2021届高考物理大二轮复习讲义 专题六第15讲电学实验
文档属性
| 名称 | 2021届高考物理大二轮复习讲义 专题六第15讲电学实验 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 2.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-03-17 12:20:42 | ||
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文档简介
第15讲 电学实验
构建网络
1．电学实验知识框架
2．洞悉重要电学实验的考点
实验 电路图 实验原理 考查热点
测定金 属的电
阻率
①测Rx：Rx＝(伏安法)
②算ρ：Rx＝ρ，ρ＝ ①考读数：U、I、l及d
②考电路：电路设计或选择(电流表的内接、外接)，实物连线或改错，器材选择
③考运算：根据公式或图象求Rx，进而计算ρ
④误差分析：由电流表的内接、外接分析实验误差
描绘小 灯泡的
伏安特
性曲线
①电路：电流表外接；滑动变阻器用分压式接法
②图象：U?I图象为曲线(温度升高，灯丝电阻增大) ①考电路：电路设计或选择，实物连线或改错，器材选择
②考作图：描点、连线画U?I图象
③考运算：由U?I图象求电阻、电功率
测定电 源的电
动势和
内阻
①原理：E＝U＋Ir
②要领：由于电池内阻较小，电流表采用外接法 ①考电路：电路设计或选择，实物连线或改错，器材选择
②考作图：描点、连线画U?I图象
③考运算：由图象或公式求E、r
④误差分析：由电流表、电压表引起的误差
练习使 用多用
电表
①V、A挡：相当于电压表、电流表
②Ω挡：工作原理是闭合电路欧姆定律
③调零：机械调零、欧姆调零
④电流方向：从红表笔进多用电表，从黑表笔出多用电表 ①考读数：电压、电流、电阻挡的读数
②考使用：欧姆表选挡、调零、规范操作等
③考原理：毫安表改装成大量程电流表、电压表、欧姆表的原理，测电阻的工作原理
④考黑箱：用多用电表探测黑箱内的元件
命题特点：1.分析近几年的高考，考查的方向基本不变，主要体现在：(1)基本仪器的使用及读数。(2)电表的改装、仪器的选择。(3)以测量电阻、电源电动势为核心的电学实验。(4)实验原理的理解、实验数据的分析以及实验的设计。
2．基本仪器的使用仍是今后高考中考查的热点，同时注重对实验操作过程的考查和创新设计实验的考查。
思想方法：等效替代法、半偏法、控制变量法、累积法、电桥平衡法、图象法。
滑动变阻器的接法：分压式、限流式。
电流表的接法：内接法、外接法。
高考考向1 电表的改装、多用电表的原理与使用
例1 (2018·全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表。可用的器材有：微安表头(量程100 μA，内阻900 Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99999.9 Ω)；导线若干。
要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡。
回答下列问题：
(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。
(2)电阻箱的阻值R1＝________ Ω；R2＝________ Ω。(保留到个位)
1．(2017·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；表头的满偏电流为250 μA，内阻为480 Ω。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1 V挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5 mA挡，欧姆×100 Ω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”连接的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”连接的，则读数为________；若此时B端是与“5”连接的，则读数为________。(结果均保留3位有效数字)
2．(2020·吉林省吉林市高三(下)毕业班第四次调研考试)某同学将一个量程为0～1 mA、内阻未知的电流表G改装成量程为0～3 V的电压表V，他先测量该电流表G的内阻Rg，再进行改装，然后把改装的电压表与标准电压表进行校准并进行误差分析。实验室准备的仪器有：
电源E(电动势为4.5 V，内阻约为1.2 Ω)
滑动变阻器R1(最大阻值为5000 Ω，允许通过的最大电流约为0.02 A)
滑动变阻器R2(最大阻值为20 Ω，允许通过的最大电流约为1.0 A)
电阻箱R(最大阻值为999.9 Ω，允许通过的最大电流约为0.2 A)
标准电压表V0(量程为3.0 V，内阻约为4000 Ω)
开关两个，导线若干
他的操作过程如下：
(1)先按如图a所示的电路，测量电流表G的内阻Rg，其步骤为：
①将滑动变阻器R1调到阻值最大，保持开关K2断开，闭合开关K1，再调节滑动变阻器R1，使电流表G的指针指在满刻度Ig处。
②保持滑动变阻器R1的阻值不变，再闭合开关K2，调节电阻箱R的阻值使电流表G的指针指在满刻度的一半处，即I＝Ig，此时电阻箱上的示数如图b所示，则电流表G的内阻Rg＝________Ω。
(2)他根据所测出的电流表G内阻Rg的值，通过计算后，在表头G上串联一个定值电阻R′，就将电流表G改装成量程为0～3 V的电压表V，如图c所示，则这个定值电阻的阻值为R′＝________Ω。
(3)他再用标准电压表V0对改装的电压表进行校准，要求电压能从0到最大值之间逐一进行校准，试在图d的方框中补全校准电路图，并标出所选用器材的符号，其中改装的电压表和标准电压表已画出。
(4)由于电流表G内阻Rg的测量值________(选填“小于”或“大于”)真实值，改装电压表V时串联电阻R′的阻值________(选填“偏大”或“偏小”)，因此在校准过程中，改装的电压表的示数总比标准表的示数________(选填“偏大”或“偏小”)。
高考考向2 以测电阻为核心的实验
例2 (2018·全国卷Ⅲ)一课外实验小组用如图a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＝20.0 Ω)；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，记下此时电压表的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表的示数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。(保留一位小数)
3．(2020·江苏高考)某同学描绘一种电子元件的I?U关系图象，采用的实验电路图如图1所示，V为电压表，mA为电流表，E为电源(电动势约6 V)，R为滑动变阻器(最大阻值20 Ω)，R0为定值电阻，S为开关。
(1)请用笔画线代替导线，将图2所示的实物电路连接完整。
(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表：
电压U/V 0.000 0.250 0.500 0.650 0.700 0.725 0.750
电流 I/mA 0.00 0.10 0.25 0.60 1.70 4.30 7.50
请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的I?U图线。
(3)根据作出的I?U图线可知，该元件是________(选填“线性”或“非线性”)元件。
(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻R0，会导致的两个后果是________。
A．电压和电流的测量误差增大
B．可能因电流过大烧坏待测元件
C．滑动变阻器允许的调节范围变小
D．待测元件两端电压的可调节范围变小
4．(2019·江苏高考)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。实验操作如下：
(1)螺旋测微器如图1所示。在测量电阻丝的直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动________(选填“A”“B”或“C”)，直到听到“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏。
(2)选择电阻丝的________(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径。
(3)图2中Rx为待测电阻丝。请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入图3实物电路中的正确位置。
(4)为测量Rx，利用图2所示的电路，调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值，作出的U1?I1关系图象如图4所示。接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表：
U2/V 0.50 1.02 1.54 2.05 2.55
I2/mA 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0
请根据表中的数据，在方格纸上作出U2?I2图象。
(5)由此，可求得电阻丝的Rx＝________ Ω。根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率。
高考考向3 以测电源电动势和内阻为核心的实验
例3 (2020·山西省太原市高三模拟)在有机玻璃板的中心固定一段镀锌铁丝，盖在盛有适量自来水的不锈钢桶上，铁丝下端浸在水中但不与桶的底面和侧面接触，以镀锌铁丝为负极，钢桶为正极，制成一个自来水电源。为测量该电源的电动势和内电阻，某同学设计了图a的电路进行实验。使用的器材主要有两个相同的微安表G1、G2(量程为200 μA)，两个相同的电阻箱R1、R2(规格均为9999.9 Ω)。实验过程如下，完成步骤中的填空：
(1)调节电阻箱R1的阻值为________(选填“8888.8”或“0000.0”) Ω，调节R2的阻值为2545.0 Ω，闭合开关S。
(2)保持R2的阻值不变，调节R1，当R1＝6000.0 Ω时，G1的示数为123.0 μA，G2的示数为82.0 μA，则微安表的内阻为________Ω。
(3)保持R2的阻值不变，多次调节R1的值，记录两个微安表的示数如下表所示：
G1示数I1/μA 88.0 94.2 104.2 112.8 123.0 136.0
G2示数I2/μA 115.8 110.0 100.4 92.2 82.0 70.0
在图b中将所缺数据点补充完整，作出I2?I1图线；
(4)根据图线可求得电源的内阻r＝________Ω，电动势E＝________V。(结果保留两位有效数字)
5. (2020·湖北省武汉市武昌区高三(下)6月调研考试(一))某同学用图甲电路做“测量电源的电动势和内阻”实验。可用的器材有：
A．电源(电动势约为3 V，内阻约为10 Ω)
B．电压表V(量程0～50 mV，内阻为50 Ω)
C．电流表A(量程0～100 mA，内阻约为2.5 Ω)
D．电阻箱R(0～999.9 Ω，最小改变值为0.1 Ω)
E．定值电阻R1＝2950 Ω
F．定值电阻R2＝9950 Ω
G．开关S及若干导线
在尽可能减小测量误差的情况下，请回答下列问题：
(1)定值电阻应选用________。(填写器材前面的字母序号)
(2)在正确选择定值电阻的情况下，定值电阻与电压表串联后改装成的电压表量程为0～________V。
(3)用笔画线代替导线，按图甲电路将图乙实物完整连接起来。
(4)实验步骤如下：
①闭合S，调节电阻箱的阻值使电流表的示数为100 mA，此时电阻箱的阻值为14.5 Ω，电压表的示数为U0。
②断开S，拆下电流表，将B与C用导线直接相连，闭合S，调节电阻箱的阻值使电压表的示数仍为U0，此时电阻箱的阻值为17.1 Ω，则电流表的内阻为________Ω。
③调节电阻箱阻值，记下电阻箱的阻值和电压表的示数；多次改变电阻箱的阻值，可获得多组数据。作出电压表示数的倒数随电阻箱的阻值的倒数变化的图线如图丙所示，若不考虑电压表对电路的影响，该电源的电动势和内阻分别为________V、________Ω(结果保留三位有效数字)。
高考考向4 传感器及创新实验
例4 (2018·全国卷Ⅱ)某实验小组利用如图a所示的电路探究在25 ℃～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表(量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9 Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。
实验时，先按图a连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2?t数据见下表。
t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0
回答下列问题：
(1)在闭合S1前，图a中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；
(2)在图b的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2?t曲线；
(3)由图b可得到RT在25 ℃～80 ℃范围内的温度特性。当t＝44.0 ℃时，可得RT＝________ Ω；
(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图c所示，该读数为________ Ω，则手心温度为________ ℃。
6. (2017·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100 μA，内阻大约为2500 Ω)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20 Ω，另一个阻值为2000 Ω)；电阻箱Rz(最大阻值为99999.9 Ω)；电源E(电动势约为1.5 V)；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2500.0 Ω，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2601.0 Ω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：_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
7．(2019·全国卷Ⅱ)某小组利用图a所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中和为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100 Ω)；S为开关，E为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图b是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管U?t关系曲线。回答下列问题：
(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0 μA，应调节
滑动变阻器R，使电压表的示数为U1＝________ mV；根据图b可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻________(填“变大”或“变小”)，电压表示数________(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动，以使示数仍为U1。
(2)由图b可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为＝________×10－3 V/℃(保留2位有效数字)。
易错警示 求非线性元件的实际电阻和功率
例 (2017·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3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表(量程3 V，内阻3 kΩ)；电流表(量程0.5 A，内阻0.5 Ω)；固定电阻R0(阻值1000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0 Ω)；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干。
(1)实验要求能够实现在0～3.8 V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4 V，内阻1.00 Ω)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)
专题作业
限时：80分钟 满分：100分
实验题(本题共10小题，共100分)
1．(2020·江苏省南京市、盐城市高三下学期第二次模拟考试)(10分)某同学想利用两节干电池测定一段粗细均匀的电阻丝的电阻率ρ，设计了如图甲所示的电路。ab是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝，R0是阻值为2 Ω的保护电阻，导电夹子P与电阻丝接触始终良好(接触电阻忽略不计)。
(1)该同学连接成如图甲所示实验电路，请指出图中器材连接存在的问题：____________________________________________________________________。
(2)实验时闭合开关，调节P的位置，将aP的长度x和对应的电压表示数U、电流表示数I的数据记录如下表：
x/m 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10
U/V 2.18 2.10 2.00 1.94 1.72 1.48
I/A 0.28 0.31 0.33 0.38 0.43 0.49
/Ω 7.79 6.77 6.06 5.10 4.00 3.02
①请你根据表中数据在图乙上描点连线作?x关系图线；
②根据测得的直径可以算得电阻丝的横截面积S＝1.2×10－7 m2，利用图乙图线，可求得该电阻丝的电阻率ρ为________Ω·m；根据图乙中的图线可求出电流表内阻为________Ω；(保留两位有效数字)
③理论上用此电路测得的电阻丝电阻率与其真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或 “相同”)。
2．(2020·广西桂林市高三上学期第一次联合调研)(10分)利用如图所示电路测量一量程为300 mV的电压表的内阻RV(约为300 Ω)。某同学的实验步骤如下：
①按电路图正确连接好电路，把滑动变阻器R的滑片P滑到a端，闭合电键S2，并将电阻箱R0的阻值调到较大；
②闭合电键S1，调节滑动变阻器滑片的位置，使电压表的指针指到满刻度；
③保持电键S1闭合和滑动变阻器滑片P的位置不变，断开电键S2，调整电阻箱R0的阻值大小，使电压表的指针指到满刻度的三分之一，读出此时电阻箱的阻值为R0＝596 Ω，则电压表的内阻RV＝________Ω。
实验所提供的器材除待测电压表、电阻箱(最大阻值999.9 Ω)、电池(电动势约1.5 V，内阻可忽略不计)、导线和电键之外，还有如下可供选择的实验器材：
A．滑动变阻器：最大阻值为200 Ω
B．滑动变阻器：最大阻值为10 Ω
C．定值电阻：阻值约为20 Ω
D．定值电阻：阻值约为200 Ω
根据以上实验方法，回答下列问题。
(1)为了使测量比较精确，在可供选择的实验器材中，滑动变阻器R应选用________，定值电阻R′应选用________。(填写可供选择实验器材前面的序号)
(2)对于上述的测量方法，从实验原理分析可知，在测量操作无误的情况下，实际测出的电压表内阻的测量值R测________真实值RV(选填“大于”“小于”或“等于”)，这误差属于________误差(选填“偶然”或者“系统”)，且在其他条件不变的情况下，若RV越大，其测量值R测的误差就越________(选填“大”或“小”)。
3．(2020·江苏省五校高三联考)(10分)在“练习多用电表的使用”实验中：
(1)如图甲为一正在测量中的多用电表表盘，甲同学利用多用电表的直流 50 mA挡测量电流，则读数为________mA。
(2)乙同学利用多用电表测量某一只电阻的阻值时，他用电阻挡“×100”测量时发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，操作顺序为________(填写选项前的字母)。
A．将选择开关旋转到电阻挡“×1 k”的位置
B．将选择开关旋转到电阻挡“×10”的位置
C．将两表笔分别与被测电阻的两根引线相接完成测量
D．将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针指向“0 Ω”
(3)丙同学想设计一个实验，测量多用电表“×1 Ω” 挡的内部总电阻和内部电源的电动势，指针式多用电表欧姆挡的内部电路是由直流电源、调零电阻和表头相串联而成。给定的器材有：待测多用电表，量程为100 mA 的电流表，最大电阻为20 Ω 的滑动变阻器，鳄鱼夹，开关，导线若干。实验过程如下：
①实验前将多用电表调至“×1 Ω”挡，将红黑表笔短接，调节旋钮，使指针指向“0 Ω”；
