高考物理二轮复习专题六实验与探究第16讲电学实验课件（65页PPT）

(共65张PPT)
实验类型 实验名称 实验装置图 实验常考点
“观察测量”类实验 观察电容器的充、放电现象 ①考现象:充、放电时电路中的电流情况
②考图像:描绘I-t曲线
③考计算:由I-t曲线下的面积求电荷量
测量电源的电动势和内阻
实验类型 实验名称 实验装置图 实验常考点
“观察测量”类实验 测量金属丝的电阻率 ①考读数:U、I、L及d
②考电路:电路设计或选择、实物连线,器材选择
③考运算:由U-I图像求Rx、ρ
用多用电表测量电学中的物理量 ①考读数:电压、电流、电阻挡的读数
②考使用:电阻表选挡、调零、规范操作等
③考黑箱:多用电表探测黑箱内的元件
④电表改装:所需电阻或改后量程的计算
实验类型 实验名称 实验装置图 实验常考点
“探究”类
实验 探究影响感应电流方向的因素 ①考连线:连接电路
②考现象:分析指针偏转方向
③考分析:分析多种实验电路及实验现象
④考运用:结论的运用
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 ①考操作:改变电压、线圈匝数前均要先断开开关
②考注意:电压不能超过12 V,不能用手接触裸露部件
③考选挡:先用最大量程挡试测,再选用适当量程测量
考向1　观察电容器的充、放电现象
[例1]　(2025·河南焦作二模)如图甲所示,运用此电路图研究电容器的电学特征。已知电源使用了1.5 V的干电池(内阻可忽略不计);灵敏电流表(0~300 μA,内阻可忽略不计)、电压表(内阻为2 500 Ω)、电阻R(阻值为5 000 Ω)和电容器C。
(1)下列操作和现象描述正确的是　　　　　。
A.开关接1,对电容器充电,电流表示数瞬间增大后逐渐减小为零
B.开关接1,电压表示数逐渐增大,电路稳定后示数约为0.5 V
C.开关接1,待电路稳定后断开开关,电压表示数不变
(2)开关接1,待电路稳定后迅速接2,电压表、电流表示数随时间的变化关系如图乙所示。已知时间轴与电流图线所围图形的格子数约为230小格,由此可知电容器充电后,存储电荷量为　　　　C。电容器的电容为　　　　F(结果均保留两位有效数字)。
(3)通过本实验,如何确定电容是电容器的固有属性,请把你对这一问题的见解填写在空格线上　　　　　　　　　。
考向2　测量金属的电阻率
[例2]　(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1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　　　　端(选填“左”或“右”)。
(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2所示,则该合金丝的电阻率为　　　　Ω·m(取π=3.14,结果保留两位有效数字)。
(4)为减小实验误差,可采用的做法有　　　(有多个正确选项)。
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
考向3　测量电源的电动势和内阻
[例3]　(2025·海南卷,节选)如图是“测量电源的电动势和内阻”的实验电路。
有如下器材
电源E(约为3 V,内阻未知)
电压表V(0~3 V,RV约为3 kΩ)
电流表A(0~6 A,RA约为1 Ω)
定值电阻R0=3 Ω
滑动变阻器R1(0~50 Ω)
滑动变阻器R2(0~500 Ω)
开关S
导线若干
(1)为了提高测量精度,电路图中滑动变阻器应选　　　　。
(2)闭合开关S,多次调节滑动变阻器,记录U、I,如下表,根据表中数据作出U-I图像。
U/V 1.00 1.30 1.70 2.00 2.50
I/A 0.38 0.32 0.24 0.18 0.08
(3)由U-I图像可求出电动势E=　　　V,内阻r=　　　　Ω(均保留三位有效数字)。
(4)考虑电压表分流引起的误差,则E测　　E真(选填“大于”“等于”或“小于”)。
答案　(1)R1　(2)图见解析　(3)2.90　2.18　(4)小于
解析　(1)为了提高测量精度,方便调节电路,滑动变阻器选择最大阻值较小的R1。
(2)U-I图像如图所示。
考向1　探究影响感应电流方向的因素
[例4]　(2025·重庆模拟)某同学利用如图甲所示装置“探究影响感应电流方向的因素”,下表为该同学记录的实验现象。
项目 N极插入 N极拔出 S极插入 S极拔出
原磁场方向 向下 向下 向上 向上
A/B灯现象 A灯亮 B灯亮 B灯亮 A灯亮
感应电流磁场的方向 向上 向下 向下 向上
(1)实验前先使用多用电表的欧姆挡对二极管正负极(二极管通正向电流时,电流的流入端为二极管的正极,流出端为二极管的负极)进行确认,某次测量时发现多用电表指针几乎没有偏转,说明此时黑表笔接触的是二极管的　　　　　(选填“正极”或“负极”)。
