 Ω。
解析
3.0
(4)对改装后的电流表进行校对，由于内阻测量造成的误差，当标准电流表示数为0.6 A时，改装电流表中毫安表G的示数为960 μA，为了尽量消除改装后的电流表测量电流时带来的误差，R0的阻值应调至_____Ω(结果保留1位小数)。
当微安表G的示数为960 μA时，(0.6-960×10-6)R0=960×10-6×Rg，若是调整为准确，则需将微安表读数变为1 mA，则(0.6-1×
10-3)R0'=1×10-3×Rg，联立解得R0'≈3.1 Ω。
解析
3.1
1.(2025·安徽卷)某同学设计了一个具有两种挡位(“×1”挡和“×10”挡)的欧姆表，其内部电路如图甲所示。电源为电池组(电动势E的标称值为3.0 V，内阻r未知)，电流表G(表头)的满偏电流Ig=20 mA，内阻Rg=45 Ω，定值电阻R0=5 Ω，滑动变阻器R的最大阻值为200 Ω。设计后表盘如图乙所示，中间刻度值为“15”。
(1)测量前，要进行欧姆调零：将滑动变阻器的阻值调至最大，闭
合开关S1、S2，此时欧姆表处于“×1”挡，将红表笔与黑表笔
___________________________，调节滑动变阻器的阻值，使指针指向_______(选填“0”或“∞”)刻度位置。
测量电阻之前应该先把两支表笔直接接触，调节滑动变阻器的阻值，使指针指向0刻度位置。
解析
短接(填“直接接触”也可)
0
(2)用该欧姆表对阻值为150 Ω的标准电阻进行试测，为减小测量误 差，应选用欧姆表的__________(选填“×1”或“×10”)挡。进行欧姆调零后，将电阻接在两表笔间，指针指向图乙中的虚线位置，则该电阻的测量值为______Ω。
使用欧姆表测电阻时，如果指针偏转过大、过小，测量误差都会比较大，为了减小测量误差，应该选择适当倍率，使测量时指针指在刻度盘的中间区域，又该欧姆表刻度盘的中间刻度值为15，而待测电阻的阻值为150 Ω，所以应选用欧姆表的“×10”挡。由题图乙与欧姆表的读数规则可知，该电阻的测量值为R测=16×10 Ω=160 Ω。
解析
×10
160
(3)该同学猜想造成上述误差的原因是电源电动势的实际值与标称 值不一致。为了测出电源电动势，该同学先将电阻箱以最大阻值
(9 999 Ω)接在两表笔间，接着闭合S1、断开S2，将滑动变阻器的阻值调到零，再调节电阻箱的阻值。当电阻箱的阻值调为228 Ω时，指针指向“15”刻度位置(即电路中的电流为10 mA)；当电阻箱的阻值调为88 Ω时，指针指向“0”刻度位置(即电路中的电流为20 mA)。由测量数据计算出电源电动势为______V(结果保留2位有效数字)。
2.8
由题图甲可知，电阻箱接在两表笔间，闭合S1、断开S2，将滑 动变阻器的阻值调到零时，由闭合电路欧姆定律可得E=I(r+Rg+
R电阻箱)，其中r未知，Rg=45 Ω，将I1=10 mA、R电阻箱1=228 Ω和I2=20 mA、R电阻箱2=88 Ω两组数据代入并联立解得r=7 Ω，E=
2.8 V。
解析
2.(2025·陕晋青宁卷)常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表 (表头)改装而成的，与电源及相关元器件组装后可构成多功能、多量程的多用电表。
(1)某同学使用多用电表正确测量了一个15.0 Ω的电阻后，需要继续测量一个阻值大约是15 kΩ的电阻。在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前，请选出以下必要的操作步骤并排序；
①把选择开关旋转到“×100”位置。
②把选择开关旋转到“×1 k”位置。
③将红表笔和黑表笔接触。
④调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点。
下列选项中正确的是_____(填选项字母)。
A.①③④ B.②③④
C.②④③ D.①④③
由于继续测量电阻的阻值约为上次测量电阻的1 000倍，则测量 阻值约为15 kΩ的电阻时应把选择开关旋转到“×1 k”位置，A、D两项错误；使用多用电表欧姆挡时应先红黑表笔短接，再欧姆调零，B项正确，C项错误。
解析
B
(2)若将一个内阻为20 Ω、满偏电流为1 mA的表头改装为量程0~2 V的电压表，需要________(选填“串联”或“并联”)一个_______Ω的电阻。
将量程较小的表头改装成电压表需串联一个电阻，由欧姆定律可知Ig(rg+R)=UV，解得串联电阻的阻值为R=1 980 Ω。
解析
串联
1 980
(3)如图，某同学为探究由一个直流电源E、一个电容器C、一个电阻RA及一个电阻RB(RA>RB)组成的串联电路中各元器件的位置，利用改装好的电压表分别测量各接线柱之间的电压，测得数据如下表：
接线柱 1和2 2和3 3和4 1和4 2和4 1和3
U/V 0 1.53 0 0.56 1.05 0.66
根据以上数据可判断，直流电源E处于________之间，电容器C处于________之间，电阻RA处于_________之间。(均选填“1和2”“2和3”“3和4”或“1和4”)
当电压表直接连在电源两端时示数最大，而题表中2和3之间电压最大，则直流电源E处于2和3之间；当电压表分别连在RA、RB两端时，无法构成回路，电压表示数为0，题表中1和2之间、3和4之间为电阻，则电容器C处于1和4之间；由于电容器相当于断路，由题表可知电压表接接线柱2和4时电压表两端电压大于接1和3时的电压，则1和2之间为大电阻，即电阻RA处于1和2之间。
解析
2和3
1和4
1和2
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1.5 V，内阻约为1.5 kΩ)、电流表 (量程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。