②用鳄鱼夹将红、黑表笔固定在图乙的两接线柱上，请用笔画线代替导线将图乙电路连接完整；
③调节滑动变阻器，读出多用电表示数R、毫安表示数I，求出电流的倒数，记录在下面的表格中，请根据表格数据在图丙的坐标系中描点作图；
R/Ω 4 7 10 14 18 20
I/10－3A 78.0 67.0 60.0 52.0 45.0 43.0
/A－1 12.8 14.9 16.7 19.2 22.2 23.2
④请通过图线求出多用电表内部电源的电动势为________V，内部总电阻为________Ω；(结果保留三位有效数字)
⑤电流表存在一定的内阻，这对实验结果________(选填“有影响”或“无影响”)。
4．(2018·天津高考)(10分)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：
A．电压表(量程0～1 V，内阻约为10 kΩ)
B．电压表(量程0～10 V，内阻约为100 kΩ)
C．电流表(0～1 mA，内阻约为30 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，内阻约为0.05 Ω)
E．电源(电动势1.5 V，额定电流0.5 A，内阻不计)
F．电源(电动势12 V，额定电流2 A，内阻不计)
G．滑动变阻器R0(阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A)
(1)为使测量尽量准确，电压表选用________，电流表选用________，电源选用________。(均填器材的字母代号)
(2)画出测量Rx阻值的实验电路图。
(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会________其真实值(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
5．(2020·福建省厦门市高三(下)五月质量检查)(10分)小敏要将一量程为250 μA的微安表改装成量程为5 V的电压表。由于微安表内阻未知，小敏先用多用电表粗测得其内阻约为1100 Ω。现有如下器材：
A．待改装的微安表
B．标准电压表
C．电阻箱(0～99999.9 Ω)
D．滑动变阻器(0～10 Ω)
E．学生电源
F．开关，导线若干
(1)按粗测的微安表内阻进行电压表改装，应将电阻箱阻值调节为________Ω；
(2)改装完成后，小敏利用上述器材设计了电路进行校准，请完成校准电路的实物图连线；
(3)当标准电压表的示数为5.00 V时，微安表的指针位置如图所示。由此可以推测出所改装的电压表量程不是预期的5 V，而是________V(保留两位有效数字)，导致该误差产生的原因可能是________；
A．微安表的实际内阻大于所测得的1100 Ω
B．微安表的实际内阻小于所测得的1100 Ω
(4)要达到预期目的，不必再设计实验精确测量微安表的内阻，只需将电阻箱的阻值调整为________Ω即可。
6．(2020·河南省驻马店市模拟)(10分)某同学设计了如图甲所示的电路测量电池组的电动势和内阻。除待测电池组外，还需使用的实验器材有：灵敏电流表G，可变电阻R1、R2，电压表V1、V2，电流表A1、A2，开关，导线若干。
(1)为了选择合适的可变电阻，该同学先用多用电表估测了电压表的内阻。测量时，先将多用电表挡位调到如图乙所示位置，再将红表笔和黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指向“0 Ω”。然后将调节好的多用电表红表笔和电压表的负接线柱相连，黑表笔和电压表的正接线柱相连。欧姆表的指针位置如图丙所示，则欧姆表的读数为________Ω。
(2)选择合适的可变电阻R1、R2后，按照图甲所示电路图连接好电路，将可变电阻R1、R2调到合适的阻值，闭合开关S，反复调节可变电阻R1、R2，直到电流表G的指针不偏转，电压表V1、V2的示数之和记为U1，电流表A1、A2的示数之和记为I1。
(3)断开开关，适当调小可变电阻R1的阻值，闭合开关，发现此时电流表G的指针发生了偏转，缓慢________(选填“调大”或“调小”)可变电阻R2的阻值，直至电流表G的指针不发生偏转，电压表V1、V2的示数之和记为U2，电流表A1、A2的示数之和记为I2。
(4)重复(3)的步骤，记录到多组数据(U3，I3)、(U4，I4)…
(5)实验完毕，整理器材。
(6)利用记录的数据，作出U?I图线如图丁所示，依据图线可得电池组的内阻r为________，电动势为________。
(7)理论上该同学测得的电池组内阻________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
7．(2020·湖南省永州市高三(下)第三次模拟考试)(10分)某同学欲将内阻为100 Ω、量程为300 μA的电流计G改装成欧姆表。可选用的器材还有：定值电阻R1(阻值为25 Ω)；定值电阻R2(阻值为100 Ω)；滑动变阻器R(最大阻值为1500 Ω)；干电池E(E＝1.5 V、r＝2 Ω)；红、黑表笔和导线若干。改装电路如图甲所示。
(1)定值电阻应选择________(选填“R1”或“R2”)。
(2)该同学用改装后尚未标示对应刻度的欧姆表测量一内阻和量程均未知的电压表V的内阻。步骤如下：先将欧姆表的红、黑表笔短接，调节R，使电流计G指针指到________μA；再将黑表笔与电压表V的“＋”接线柱相连，红表笔与电压表V的“－”接线柱相连，若两表的指针位置分别如图乙和图丙所示，则电压表V的内阻为________Ω，量程为________V。
(3)改装并标定好欧姆表表盘刻度线电阻值后，若定值电阻的内部部分短路导致电阻值稍变小，但仍能进行欧姆调零，用该表测量某电阻的电阻值时，测量值与真实值相比较：R测________R真(选填“>”“＝”或“<”)。
8．(2020·山东省青岛市高三三模)(10分)电流传感器可以捕捉到瞬间的电流变化，它与计算机相连，可以显示出电流随时间变化的I?t图象。如图甲所示连接电路。直流电源电动势9 V，内阻可忽略，电容器选用电容较大的电解电容器。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电；然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机。屏幕上显示出电流随时间变化的I?t图象如图乙所示。
(1)在如图乙所示的I?t图象中用阴影标记面积的物理意义是________________________________________。
(2)根据I?t图象估算当电容器开始放电时所带的电荷量q0＝________，并计算电容器的电容C＝________。(均保留两位有效数字)
(3)如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，充电时I?t曲线与横轴所围成的面积将________(选填“增大”“不变”或“变小”)；充电时间将________(选填“变长”“不变”或“变短”)，简要说明原因：________________。
9．(2020·广东省广州市高三(下)二模)(10分)某同学利用下列器材研究小灯泡的伏安特性：
小灯泡L(额定电压2.5 V，额定电流0.3 A)；
电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)；
毫安表mA(量程100 mA，内阻9 Ω)；
定值电阻R0(阻值3 Ω)；
滑动变阻器R(阻值0～10 Ω)；
电源E(电动势4 V，内阻不计)；
开关S；导线若干。
(1)实验要求在0～2.5 V的范围内对小灯泡进行测量，在图a中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整。
(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移动至最________(选填“左”或“右”)端。
(3)实验得到该小灯泡的伏安特性曲线如图b所示，可知随着电流的增加小灯泡的电阻________(选填“增大”“不变”或“减小”)；若实验过程中某次读数时毫安表的指针位置如图c所示，则此时小灯泡的电阻为________Ω(保留一位小数)。
(4)完成实验后，该同学用另一开关S1和上述器材连接成图d所示的电路，闭合开关S、S1，适当调节滑动变阻器R的滑片位置，使小灯泡恰好正常发光；再断开开关S1，此时小灯泡两端的电压为________V(保留一位小数)。
10．(2020·福建省泉州市高三第二次市质量检测)(10分)一热敏电阻的说明资料上给出其阻值Rt随温度t变化的特性曲线，如图甲中曲线Ⅰ所示。为了验证这条曲线，某实验小组采用“伏安法”测量该热敏电阻在不同温度下的阻值，然后绘出其Rt?t图线。所设计的部分电路如图乙所示，其中电压表V的量程为0～3 V、内阻约3 kΩ；电流表G的量程为0～250 μA、内阻约300 Ω；滑动变阻器的最大阻值为100 Ω。
(1)用图乙电路测热敏电阻的低温区阻值时，请根据实验原理，用笔画线代替导线将电路连接完整；在开关闭合之前滑动变阻器的滑片应滑到________(选填“a”或“b”)端。
(2)该小组在测热敏电阻的各个温度区阻值时，都采用(1)所设计的电路，绘出的Rt?t图线如图甲中曲线Ⅱ所示，它与曲线Ⅰ在高温区部分存在明显偏差，是因为高温时(1)所设计的电路中________(选填“电流表”或“电压表”)的测量值偏差过大。
(3)为了提高精度，该小组改用“电桥法”测量Rt的阻值，电路如图丙所示，其中定值电阻阻值为R0，粗细均匀的电阻丝AB总长为L。实验时闭合开关S，不断调节线夹P所夹的位置，直到电流表G示数为零，测出此时PB段电阻丝长度x，则Rt的阻值计算式为Rt＝________(用R0、L、x表示)。已知L＝60.00 cm，R0＝3.6 kΩ，当电流表G示数为零时x＝15.00 cm，则此时热敏电阻所处环境的温度为________℃(结果保留两位有效数字)。
第15讲 电学实验
构建网络
1．电学实验知识框架
2．洞悉重要电学实验的考点
实验 电路图 实验原理 考查热点
测定金 属的电
阻率
①测Rx：Rx＝(伏安法)
②算ρ：Rx＝ρ，ρ＝ ①考读数：U、I、l及d
②考电路：电路设计或选择(电流表的内接、外接)，实物连线或改错，器材选择
③考运算：根据公式或图象求Rx，进而计算ρ
④误差分析：由电流表的内接、外接分析实验误差
描绘小 灯泡的
伏安特
性曲线
①电路：电流表外接；滑动变阻器用分压式接法
②图象：U?I图象为曲线(温度升高，灯丝电阻增大) ①考电路：电路设计或选择，实物连线或改错，器材选择
②考作图：描点、连线画U?I图象
③考运算：由U?I图象求电阻、电功率
测定电 源的电
动势和
内阻
①原理：E＝U＋Ir
②要领：由于电池内阻较小，电流表采用外接法 ①考电路：电路设计或选择，实物连线或改错，器材选择
②考作图：描点、连线画U?I图象
③考运算：由图象或公式求E、r
④误差分析：由电流表、电压表引起的误差
练习使 用多用
电表
①V、A挡：相当于电压表、电流表
②Ω挡：工作原理是闭合电路欧姆定律
③调零：机械调零、欧姆调零
④电流方向：从红表笔进多用电表，从黑表笔出多用电表 ①考读数：电压、电流、电阻挡的读数
②考使用：欧姆表选挡、调零、规范操作等
③考原理：毫安表改装成大量程电流表、电压表、欧姆表的原理，测电阻的工作原理
④考黑箱：用多用电表探测黑箱内的元件
命题特点：1.分析近几年的高考，考查的方向基本不变，主要体现在：(1)基本仪器的使用及读数。(2)电表的改装、仪器的选择。(3)以测量电阻、电源电动势为核心的电学实验。(4)实验原理的理解、实验数据的分析以及实验的设计。
2．基本仪器的使用仍是今后高考中考查的热点，同时注重对实验操作过程的考查和创新设计实验的考查。
思想方法：等效替代法、半偏法、控制变量法、累积法、电桥平衡法、图象法。
滑动变阻器的接法：分压式、限流式。
电流表的接法：内接法、外接法。
高考考向1 电表的改装、多用电表的原理与使用
例1 (2018·全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表。可用的器材有：微安表头(量程100 μA，内阻900 Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99999.9 Ω)；导线若干。
要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡。
回答下列问题：
(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。
(2)电阻箱的阻值R1＝________ Ω；R2＝________ Ω。(保留到个位)
破题关键点
(1)如何将表头改装成大量程电流表？
提示：给表头并联电阻。
(2)如何将电流表改装成电压表？
提示：给电流表串联电阻。
[解析] (1)R1的电阻比较小，所以R1与表头并联构成大量程的电流表，R2的阻值比较大，与改装后的电流表串联可充当大量程的电压表，设计电路图如图所示。
(2)改装电流表需要并联一个电阻，要改装1 mA的电流表需要并联的电阻R1＝＝ Ω＝100 Ω；要改装3 V电压表需要串联电阻，串联电阻的阻值为R2＝＝ Ω＝2910 Ω。
[答案] (1)图见解析 (2)100 2910
1.电表改装
类型 电路图 原理
把电流表改装为电压表
U＝Ig(Rg＋R)
扩大电流表量程
I＝Ig＋
把电流表改装为欧姆表
R内＝R中＝
Rx＝－R内
2.多用电表的原理及使用
(1)多用电表的读数
电流表、电压表的刻度是均匀的，读数时应注意量程；欧姆表的刻度是不均匀的，读数时应乘以倍率。
(2)多用电表使用的几个注意事项
①电流的流向：使用多用电表时不管测量电阻还是测量电流或电压，多用电表的红表笔都连内部电流表的正接线柱，黑表笔连负接线柱，电流都是从红表笔进、从黑表笔出。
②要区分“机械零点”与“欧姆零点”：“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置，用表盘下边中间的指针定位螺丝调整；“欧姆零点”在表盘右侧电阻刻度“0”位置，用欧姆调零旋钮调整。
③测电阻时每变换一次挡位，都要重新进行欧姆调零。
④选倍率：测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡的刻度不均匀，使用欧姆挡测电阻时，指针偏转过大或过小都有较大误差，通常只使用表盘中间的一段刻度范围。
如果指针偏转角度太小(即指针所指的欧姆刻度值太大)，应该适当增大倍率重新欧姆调零后再测量；如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太小)，应该适当减小倍率重新欧姆调零后再测量。
⑤测电阻时要将电阻与其他元件断开。测电阻时不要用手接触多用电表的表笔。
⑥多用电表使用完毕后应将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡。
(3)欧姆表刻度不均匀的原因
当红、黑表笔短接时，调节滑动变阻器R0(即欧姆调零)，使灵敏电流计满偏，Ig＝，中值电阻(欧姆表内阻)R中＝Rg＋R0＋r，当两表笔接入电阻Rx时，I＝，电阻Rx与电路中的电流相对应，但不是线性关系，故欧姆表刻度不均匀。
(4)欧姆表转换倍率的两种途径：欧姆表换倍率实际上就是改变欧姆表的内阻，欧姆表的内阻R内＝，通常通过改变电源电动势或电流表量程来改变欧姆表的倍率。若保持电流表量程不变，将电源电动势扩大为原来的10倍，欧姆表倍率就扩大到原来的10倍；若保持电源电动势不变，将电流表量程扩大为原来的10倍，欧姆表倍率变为原来的十分之一。
1．(2017·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；表头的满偏电流为250 μA，内阻为480 Ω。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1 V挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5 mA挡，欧姆×100 Ω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”连接的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”连接的，则读数为________；若此时B端是与“5”连接的，则读数为________。(结果均保留3位有效数字)
答案 (1)黑 (2)B (3)160 880
(4)1.47 mA 1.10 kΩ 2.95 V
解析 (1)当B端与“3”连接时，内部电源与外部电路形成闭合回路，电流从A端流出，故A端与黑色表笔相连接。
(2)在使用多用电表之前，调整表头螺丝使电表指针指在表盘左端电流“0”位置，选项A错误；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，选项B正确；使用电流挡时，电阻R6不在闭合电路中，调节无效，选项C错误。
(3)根据题给条件可知：当B端与“2”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联，此时为量程1 mA的电流挡，由并联电路两支路电流与电阻成反比知，＝＝，解得R1＋R2＝160 Ω。当B端与“4”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联后再与R4串联，此时为量程1 V的电压挡，表头与R1、R2组成的串联电路并联总电阻为120 Ω，两端电压为0.12 V，由串联电路中电压与电阻成正比知：R4两端电压为0.88 V，则R4电阻为880 Ω。
(4)若此时B端是与“1”连接的，多用电表作为直流电流表使用，量程2.5 mA，读数为1.47 mA。若此时B端是与“3”连接的，多用电表作为欧姆表使用，读数为11×100 Ω＝1.10 kΩ。若此时B端是与“5”连接的，多用电表作为直流电压表使用，量程为5 V，读数为2.95 V。
2．(2020·吉林省吉林市高三(下)毕业班第四次调研考试)某同学将一个量程为0～1 mA、内阻未知的电流表G改装成量程为0～3 V的电压表V，他先测量该电流表G的内阻Rg，再进行改装，然后把改装的电压表与标准电压表进行校准并进行误差分析。实验室准备的仪器有：
电源E(电动势为4.5 V，内阻约为1.2 Ω)
滑动变阻器R1(最大阻值为5000 Ω，允许通过的最大电流约为0.02 A)
滑动变阻器R2(最大阻值为20 Ω，允许通过的最大电流约为1.0 A)
电阻箱R(最大阻值为999.9 Ω，允许通过的最大电流约为0.2 A)
标准电压表V0(量程为3.0 V，内阻约为4000 Ω)
开关两个，导线若干
他的操作过程如下：
(1)先按如图a所示的电路，测量电流表G的内阻Rg，其步骤为：
①将滑动变阻器R1调到阻值最大，保持开关K2断开，闭合开关K1，再调节滑动变阻器R1，使电流表G的指针指在满刻度Ig处。
②保持滑动变阻器R1的阻值不变，再闭合开关K2，调节电阻箱R的阻值使电流表G的指针指在满刻度的一半处，即I＝Ig，此时电阻箱上的示数如图b所示，则电流表G的内阻Rg＝________Ω。
(2)他根据所测出的电流表G内阻Rg的值，通过计算后，在表头G上串联一个定值电阻R′，就将电流表G改装成量程为0～3 V的电压表V，如图c所示，则这个定值电阻的阻值为R′＝________Ω。
(3)他再用标准电压表V0对改装的电压表进行校准，要求电压能从0到最大值之间逐一进行校准，试在图d的方框中补全校准电路图，并标出所选用器材的符号，其中改装的电压表和标准电压表已画出。
(4)由于电流表G内阻Rg的测量值________(选填“小于”或“大于”)真实值，改装电压表V时串联电阻R′的阻值________(选填“偏大”或“偏小”)，因此在校准过程中，改装的电压表的示数总比标准表的示数________(选填“偏大”或“偏小”)。
答案 (1)105.0 (2)2895 (3)图见解析
(4)小于 偏大 偏小
解析 (1)图b电阻箱的读数为105.0 Ω，则电流表的内阻Rg＝105.0 Ω。
(2)由电压表的改装原理可知：R′＝－Rg＝2895 Ω。
(3)要求电压能从0到最大值之间逐一进行校准，因此滑动变阻器应采用分压式接法，为调节方便，滑动变阻器选用最大阻值较小的R2；标准电压表和改装电压表应并联。电路图如图所示。
(4)用半偏法测电流表内阻Rg时，由于电阻箱R的连入使得电路总电流变大，致使Rg的测量值偏小，即测量值小于真实值；在改装电压表时串联的定值电阻R′＝－Rg，因为Rg偏小，所以R′的阻值偏大，使得校准时通过它的电流值偏小，故改装的电压表示数总比标准表的示数偏小。
高考考向2 以测电阻为核心的实验
例2 (2018·全国卷Ⅲ)一课外实验小组用如图a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＝20.0 Ω)；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，记下此时电压表的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表的示数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。(保留一位小数)
破题关键点
(1)Rx两端的电压U如何表示？
提示：U＝U2－U1。
(2)通过Rx的电流I如何表示？
提示：I＝。
[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串联电路电压为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＝R0。5次测量所得的平均值为(3.44＋3.43＋3.39＋3.40＋3.39)＝3.41，故Rx＝R0＝(3.41－1)×20.0 Ω＝48.2 Ω。