(2)由实验记录可得当穿过线圈的磁通量增大时,感应电流的磁场方向与条形磁体在线圈内产生的磁场方向　　　　(选填“相同”“相反”或“没有关系”);当穿过线圈的磁通量减小时,感应电流的磁场方向与条形磁体在线圈内产生的磁场方向　　　　(选填“相同”“相反”或“没有关系”)。由此得出的结论是感应电流的磁场总是阻碍原磁场的　　　　的变化。
(3)(多选)该同学利用上面实验中得到的结论,在图乙所示装置中进行了一些操作,发现电流表的指针向右偏转(电流表的偏转满足左进左偏,右进右偏),该同学可能进行的操作是　　　　。
A.闭合开关瞬间
B.断开开关瞬间
C.开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动
D.开关闭合时将滑动变阻器的滑片向右滑动
答案　(1)负极　(2)相反　相同　磁通量　(3)AC
解析　(1)测量时发现多用电表指针几乎没有偏转,说明二极管的负极与电源正极相连,由于黑表笔与电源正极相连,故此时黑表笔接触的是二极管的负极。
(2)由实验记录可得,当穿过线圈的磁通量增大时,感应电流的磁场方向与条形磁体在线圈内产生的磁场方向相反。当穿过线圈的磁通量减小时,感应电流的磁场方向与条形磁体在线圈内产生的磁场方向相同。由此得出的结论是感应电流的磁场总是阻碍原磁场的磁通量的变化。
(3)闭合开关瞬间,线圈A中电流增大,产生的磁场增大,线圈B中向下的磁通量增大,根据楞次定律可知,电流表中有从右向左的电流,电流表的指针向右偏转;同理可得,断开开关瞬间,电流表的指针向左偏转,故A正确,B错误;开关闭合时,将滑动变阻器的滑片向左滑动,滑动变阻器接入电路的阻值减小,线圈A中电流增大,产生的磁场增大,线圈B中向下的磁通量增大,根据楞次定律可知,电流表中有从右向左的电流,电流表的指针向右偏转;同理可得,开关闭合时将滑动变阻器的滑片向右滑动,电流表的指针向左偏转,故C正确,D错误。
考向2　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
[例5]　某同学利用可拆变压器探究电压和线圈匝数的关系。实验器材有适配电源、可拆变压器、导线、数字电压表、小灯泡。实验操作如下:
(1)将变压器铁芯横梁AB紧靠D放置。副线圈绕10匝导线,输出端接小灯泡,原线圈选择130匝,接入36 V交流电压,发现小灯泡亮度很弱。将铁芯横梁AB缓慢向左平移,直至横梁A点与C接触,形成闭合的铁芯。在这个过程中发现小灯泡的亮度逐渐增加,当铁芯闭合时小灯泡的亮度最大。这说明变压器中铁芯的闭合程度越好,副线圈感应电动势　　　　(选填“越小”或“越大”)。
(2)将小灯泡换成数字电压表,变压器铁芯闭合,用电压表测量副线圈两端的电压,电压表应选择　　　　(选填“直流”或“交流”)电压挡。
(3)将变压器铁芯闭合,只改变副线圈匝数n2,获得多组副线圈电压U2和匝数n2对应数据如下表:
n2(匝数) 5 10 15 20 25 30 35
U2(V) 1.32 2.65 3.98 5.32 6.63 7.95 9.28
通过以上数据可以得出:变压器在原线圈电压和其匝数不变的条件下,副线圈的电压与其匝数成　　　　。
答案　(1)越大　(2)交流　(3)正比
解析　(1)灯越亮,说明副线圈的感应电动势越大。
(2)变压器副线圈输出的是交变电流,需要用交流挡测量电压。
(3)对比数据可以发现电压与匝数之比近似相等,在误差允许范围内,电压与其匝数成正比。
[例6]　(2025·安徽黄山二模)实验小组中的小亮同学设计了测量电源电动势和内阻的实验。实验室提供的器材如下:待测电源、标准电源(电动势为E0、内阻为r0)、滑动变阻器、电阻箱、电流表A(量程恰当、内阻未知)、开关和导线若干。操作步骤如下:
(1)先用如图甲所示的电路运用“半偏法”测量电流表A的内阻,记为RA。
(2)在图乙中,闭合开关S1、断开开关S2,调节滑动变阻器的滑片到某位置,记录下电流表示数为I1;保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开开关S1,闭合开关S2,记录下电流表示数为I2。
(3)多次改变滑动变阻器滑片的位置,重复步骤(2),记录下多组示数I1和I2,关于以上实验步骤,下列说法正确的是　　　　　。
A.电路甲运用半偏法测电流表A的内阻时,测量值偏大
B.电路甲中电源电动势大小和滑动变阻器的总阻值均应选择小一些的
C.电路甲和乙中,闭合开关之前滑动变阻器的滑片均应置于最右端
[例7]　(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“×1k”挡,正确操作后,指针位置如图1所示,则读数为　　　　Ω。
(2)为进一步提高实验精度,使用伏安法测量水泥块电阻,电源电动势E为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。
(3)如图2,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。