(1)考虑电流表内阻影响。
①用图甲所示电路测量电流表的内阻。从图乙电压表和电流表读数可得电流表内阻RA=_______Ω(结果保留2位有效数字)。
1.0
②用图丙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)。
I(r+RA)
③调节滑动变阻器测得多组电表读数，作出图丁所示的U-I图像，则待测干电池电动势E=____________V(结果保留3位有效数字)、内阻r=______Ω(结果保留1位小数)。
1.40
1.0
①由题图乙可知，电压表读数为U=0.60 V,电流表读数为I=0.58 A, 根据欧姆定律可得电流表内阻为RA== Ω≈1.0 Ω。②由闭合电路欧姆定律可知，干电池电动势的表达式为E=U+I(r+RA)。③根据E=U+I(r+RA)变形为U=-(r+RA)I+E，根据题图丁可知，纵截距b=E=1.40 V，斜率的绝对值|k|=r+RA= Ω=2.0 Ω，所以待测干电池电动势为E=1.40 V，电源内阻为r=1.0 Ω。
解析
(2)考虑电压表内阻影响。
该小组也尝试用图戊所示电路测量电压表内阻，但发现实验无法完成。原因是_____(填选项字母)。
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
由于将电压表串联接在电路中，电压表内阻很大，电路中电流 太小，故无法完成实验的原因可能是电流太小无法读数，D项正确。
解析
4.(2025·四川卷)某学生实验小组要测量一段合金丝的电阻率。所用实验器材有：
待测合金丝样品(长度约1 m) 螺旋测微器
学生电源E(电动势0.4 V，内阻未知) 米尺(量程0~100 cm)
滑动变阻器(最大阻值20 Ω) 电阻箱(阻值范围0~999.9 Ω)
电流表(量程0~30 mA，内阻较小) 开关S1、S2
导线若干
(1)将待测合金丝样品绷直固定于米尺上，将金属夹分别夹在样品20.00 cm和70.00 cm位置，用螺旋测微器测量两金属夹之间样品三 个不同位置的横截面直径，读数分别为0.499 mm、0.498 mm和
0.503 mm，则该样品横截面直径的平均值为 mm。
该样品横截面直径的平均值为d= mm=0.500 mm。
解析
0.500
(2)该小组采用限流电路，则图甲中电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱
(选填“a”或“b”)相连。闭合开关前，滑动变阻器滑片应置于 (选填“左”或 “右”)端。
由于滑动变阻器采用限流式接法，应将其串联接在电路中，故采用“一上一下”原则，即电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱a相连。为了保护电路，闭合开关前，滑动变阻器滑片应在最大阻值处，即最左端。
解析
a
左
(3)断开S2、闭合S1，调节滑动变阻器使电流表指针恰好指到15.0 mA刻度处。断开S1、闭合S2，保持滑动变阻器滑片位置不变，旋转电阻箱旋 钮，使电流表指针仍指到15.0 mA处，此时电 阻箱面板如图乙所示，则该合金丝的电阻率为
Ω·m(取π=3.14，结果保留2位有效数字)。
1.3×10-6
由题意可知，该合金丝的电阻为R=3.2 Ω，由电阻定律R=ρ及S=π可得ρ=，其中d=0.500 mm，l=70.00 cm-20.00 cm= 50.00 cm，代入数据解得该合金丝的电阻率为ρ≈1.3×10-6 Ω·m。
解析
(4)为减小实验误差，可采用的做法有________(多选，填选项字母)。
A.换用内阻更小的电源
B.换用内阻更小的电流表
C.换用阻值范围为0~99.99 Ω的电阻箱
D.多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率，再求平均值
根据电阻定律可知ρ=，则为了减小实验误差，可减小测合金丝电阻时的误差，选择更精确的电阻箱，可换用阻值范围为0~99.99 Ω的电阻箱，或多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率，再求平均值，C、D两项正确。
解析
CD专题精练19 电学实验
保分基础练
1.(2024·北京卷)某兴趣小组利用铜片、锌片和橘子制作了水果电池,并用数字电压表(可视为理想电压表)和电阻箱测量水果电池的电动势E和内阻r,实验电路如图甲所示。连接电路后,闭合开关S,多次调节电阻箱的阻值R,记录电压表的读数U,绘出图像,如图乙所示,则该电池的电动势E=____________V,内阻r=____________kΩ。(结果均保留2位有效数字)
2.(2024·重庆卷)探究电容器充放电规律,实验装置如图甲所示,有电源E,定值电阻R0,电容器C,单刀双置开关S。
(1)为测量电容器充放电过程电压U和电流I的变化,需在①、②处接入测量仪器,位置②应该接入测____________(选填“电流”或“电压”)仪器。
(2)接通电路并接通开关使电容器充电,当电压表示数最大时,电流表示数为____________。
(3)根据测得数据,某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图如图乙所示。该过程为____________(选填“充电”或“放电”)。放电过程中电容器两端电压U随时间t变化关系如图丙所示。0.2 s时R0消耗的功率为____________W。
3.(2024·浙江6月卷)在测绘发光二极管在导通状态下的伏安特性曲线实验中。