[答案] (1)图见解析 (4)R0 (6)48.2
测电阻实验中仪表的选择及接法
(1)仪表选择的三个主要原则：安全性(量程不能太小)、准确性(量程不能太大)、方便性(滑动变阻器要方便调节)。
(2)选择电流表内外接法的口诀：“大内偏大，小外偏小”(大电阻适合电流表内接法，测量值比实际值偏大；小电阻适合电流表外接法，测量值比实际值偏小)。若<，Rx为大电阻；若>，Rx为小电阻。
(3)选择滑动变阻器接法的口诀：以小控大用分压，相差无几用限流。即当滑动变阻器的阻值较小时，常采用分压电路；当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时，常采用限流电路。
另外，必须采用分压电路的情况有三种：①要求电压从零开始变化；②滑动变阻器的阻值太小，不能起到限流的作用；③限流电路不能获取有区分度的多组数据。若两种电路均可，则采用限流电路，因为限流式损耗功率小。
(4)电表有时可反常规使用：已知内阻的电压表可当电流表使用，已知内阻的电流表可当电压表使用。
(5)定值电阻的常见用途：保护电路、改装电压表或电流表。
(6)电压表量程的选择：比电源电动势略大或相差不多。
(7)电流表量程的选择：和电压表量程与被测电阻的比值相差不多。
3．(2020·江苏高考)某同学描绘一种电子元件的I?U关系图象，采用的实验电路图如图1所示，V为电压表，mA为电流表，E为电源(电动势约6 V)，R为滑动变阻器(最大阻值20 Ω)，R0为定值电阻，S为开关。
(1)请用笔画线代替导线，将图2所示的实物电路连接完整。
(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表：
电压U/V 0.000 0.250 0.500 0.650 0.700 0.725 0.750
电流 I/mA 0.00 0.10 0.25 0.60 1.70 4.30 7.50
请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的I?U图线。
(3)根据作出的I?U图线可知，该元件是________(选填“线性”或“非线性”)元件。
(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻R0，会导致的两个后果是________。
A．电压和电流的测量误差增大
B．可能因电流过大烧坏待测元件
C．滑动变阻器允许的调节范围变小
D．待测元件两端电压的可调节范围变小
答案 (1)图见解析 (2)图见解析
(3)非线性 (4)BC
解析 (1)根据题图1连接实物电路如图：
(2)根据表中数据描点，并用平滑的曲线连接各点如图：
(3)根据I?U图线可知，该元件是非线性元件。
(4)由I?U图线可知，当待测元件两端电压超过一定数值时，待测元件中的电流会急剧增大，所以电阻会急剧减小，若用导线代替R0，可能会因电流过大烧坏待测元件，而对电压和电流的测量误差无影响，A错误，B正确；根据I?U图线可知，待测元件两端的电压应小于1 V，而电源电动势为6 V，如果用导线代替R0，会导致滑动变阻器允许的调节范围变小，但不影响待测元件两端电压的可调节范围，C正确，D错误。
4．(2019·江苏高考)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。实验操作如下：
(1)螺旋测微器如图1所示。在测量电阻丝的直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动________(选填“A”“B”或“C”)，直到听到“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏。
(2)选择电阻丝的________(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径。
(3)图2中Rx为待测电阻丝。请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入图3实物电路中的正确位置。
(4)为测量Rx，利用图2所示的电路，调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值，作出的U1?I1关系图象如图4所示。接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表：
U2/V 0.50 1.02 1.54 2.05 2.55
I2/mA 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0
请根据表中的数据，在方格纸上作出U2?I2图象。
(5)由此，可求得电阻丝的Rx＝________ Ω。根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率。
答案 (1)C (2)不同 (3)见图甲 (4)见图乙
(5)23.5(23.0～24.0均正确)
解析 (1)旋转微调旋钮C。
(2)电阻丝的粗细不一定均匀，为减小测量误差，应在不同位置测直径，然后取平均值作为测量值。
(3)滑动变阻器采用分压式接入电路，注意线不能交叉，如答案图甲所示。
(4)根据所给的5组数据在U?I图象中描点，用过原点的直线把它们连在一起，让尽可能多的点在直线上，如答案图乙所示。
(5)由题意知：＝Rx＋RA＋R0，由U1?I1图线的斜率可得＝49.0 Ω。＝RA＋R0，由作出的U2?I2图线的斜率可得＝25.5 Ω。故Rx＝(49.0－25.5) Ω＝23.5 Ω。
高考考向3 以测电源电动势和内阻为核心的实验
例3 (2020·山西省太原市高三模拟)在有机玻璃板的中心固定一段镀锌铁丝，盖在盛有适量自来水的不锈钢桶上，铁丝下端浸在水中但不与桶的底面和侧面接触，以镀锌铁丝为负极，钢桶为正极，制成一个自来水电源。为测量该电源的电动势和内电阻，某同学设计了图a的电路进行实验。使用的器材主要有两个相同的微安表G1、G2(量程为200 μA)，两个相同的电阻箱R1、R2(规格均为9999.9 Ω)。实验过程如下，完成步骤中的填空：
(1)调节电阻箱R1的阻值为________(选填“8888.8”或“0000.0”) Ω，调节R2的阻值为2545.0 Ω，闭合开关S。
(2)保持R2的阻值不变，调节R1，当R1＝6000.0 Ω时，G1的示数为123.0 μA，G2的示数为82.0 μA，则微安表的内阻为________Ω。
(3)保持R2的阻值不变，多次调节R1的值，记录两个微安表的示数如下表所示：
G1示数I1/μA 88.0 94.2 104.2 112.8 123.0 136.0
G2示数I2/μA 115.8 110.0 100.4 92.2 82.0 70.0
在图b中将所缺数据点补充完整，作出I2?I1图线；
(4)根据图线可求得电源的内阻r＝________Ω，电动势E＝________V。(结果保留两位有效数字)
破题关键点
(1)如何求微安表的内阻？
提示：根据串并联电路的电流、电压关系结合欧姆定律求解。
(2)求解电源的内阻和电动势的原理是什么？
提示：闭合电路的欧姆定律。
[解析] (1)为了保护电路，调节电阻箱R1的阻值为8888.8 Ω。
(2)此时流过R1的电流为IR1＝(123.0－82.0) μA＝41.0 μA，根据并联电路电流规律，有：＝，即＝，解得：Rg＝455.0 Ω。
(3)描点作图，如图所示。
(4)根据闭合电路欧姆定律有：E＝I1(r＋Rg)＋I2(Rg＋R2)，则I2＝－I1＋，已知R2＋Rg＝2545.0 Ω＋455.0 Ω＝3000.0 Ω，I2?I1图线的斜率k＝－，则电源的内阻r＝(－k)(R2＋Rg)－Rg，代入数据解得r≈2.4×103 Ω；电源电动势E＝I2(R2＋Rg)＋I1(r＋Rg)，在I2?I1图线上读取I1＝136.0 μA，I2＝70 μA，代入上式可得E＝0.61 V。
[答案] (1)8888.8 (2)455.0 (3)图见解析
(4)2.4×103(2.3×103～2.5×103均可) 0.61(0.60～0.62均可)
测电源的电动势和内阻实验中仪表的接法
(1)电源内阻一般比较小，一般采用电流表外接法。(这里“外接法”是相对于电源来说的，而不是滑动变阻器)
(2)当电流表内阻已知时，采用内接法(相对于电源而言)较准确，此时电源和电流表的串联电路相当于等效电源，电源内阻r＝r等－rA。
(3)当电压表内阻已知时，采用外接法(相对于电源而言)较准确，此时干路电流I＝IA＋IV。
5. (2020·湖北省武汉市武昌区高三(下)6月调研考试(一))某同学用图甲电路做“测量电源的电动势和内阻”实验。可用的器材有：
A．电源(电动势约为3 V，内阻约为10 Ω)
B．电压表V(量程0～50 mV，内阻为50 Ω)
C．电流表A(量程0～100 mA，内阻约为2.5 Ω)
D．电阻箱R(0～999.9 Ω，最小改变值为0.1 Ω)
E．定值电阻R1＝2950 Ω
F．定值电阻R2＝9950 Ω
G．开关S及若干导线
在尽可能减小测量误差的情况下，请回答下列问题：
(1)定值电阻应选用________。(填写器材前面的字母序号)
(2)在正确选择定值电阻的情况下，定值电阻与电压表串联后改装成的电压表量程为0～________V。
(3)用笔画线代替导线，按图甲电路将图乙实物完整连接起来。
(4)实验步骤如下：
①闭合S，调节电阻箱的阻值使电流表的示数为100 mA，此时电阻箱的阻值为14.5 Ω，电压表的示数为U0。
②断开S，拆下电流表，将B与C用导线直接相连，闭合S，调节电阻箱的阻值使电压表的示数仍为U0，此时电阻箱的阻值为17.1 Ω，则电流表的内阻为________Ω。
③调节电阻箱阻值，记下电阻箱的阻值和电压表的示数；多次改变电阻箱的阻值，可获得多组数据。作出电压表示数的倒数随电阻箱的阻值的倒数变化的图线如图丙所示，若不考虑电压表对电路的影响，该电源的电动势和内阻分别为________V、________Ω(结果保留三位有效数字)。
答案 (1)E (2)3 (3)图见解析
(4)②2.6 ③2.88 11.9
解析 (1)由于×(2950＋50) Ω＝3 V，而×(9950＋50) Ω＝10 V>3 V，所以定值电阻应选用阻值为2950 Ω的E。
(2)根据(1)可知，改装后的电压表的量程为0～3 V。
(3)实物连线如图。
(4)②两种状态下电压表的示数均为U0，则两种状态下路端电压相同，根据闭合电路欧姆定律，外电路的总阻值相同，故电流表的内阻RA＝17.1 Ω－14.5 Ω＝2.6 Ω。
③若不考虑电压表对电路的影响，则路端电压U′＝·(RV＋R1)＝×(50＋2950)＝60U，根据闭合电路欧姆定律，有：U′＋r＝E，可得：＝·＋，结合图丙有：＝20.8，＝，解得：E≈2.88 V，r≈11.9 Ω。
高考考向4 传感器及创新实验
例4 (2018·全国卷Ⅱ)某实验小组利用如图a所示的电路探究在25 ℃～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表(量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9 Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。
实验时，先按图a连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2?t数据见下表。
t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0
回答下列问题：
(1)在闭合S1前，图a中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；
(2)在图b的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2?t曲线；
(3)由图b可得到RT在25 ℃～80 ℃范围内的温度特性。当t＝44.0 ℃时，可得RT＝________ Ω；
(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图c所示，该读数为________ Ω，则手心温度为________ ℃。
破题关键点
(1)开关S2接2端并调节R2后，电路中的电流变化吗？
提示：因为R0两端的电压仍为U0，所以电流不变。
(2)热敏电阻RT的阻值等于什么？
提示：R2。
[解析] (1)图a的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的电阻值最大，使电路中电流最小，即图a中的R1的滑片应移到b端。
(2)将t＝60 ℃和t＝70 ℃对应的两组数据对应画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2?t图象，如图所示。
(3)根据题述实验过程可知，测量的R2数据等于热敏电阻RT对应温度的电阻值。由画出的R2?t图象可知，当t＝44.0 ℃时，对应的RT＝450 Ω。
(4)由画出的R2?t图象可知，RT＝620.0 Ω，则手心温度t＝33.0 ℃。
[答案] (1)b (2)图见解析 (3)450
(4)620.0 33.0
电学实验创新一般是基于教材中的基础实验，对实验目的、实验器材、实验原理进行创新，有时也结合传感器进行命题。这类题目千变万化，解题关键是掌握基本电学规律和几个基本实验，多加练习。
6. (2017·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100 μA，内阻大约为2500 Ω)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20 Ω，另一个阻值为2000 Ω)；电阻箱Rz(最大阻值为99999.9 Ω)；电源E(电动势约为1.5 V)；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2500.0 Ω，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2601.0 Ω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：_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 (1)图见解析
(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
解析 (1)根据原理图a，将图b中的实物连线如图所示。
(2)①滑动变阻器R1在实验中为控制电路，且为分压接法，应选总阻值小的滑动变阻器，故R1的阻值为20 Ω。
②为了保护微安表，S1闭合时，微安表上的电压为零，故开始时应将R1的滑片C滑到滑动变阻器的左端。
③接通S2前后，微安表的示数保持不变，说明S2闭合后，没有电流流过S2，故B、D两点的电势相等。
④实验过程中，由于测量电路，即由Rz、、R2组成的电路的阻值很大，可认为测量电路两端的电压不变，故与Rz互换后通过R2、Rz和的电流不变，电路如图所示。
由于B、D两点的电势相等，对于图甲，I1RμA＝I2R′
I1Rz1＝I2R，即＝
对于图乙，I1Rz2＝I2R′
I1RμA＝I2R，即＝
所以＝
所以RμA＝＝ Ω＝2550 Ω。
(3)提高测微安表内阻的精度，可减小系统误差，如调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程。
7．(2019·全国卷Ⅱ)某小组利用图a所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中和为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100 Ω)；S为开关，E为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图b是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管U?t关系曲线。回答下列问题：
(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0 μA，应调节
滑动变阻器R，使电压表的示数为U1＝________ mV；根据图b可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻________(填“变大”或“变小”)，电压表示数________(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动，以使示数仍为U1。
(2)由图b可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为＝________×10－3 V/℃(保留2位有效数字)。
答案 (1)5.00 变小 增大 B (2)2.8
解析 (1)、是理想电压表，则R0与硅二极管串联，电流相等，R0两端电压U1＝IR0＝50.0×10－6×100 V＝5.00×10－3 V＝5.00 mV。由U?t图象知，当控温炉内温度t升高时，U变小，又I＝50.0 μA不变，故硅二极管正向电阻变小；当控温炉内温度升高时，硅二极管电阻变小，反过来影响电路中电流，由闭合电路欧姆定律知，电路中电流增大，示数增大；要保持示数不变，需增大滑动变阻器的阻值，即将滑片向B端移动。
(2)由U?t图象的斜率可知：＝ V/℃＝2.8×10－3 V/℃。
易错警示 求非线性元件的实际电阻和功率
例 (2017·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3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表(量程3 V，内阻3 kΩ)；电流表(量程0.5 A，内阻0.5 Ω)；固定电阻R0(阻值1000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0 Ω)；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干。
(1)实验要求能够实现在0～3.8 V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4 V，内阻1.00 Ω)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)
分析与解 (1)小灯泡的电压要求从0开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，小灯泡的额定电压超出电压表的量程，需与R0串联后接入电路。电路图如答图所示。
(2)I?U图象中随着电流的增大，图线的斜率变小，小灯泡的电阻增大。根据电阻定律R＝ρ，得灯丝的电阻率增大。
(3)当R＝0时，电源路端电压与电流的关系图象如图线甲所示。此时小灯泡功率有最大值。
当R＝9 Ω时，将R看作电源内阻，则等效电源内阻为10 Ω，其路端电压与电流的关系图象如图线乙所示。此时小灯泡功率有最小值。
取图线甲与小灯泡伏安特性曲线交点：U1＝3.66 V，I1＝0.319 A，
小灯泡的最大功率P1＝U1I1≈1.17 W。
取图线乙与小灯泡伏安特性曲线交点：U2＝1.77 V，I2＝0.222 A，小灯泡的最小功率P2＝U2I2≈0.39 W。
答案 (1)实验电路原理图如图所示。
(2)增大 增大 (3)0.39 1.17
易错警示 对于非线性元件的实际电阻和电功率，只能根据伏安特性曲线求解，如果同时给出电动势和内阻确定的电源，应该先根据电路结构结合闭合电路欧姆定律列出电源的U?I关系式，然后在非线性元件的U?I图中画图，两图线的交点即电路的工作点，根据此状态点的横、纵坐标即可计算出所求电阻和电功率。
专题作业
限时：80分钟 满分：100分
实验题(本题共10小题，共100分)
1．(2020·江苏省南京市、盐城市高三下学期第二次模拟考试)(10分)某同学想利用两节干电池测定一段粗细均匀的电阻丝的电阻率ρ，设计了如图甲所示的电路。ab是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝，R0是阻值为2 Ω的保护电阻，导电夹子P与电阻丝接触始终良好(接触电阻忽略不计)。
(1)该同学连接成如图甲所示实验电路，请指出图中器材连接存在的问题：____________________________________________________________________。
(2)实验时闭合开关，调节P的位置，将aP的长度x和对应的电压表示数U、电流表示数I的数据记录如下表：
x/m 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10
U/V 2.18 2.10 2.00 1.94 1.72 1.48
I/A 0.28 0.31 0.33 0.38 0.43 0.49
/Ω 7.79 6.77 6.06 5.10 4.00 3.02
①请你根据表中数据在图乙上描点连线作?x关系图线；
②根据测得的直径可以算得电阻丝的横截面积S＝1.2×10－7 m2，利用图乙图线，可求得该电阻丝的电阻率ρ为________Ω·m；根据图乙中的图线可求出电流表内阻为________Ω；(保留两位有效数字)
③理论上用此电路测得的电阻丝电阻率与其真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或 “相同”)。
答案 (1)电压表应接3 V量程，开始实验前开关应断开
(2)①图见解析 ②1.2×10－6 2.0 ③相同
解析 (1)图甲中用两节干电池做电源，故电压表应接3 V量程；实验开始前开关应断开。