[常规类实验]
1.(2025·广西卷)某小组将电流表改装成欧姆表,所用器材有电源(电动势E=1.5 V,内阻不计),电流表(满偏电流Ig=100 μA,内阻Rg=100 Ω),电阻R0=500 Ω,滑动变阻器R(0~20 kΩ),导线若干,电路如图。
(1)欧姆调零时,应先将A、B　　　　,再调节滑动变阻器,使电流
表示数为　　　　μA,此时滑动变阻器的阻值为　　　　kΩ。
(2)调零后,在A、B间接入电阻Rx,当电流表示数为60 μA时,
Rx为　　　　kΩ。
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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3 V,内阻约3 kΩ),电流表(量程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。
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(1)首先设计如图甲所示的电路。
①要求用S2选择电流表内、外接电路,请在图甲中补充连线将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　　　　端(选填“a”或“b”);
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　　　　端(选填“c”或“d”)。
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(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乙所示的电路。
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①请在图乙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)。
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解析　(1)①实物连接图如图所示。
②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。
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,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。
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3.(2025·四川南充三模)某物理实验兴趣小组利用如图甲所示的实验电路既能测量电源电动势和内阻,又能测定滑动变阻器R的最大阻值。实验中,将滑动变阻器的滑片从某一端逐渐滑往另一端过程中,小组得到两个理想电压表的多组数据,绘制了如图乙所示的U2-U1图像,其中A点和B点分别对应着滑片位于滑动变阻器两端的状态,定值电阻R0=2 Ω(实验数据结果保留两位有效数字)。根据电路图和实验数据回答:
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(1)闭合开关前,滑片应该置于R的　　　端(选填“左”或“右”)。
(2)图像中的B点表示滑片处于R的　　　端(选填“左”或“右”)。
(3)电源电动势E=　　　　V和内阻r=　　　　Ω。
(4)滑动变阻器R的最大电阻Rm=　　　Ω。
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4.(2025·四川绵阳三模)某实验小组用电流传感器观察两个并联电容器的充、放电过程,设计的电路如图甲所示。器材有:学生电源(9 V,内阻可忽略)、2个相同的电容器(耐压值15 V,电容3 000 μF)、灵敏电流计G(指针居中,内阻不计)、电流传感器(内阻不计)、电阻箱(0~9 999 Ω)、单刀双掷开关和导线若干。完成实验,并回答问题:
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(1)正确连接电路后,电阻箱各个旋钮调到如图乙所示位置,单刀双掷开关S掷于1,一段时间后电容器充电完成,再将S掷于2,则:
①电阻箱接入电路的阻值为　　　　Ω。
②流过电流传感器的电流方向为　　　　(选填“a→b”或“b→a”)。
③已知灵敏电流计电流从左端流入时指针向左偏转,观察到灵敏电流计G指针偏转情况是　　　　。
A.慢慢偏到左边并静止
B.迅速偏到右边并静止
C.慢慢偏到左边并迅速回到正中
D.迅速偏到右边并慢慢回到正中