(1)用多用电表欧姆挡判断发光二极管的正负极选用×100挡时,变换表笔与二极管两极的连接方式,发现电表指针均不偏转。选用____________(选填“×10”或“×1 k”)挡重新测试,指针仍不偏转,更换二极管极性后,发现指针偏转,此时与多用电表红色表笔相连的是二极管____________(选填“正极”或“负极”)。
(2)图甲是已完成部分连线的实物图,为实现电压可从零开始调节,并完成实验,P应连接____________(选填“a”“b”“c”或“d”)接线柱,Q应连接____________(选填“a”“b”“c”或“d”)接线柱。某次选用多用电表量程为50 mA挡测量,指针如图乙所示,则电流I=_______________mA。
(3)根据测得数据,绘出伏安特性曲线如图丙所示,说明该二极管是____________(选填“线性”或“非线性”)元件,正常发光时电压在____________V范围。
增分提能练
4.(2024·河北卷)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”欧姆挡测量二极管的电阻。如图甲所示,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(见图乙);对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图乙),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采用图丙中的器材进行实验,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(以上三空均选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
②图丁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,图戊为利用光敏电阻、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。
专题精练19 电学实验
1.答案 1.0 3.3
解析 由闭合电路欧姆定律得E=U+r,解得U=-r+E,结合题图乙可得E=1.0 V,r=|k|= Ω≈3.3 kΩ。
2.答案 (1)电压 (2)0 (3)放电 0.32
解析 (1)位置②与电容器并联,为测电压仪器。
(2)电压表示数最大时,电容器充电完毕,电流表示数为零。
(3)电容器充电时,电压逐渐增大,电流逐渐减小;电容器放电时电压和电流都减小,故图像逆向分析,该过程为电容器放电过程。电容器充电完毕后的电压等于电源电动势,大小为12 V,由题图丙可知t=0.2 s时电容器两端电压为U=8 V,由题图乙可知当U=8 V时,电流I=40 mA,则电阻R0消耗的功率为P=8×40×10-3 W=0.32 W。
3.答案 (1)×1 k 负极 (2)a d 45.0 (3)非线性 1.9~2.5
解析 (1)指针未偏转,说明可能电阻过大,应换用×1 k挡继续实验;根据“红进黑出”原则及二极管单向导电性可知与红色表笔相连的是二极管负极。
(2)实现电压可从零开始调节,滑动变阻器采用分压式接法,P应连接a;根据题图丙可知电压表选取0~3 V量程,故Q接d;多用电表量程为50 mA,分度值为1 mA,需要估读到0.1 mA,故电表的读数为45.0 mA。
(3)根据题图丙可知I随U非线性变化,故说明该二极管是非线性元件,根据题图丙可知正常发光时即有电流通过时电压在1.9~2.5 V范围。
4.答案 (1)负极 (2)①A A D(或C) ②减小 (3)增大
解析 (1)根据欧姆表结构,使用时欧姆表黑表笔接内部电源正极,当黑表笔接M端,电阻无穷大,说明二极管反向截止,M端为二极管负极。
(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接在金属杆两端接线柱的任意一个,即C或D。②由题图丁可知,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。随着光强增强,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。(共20张PPT)
专题精练19 电学实验
1.(2024·北京卷)某兴趣小组利用铜片、锌片和橘子制作了水果电池，并用数字电压表(可视为理想电压表)和电阻箱测量水果电池的电动势E和内阻r，实验电路如图甲所示。连接电路后，闭合开关S，多次调节电阻箱的阻值R，记录电压表的读数U，绘出图像，如图乙所示，则该电池的电动势E=_______V，内阻r=_______kΩ。(结果均保留2位有效数字)
保分基础练
1
2
3
4
1.0
3.3
由闭合电路欧姆定律得E=U+r，解得U=-r+E，结合题图乙可得E=1.0 V，r=|k|= Ω≈3.3 kΩ。
解析
1
2
3
4
2.(2024·重庆卷)探究电容器充放电规律，实验装置如图甲所示，有电源E，定值电阻R0，电容器C，单刀双置开关S。
1
2
3
4
(1)为测量电容器充放电过程电压U和电流I的变化，需在①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测________(选填“电流”或“电压”)仪器。
电压
位置②与电容器并联，为测电压仪器。
解析
(2)接通电路并接通开关使电容器充电，当电压表示数最大时，电流表示数为_______。
电压表示数最大时，电容器充电完毕，电流表示数为零。
解析
1
2
3
4
0
(3)根据测得数据，某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图如图乙所示。该过程为_________(选填“充电”或“放电”)。放电过程中电容器两端电压U随时间t变化关系如图丙所示。0.2 s时R0消耗的功率为__________W。