(2)①图象如图所示。
②由于Rx＝－RA＝ρ，即＝x＋RA，则?x图象的斜率k＝，由图象知图线的斜率k＝10.0 Ω/m，则该电阻丝的电阻率ρ≈1.2×10－6 Ω·m；?x图象中，图线的纵轴截距表示电流表的内阻，则电流表内阻为2.0 Ω。
③由以上分析可知，电流表内阻对直线的斜率无影响，则理论上用此电路测得的电阻丝电阻率与其真实值相比相同。
2．(2020·广西桂林市高三上学期第一次联合调研)(10分)利用如图所示电路测量一量程为300 mV的电压表的内阻RV(约为300 Ω)。某同学的实验步骤如下：
①按电路图正确连接好电路，把滑动变阻器R的滑片P滑到a端，闭合电键S2，并将电阻箱R0的阻值调到较大；
②闭合电键S1，调节滑动变阻器滑片的位置，使电压表的指针指到满刻度；
③保持电键S1闭合和滑动变阻器滑片P的位置不变，断开电键S2，调整电阻箱R0的阻值大小，使电压表的指针指到满刻度的三分之一，读出此时电阻箱的阻值为R0＝596 Ω，则电压表的内阻RV＝________Ω。
实验所提供的器材除待测电压表、电阻箱(最大阻值999.9 Ω)、电池(电动势约1.5 V，内阻可忽略不计)、导线和电键之外，还有如下可供选择的实验器材：
A．滑动变阻器：最大阻值为200 Ω
B．滑动变阻器：最大阻值为10 Ω
C．定值电阻：阻值约为20 Ω
D．定值电阻：阻值约为200 Ω
根据以上实验方法，回答下列问题。
(1)为了使测量比较精确，在可供选择的实验器材中，滑动变阻器R应选用________，定值电阻R′应选用________。(填写可供选择实验器材前面的序号)
(2)对于上述的测量方法，从实验原理分析可知，在测量操作无误的情况下，实际测出的电压表内阻的测量值R测________真实值RV(选填“大于”“小于”或“等于”)，这误差属于________误差(选填“偶然”或者“系统”)，且在其他条件不变的情况下，若RV越大，其测量值R测的误差就越________(选填“大”或“小”)。
答案 ③298 (1)B C (2)大于 系统 小
解析 ③由实验原理可知，电压表的指针指到满刻度的三分之一，因此电阻箱分得总电压的三分之二，根据串联电路分压规律可知电压表内阻为RV＝＝298 Ω。
(1)该实验中，滑动变阻器采用了分压接法，为方便实验操作，应选择最大阻值较小的B；定值电阻起保护电路的作用，因电源电动势为1.5 V，若保护电阻阻值太大，则实验无法进行，故定值电阻R′应选用C。
(2)从实验原理分析可知，当断开电键S2，调整电阻箱R0的阻值，使电压表的指针指到满刻度的三分之一时，R0和电压表串联部分的电压将大于电压表的满偏电压Umax，则R0两端的电压将大于Umax，即电阻箱两端电压偏大，导致所测得的电压表内阻也偏大，即测量值R测大于真实值RV；本误差是由实验原理造成的，属于系统误差；在其他条件不变的情况下，若RV越大，滑动变阻器并联部分两端电压变化得越小，其测量值R测的误差就越小。
3．(2020·江苏省五校高三联考)(10分)在“练习多用电表的使用”实验中：
(1)如图甲为一正在测量中的多用电表表盘，甲同学利用多用电表的直流 50 mA挡测量电流，则读数为________mA。
(2)乙同学利用多用电表测量某一只电阻的阻值时，他用电阻挡“×100”测量时发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，操作顺序为________(填写选项前的字母)。
A．将选择开关旋转到电阻挡“×1 k”的位置
B．将选择开关旋转到电阻挡“×10”的位置
C．将两表笔分别与被测电阻的两根引线相接完成测量
D．将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针指向“0 Ω”
(3)丙同学想设计一个实验，测量多用电表“×1 Ω” 挡的内部总电阻和内部电源的电动势，指针式多用电表欧姆挡的内部电路是由直流电源、调零电阻和表头相串联而成。给定的器材有：待测多用电表，量程为100 mA 的电流表，最大电阻为20 Ω 的滑动变阻器，鳄鱼夹，开关，导线若干。实验过程如下：
①实验前将多用电表调至“×1 Ω”挡，将红黑表笔短接，调节旋钮，使指针指向“0 Ω”；
②用鳄鱼夹将红、黑表笔固定在图乙的两接线柱上，请用笔画线代替导线将图乙电路连接完整；
③调节滑动变阻器，读出多用电表示数R、毫安表示数I，求出电流的倒数，记录在下面的表格中，请根据表格数据在图丙的坐标系中描点作图；
R/Ω 4 7 10 14 18 20
I/10－3A 78.0 67.0 60.0 52.0 45.0 43.0
/A－1 12.8 14.9 16.7 19.2 22.2 23.2
④请通过图线求出多用电表内部电源的电动势为________V，内部总电阻为________Ω；(结果保留三位有效数字)
⑤电流表存在一定的内阻，这对实验结果________(选填“有影响”或“无影响”)。
答案 (1)19.8(19.7～19.9均正确)
(2)ADC
(3)②图见解析 ③图见解析 ④1.50 15.0 ⑤无影响
解析 (1)直流50 mA挡的分度值为1 mA，估读一位，题图甲中读数为19.8 mA。
(2)指针偏转角度过小，说明阻值较大，应改用大倍率挡，即“×1 k”挡，重新进行欧姆调零后，再进行测量，故操作顺序为ADC。
(3)②多用电表的“＋”接线柱接内部电源的负极，故电路连接如图所示。
③根据描点法可得出对应的图象如图所示。
④根据闭合电路欧姆定律可知：I＝，变形可得：R＝－r。图象的斜率表示电源的电动势，故E＝k＝ V＝1.50 V。由图可知，当电阻R为零时，＝10 A－1，即10E－r＝0，则r＝15.0 Ω。
⑤由于使用欧姆表直接读出的外部电阻中包含了电流表内阻，故电流表内阻对实验结果没有影响。
4．(2018·天津高考)(10分)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：
A．电压表(量程0～1 V，内阻约为10 kΩ)
B．电压表(量程0～10 V，内阻约为100 kΩ)
C．电流表(0～1 mA，内阻约为30 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，内阻约为0.05 Ω)
E．电源(电动势1.5 V，额定电流0.5 A，内阻不计)
F．电源(电动势12 V，额定电流2 A，内阻不计)
G．滑动变阻器R0(阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A)
(1)为使测量尽量准确，电压表选用________，电流表选用________，电源选用________。(均填器材的字母代号)
(2)画出测量Rx阻值的实验电路图。
(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会________其真实值(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 (1)B C F
(2)
(3)大于 电压表的读数大于待测电阻两端实际电压(其他正确表述也可)
解析 (1)若选用电源1.5 V，由于被测电阻很大，电路中电流非常小，不利于实验，即电源选用电动势为12 V的，即F；则电压表就应该选取B；电路中的最大电流为I＝ A＝1.2 mA，故选用电流表C。
(2)因为给的滑动变阻器的最大阻值只有10 Ω，若采用滑动变阻器的限流接法，则电路中电流和电压变化不明显，故采用滑动变阻器的分压接法；由于＜，所以采用电流表内接法，电路图如答案所示。
(3)由于电流表的分压，导致电压测量值偏大，而电流的测量值是准确的，根据Rx＝可知测量值偏大。
5．(2020·福建省厦门市高三(下)五月质量检查)(10分)小敏要将一量程为250 μA的微安表改装成量程为5 V的电压表。由于微安表内阻未知，小敏先用多用电表粗测得其内阻约为1100 Ω。现有如下器材：
A．待改装的微安表
B．标准电压表
C．电阻箱(0～99999.9 Ω)
D．滑动变阻器(0～10 Ω)
E．学生电源
F．开关，导线若干
(1)按粗测的微安表内阻进行电压表改装，应将电阻箱阻值调节为________Ω；
(2)改装完成后，小敏利用上述器材设计了电路进行校准，请完成校准电路的实物图连线；
(3)当标准电压表的示数为5.00 V时，微安表的指针位置如图所示。由此可以推测出所改装的电压表量程不是预期的5 V，而是________V(保留两位有效数字)，导致该误差产生的原因可能是________；
A．微安表的实际内阻大于所测得的1100 Ω
B．微安表的实际内阻小于所测得的1100 Ω
(4)要达到预期目的，不必再设计实验精确测量微安表的内阻，只需将电阻箱的阻值调整为________Ω即可。
答案 (1)18900 (2)图见解析 (3)5.1 A
(4)18491.8
解析 (1)将电阻箱与微安表串联，电阻箱阻值R＝－r＝－1100 Ω＝18900 Ω。
(2)将改装的电压表与标准电压表并联，接入电路；校准时电压表要从0开始校准；故滑动变阻器应采用分压式接法，如图所示。
(3)当标准电压表的示数为5.00 V时，题图中微安表示数为245 μA，微安表满偏时对应的电压值应为其电压表量程，故有：＝，可求得所改装电压表的量程为U′≈5.1 V；由于加上相同的电压，电流小于预期值，根据欧姆定律知所改装的电压表内阻偏大，电阻箱阻值R偏大，由R＝－r知，微安表内阻测量值偏小，即微安表的实际内阻大于所测得的1100 Ω，A正确，B错误。
(4)改装表的实际阻值比预期阻值大ΔR＝－≈408.2 Ω，要达到预期目的，只需将电阻箱的阻值减小408.2 Ω即可，即将电阻箱的阻值调整为18900 Ω－408.2 Ω＝18491.8 Ω。(本题中电阻箱的电阻可精确到0.1 Ω，因此保留一位小数)
6．(2020·河南省驻马店市模拟)(10分)某同学设计了如图甲所示的电路测量电池组的电动势和内阻。除待测电池组外，还需使用的实验器材有：灵敏电流表G，可变电阻R1、R2，电压表V1、V2，电流表A1、A2，开关，导线若干。
(1)为了选择合适的可变电阻，该同学先用多用电表估测了电压表的内阻。测量时，先将多用电表挡位调到如图乙所示位置，再将红表笔和黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指向“0 Ω”。然后将调节好的多用电表红表笔和电压表的负接线柱相连，黑表笔和电压表的正接线柱相连。欧姆表的指针位置如图丙所示，则欧姆表的读数为________Ω。
(2)选择合适的可变电阻R1、R2后，按照图甲所示电路图连接好电路，将可变电阻R1、R2调到合适的阻值，闭合开关S，反复调节可变电阻R1、R2，直到电流表G的指针不偏转，电压表V1、V2的示数之和记为U1，电流表A1、A2的示数之和记为I1。
(3)断开开关，适当调小可变电阻R1的阻值，闭合开关，发现此时电流表G的指针发生了偏转，缓慢________(选填“调大”或“调小”)可变电阻R2的阻值，直至电流表G的指针不发生偏转，电压表V1、V2的示数之和记为U2，电流表A1、A2的示数之和记为I2。
(4)重复(3)的步骤，记录到多组数据(U3，I3)、(U4，I4)…
(5)实验完毕，整理器材。
(6)利用记录的数据，作出U?I图线如图丁所示，依据图线可得电池组的内阻r为________，电动势为________。
(7)理论上该同学测得的电池组内阻________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
答案 (1)2200 (3)调大 (6) b (7)等于
解析 (1)由图乙可知，多用电表选择欧姆“×100”挡，由图丙可知，欧姆表读数为22×100 Ω＝2200 Ω。
(3)由图甲所示电路图可知，当灵敏电流表G示数为零时，＝；当R1的阻值减小时，要使灵敏电流表示数仍然为零，应缓慢调大可变电阻R2的阻值。
(6)由图甲所示电路图可知，路端电压U＝U1＋U2，流过电源的电流I＝I1＋I2，由闭合电路欧姆定律可知，电源电动势E＝U＋Ir，路端电压U＝E－Ir，由图丁可知，电源电动势E＝b，电源内阻r＝|k|＝。
(7)由图甲所示电路图可知，路端电压U＝U1＋U2的测量值等于真实值，流过电源的电流I＝I1＋I2的测量值也等于真实值，因此电源内阻的测量值与真实值相等。
7．(2020·湖南省永州市高三(下)第三次模拟考试)(10分)某同学欲将内阻为100 Ω、量程为300 μA的电流计G改装成欧姆表。可选用的器材还有：定值电阻R1(阻值为25 Ω)；定值电阻R2(阻值为100 Ω)；滑动变阻器R(最大阻值为1500 Ω)；干电池E(E＝1.5 V、r＝2 Ω)；红、黑表笔和导线若干。改装电路如图甲所示。
(1)定值电阻应选择________(选填“R1”或“R2”)。
(2)该同学用改装后尚未标示对应刻度的欧姆表测量一内阻和量程均未知的电压表V的内阻。步骤如下：先将欧姆表的红、黑表笔短接，调节R，使电流计G指针指到________μA；再将黑表笔与电压表V的“＋”接线柱相连，红表笔与电压表V的“－”接线柱相连，若两表的指针位置分别如图乙和图丙所示，则电压表V的内阻为________Ω，量程为________V。
(3)改装并标定好欧姆表表盘刻度线电阻值后，若定值电阻的内部部分短路导致电阻值稍变小，但仍能进行欧姆调零，用该表测量某电阻的电阻值时，测量值与真实值相比较：R测________R真(选填“>”“＝”或“<”)。
答案 (1)R1 (2)300 2000 2 (3)>
解析 (1)如果定值电阻选R2，相当于将电流计的量程扩大了一倍，即量程变为I＝2Ig＝600 μA，改装成欧姆表时总内阻r内＝＝2500 Ω，滑动变阻器的最大阻值偏小，无法欧姆调零；当定值电阻选R1时，改装后电流表的量程为I′＝5Ig＝1.5 mA，欧姆表的内阻为r内′＝＝1000 Ω，可用题给滑动变阻器欧姆调零，改装合理，因此定值电阻应选择R1。
(2)欧姆调零时，将红、黑表笔短接，调整R，使电流计指针指到欧姆表的0刻度线处，也就是电流计的300 μA位置；根据闭合电路欧姆定律得：RV＝－r内′＝－1000 Ω＝2000 Ω；根据欧姆定律，电压表的示数U＝5I测RV＝1 V，而此时电压表指针恰好指到刻度盘的中央，因此电压表的量程为2 V。
(3)如果定值电阻变小，则欧姆表内阻变小，根据闭合电路欧姆定律可知，测电阻时，电流偏大，也就是说欧姆表指针所指位置比准确值偏左，因此测量值偏大，即R测>R真。
8．(2020·山东省青岛市高三三模)(10分)电流传感器可以捕捉到瞬间的电流变化，它与计算机相连，可以显示出电流随时间变化的I?t图象。如图甲所示连接电路。直流电源电动势9 V，内阻可忽略，电容器选用电容较大的电解电容器。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电；然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机。屏幕上显示出电流随时间变化的I?t图象如图乙所示。
(1)在如图乙所示的I?t图象中用阴影标记面积的物理意义是________________________________________。
(2)根据I?t图象估算当电容器开始放电时所带的电荷量q0＝________，并计算电容器的电容C＝________。(均保留两位有效数字)
(3)如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，充电时I?t曲线与横轴所围成的面积将________(选填“增大”“不变”或“变小”)；充电时间将________(选填“变长”“不变”或“变短”)，简要说明原因：________________。
答案 (1)通电0.2 s电容器增加的电荷量(或流过电阻R的电荷量)
(2)1.6×10－3 C(1.5×10－3～1.7×10－3 C都正确) 1.8×10－4 F(1.7×10－4～1.9×10－4 F都正确)
(3)不变 变短 充电电流增大
解析 (1)将横坐标t分成许多很小的时间间隔Δt，在这些很小的时间间隔里，放电电流I可以视为不变，则IΔt为这段时间内充入电容器的电荷量，即这个阴影面积的物理意义是通电0.2 s充入电容器(或流过电阻R)的电荷量。
(2)电容器在全部放电过程中释放的电荷量在数值上等于I?t图线与横轴所包围的面积；首先以坐标纸上的一个小正方形作为一个面积计量单位，数出图线与横轴所围的图形中有多少个完整的小正方形，对于超过该格一半面积的记为一个，不足一半的舍去不计，这样即可以得到包含的小正方形的个数为40个(38～42个都正确)；其次确定每个小方格所对应的电荷量，纵坐标的每个小格为0.2 mA，横坐标的每个小格为0.2 s，则每个小格所代表的电荷量为：q＝0.2×10－3×0.2 C＝4×10－5 C，则电容器开始放电时所带的电荷量q0＝nq＝40×4×10－5 C＝1.6×10－3 C；电容器的电容C＝＝ F≈1.8×10－4 F。
(3)如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，将开关掷向1，充电完毕时电容器两端的电压不变，由于电容器的电容不变，根据Q＝CU可知充入电容的电荷量仍为q0不变，即充电时I?t曲线与横轴所围成的面积将不变；只减小电阻R，将开关掷向1时的瞬间，电容器所带电荷量为0，根据C＝，电容器两端的电压UC＝0，则电阻R两端的电压UR＝E，通过R的电流即电容器开始充电时的电流Imax＝增大，而充电时I?t图线与横轴所围成的面积将不变，所以充电时间将变短。
9．(2020·广东省广州市高三(下)二模)(10分)某同学利用下列器材研究小灯泡的伏安特性：
小灯泡L(额定电压2.5 V，额定电流0.3 A)；
电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)；
毫安表mA(量程100 mA，内阻9 Ω)；
定值电阻R0(阻值3 Ω)；
滑动变阻器R(阻值0～10 Ω)；
电源E(电动势4 V，内阻不计)；
开关S；导线若干。
(1)实验要求在0～2.5 V的范围内对小灯泡进行测量，在图a中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整。
(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移动至最________(选填“左”或“右”)端。
(3)实验得到该小灯泡的伏安特性曲线如图b所示，可知随着电流的增加小灯泡的电阻________(选填“增大”“不变”或“减小”)；若实验过程中某次读数时毫安表的指针位置如图c所示，则此时小灯泡的电阻为________Ω(保留一位小数)。
(4)完成实验后，该同学用另一开关S1和上述器材连接成图d所示的电路，闭合开关S、S1，适当调节滑动变阻器R的滑片位置，使小灯泡恰好正常发光；再断开开关S1，此时小灯泡两端的电压为________V(保留一位小数)。
答案 (1)图见解析 (2)左 (3)增大 6.7 (4)1.9
解析 (1) 本实验中小灯泡的电压要求从0开始变化，故滑动变阻器采用分压式接法；由于小灯泡的额定电流为0.3 A，电流表量程太小，因此应将R0和电流表并联扩大电流表的量程，故电路连接如图所示。
(2)闭合开关时，电压表和电流表的示数均应为0，故滑动变阻器的滑片应置于最左端。
(3)由R＝可知，I?U图线上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，故随着电流的增加，小灯泡的电阻逐渐增大；由题图c及电路原理可知，此时通过小灯泡的电流为I＝IA＋＝240 mA，由题图b知此时小灯泡两端电压为U＝1.6 V，故小灯泡的电阻为R＝≈6.7 Ω。
(4)闭合S1，小灯泡正常发光，则此时滑动变阻器接入电路的阻值为R1＝＝5 Ω；开关S1断开后，将R0和滑动变阻器接入电路的电阻视为电源内阻，则等效内阻为r＝R0＋R1＝8 Ω，作出电源的I?U图象，其与小灯泡伏安特性曲线的交点对应的电流和电压即为通过小灯泡的电流和小灯泡两端的电压，如图所示，由图可知此时小灯泡两端电压为U′＝1.9 V。
10．(2020·福建省泉州市高三第二次市质量检测)(10分)一热敏电阻的说明资料上给出其阻值Rt随温度t变化的特性曲线，如图甲中曲线Ⅰ所示。为了验证这条曲线，某实验小组采用“伏安法”测量该热敏电阻在不同温度下的阻值，然后绘出其Rt?t图线。所设计的部分电路如图乙所示，其中电压表V的量程为0～3 V、内阻约3 kΩ；电流表G的量程为0～250 μA、内阻约300 Ω；滑动变阻器的最大阻值为100 Ω。
(1)用图乙电路测热敏电阻的低温区阻值时，请根据实验原理，用笔画线代替导线将电路连接完整；在开关闭合之前滑动变阻器的滑片应滑到________(选填“a”或“b”)端。
(2)该小组在测热敏电阻的各个温度区阻值时，都采用(1)所设计的电路，绘出的Rt?t图线如图甲中曲线Ⅱ所示，它与曲线Ⅰ在高温区部分存在明显偏差，是因为高温时(1)所设计的电路中________(选填“电流表”或“电压表”)的测量值偏差过大。
(3)为了提高精度，该小组改用“电桥法”测量Rt的阻值，电路如图丙所示，其中定值电阻阻值为R0，粗细均匀的电阻丝AB总长为L。实验时闭合开关S，不断调节线夹P所夹的位置，直到电流表G示数为零，测出此时PB段电阻丝长度x，则Rt的阻值计算式为Rt＝________(用R0、L、x表示)。已知L＝60.00 cm，R0＝3.6 kΩ，当电流表G示数为零时x＝15.00 cm，则此时热敏电阻所处环境的温度为________℃(结果保留两位有效数字)。
答案 (1)图见解析 a (2)电压表 (3) 52
解析 (1)由图甲可知，热敏电阻的低温区阻值较大，则电流表应采用内接法；由于滑动变阻器总阻值较小，故应采用分压式接法，如图所示。为了保护电路，在开关闭合之前滑动变阻器的滑片应滑到a端。
(2)由电路图可知，误差来源于电流表的分压作用，由曲线Ⅰ知高温时热敏电阻的阻值较小，若仍利用(1)中所设计的电路，电压表的测量值偏差过大。