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(2)电流传感器记录放电电流I随时间t的变化情况如图丙所示。图中图线与纵轴的交点坐标Im为　　　　mA,图线与横轴所围的面积为　　　　C。
(3)若电容器充满电后,增大电阻箱的阻值,则放电时间　　　　(选填“变长”“变短”或“不变”)。
答案　(1)①1 800　②b→a　③D　(2)5 5.4×10-2　(3)变长
解析　(1)①电阻箱接入电路的阻值为R=(1×1 000+8×100+0×10+0×1)Ω=1 800 Ω。
②由题图甲可知,充电后电容器右极板带正电,左极板带负电,则放电过程流过电流传感器的电流方向为b→a。
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[创新类实验]
5.(2025·北京昌平期末)测电阻有多种方法。
(1)甲同学用多用电表测量一电阻的阻值,他选用电阻挡的倍率为“×100”,某次测量指针偏转情况如图甲所示。该电阻的测量值为　　　　Ω。如果用此多用电表测量一个阻值约为20 kΩ的电阻,为了使测量结果比较精确,应选用电阻挡的倍率为　　　　(选填“×10”“×100”或“×1 k”)。
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(2)乙同学用“伏安法”测量电阻Rx的部分实验电路如图乙所示。某次测量时,电压表和电流表的示数分别为U和I,则电阻Rx的测量值可表示为　　　　;已知电压表的内阻为RV,则电阻Rx的真实值可表示为　　　　。
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(3)丙同学用如图丙所示的电路测量电流计的内阻,实验步骤如下:①按电路图连接好实验电路,调节滑片P使滑动变阻器接入电路的阻值最大;②将S1闭合、S2断开,调节R1,使电流计满偏;③闭合S2,保持R1不变,调节电阻箱电阻,当电阻箱阻值为R0时,电流计刚好半偏。则电流计内阻的测量值为　　　　;测量值与真实值相比　　　　(选填“偏小”或“偏大”)。
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(4)丁同学设计了如图丁所示的电路测未知电阻Rx。将Rx与另外两个已知阻值的定值电阻R1、R2和电阻箱R3相连接,M、N两点接检流计(可以检测微小电流)。闭合开关S,调节电阻箱的阻值,使检流计示数为0,此时通过R1与Rx、R2与R3电流相等。则待测电阻Rx=　　　。
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6.(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(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A(量程有0.6 A和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(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。
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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“0.6 A”挡。
②图(b)中已正确连接了部分电路,请在虚线框中完成RP、R0和A间的实物图连线。
(2)磁感应强度B和电流I关系测量。
①将图(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。
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②将滑片P缓慢滑到某一位置,闭合S。此时A示数如图(c)所示,读数为　　　　A。分别记录测试仪示数B和I,断开S。
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③保持磁传感器位置不变,重复步骤②。
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④图(d)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)。
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(3)制动时间t测量。
利用图(b)所示装置测量了t,结果表明B越大,t越小。
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答案　(1)①0.58　②见解析图　(2)①最小　②0.48　④30
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