1
2
3
4
放电
0.32
电容器充电时，电压逐渐增大，电流逐渐减小；电容器放电时电压和电流都减小，故图像逆向分析，该过程为电容器放电过程。电容器充电完毕后的电压等于电源电动势，大小为12 V，由题图丙可知t=0.2 s时电容器两端电压为U=8 V，由题图乙可知当U=8 V时，电流I=40 mA，则电阻R0消耗的功率为P=8×40×10-3 W=0.32 W。
解析
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4
3.(2024·浙江6月卷)在测绘发光二极管在导通状态下的伏安特性曲线实验中。
(1)用多用电表欧姆挡判断发光二极管的正负极选用×100挡时，变换表笔与二极管两极的连接方式，发现电表指针均不偏转。选用_______(选填“×10”或“×1 k”)挡重新测试，指针仍不偏转，更换二极管极性后，发现指针偏转，此时与多用电表红色表笔相连的是二极管________(选填“正极”或“负极”)。
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3
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×1 k
负极
指针未偏转，说明可能电阻过大，应换用×1 k挡继续实验；根据“红进黑出”原则及二极管单向导电性可知与红色表笔相连的是二极管负极。
解析
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2
3
4
(2)图甲是已完成部分连线的实物图，为实现电压可从零开始调节，并完成实验，P应连接______(选填“a”“b”“c”或“d”)接线柱，Q应连接______(选填“a”“b”“c”或“d”)接线柱。某次选用多用电表量程为50 mA挡测量，指针如图乙所示，则电流I=__________mA。
1
2
3
4
a
d
45.0
实现电压可从零开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，P应连接a；根据题图丙可知电压表选取0~3 V量程，故Q接d；多用电表量程为50 mA，分度值为1 mA，需要估读到0.1 mA，故电表的读数为45.0 mA。
解析
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4
(3)根据测得数据，绘出伏安特性曲线如图丙所示，说明该二极管是__________(选填“线性”或“非线性”)元件，正常发光时电压在____________V范围。
1
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3
4
非线性
1.9~2.5
根据题图丙可知I随U非线性变化，故说明该二极管是非线性元件，根据题图丙可知正常发光时即有电流通过时电压在1.9~2.5 V范围。
解析
4.(2024·河北卷)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
2
3
4
增分提能练
(1)判断发光二极管的极性使用多用电表的“×10 k”欧姆挡测量二极管的电阻。如图甲所示，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(见图乙)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图乙)，由此判断M端为二极管的_______
(选填“正极”或“负极”)。
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3
4
负极
根据欧姆表结构，使用时欧姆表黑表笔接内部电源正极，当黑表笔接M端，电阻无穷大，说明二极管反向截止，M端为二极管负极。
解析
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4
(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性。
①采用图丙中的器材进行实验，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(以上三空均选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
1
2
3
4
A
A
D(或C)
②图丁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”)。
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减小
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接在金属杆两端接线柱的任意一个，即C或D。②由题图丁可知，随光照强度增加，I-U图像斜率增大，所以电阻减小。
解析
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(3)组装光强报警器电路并测试其功能，图戊为利用光敏电阻、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。
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增大
三极管未导通时，RG与R1串联。随着光强增强，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。
解析
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