(3)设电阻丝总电阻为R，通过电阻丝的电流I1，流过热敏电阻的电流为I2，由于电流表G的示数为0，则有I1·R＝I2R0，I1·R＝I2Rt，解得：Rt＝，代入数据得：Rt＝ kΩ＝1.2 kΩ，由图甲中曲线Ⅰ可知，此时热敏电阻所处环境的温度为52 ℃。
构建网络
1．电学实验知识框架
2．洞悉重要电学实验的考点
实验 电路图 实验原理 考查热点
测定金 属的电
阻率
①测Rx：Rx＝(伏安法)
②算ρ：Rx＝ρ，ρ＝ ①考读数：U、I、l及d
②考电路：电路设计或选择(电流表的内接、外接)，实物连线或改错，器材选择
③考运算：根据公式或图象求Rx，进而计算ρ
④误差分析：由电流表的内接、外接分析实验误差
描绘小 灯泡的
伏安特
性曲线
①电路：电流表外接；滑动变阻器用分压式接法
②图象：U?I图象为曲线(温度升高，灯丝电阻增大) ①考电路：电路设计或选择，实物连线或改错，器材选择
②考作图：描点、连线画U?I图象
③考运算：由U?I图象求电阻、电功率
测定电 源的电
动势和
内阻
①原理：E＝U＋Ir
②要领：由于电池内阻较小，电流表采用外接法 ①考电路：电路设计或选择，实物连线或改错，器材选择
②考作图：描点、连线画U?I图象
③考运算：由图象或公式求E、r
④误差分析：由电流表、电压表引起的误差
练习使 用多用
电表
①V、A挡：相当于电压表、电流表
②Ω挡：工作原理是闭合电路欧姆定律
③调零：机械调零、欧姆调零
④电流方向：从红表笔进多用电表，从黑表笔出多用电表 ①考读数：电压、电流、电阻挡的读数
②考使用：欧姆表选挡、调零、规范操作等
③考原理：毫安表改装成大量程电流表、电压表、欧姆表的原理，测电阻的工作原理
④考黑箱：用多用电表探测黑箱内的元件
命题特点：1.分析近几年的高考，考查的方向基本不变，主要体现在：(1)基本仪器的使用及读数。(2)电表的改装、仪器的选择。(3)以测量电阻、电源电动势为核心的电学实验。(4)实验原理的理解、实验数据的分析以及实验的设计。
2．基本仪器的使用仍是今后高考中考查的热点，同时注重对实验操作过程的考查和创新设计实验的考查。
思想方法：等效替代法、半偏法、控制变量法、累积法、电桥平衡法、图象法。
滑动变阻器的接法：分压式、限流式。
电流表的接法：内接法、外接法。
高考考向1 电表的改装、多用电表的原理与使用
例1 (2018·全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表。可用的器材有：微安表头(量程100 μA，内阻900 Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99999.9 Ω)；导线若干。
要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡。
回答下列问题：
(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。
(2)电阻箱的阻值R1＝________ Ω；R2＝________ Ω。(保留到个位)
1．(2017·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；表头的满偏电流为250 μA，内阻为480 Ω。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1 V挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5 mA挡，欧姆×100 Ω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”连接的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”连接的，则读数为________；若此时B端是与“5”连接的，则读数为________。(结果均保留3位有效数字)
2．(2020·吉林省吉林市高三(下)毕业班第四次调研考试)某同学将一个量程为0～1 mA、内阻未知的电流表G改装成量程为0～3 V的电压表V，他先测量该电流表G的内阻Rg，再进行改装，然后把改装的电压表与标准电压表进行校准并进行误差分析。实验室准备的仪器有：
电源E(电动势为4.5 V，内阻约为1.2 Ω)
滑动变阻器R1(最大阻值为5000 Ω，允许通过的最大电流约为0.02 A)
滑动变阻器R2(最大阻值为20 Ω，允许通过的最大电流约为1.0 A)
电阻箱R(最大阻值为999.9 Ω，允许通过的最大电流约为0.2 A)
标准电压表V0(量程为3.0 V，内阻约为4000 Ω)
开关两个，导线若干
他的操作过程如下：
(1)先按如图a所示的电路，测量电流表G的内阻Rg，其步骤为：
①将滑动变阻器R1调到阻值最大，保持开关K2断开，闭合开关K1，再调节滑动变阻器R1，使电流表G的指针指在满刻度Ig处。
②保持滑动变阻器R1的阻值不变，再闭合开关K2，调节电阻箱R的阻值使电流表G的指针指在满刻度的一半处，即I＝Ig，此时电阻箱上的示数如图b所示，则电流表G的内阻Rg＝________Ω。
(2)他根据所测出的电流表G内阻Rg的值，通过计算后，在表头G上串联一个定值电阻R′，就将电流表G改装成量程为0～3 V的电压表V，如图c所示，则这个定值电阻的阻值为R′＝________Ω。
(3)他再用标准电压表V0对改装的电压表进行校准，要求电压能从0到最大值之间逐一进行校准，试在图d的方框中补全校准电路图，并标出所选用器材的符号，其中改装的电压表和标准电压表已画出。
(4)由于电流表G内阻Rg的测量值________(选填“小于”或“大于”)真实值，改装电压表V时串联电阻R′的阻值________(选填“偏大”或“偏小”)，因此在校准过程中，改装的电压表的示数总比标准表的示数________(选填“偏大”或“偏小”)。
高考考向2 以测电阻为核心的实验
例2 (2018·全国卷Ⅲ)一课外实验小组用如图a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＝20.0 Ω)；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，记下此时电压表的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表的示数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。(保留一位小数)
3．(2020·江苏高考)某同学描绘一种电子元件的I?U关系图象，采用的实验电路图如图1所示，V为电压表，mA为电流表，E为电源(电动势约6 V)，R为滑动变阻器(最大阻值20 Ω)，R0为定值电阻，S为开关。
(1)请用笔画线代替导线，将图2所示的实物电路连接完整。
(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表：
电压U/V 0.000 0.250 0.500 0.650 0.700 0.725 0.750
电流 I/mA 0.00 0.10 0.25 0.60 1.70 4.30 7.50
请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的I?U图线。
(3)根据作出的I?U图线可知，该元件是________(选填“线性”或“非线性”)元件。
(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻R0，会导致的两个后果是________。
A．电压和电流的测量误差增大
B．可能因电流过大烧坏待测元件
C．滑动变阻器允许的调节范围变小
D．待测元件两端电压的可调节范围变小
4．(2019·江苏高考)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。实验操作如下：
(1)螺旋测微器如图1所示。在测量电阻丝的直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动________(选填“A”“B”或“C”)，直到听到“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏。
(2)选择电阻丝的________(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径。
(3)图2中Rx为待测电阻丝。请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入图3实物电路中的正确位置。
(4)为测量Rx，利用图2所示的电路，调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值，作出的U1?I1关系图象如图4所示。接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表：
U2/V 0.50 1.02 1.54 2.05 2.55
I2/mA 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0
请根据表中的数据，在方格纸上作出U2?I2图象。
(5)由此，可求得电阻丝的Rx＝________ Ω。根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率。
高考考向3 以测电源电动势和内阻为核心的实验
例3 (2020·山西省太原市高三模拟)在有机玻璃板的中心固定一段镀锌铁丝，盖在盛有适量自来水的不锈钢桶上，铁丝下端浸在水中但不与桶的底面和侧面接触，以镀锌铁丝为负极，钢桶为正极，制成一个自来水电源。为测量该电源的电动势和内电阻，某同学设计了图a的电路进行实验。使用的器材主要有两个相同的微安表G1、G2(量程为200 μA)，两个相同的电阻箱R1、R2(规格均为9999.9 Ω)。实验过程如下，完成步骤中的填空：
(1)调节电阻箱R1的阻值为________(选填“8888.8”或“0000.0”) Ω，调节R2的阻值为2545.0 Ω，闭合开关S。
(2)保持R2的阻值不变，调节R1，当R1＝6000.0 Ω时，G1的示数为123.0 μA，G2的示数为82.0 μA，则微安表的内阻为________Ω。
(3)保持R2的阻值不变，多次调节R1的值，记录两个微安表的示数如下表所示：
G1示数I1/μA 88.0 94.2 104.2 112.8 123.0 136.0
G2示数I2/μA 115.8 110.0 100.4 92.2 82.0 70.0
在图b中将所缺数据点补充完整，作出I2?I1图线；
(4)根据图线可求得电源的内阻r＝________Ω，电动势E＝________V。(结果保留两位有效数字)
5. (2020·湖北省武汉市武昌区高三(下)6月调研考试(一))某同学用图甲电路做“测量电源的电动势和内阻”实验。可用的器材有：
A．电源(电动势约为3 V，内阻约为10 Ω)
B．电压表V(量程0～50 mV，内阻为50 Ω)
C．电流表A(量程0～100 mA，内阻约为2.5 Ω)
D．电阻箱R(0～999.9 Ω，最小改变值为0.1 Ω)
E．定值电阻R1＝2950 Ω
F．定值电阻R2＝9950 Ω
G．开关S及若干导线
在尽可能减小测量误差的情况下，请回答下列问题：
(1)定值电阻应选用________。(填写器材前面的字母序号)
(2)在正确选择定值电阻的情况下，定值电阻与电压表串联后改装成的电压表量程为0～________V。
(3)用笔画线代替导线，按图甲电路将图乙实物完整连接起来。
(4)实验步骤如下：
①闭合S，调节电阻箱的阻值使电流表的示数为100 mA，此时电阻箱的阻值为14.5 Ω，电压表的示数为U0。
②断开S，拆下电流表，将B与C用导线直接相连，闭合S，调节电阻箱的阻值使电压表的示数仍为U0，此时电阻箱的阻值为17.1 Ω，则电流表的内阻为________Ω。
③调节电阻箱阻值，记下电阻箱的阻值和电压表的示数；多次改变电阻箱的阻值，可获得多组数据。作出电压表示数的倒数随电阻箱的阻值的倒数变化的图线如图丙所示，若不考虑电压表对电路的影响，该电源的电动势和内阻分别为________V、________Ω(结果保留三位有效数字)。
高考考向4 传感器及创新实验
例4 (2018·全国卷Ⅱ)某实验小组利用如图a所示的电路探究在25 ℃～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表(量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9 Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。
实验时，先按图a连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2?t数据见下表。
t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0
回答下列问题：
(1)在闭合S1前，图a中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；
(2)在图b的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2?t曲线；
(3)由图b可得到RT在25 ℃～80 ℃范围内的温度特性。当t＝44.0 ℃时，可得RT＝________ Ω；
(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图c所示，该读数为________ Ω，则手心温度为________ ℃。
6. (2017·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100 μA，内阻大约为2500 Ω)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20 Ω，另一个阻值为2000 Ω)；电阻箱Rz(最大阻值为99999.9 Ω)；电源E(电动势约为1.5 V)；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2500.0 Ω，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2601.0 Ω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：_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
7．(2019·全国卷Ⅱ)某小组利用图a所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中和为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100 Ω)；S为开关，E为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图b是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管U?t关系曲线。回答下列问题：
(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0 μA，应调节
滑动变阻器R，使电压表的示数为U1＝________ mV；根据图b可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻________(填“变大”或“变小”)，电压表示数________(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动，以使示数仍为U1。
(2)由图b可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为＝________×10－3 V/℃(保留2位有效数字)。
易错警示 求非线性元件的实际电阻和功率
例 (2017·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3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表(量程3 V，内阻3 kΩ)；电流表(量程0.5 A，内阻0.5 Ω)；固定电阻R0(阻值1000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0 Ω)；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干。
(1)实验要求能够实现在0～3.8 V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4 V，内阻1.00 Ω)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)
专题作业
限时：80分钟 满分：100分
实验题(本题共10小题，共100分)
1．(2020·江苏省南京市、盐城市高三下学期第二次模拟考试)(10分)某同学想利用两节干电池测定一段粗细均匀的电阻丝的电阻率ρ，设计了如图甲所示的电路。ab是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝，R0是阻值为2 Ω的保护电阻，导电夹子P与电阻丝接触始终良好(接触电阻忽略不计)。
(1)该同学连接成如图甲所示实验电路，请指出图中器材连接存在的问题：____________________________________________________________________。
(2)实验时闭合开关，调节P的位置，将aP的长度x和对应的电压表示数U、电流表示数I的数据记录如下表：
x/m 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10
U/V 2.18 2.10 2.00 1.94 1.72 1.48
I/A 0.28 0.31 0.33 0.38 0.43 0.49
/Ω 7.79 6.77 6.06 5.10 4.00 3.02
①请你根据表中数据在图乙上描点连线作?x关系图线；
②根据测得的直径可以算得电阻丝的横截面积S＝1.2×10－7 m2，利用图乙图线，可求得该电阻丝的电阻率ρ为________Ω·m；根据图乙中的图线可求出电流表内阻为________Ω；(保留两位有效数字)
③理论上用此电路测得的电阻丝电阻率与其真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或 “相同”)。
2．(2020·广西桂林市高三上学期第一次联合调研)(10分)利用如图所示电路测量一量程为300 mV的电压表的内阻RV(约为300 Ω)。某同学的实验步骤如下：
①按电路图正确连接好电路，把滑动变阻器R的滑片P滑到a端，闭合电键S2，并将电阻箱R0的阻值调到较大；
②闭合电键S1，调节滑动变阻器滑片的位置，使电压表的指针指到满刻度；
③保持电键S1闭合和滑动变阻器滑片P的位置不变，断开电键S2，调整电阻箱R0的阻值大小，使电压表的指针指到满刻度的三分之一，读出此时电阻箱的阻值为R0＝596 Ω，则电压表的内阻RV＝________Ω。
实验所提供的器材除待测电压表、电阻箱(最大阻值999.9 Ω)、电池(电动势约1.5 V，内阻可忽略不计)、导线和电键之外，还有如下可供选择的实验器材：
A．滑动变阻器：最大阻值为200 Ω
B．滑动变阻器：最大阻值为10 Ω
C．定值电阻：阻值约为20 Ω
D．定值电阻：阻值约为200 Ω
根据以上实验方法，回答下列问题。
(1)为了使测量比较精确，在可供选择的实验器材中，滑动变阻器R应选用________，定值电阻R′应选用________。(填写可供选择实验器材前面的序号)
(2)对于上述的测量方法，从实验原理分析可知，在测量操作无误的情况下，实际测出的电压表内阻的测量值R测________真实值RV(选填“大于”“小于”或“等于”)，这误差属于________误差(选填“偶然”或者“系统”)，且在其他条件不变的情况下，若RV越大，其测量值R测的误差就越________(选填“大”或“小”)。
3．(2020·江苏省五校高三联考)(10分)在“练习多用电表的使用”实验中：
(1)如图甲为一正在测量中的多用电表表盘，甲同学利用多用电表的直流 50 mA挡测量电流，则读数为________mA。
(2)乙同学利用多用电表测量某一只电阻的阻值时，他用电阻挡“×100”测量时发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，操作顺序为________(填写选项前的字母)。
A．将选择开关旋转到电阻挡“×1 k”的位置
B．将选择开关旋转到电阻挡“×10”的位置
C．将两表笔分别与被测电阻的两根引线相接完成测量
D．将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针指向“0 Ω”
(3)丙同学想设计一个实验，测量多用电表“×1 Ω” 挡的内部总电阻和内部电源的电动势，指针式多用电表欧姆挡的内部电路是由直流电源、调零电阻和表头相串联而成。给定的器材有：待测多用电表，量程为100 mA 的电流表，最大电阻为20 Ω 的滑动变阻器，鳄鱼夹，开关，导线若干。实验过程如下：
①实验前将多用电表调至“×1 Ω”挡，将红黑表笔短接，调节旋钮，使指针指向“0 Ω”；
②用鳄鱼夹将红、黑表笔固定在图乙的两接线柱上，请用笔画线代替导线将图乙电路连接完整；
③调节滑动变阻器，读出多用电表示数R、毫安表示数I，求出电流的倒数，记录在下面的表格中，请根据表格数据在图丙的坐标系中描点作图；
R/Ω 4 7 10 14 18 20
I/10－3A 78.0 67.0 60.0 52.0 45.0 43.0
/A－1 12.8 14.9 16.7 19.2 22.2 23.2
④请通过图线求出多用电表内部电源的电动势为________V，内部总电阻为________Ω；(结果保留三位有效数字)
⑤电流表存在一定的内阻，这对实验结果________(选填“有影响”或“无影响”)。
4．(2018·天津高考)(10分)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：
A．电压表(量程0～1 V，内阻约为10 kΩ)
B．电压表(量程0～10 V，内阻约为100 kΩ)
C．电流表(0～1 mA，内阻约为30 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，内阻约为0.05 Ω)
E．电源(电动势1.5 V，额定电流0.5 A，内阻不计)
F．电源(电动势12 V，额定电流2 A，内阻不计)
G．滑动变阻器R0(阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A)
(1)为使测量尽量准确，电压表选用________，电流表选用________，电源选用________。(均填器材的字母代号)
(2)画出测量Rx阻值的实验电路图。
(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会________其真实值(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
5．(2020·福建省厦门市高三(下)五月质量检查)(10分)小敏要将一量程为250 μA的微安表改装成量程为5 V的电压表。由于微安表内阻未知，小敏先用多用电表粗测得其内阻约为1100 Ω。现有如下器材：
A．待改装的微安表
B．标准电压表
C．电阻箱(0～99999.9 Ω)
D．滑动变阻器(0～10 Ω)
E．学生电源
F．开关，导线若干
(1)按粗测的微安表内阻进行电压表改装，应将电阻箱阻值调节为________Ω；
(2)改装完成后，小敏利用上述器材设计了电路进行校准，请完成校准电路的实物图连线；
(3)当标准电压表的示数为5.00 V时，微安表的指针位置如图所示。由此可以推测出所改装的电压表量程不是预期的5 V，而是________V(保留两位有效数字)，导致该误差产生的原因可能是________；
A．微安表的实际内阻大于所测得的1100 Ω
B．微安表的实际内阻小于所测得的1100 Ω
(4)要达到预期目的，不必再设计实验精确测量微安表的内阻，只需将电阻箱的阻值调整为________Ω即可。
6．(2020·河南省驻马店市模拟)(10分)某同学设计了如图甲所示的电路测量电池组的电动势和内阻。除待测电池组外，还需使用的实验器材有：灵敏电流表G，可变电阻R1、R2，电压表V1、V2，电流表A1、A2，开关，导线若干。
(1)为了选择合适的可变电阻，该同学先用多用电表估测了电压表的内阻。测量时，先将多用电表挡位调到如图乙所示位置，再将红表笔和黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指向“0 Ω”。然后将调节好的多用电表红表笔和电压表的负接线柱相连，黑表笔和电压表的正接线柱相连。欧姆表的指针位置如图丙所示，则欧姆表的读数为________Ω。
(2)选择合适的可变电阻R1、R2后，按照图甲所示电路图连接好电路，将可变电阻R1、R2调到合适的阻值，闭合开关S，反复调节可变电阻R1、R2，直到电流表G的指针不偏转，电压表V1、V2的示数之和记为U1，电流表A1、A2的示数之和记为I1。
(3)断开开关，适当调小可变电阻R1的阻值，闭合开关，发现此时电流表G的指针发生了偏转，缓慢________(选填“调大”或“调小”)可变电阻R2的阻值，直至电流表G的指针不发生偏转，电压表V1、V2的示数之和记为U2，电流表A1、A2的示数之和记为I2。
(4)重复(3)的步骤，记录到多组数据(U3，I3)、(U4，I4)…
(5)实验完毕，整理器材。
(6)利用记录的数据，作出U?I图线如图丁所示，依据图线可得电池组的内阻r为________，电动势为________。
(7)理论上该同学测得的电池组内阻________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
7．(2020·湖南省永州市高三(下)第三次模拟考试)(10分)某同学欲将内阻为100 Ω、量程为300 μA的电流计G改装成欧姆表。可选用的器材还有：定值电阻R1(阻值为25 Ω)；定值电阻R2(阻值为100 Ω)；滑动变阻器R(最大阻值为1500 Ω)；干电池E(E＝1.5 V、r＝2 Ω)；红、黑表笔和导线若干。改装电路如图甲所示。
(1)定值电阻应选择________(选填“R1”或“R2”)。
(2)该同学用改装后尚未标示对应刻度的欧姆表测量一内阻和量程均未知的电压表V的内阻。步骤如下：先将欧姆表的红、黑表笔短接，调节R，使电流计G指针指到________μA；再将黑表笔与电压表V的“＋”接线柱相连，红表笔与电压表V的“－”接线柱相连，若两表的指针位置分别如图乙和图丙所示，则电压表V的内阻为________Ω，量程为________V。
(3)改装并标定好欧姆表表盘刻度线电阻值后，若定值电阻的内部部分短路导致电阻值稍变小，但仍能进行欧姆调零，用该表测量某电阻的电阻值时，测量值与真实值相比较：R测________R真(选填“>”“＝”或“<”)。
8．(2020·山东省青岛市高三三模)(10分)电流传感器可以捕捉到瞬间的电流变化，它与计算机相连，可以显示出电流随时间变化的I?t图象。如图甲所示连接电路。直流电源电动势9 V，内阻可忽略，电容器选用电容较大的电解电容器。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电；然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机。屏幕上显示出电流随时间变化的I?t图象如图乙所示。
(1)在如图乙所示的I?t图象中用阴影标记面积的物理意义是________________________________________。
(2)根据I?t图象估算当电容器开始放电时所带的电荷量q0＝________，并计算电容器的电容C＝________。(均保留两位有效数字)
(3)如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，充电时I?t曲线与横轴所围成的面积将________(选填“增大”“不变”或“变小”)；充电时间将________(选填“变长”“不变”或“变短”)，简要说明原因：________________。
9．(2020·广东省广州市高三(下)二模)(10分)某同学利用下列器材研究小灯泡的伏安特性：
小灯泡L(额定电压2.5 V，额定电流0.3 A)；
电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)；
毫安表mA(量程100 mA，内阻9 Ω)；
定值电阻R0(阻值3 Ω)；
滑动变阻器R(阻值0～10 Ω)；
电源E(电动势4 V，内阻不计)；
开关S；导线若干。
(1)实验要求在0～2.5 V的范围内对小灯泡进行测量，在图a中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整。
(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移动至最________(选填“左”或“右”)端。
(3)实验得到该小灯泡的伏安特性曲线如图b所示，可知随着电流的增加小灯泡的电阻________(选填“增大”“不变”或“减小”)；若实验过程中某次读数时毫安表的指针位置如图c所示，则此时小灯泡的电阻为________Ω(保留一位小数)。
(4)完成实验后，该同学用另一开关S1和上述器材连接成图d所示的电路，闭合开关S、S1，适当调节滑动变阻器R的滑片位置，使小灯泡恰好正常发光；再断开开关S1，此时小灯泡两端的电压为________V(保留一位小数)。
10．(2020·福建省泉州市高三第二次市质量检测)(10分)一热敏电阻的说明资料上给出其阻值Rt随温度t变化的特性曲线，如图甲中曲线Ⅰ所示。为了验证这条曲线，某实验小组采用“伏安法”测量该热敏电阻在不同温度下的阻值，然后绘出其Rt?t图线。所设计的部分电路如图乙所示，其中电压表V的量程为0～3 V、内阻约3 kΩ；电流表G的量程为0～250 μA、内阻约300 Ω；滑动变阻器的最大阻值为100 Ω。
(1)用图乙电路测热敏电阻的低温区阻值时，请根据实验原理，用笔画线代替导线将电路连接完整；在开关闭合之前滑动变阻器的滑片应滑到________(选填“a”或“b”)端。
(2)该小组在测热敏电阻的各个温度区阻值时，都采用(1)所设计的电路，绘出的Rt?t图线如图甲中曲线Ⅱ所示，它与曲线Ⅰ在高温区部分存在明显偏差，是因为高温时(1)所设计的电路中________(选填“电流表”或“电压表”)的测量值偏差过大。
(3)为了提高精度，该小组改用“电桥法”测量Rt的阻值，电路如图丙所示，其中定值电阻阻值为R0，粗细均匀的电阻丝AB总长为L。实验时闭合开关S，不断调节线夹P所夹的位置，直到电流表G示数为零，测出此时PB段电阻丝长度x，则Rt的阻值计算式为Rt＝________(用R0、L、x表示)。已知L＝60.00 cm，R0＝3.6 kΩ，当电流表G示数为零时x＝15.00 cm，则此时热敏电阻所处环境的温度为________℃(结果保留两位有效数字)。
第15讲 电学实验
构建网络
1．电学实验知识框架
2．洞悉重要电学实验的考点
实验 电路图 实验原理 考查热点
测定金 属的电
阻率
①测Rx：Rx＝(伏安法)
②算ρ：Rx＝ρ，ρ＝ ①考读数：U、I、l及d
②考电路：电路设计或选择(电流表的内接、外接)，实物连线或改错，器材选择
③考运算：根据公式或图象求Rx，进而计算ρ
④误差分析：由电流表的内接、外接分析实验误差
描绘小 灯泡的
伏安特
性曲线
①电路：电流表外接；滑动变阻器用分压式接法
②图象：U?I图象为曲线(温度升高，灯丝电阻增大) ①考电路：电路设计或选择，实物连线或改错，器材选择
②考作图：描点、连线画U?I图象
③考运算：由U?I图象求电阻、电功率
测定电 源的电
动势和
内阻
①原理：E＝U＋Ir
②要领：由于电池内阻较小，电流表采用外接法 ①考电路：电路设计或选择，实物连线或改错，器材选择
②考作图：描点、连线画U?I图象
③考运算：由图象或公式求E、r
④误差分析：由电流表、电压表引起的误差
练习使 用多用
电表
①V、A挡：相当于电压表、电流表
②Ω挡：工作原理是闭合电路欧姆定律
③调零：机械调零、欧姆调零
④电流方向：从红表笔进多用电表，从黑表笔出多用电表 ①考读数：电压、电流、电阻挡的读数
②考使用：欧姆表选挡、调零、规范操作等
③考原理：毫安表改装成大量程电流表、电压表、欧姆表的原理，测电阻的工作原理
④考黑箱：用多用电表探测黑箱内的元件
命题特点：1.分析近几年的高考，考查的方向基本不变，主要体现在：(1)基本仪器的使用及读数。(2)电表的改装、仪器的选择。(3)以测量电阻、电源电动势为核心的电学实验。(4)实验原理的理解、实验数据的分析以及实验的设计。
2．基本仪器的使用仍是今后高考中考查的热点，同时注重对实验操作过程的考查和创新设计实验的考查。
思想方法：等效替代法、半偏法、控制变量法、累积法、电桥平衡法、图象法。
滑动变阻器的接法：分压式、限流式。
电流表的接法：内接法、外接法。
高考考向1 电表的改装、多用电表的原理与使用
例1 (2018·全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表。可用的器材有：微安表头(量程100 μA，内阻900 Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99999.9 Ω)；导线若干。
要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡。
回答下列问题：
(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。
(2)电阻箱的阻值R1＝________ Ω；R2＝________ Ω。(保留到个位)
破题关键点
(1)如何将表头改装成大量程电流表？
提示：给表头并联电阻。
(2)如何将电流表改装成电压表？
提示：给电流表串联电阻。
[解析] (1)R1的电阻比较小，所以R1与表头并联构成大量程的电流表，R2的阻值比较大，与改装后的电流表串联可充当大量程的电压表，设计电路图如图所示。
(2)改装电流表需要并联一个电阻，要改装1 mA的电流表需要并联的电阻R1＝＝ Ω＝100 Ω；要改装3 V电压表需要串联电阻，串联电阻的阻值为R2＝＝ Ω＝2910 Ω。
[答案] (1)图见解析 (2)100 2910
1.电表改装
类型 电路图 原理
把电流表改装为电压表
U＝Ig(Rg＋R)
扩大电流表量程
I＝Ig＋
把电流表改装为欧姆表
R内＝R中＝
Rx＝－R内
2.多用电表的原理及使用
(1)多用电表的读数
电流表、电压表的刻度是均匀的，读数时应注意量程；欧姆表的刻度是不均匀的，读数时应乘以倍率。
(2)多用电表使用的几个注意事项
①电流的流向：使用多用电表时不管测量电阻还是测量电流或电压，多用电表的红表笔都连内部电流表的正接线柱，黑表笔连负接线柱，电流都是从红表笔进、从黑表笔出。
②要区分“机械零点”与“欧姆零点”：“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置，用表盘下边中间的指针定位螺丝调整；“欧姆零点”在表盘右侧电阻刻度“0”位置，用欧姆调零旋钮调整。
③测电阻时每变换一次挡位，都要重新进行欧姆调零。
④选倍率：测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡的刻度不均匀，使用欧姆挡测电阻时，指针偏转过大或过小都有较大误差，通常只使用表盘中间的一段刻度范围。
如果指针偏转角度太小(即指针所指的欧姆刻度值太大)，应该适当增大倍率重新欧姆调零后再测量；如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太小)，应该适当减小倍率重新欧姆调零后再测量。
⑤测电阻时要将电阻与其他元件断开。测电阻时不要用手接触多用电表的表笔。
⑥多用电表使用完毕后应将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡。
(3)欧姆表刻度不均匀的原因
当红、黑表笔短接时，调节滑动变阻器R0(即欧姆调零)，使灵敏电流计满偏，Ig＝，中值电阻(欧姆表内阻)R中＝Rg＋R0＋r，当两表笔接入电阻Rx时，I＝，电阻Rx与电路中的电流相对应，但不是线性关系，故欧姆表刻度不均匀。
(4)欧姆表转换倍率的两种途径：欧姆表换倍率实际上就是改变欧姆表的内阻，欧姆表的内阻R内＝，通常通过改变电源电动势或电流表量程来改变欧姆表的倍率。若保持电流表量程不变，将电源电动势扩大为原来的10倍，欧姆表倍率就扩大到原来的10倍；若保持电源电动势不变，将电流表量程扩大为原来的10倍，欧姆表倍率变为原来的十分之一。
1．(2017·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；表头的满偏电流为250 μA，内阻为480 Ω。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1 V挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5 mA挡，欧姆×100 Ω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”连接的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”连接的，则读数为________；若此时B端是与“5”连接的，则读数为________。(结果均保留3位有效数字)
答案 (1)黑 (2)B (3)160 880
(4)1.47 mA 1.10 kΩ 2.95 V
解析 (1)当B端与“3”连接时，内部电源与外部电路形成闭合回路，电流从A端流出，故A端与黑色表笔相连接。
(2)在使用多用电表之前，调整表头螺丝使电表指针指在表盘左端电流“0”位置，选项A错误；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，选项B正确；使用电流挡时，电阻R6不在闭合电路中，调节无效，选项C错误。
(3)根据题给条件可知：当B端与“2”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联，此时为量程1 mA的电流挡，由并联电路两支路电流与电阻成反比知，＝＝，解得R1＋R2＝160 Ω。当B端与“4”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联后再与R4串联，此时为量程1 V的电压挡，表头与R1、R2组成的串联电路并联总电阻为120 Ω，两端电压为0.12 V，由串联电路中电压与电阻成正比知：R4两端电压为0.88 V，则R4电阻为880 Ω。
(4)若此时B端是与“1”连接的，多用电表作为直流电流表使用，量程2.5 mA，读数为1.47 mA。若此时B端是与“3”连接的，多用电表作为欧姆表使用，读数为11×100 Ω＝1.10 kΩ。若此时B端是与“5”连接的，多用电表作为直流电压表使用，量程为5 V，读数为2.95 V。
2．(2020·吉林省吉林市高三(下)毕业班第四次调研考试)某同学将一个量程为0～1 mA、内阻未知的电流表G改装成量程为0～3 V的电压表V，他先测量该电流表G的内阻Rg，再进行改装，然后把改装的电压表与标准电压表进行校准并进行误差分析。实验室准备的仪器有：
电源E(电动势为4.5 V，内阻约为1.2 Ω)
滑动变阻器R1(最大阻值为5000 Ω，允许通过的最大电流约为0.02 A)
滑动变阻器R2(最大阻值为20 Ω，允许通过的最大电流约为1.0 A)
电阻箱R(最大阻值为999.9 Ω，允许通过的最大电流约为0.2 A)
标准电压表V0(量程为3.0 V，内阻约为4000 Ω)
开关两个，导线若干
他的操作过程如下：
(1)先按如图a所示的电路，测量电流表G的内阻Rg，其步骤为：
①将滑动变阻器R1调到阻值最大，保持开关K2断开，闭合开关K1，再调节滑动变阻器R1，使电流表G的指针指在满刻度Ig处。
②保持滑动变阻器R1的阻值不变，再闭合开关K2，调节电阻箱R的阻值使电流表G的指针指在满刻度的一半处，即I＝Ig，此时电阻箱上的示数如图b所示，则电流表G的内阻Rg＝________Ω。
(2)他根据所测出的电流表G内阻Rg的值，通过计算后，在表头G上串联一个定值电阻R′，就将电流表G改装成量程为0～3 V的电压表V，如图c所示，则这个定值电阻的阻值为R′＝________Ω。
(3)他再用标准电压表V0对改装的电压表进行校准，要求电压能从0到最大值之间逐一进行校准，试在图d的方框中补全校准电路图，并标出所选用器材的符号，其中改装的电压表和标准电压表已画出。
(4)由于电流表G内阻Rg的测量值________(选填“小于”或“大于”)真实值，改装电压表V时串联电阻R′的阻值________(选填“偏大”或“偏小”)，因此在校准过程中，改装的电压表的示数总比标准表的示数________(选填“偏大”或“偏小”)。
答案 (1)105.0 (2)2895 (3)图见解析
(4)小于 偏大 偏小
解析 (1)图b电阻箱的读数为105.0 Ω，则电流表的内阻Rg＝105.0 Ω。
(2)由电压表的改装原理可知：R′＝－Rg＝2895 Ω。
(3)要求电压能从0到最大值之间逐一进行校准，因此滑动变阻器应采用分压式接法，为调节方便，滑动变阻器选用最大阻值较小的R2；标准电压表和改装电压表应并联。电路图如图所示。
(4)用半偏法测电流表内阻Rg时，由于电阻箱R的连入使得电路总电流变大，致使Rg的测量值偏小，即测量值小于真实值；在改装电压表时串联的定值电阻R′＝－Rg，因为Rg偏小，所以R′的阻值偏大，使得校准时通过它的电流值偏小，故改装的电压表示数总比标准表的示数偏小。
高考考向2 以测电阻为核心的实验
例2 (2018·全国卷Ⅲ)一课外实验小组用如图a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＝20.0 Ω)；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，记下此时电压表的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表的示数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。(保留一位小数)
破题关键点
(1)Rx两端的电压U如何表示？
提示：U＝U2－U1。
(2)通过Rx的电流I如何表示？
提示：I＝。
[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串联电路电压为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＝R0。5次测量所得的平均值为(3.44＋3.43＋3.39＋3.40＋3.39)＝3.41，故Rx＝R0＝(3.41－1)×20.0 Ω＝48.2 Ω。
[答案] (1)图见解析 (4)R0 (6)48.2
测电阻实验中仪表的选择及接法
(1)仪表选择的三个主要原则：安全性(量程不能太小)、准确性(量程不能太大)、方便性(滑动变阻器要方便调节)。
(2)选择电流表内外接法的口诀：“大内偏大，小外偏小”(大电阻适合电流表内接法，测量值比实际值偏大；小电阻适合电流表外接法，测量值比实际值偏小)。若<，Rx为大电阻；若>，Rx为小电阻。
(3)选择滑动变阻器接法的口诀：以小控大用分压，相差无几用限流。即当滑动变阻器的阻值较小时，常采用分压电路；当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时，常采用限流电路。
另外，必须采用分压电路的情况有三种：①要求电压从零开始变化；②滑动变阻器的阻值太小，不能起到限流的作用；③限流电路不能获取有区分度的多组数据。若两种电路均可，则采用限流电路，因为限流式损耗功率小。
(4)电表有时可反常规使用：已知内阻的电压表可当电流表使用，已知内阻的电流表可当电压表使用。
(5)定值电阻的常见用途：保护电路、改装电压表或电流表。
(6)电压表量程的选择：比电源电动势略大或相差不多。
(7)电流表量程的选择：和电压表量程与被测电阻的比值相差不多。
3．(2020·江苏高考)某同学描绘一种电子元件的I?U关系图象，采用的实验电路图如图1所示，V为电压表，mA为电流表，E为电源(电动势约6 V)，R为滑动变阻器(最大阻值20 Ω)，R0为定值电阻，S为开关。
(1)请用笔画线代替导线，将图2所示的实物电路连接完整。
(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表：
电压U/V 0.000 0.250 0.500 0.650 0.700 0.725 0.750
电流 I/mA 0.00 0.10 0.25 0.60 1.70 4.30 7.50
请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的I?U图线。
(3)根据作出的I?U图线可知，该元件是________(选填“线性”或“非线性”)元件。
(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻R0，会导致的两个后果是________。
A．电压和电流的测量误差增大
B．可能因电流过大烧坏待测元件
C．滑动变阻器允许的调节范围变小
D．待测元件两端电压的可调节范围变小
答案 (1)图见解析 (2)图见解析
(3)非线性 (4)BC
解析 (1)根据题图1连接实物电路如图：
(2)根据表中数据描点，并用平滑的曲线连接各点如图：
(3)根据I?U图线可知，该元件是非线性元件。
(4)由I?U图线可知，当待测元件两端电压超过一定数值时，待测元件中的电流会急剧增大，所以电阻会急剧减小，若用导线代替R0，可能会因电流过大烧坏待测元件，而对电压和电流的测量误差无影响，A错误，B正确；根据I?U图线可知，待测元件两端的电压应小于1 V，而电源电动势为6 V，如果用导线代替R0，会导致滑动变阻器允许的调节范围变小，但不影响待测元件两端电压的可调节范围，C正确，D错误。
4．(2019·江苏高考)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。实验操作如下：
(1)螺旋测微器如图1所示。在测量电阻丝的直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动________(选填“A”“B”或“C”)，直到听到“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏。
(2)选择电阻丝的________(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径。
(3)图2中Rx为待测电阻丝。请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入图3实物电路中的正确位置。
(4)为测量Rx，利用图2所示的电路，调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值，作出的U1?I1关系图象如图4所示。接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表：
U2/V 0.50 1.02 1.54 2.05 2.55
I2/mA 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0
请根据表中的数据，在方格纸上作出U2?I2图象。
(5)由此，可求得电阻丝的Rx＝________ Ω。根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率。
答案 (1)C (2)不同 (3)见图甲 (4)见图乙
(5)23.5(23.0～24.0均正确)
解析 (1)旋转微调旋钮C。
(2)电阻丝的粗细不一定均匀，为减小测量误差，应在不同位置测直径，然后取平均值作为测量值。
(3)滑动变阻器采用分压式接入电路，注意线不能交叉，如答案图甲所示。
(4)根据所给的5组数据在U?I图象中描点，用过原点的直线把它们连在一起，让尽可能多的点在直线上，如答案图乙所示。
(5)由题意知：＝Rx＋RA＋R0，由U1?I1图线的斜率可得＝49.0 Ω。＝RA＋R0，由作出的U2?I2图线的斜率可得＝25.5 Ω。故Rx＝(49.0－25.5) Ω＝23.5 Ω。
高考考向3 以测电源电动势和内阻为核心的实验
例3 (2020·山西省太原市高三模拟)在有机玻璃板的中心固定一段镀锌铁丝，盖在盛有适量自来水的不锈钢桶上，铁丝下端浸在水中但不与桶的底面和侧面接触，以镀锌铁丝为负极，钢桶为正极，制成一个自来水电源。为测量该电源的电动势和内电阻，某同学设计了图a的电路进行实验。使用的器材主要有两个相同的微安表G1、G2(量程为200 μA)，两个相同的电阻箱R1、R2(规格均为9999.9 Ω)。实验过程如下，完成步骤中的填空：
(1)调节电阻箱R1的阻值为________(选填“8888.8”或“0000.0”) Ω，调节R2的阻值为2545.0 Ω，闭合开关S。
(2)保持R2的阻值不变，调节R1，当R1＝6000.0 Ω时，G1的示数为123.0 μA，G2的示数为82.0 μA，则微安表的内阻为________Ω。
(3)保持R2的阻值不变，多次调节R1的值，记录两个微安表的示数如下表所示：
G1示数I1/μA 88.0 94.2 104.2 112.8 123.0 136.0
G2示数I2/μA 115.8 110.0 100.4 92.2 82.0 70.0
在图b中将所缺数据点补充完整，作出I2?I1图线；
(4)根据图线可求得电源的内阻r＝________Ω，电动势E＝________V。(结果保留两位有效数字)
破题关键点
(1)如何求微安表的内阻？
提示：根据串并联电路的电流、电压关系结合欧姆定律求解。
(2)求解电源的内阻和电动势的原理是什么？
提示：闭合电路的欧姆定律。
[解析] (1)为了保护电路，调节电阻箱R1的阻值为8888.8 Ω。
(2)此时流过R1的电流为IR1＝(123.0－82.0) μA＝41.0 μA，根据并联电路电流规律，有：＝，即＝，解得：Rg＝455.0 Ω。
(3)描点作图，如图所示。
(4)根据闭合电路欧姆定律有：E＝I1(r＋Rg)＋I2(Rg＋R2)，则I2＝－I1＋，已知R2＋Rg＝2545.0 Ω＋455.0 Ω＝3000.0 Ω，I2?I1图线的斜率k＝－，则电源的内阻r＝(－k)(R2＋Rg)－Rg，代入数据解得r≈2.4×103 Ω；电源电动势E＝I2(R2＋Rg)＋I1(r＋Rg)，在I2?I1图线上读取I1＝136.0 μA，I2＝70 μA，代入上式可得E＝0.61 V。
[答案] (1)8888.8 (2)455.0 (3)图见解析
(4)2.4×103(2.3×103～2.5×103均可) 0.61(0.60～0.62均可)
测电源的电动势和内阻实验中仪表的接法
(1)电源内阻一般比较小，一般采用电流表外接法。(这里“外接法”是相对于电源来说的，而不是滑动变阻器)
(2)当电流表内阻已知时，采用内接法(相对于电源而言)较准确，此时电源和电流表的串联电路相当于等效电源，电源内阻r＝r等－rA。
(3)当电压表内阻已知时，采用外接法(相对于电源而言)较准确，此时干路电流I＝IA＋IV。
5. (2020·湖北省武汉市武昌区高三(下)6月调研考试(一))某同学用图甲电路做“测量电源的电动势和内阻”实验。可用的器材有：
A．电源(电动势约为3 V，内阻约为10 Ω)
B．电压表V(量程0～50 mV，内阻为50 Ω)
C．电流表A(量程0～100 mA，内阻约为2.5 Ω)
D．电阻箱R(0～999.9 Ω，最小改变值为0.1 Ω)
E．定值电阻R1＝2950 Ω
F．定值电阻R2＝9950 Ω
G．开关S及若干导线
在尽可能减小测量误差的情况下，请回答下列问题：
(1)定值电阻应选用________。(填写器材前面的字母序号)
(2)在正确选择定值电阻的情况下，定值电阻与电压表串联后改装成的电压表量程为0～________V。
(3)用笔画线代替导线，按图甲电路将图乙实物完整连接起来。
(4)实验步骤如下：
①闭合S，调节电阻箱的阻值使电流表的示数为100 mA，此时电阻箱的阻值为14.5 Ω，电压表的示数为U0。
②断开S，拆下电流表，将B与C用导线直接相连，闭合S，调节电阻箱的阻值使电压表的示数仍为U0，此时电阻箱的阻值为17.1 Ω，则电流表的内阻为________Ω。
③调节电阻箱阻值，记下电阻箱的阻值和电压表的示数；多次改变电阻箱的阻值，可获得多组数据。作出电压表示数的倒数随电阻箱的阻值的倒数变化的图线如图丙所示，若不考虑电压表对电路的影响，该电源的电动势和内阻分别为________V、________Ω(结果保留三位有效数字)。
答案 (1)E (2)3 (3)图见解析
(4)②2.6 ③2.88 11.9
解析 (1)由于×(2950＋50) Ω＝3 V，而×(9950＋50) Ω＝10 V>3 V，所以定值电阻应选用阻值为2950 Ω的E。
(2)根据(1)可知，改装后的电压表的量程为0～3 V。
(3)实物连线如图。
(4)②两种状态下电压表的示数均为U0，则两种状态下路端电压相同，根据闭合电路欧姆定律，外电路的总阻值相同，故电流表的内阻RA＝17.1 Ω－14.5 Ω＝2.6 Ω。
③若不考虑电压表对电路的影响，则路端电压U′＝·(RV＋R1)＝×(50＋2950)＝60U，根据闭合电路欧姆定律，有：U′＋r＝E，可得：＝·＋，结合图丙有：＝20.8，＝，解得：E≈2.88 V，r≈11.9 Ω。
高考考向4 传感器及创新实验
例4 (2018·全国卷Ⅱ)某实验小组利用如图a所示的电路探究在25 ℃～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表(量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9 Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。
实验时，先按图a连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2?t数据见下表。
t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0
回答下列问题：
(1)在闭合S1前，图a中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；
(2)在图b的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2?t曲线；
(3)由图b可得到RT在25 ℃～80 ℃范围内的温度特性。当t＝44.0 ℃时，可得RT＝________ Ω；
(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图c所示，该读数为________ Ω，则手心温度为________ ℃。
破题关键点
(1)开关S2接2端并调节R2后，电路中的电流变化吗？
提示：因为R0两端的电压仍为U0，所以电流不变。
(2)热敏电阻RT的阻值等于什么？
提示：R2。
[解析] (1)图a的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的电阻值最大，使电路中电流最小，即图a中的R1的滑片应移到b端。
(2)将t＝60 ℃和t＝70 ℃对应的两组数据对应画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2?t图象，如图所示。
(3)根据题述实验过程可知，测量的R2数据等于热敏电阻RT对应温度的电阻值。由画出的R2?t图象可知，当t＝44.0 ℃时，对应的RT＝450 Ω。
(4)由画出的R2?t图象可知，RT＝620.0 Ω，则手心温度t＝33.0 ℃。
[答案] (1)b (2)图见解析 (3)450
(4)620.0 33.0
电学实验创新一般是基于教材中的基础实验，对实验目的、实验器材、实验原理进行创新，有时也结合传感器进行命题。这类题目千变万化，解题关键是掌握基本电学规律和几个基本实验，多加练习。
6. (2017·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100 μA，内阻大约为2500 Ω)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20 Ω，另一个阻值为2000 Ω)；电阻箱Rz(最大阻值为99999.9 Ω)；电源E(电动势约为1.5 V)；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2500.0 Ω，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2601.0 Ω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：_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 (1)图见解析
(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
解析 (1)根据原理图a，将图b中的实物连线如图所示。
(2)①滑动变阻器R1在实验中为控制电路，且为分压接法，应选总阻值小的滑动变阻器，故R1的阻值为20 Ω。
②为了保护微安表，S1闭合时，微安表上的电压为零，故开始时应将R1的滑片C滑到滑动变阻器的左端。
③接通S2前后，微安表的示数保持不变，说明S2闭合后，没有电流流过S2，故B、D两点的电势相等。
④实验过程中，由于测量电路，即由Rz、、R2组成的电路的阻值很大，可认为测量电路两端的电压不变，故与Rz互换后通过R2、Rz和的电流不变，电路如图所示。
由于B、D两点的电势相等，对于图甲，I1RμA＝I2R′
I1Rz1＝I2R，即＝
对于图乙，I1Rz2＝I2R′
I1RμA＝I2R，即＝
所以＝
所以RμA＝＝ Ω＝2550 Ω。
(3)提高测微安表内阻的精度，可减小系统误差，如调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程。
7．(2019·全国卷Ⅱ)某小组利用图a所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中和为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100 Ω)；S为开关，E为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图b是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管U?t关系曲线。回答下列问题：
(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0 μA，应调节
滑动变阻器R，使电压表的示数为U1＝________ mV；根据图b可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻________(填“变大”或“变小”)，电压表示数________(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动，以使示数仍为U1。
(2)由图b可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为＝________×10－3 V/℃(保留2位有效数字)。
答案 (1)5.00 变小 增大 B (2)2.8
解析 (1)、是理想电压表，则R0与硅二极管串联，电流相等，R0两端电压U1＝IR0＝50.0×10－6×100 V＝5.00×10－3 V＝5.00 mV。由U?t图象知，当控温炉内温度t升高时，U变小，又I＝50.0 μA不变，故硅二极管正向电阻变小；当控温炉内温度升高时，硅二极管电阻变小，反过来影响电路中电流，由闭合电路欧姆定律知，电路中电流增大，示数增大；要保持示数不变，需增大滑动变阻器的阻值，即将滑片向B端移动。
(2)由U?t图象的斜率可知：＝ V/℃＝2.8×10－3 V/℃。
易错警示 求非线性元件的实际电阻和功率
例 (2017·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3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表(量程3 V，内阻3 kΩ)；电流表(量程0.5 A，内阻0.5 Ω)；固定电阻R0(阻值1000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0 Ω)；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干。
(1)实验要求能够实现在0～3.8 V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4 V，内阻1.00 Ω)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)
分析与解 (1)小灯泡的电压要求从0开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，小灯泡的额定电压超出电压表的量程，需与R0串联后接入电路。电路图如答图所示。
(2)I?U图象中随着电流的增大，图线的斜率变小，小灯泡的电阻增大。根据电阻定律R＝ρ，得灯丝的电阻率增大。
(3)当R＝0时，电源路端电压与电流的关系图象如图线甲所示。此时小灯泡功率有最大值。
当R＝9 Ω时，将R看作电源内阻，则等效电源内阻为10 Ω，其路端电压与电流的关系图象如图线乙所示。此时小灯泡功率有最小值。
取图线甲与小灯泡伏安特性曲线交点：U1＝3.66 V，I1＝0.319 A，
小灯泡的最大功率P1＝U1I1≈1.17 W。
取图线乙与小灯泡伏安特性曲线交点：U2＝1.77 V，I2＝0.222 A，小灯泡的最小功率P2＝U2I2≈0.39 W。
答案 (1)实验电路原理图如图所示。
(2)增大 增大 (3)0.39 1.17
易错警示 对于非线性元件的实际电阻和电功率，只能根据伏安特性曲线求解，如果同时给出电动势和内阻确定的电源，应该先根据电路结构结合闭合电路欧姆定律列出电源的U?I关系式，然后在非线性元件的U?I图中画图，两图线的交点即电路的工作点，根据此状态点的横、纵坐标即可计算出所求电阻和电功率。
专题作业
限时：80分钟 满分：100分
实验题(本题共10小题，共100分)
1．(2020·江苏省南京市、盐城市高三下学期第二次模拟考试)(10分)某同学想利用两节干电池测定一段粗细均匀的电阻丝的电阻率ρ，设计了如图甲所示的电路。ab是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝，R0是阻值为2 Ω的保护电阻，导电夹子P与电阻丝接触始终良好(接触电阻忽略不计)。
(1)该同学连接成如图甲所示实验电路，请指出图中器材连接存在的问题：____________________________________________________________________。
(2)实验时闭合开关，调节P的位置，将aP的长度x和对应的电压表示数U、电流表示数I的数据记录如下表：
x/m 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10
U/V 2.18 2.10 2.00 1.94 1.72 1.48
I/A 0.28 0.31 0.33 0.38 0.43 0.49
/Ω 7.79 6.77 6.06 5.10 4.00 3.02
①请你根据表中数据在图乙上描点连线作?x关系图线；
②根据测得的直径可以算得电阻丝的横截面积S＝1.2×10－7 m2，利用图乙图线，可求得该电阻丝的电阻率ρ为________Ω·m；根据图乙中的图线可求出电流表内阻为________Ω；(保留两位有效数字)
③理论上用此电路测得的电阻丝电阻率与其真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或 “相同”)。
答案 (1)电压表应接3 V量程，开始实验前开关应断开
(2)①图见解析 ②1.2×10－6 2.0 ③相同
解析 (1)图甲中用两节干电池做电源，故电压表应接3 V量程；实验开始前开关应断开。
(2)①图象如图所示。
②由于Rx＝－RA＝ρ，即＝x＋RA，则?x图象的斜率k＝，由图象知图线的斜率k＝10.0 Ω/m，则该电阻丝的电阻率ρ≈1.2×10－6 Ω·m；?x图象中，图线的纵轴截距表示电流表的内阻，则电流表内阻为2.0 Ω。
③由以上分析可知，电流表内阻对直线的斜率无影响，则理论上用此电路测得的电阻丝电阻率与其真实值相比相同。
2．(2020·广西桂林市高三上学期第一次联合调研)(10分)利用如图所示电路测量一量程为300 mV的电压表的内阻RV(约为300 Ω)。某同学的实验步骤如下：
①按电路图正确连接好电路，把滑动变阻器R的滑片P滑到a端，闭合电键S2，并将电阻箱R0的阻值调到较大；
②闭合电键S1，调节滑动变阻器滑片的位置，使电压表的指针指到满刻度；
③保持电键S1闭合和滑动变阻器滑片P的位置不变，断开电键S2，调整电阻箱R0的阻值大小，使电压表的指针指到满刻度的三分之一，读出此时电阻箱的阻值为R0＝596 Ω，则电压表的内阻RV＝________Ω。
实验所提供的器材除待测电压表、电阻箱(最大阻值999.9 Ω)、电池(电动势约1.5 V，内阻可忽略不计)、导线和电键之外，还有如下可供选择的实验器材：
A．滑动变阻器：最大阻值为200 Ω
B．滑动变阻器：最大阻值为10 Ω
C．定值电阻：阻值约为20 Ω
D．定值电阻：阻值约为200 Ω
根据以上实验方法，回答下列问题。
(1)为了使测量比较精确，在可供选择的实验器材中，滑动变阻器R应选用________，定值电阻R′应选用________。(填写可供选择实验器材前面的序号)
(2)对于上述的测量方法，从实验原理分析可知，在测量操作无误的情况下，实际测出的电压表内阻的测量值R测________真实值RV(选填“大于”“小于”或“等于”)，这误差属于________误差(选填“偶然”或者“系统”)，且在其他条件不变的情况下，若RV越大，其测量值R测的误差就越________(选填“大”或“小”)。
答案 ③298 (1)B C (2)大于 系统 小
解析 ③由实验原理可知，电压表的指针指到满刻度的三分之一，因此电阻箱分得总电压的三分之二，根据串联电路分压规律可知电压表内阻为RV＝＝298 Ω。
(1)该实验中，滑动变阻器采用了分压接法，为方便实验操作，应选择最大阻值较小的B；定值电阻起保护电路的作用，因电源电动势为1.5 V，若保护电阻阻值太大，则实验无法进行，故定值电阻R′应选用C。
(2)从实验原理分析可知，当断开电键S2，调整电阻箱R0的阻值，使电压表的指针指到满刻度的三分之一时，R0和电压表串联部分的电压将大于电压表的满偏电压Umax，则R0两端的电压将大于Umax，即电阻箱两端电压偏大，导致所测得的电压表内阻也偏大，即测量值R测大于真实值RV；本误差是由实验原理造成的，属于系统误差；在其他条件不变的情况下，若RV越大，滑动变阻器并联部分两端电压变化得越小，其测量值R测的误差就越小。
3．(2020·江苏省五校高三联考)(10分)在“练习多用电表的使用”实验中：
(1)如图甲为一正在测量中的多用电表表盘，甲同学利用多用电表的直流 50 mA挡测量电流，则读数为________mA。
(2)乙同学利用多用电表测量某一只电阻的阻值时，他用电阻挡“×100”测量时发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，操作顺序为________(填写选项前的字母)。
A．将选择开关旋转到电阻挡“×1 k”的位置
B．将选择开关旋转到电阻挡“×10”的位置
C．将两表笔分别与被测电阻的两根引线相接完成测量
D．将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针指向“0 Ω”
(3)丙同学想设计一个实验，测量多用电表“×1 Ω” 挡的内部总电阻和内部电源的电动势，指针式多用电表欧姆挡的内部电路是由直流电源、调零电阻和表头相串联而成。给定的器材有：待测多用电表，量程为100 mA 的电流表，最大电阻为20 Ω 的滑动变阻器，鳄鱼夹，开关，导线若干。实验过程如下：
①实验前将多用电表调至“×1 Ω”挡，将红黑表笔短接，调节旋钮，使指针指向“0 Ω”；
②用鳄鱼夹将红、黑表笔固定在图乙的两接线柱上，请用笔画线代替导线将图乙电路连接完整；
③调节滑动变阻器，读出多用电表示数R、毫安表示数I，求出电流的倒数，记录在下面的表格中，请根据表格数据在图丙的坐标系中描点作图；
R/Ω 4 7 10 14 18 20
I/10－3A 78.0 67.0 60.0 52.0 45.0 43.0
/A－1 12.8 14.9 16.7 19.2 22.2 23.2
④请通过图线求出多用电表内部电源的电动势为________V，内部总电阻为________Ω；(结果保留三位有效数字)
⑤电流表存在一定的内阻，这对实验结果________(选填“有影响”或“无影响”)。
答案 (1)19.8(19.7～19.9均正确)
(2)ADC
(3)②图见解析 ③图见解析 ④1.50 15.0 ⑤无影响
解析 (1)直流50 mA挡的分度值为1 mA，估读一位，题图甲中读数为19.8 mA。
(2)指针偏转角度过小，说明阻值较大，应改用大倍率挡，即“×1 k”挡，重新进行欧姆调零后，再进行测量，故操作顺序为ADC。
(3)②多用电表的“＋”接线柱接内部电源的负极，故电路连接如图所示。
③根据描点法可得出对应的图象如图所示。
④根据闭合电路欧姆定律可知：I＝，变形可得：R＝－r。图象的斜率表示电源的电动势，故E＝k＝ V＝1.50 V。由图可知，当电阻R为零时，＝10 A－1，即10E－r＝0，则r＝15.0 Ω。
⑤由于使用欧姆表直接读出的外部电阻中包含了电流表内阻，故电流表内阻对实验结果没有影响。
4．(2018·天津高考)(10分)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：
A．电压表(量程0～1 V，内阻约为10 kΩ)
B．电压表(量程0～10 V，内阻约为100 kΩ)
C．电流表(0～1 mA，内阻约为30 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，内阻约为0.05 Ω)
E．电源(电动势1.5 V，额定电流0.5 A，内阻不计)
F．电源(电动势12 V，额定电流2 A，内阻不计)
G．滑动变阻器R0(阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A)
(1)为使测量尽量准确，电压表选用________，电流表选用________，电源选用________。(均填器材的字母代号)
(2)画出测量Rx阻值的实验电路图。
(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会________其真实值(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 (1)B C F
(2)
(3)大于 电压表的读数大于待测电阻两端实际电压(其他正确表述也可)
解析 (1)若选用电源1.5 V，由于被测电阻很大，电路中电流非常小，不利于实验，即电源选用电动势为12 V的，即F；则电压表就应该选取B；电路中的最大电流为I＝ A＝1.2 mA，故选用电流表C。
(2)因为给的滑动变阻器的最大阻值只有10 Ω，若采用滑动变阻器的限流接法，则电路中电流和电压变化不明显，故采用滑动变阻器的分压接法；由于＜，所以采用电流表内接法，电路图如答案所示。
(3)由于电流表的分压，导致电压测量值偏大，而电流的测量值是准确的，根据Rx＝可知测量值偏大。
5．(2020·福建省厦门市高三(下)五月质量检查)(10分)小敏要将一量程为250 μA的微安表改装成量程为5 V的电压表。由于微安表内阻未知，小敏先用多用电表粗测得其内阻约为1100 Ω。现有如下器材：
A．待改装的微安表
B．标准电压表
C．电阻箱(0～99999.9 Ω)
D．滑动变阻器(0～10 Ω)
E．学生电源
F．开关，导线若干
(1)按粗测的微安表内阻进行电压表改装，应将电阻箱阻值调节为________Ω；
(2)改装完成后，小敏利用上述器材设计了电路进行校准，请完成校准电路的实物图连线；
(3)当标准电压表的示数为5.00 V时，微安表的指针位置如图所示。由此可以推测出所改装的电压表量程不是预期的5 V，而是________V(保留两位有效数字)，导致该误差产生的原因可能是________；
A．微安表的实际内阻大于所测得的1100 Ω
B．微安表的实际内阻小于所测得的1100 Ω
(4)要达到预期目的，不必再设计实验精确测量微安表的内阻，只需将电阻箱的阻值调整为________Ω即可。
答案 (1)18900 (2)图见解析 (3)5.1 A
(4)18491.8
解析 (1)将电阻箱与微安表串联，电阻箱阻值R＝－r＝－1100 Ω＝18900 Ω。
(2)将改装的电压表与标准电压表并联，接入电路；校准时电压表要从0开始校准；故滑动变阻器应采用分压式接法，如图所示。
(3)当标准电压表的示数为5.00 V时，题图中微安表示数为245 μA，微安表满偏时对应的电压值应为其电压表量程，故有：＝，可求得所改装电压表的量程为U′≈5.1 V；由于加上相同的电压，电流小于预期值，根据欧姆定律知所改装的电压表内阻偏大，电阻箱阻值R偏大，由R＝－r知，微安表内阻测量值偏小，即微安表的实际内阻大于所测得的1100 Ω，A正确，B错误。
(4)改装表的实际阻值比预期阻值大ΔR＝－≈408.2 Ω，要达到预期目的，只需将电阻箱的阻值减小408.2 Ω即可，即将电阻箱的阻值调整为18900 Ω－408.2 Ω＝18491.8 Ω。(本题中电阻箱的电阻可精确到0.1 Ω，因此保留一位小数)
6．(2020·河南省驻马店市模拟)(10分)某同学设计了如图甲所示的电路测量电池组的电动势和内阻。除待测电池组外，还需使用的实验器材有：灵敏电流表G，可变电阻R1、R2，电压表V1、V2，电流表A1、A2，开关，导线若干。
(1)为了选择合适的可变电阻，该同学先用多用电表估测了电压表的内阻。测量时，先将多用电表挡位调到如图乙所示位置，再将红表笔和黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指向“0 Ω”。然后将调节好的多用电表红表笔和电压表的负接线柱相连，黑表笔和电压表的正接线柱相连。欧姆表的指针位置如图丙所示，则欧姆表的读数为________Ω。
(2)选择合适的可变电阻R1、R2后，按照图甲所示电路图连接好电路，将可变电阻R1、R2调到合适的阻值，闭合开关S，反复调节可变电阻R1、R2，直到电流表G的指针不偏转，电压表V1、V2的示数之和记为U1，电流表A1、A2的示数之和记为I1。
(3)断开开关，适当调小可变电阻R1的阻值，闭合开关，发现此时电流表G的指针发生了偏转，缓慢________(选填“调大”或“调小”)可变电阻R2的阻值，直至电流表G的指针不发生偏转，电压表V1、V2的示数之和记为U2，电流表A1、A2的示数之和记为I2。
(4)重复(3)的步骤，记录到多组数据(U3，I3)、(U4，I4)…
(5)实验完毕，整理器材。
(6)利用记录的数据，作出U?I图线如图丁所示，依据图线可得电池组的内阻r为________，电动势为________。
(7)理论上该同学测得的电池组内阻________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
答案 (1)2200 (3)调大 (6) b (7)等于
解析 (1)由图乙可知，多用电表选择欧姆“×100”挡，由图丙可知，欧姆表读数为22×100 Ω＝2200 Ω。
(3)由图甲所示电路图可知，当灵敏电流表G示数为零时，＝；当R1的阻值减小时，要使灵敏电流表示数仍然为零，应缓慢调大可变电阻R2的阻值。
(6)由图甲所示电路图可知，路端电压U＝U1＋U2，流过电源的电流I＝I1＋I2，由闭合电路欧姆定律可知，电源电动势E＝U＋Ir，路端电压U＝E－Ir，由图丁可知，电源电动势E＝b，电源内阻r＝|k|＝。
(7)由图甲所示电路图可知，路端电压U＝U1＋U2的测量值等于真实值，流过电源的电流I＝I1＋I2的测量值也等于真实值，因此电源内阻的测量值与真实值相等。
7．(2020·湖南省永州市高三(下)第三次模拟考试)(10分)某同学欲将内阻为100 Ω、量程为300 μA的电流计G改装成欧姆表。可选用的器材还有：定值电阻R1(阻值为25 Ω)；定值电阻R2(阻值为100 Ω)；滑动变阻器R(最大阻值为1500 Ω)；干电池E(E＝1.5 V、r＝2 Ω)；红、黑表笔和导线若干。改装电路如图甲所示。
(1)定值电阻应选择________(选填“R1”或“R2”)。
(2)该同学用改装后尚未标示对应刻度的欧姆表测量一内阻和量程均未知的电压表V的内阻。步骤如下：先将欧姆表的红、黑表笔短接，调节R，使电流计G指针指到________μA；再将黑表笔与电压表V的“＋”接线柱相连，红表笔与电压表V的“－”接线柱相连，若两表的指针位置分别如图乙和图丙所示，则电压表V的内阻为________Ω，量程为________V。
(3)改装并标定好欧姆表表盘刻度线电阻值后，若定值电阻的内部部分短路导致电阻值稍变小，但仍能进行欧姆调零，用该表测量某电阻的电阻值时，测量值与真实值相比较：R测________R真(选填“>”“＝”或“<”)。
答案 (1)R1 (2)300 2000 2 (3)>
解析 (1)如果定值电阻选R2，相当于将电流计的量程扩大了一倍，即量程变为I＝2Ig＝600 μA，改装成欧姆表时总内阻r内＝＝2500 Ω，滑动变阻器的最大阻值偏小，无法欧姆调零；当定值电阻选R1时，改装后电流表的量程为I′＝5Ig＝1.5 mA，欧姆表的内阻为r内′＝＝1000 Ω，可用题给滑动变阻器欧姆调零，改装合理，因此定值电阻应选择R1。
(2)欧姆调零时，将红、黑表笔短接，调整R，使电流计指针指到欧姆表的0刻度线处，也就是电流计的300 μA位置；根据闭合电路欧姆定律得：RV＝－r内′＝－1000 Ω＝2000 Ω；根据欧姆定律，电压表的示数U＝5I测RV＝1 V，而此时电压表指针恰好指到刻度盘的中央，因此电压表的量程为2 V。
(3)如果定值电阻变小，则欧姆表内阻变小，根据闭合电路欧姆定律可知，测电阻时，电流偏大，也就是说欧姆表指针所指位置比准确值偏左，因此测量值偏大，即R测>R真。
8．(2020·山东省青岛市高三三模)(10分)电流传感器可以捕捉到瞬间的电流变化，它与计算机相连，可以显示出电流随时间变化的I?t图象。如图甲所示连接电路。直流电源电动势9 V，内阻可忽略，电容器选用电容较大的电解电容器。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电；然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机。屏幕上显示出电流随时间变化的I?t图象如图乙所示。
(1)在如图乙所示的I?t图象中用阴影标记面积的物理意义是________________________________________。
(2)根据I?t图象估算当电容器开始放电时所带的电荷量q0＝________，并计算电容器的电容C＝________。(均保留两位有效数字)
(3)如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，充电时I?t曲线与横轴所围成的面积将________(选填“增大”“不变”或“变小”)；充电时间将________(选填“变长”“不变”或“变短”)，简要说明原因：________________。
答案 (1)通电0.2 s电容器增加的电荷量(或流过电阻R的电荷量)
(2)1.6×10－3 C(1.5×10－3～1.7×10－3 C都正确) 1.8×10－4 F(1.7×10－4～1.9×10－4 F都正确)
(3)不变 变短 充电电流增大
解析 (1)将横坐标t分成许多很小的时间间隔Δt，在这些很小的时间间隔里，放电电流I可以视为不变，则IΔt为这段时间内充入电容器的电荷量，即这个阴影面积的物理意义是通电0.2 s充入电容器(或流过电阻R)的电荷量。
(2)电容器在全部放电过程中释放的电荷量在数值上等于I?t图线与横轴所包围的面积；首先以坐标纸上的一个小正方形作为一个面积计量单位，数出图线与横轴所围的图形中有多少个完整的小正方形，对于超过该格一半面积的记为一个，不足一半的舍去不计，这样即可以得到包含的小正方形的个数为40个(38～42个都正确)；其次确定每个小方格所对应的电荷量，纵坐标的每个小格为0.2 mA，横坐标的每个小格为0.2 s，则每个小格所代表的电荷量为：q＝0.2×10－3×0.2 C＝4×10－5 C，则电容器开始放电时所带的电荷量q0＝nq＝40×4×10－5 C＝1.6×10－3 C；电容器的电容C＝＝ F≈1.8×10－4 F。
(3)如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，将开关掷向1，充电完毕时电容器两端的电压不变，由于电容器的电容不变，根据Q＝CU可知充入电容的电荷量仍为q0不变，即充电时I?t曲线与横轴所围成的面积将不变；只减小电阻R，将开关掷向1时的瞬间，电容器所带电荷量为0，根据C＝，电容器两端的电压UC＝0，则电阻R两端的电压UR＝E，通过R的电流即电容器开始充电时的电流Imax＝增大，而充电时I?t图线与横轴所围成的面积将不变，所以充电时间将变短。
9．(2020·广东省广州市高三(下)二模)(10分)某同学利用下列器材研究小灯泡的伏安特性：
小灯泡L(额定电压2.5 V，额定电流0.3 A)；
电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)；
毫安表mA(量程100 mA，内阻9 Ω)；
定值电阻R0(阻值3 Ω)；
滑动变阻器R(阻值0～10 Ω)；
电源E(电动势4 V，内阻不计)；
开关S；导线若干。
(1)实验要求在0～2.5 V的范围内对小灯泡进行测量，在图a中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整。
(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移动至最________(选填“左”或“右”)端。
(3)实验得到该小灯泡的伏安特性曲线如图b所示，可知随着电流的增加小灯泡的电阻________(选填“增大”“不变”或“减小”)；若实验过程中某次读数时毫安表的指针位置如图c所示，则此时小灯泡的电阻为________Ω(保留一位小数)。
(4)完成实验后，该同学用另一开关S1和上述器材连接成图d所示的电路，闭合开关S、S1，适当调节滑动变阻器R的滑片位置，使小灯泡恰好正常发光；再断开开关S1，此时小灯泡两端的电压为________V(保留一位小数)。
答案 (1)图见解析 (2)左 (3)增大 6.7 (4)1.9
解析 (1) 本实验中小灯泡的电压要求从0开始变化，故滑动变阻器采用分压式接法；由于小灯泡的额定电流为0.3 A，电流表量程太小，因此应将R0和电流表并联扩大电流表的量程，故电路连接如图所示。
(2)闭合开关时，电压表和电流表的示数均应为0，故滑动变阻器的滑片应置于最左端。
(3)由R＝可知，I?U图线上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，故随着电流的增加，小灯泡的电阻逐渐增大；由题图c及电路原理可知，此时通过小灯泡的电流为I＝IA＋＝240 mA，由题图b知此时小灯泡两端电压为U＝1.6 V，故小灯泡的电阻为R＝≈6.7 Ω。
(4)闭合S1，小灯泡正常发光，则此时滑动变阻器接入电路的阻值为R1＝＝5 Ω；开关S1断开后，将R0和滑动变阻器接入电路的电阻视为电源内阻，则等效内阻为r＝R0＋R1＝8 Ω，作出电源的I?U图象，其与小灯泡伏安特性曲线的交点对应的电流和电压即为通过小灯泡的电流和小灯泡两端的电压，如图所示，由图可知此时小灯泡两端电压为U′＝1.9 V。
10．(2020·福建省泉州市高三第二次市质量检测)(10分)一热敏电阻的说明资料上给出其阻值Rt随温度t变化的特性曲线，如图甲中曲线Ⅰ所示。为了验证这条曲线，某实验小组采用“伏安法”测量该热敏电阻在不同温度下的阻值，然后绘出其Rt?t图线。所设计的部分电路如图乙所示，其中电压表V的量程为0～3 V、内阻约3 kΩ；电流表G的量程为0～250 μA、内阻约300 Ω；滑动变阻器的最大阻值为100 Ω。
(1)用图乙电路测热敏电阻的低温区阻值时，请根据实验原理，用笔画线代替导线将电路连接完整；在开关闭合之前滑动变阻器的滑片应滑到________(选填“a”或“b”)端。
(2)该小组在测热敏电阻的各个温度区阻值时，都采用(1)所设计的电路，绘出的Rt?t图线如图甲中曲线Ⅱ所示，它与曲线Ⅰ在高温区部分存在明显偏差，是因为高温时(1)所设计的电路中________(选填“电流表”或“电压表”)的测量值偏差过大。
(3)为了提高精度，该小组改用“电桥法”测量Rt的阻值，电路如图丙所示，其中定值电阻阻值为R0，粗细均匀的电阻丝AB总长为L。实验时闭合开关S，不断调节线夹P所夹的位置，直到电流表G示数为零，测出此时PB段电阻丝长度x，则Rt的阻值计算式为Rt＝________(用R0、L、x表示)。已知L＝60.00 cm，R0＝3.6 kΩ，当电流表G示数为零时x＝15.00 cm，则此时热敏电阻所处环境的温度为________℃(结果保留两位有效数字)。
答案 (1)图见解析 a (2)电压表 (3) 52
解析 (1)由图甲可知，热敏电阻的低温区阻值较大，则电流表应采用内接法；由于滑动变阻器总阻值较小，故应采用分压式接法，如图所示。为了保护电路，在开关闭合之前滑动变阻器的滑片应滑到a端。
(2)由电路图可知，误差来源于电流表的分压作用，由曲线Ⅰ知高温时热敏电阻的阻值较小，若仍利用(1)中所设计的电路，电压表的测量值偏差过大。
(3)设电阻丝总电阻为R，通过电阻丝的电流I1，流过热敏电阻的电流为I2，由于电流表G的示数为0，则有I1·R＝I2R0，I1·R＝I2Rt，解得：Rt＝，代入数据得：Rt＝ kΩ＝1.2 kΩ，由图甲中曲线Ⅰ可知，此时热敏电阻所处环境的温度为52 ℃。
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