第一篇专题七第17讲电学实验

专题七实验第17讲电学实验1熟练掌握电学实验的基本原理和方法，并借助基本实验分析拓展创新实验。2掌握传感器的性质，能利用传感器制作简单的自动控制装置。目标要求内容索引考点一考点二高考预测以测电阻为核心的实验以闭合电路欧姆定律为核心的实验专题强化练考点三创新型实验考点一以测电阻为核心的实验伏安法测电阻

R测＝

＝Rx＋RA>Rx，适合测量大电阻

R测＝

<Rx，适合测量小电阻导体电阻率的测量

(2023·江苏徐州市调研)某同学测量一段粗细均匀金属丝的电阻率，器材如下：金属丝Rx，电源E(电动势3V、内阻不计)，电流表(量程0～0.6A、内阻0.5Ω)，电压表(量程0～3V、内阻约3kΩ)，滑动变阻器R(最大阻值15Ω)，毫米刻度尺，开关S及导线若干。实验步骤如下：(1)首先用毫米刻度尺测出接入电路中金属丝的长度l＝50.00cm，再用螺旋测微器测金属丝直径，示数如图甲所示，金属丝直径的测量值d＝_____mm。例10.500由题图甲知，金属丝直径的测量值d＝0.5mm＋0.0×0.01mm＝0.500mm。(2)为减小误差，应选用乙图中的____(选填“a”或“b”)连接线路。a由于电源内阻不计，而电压表的内阻未知，电流表的内阻已知，为减小误差，应选用乙图中的a连接线路。(3)实验过程中，改变滑动变阻器的滑片位置，并记录两电表的读数，作出如图丙所示的U－I图像，可得金属丝的电阻Rx＝____Ω，电阻率ρ＝_________Ω·m(π＝3.14，结果均保留两位有效数字)。4.01.6×10－6根据题图a，可得U＝I(Rx＋RA)，作出题图丙所示的U－I图像，可得直线斜率为k＝

Ω＝4.5Ω＝RA＋Rx，可得金属丝的电阻Rx＝4.0Ω，根据电阻定律可得，电阻率ρ＝Ω·m≈1.6×10－6Ω·m。(4)电路保持闭合，若测量时间较长，会使电阻率的测量结果______(选填“变大”“变小”或“不变”)。变大电路保持闭合，若测量时间较长，金属丝发热，温度升高，会使金属丝的电阻率增大，所以测量结果将变大。考点二以闭合电路欧姆定律为核心的实验用多用电表测量电学中的物理量

1.原理：闭合电路欧姆定律，I＝

(其中R内＝Rg＋R＋r，I与Rx成一一对应关系)2.中值电阻R中＝Rg＋R＋r3.红、黑表笔短接，欧姆调零，Ig＝4.电流方向：“红进黑出”测量电源的电动势和内电阻

伏安法1.原理：U＝E－Ir2.误差来源：电压表的分流3.误差分析：E测<E真，r测<r真

(r测＝

)

伏安法1.原理：U＝E－Ir2.误差来源：电流表的分压3.误差分析：E测＝E真，r测>r真

(r测＝r＋RA)测量电源的电动势和内电阻

伏阻法

安阻法1.原理：E＝IR＋Ir3.误差分析：E测＝E真，r测>r真

(r测＝r＋RA)

(2023·江苏省盐城中学期末)某同学只用以下给定仪器组装如图甲所示的简易多用电表，仪器不得重复使用。A.电流表(0～200μA,100Ω)B.电阻箱(0～999Ω)C.电阻箱(0～9999Ω)D.定值电阻R2(1kΩ)E.滑动变阻器(0～300Ω)F.滑动变阻器(0～800Ω)G.干电池(1.5V，r＝0)H.干电池(9V，r＝0)I.导线若干例2该多用电表需设置0、1为量程0～1mA的电流挡，0、3为量程0～3V的电压挡，0、2为欧姆挡。该同学通过计算并选择器材(器材选择只填器材前的字母)。(1)量程0～1mA的电流挡中电阻箱R1应该选择_____，将其调节为____Ω。B25(2)量程0～3V的电压挡中电阻箱R4应该选择___，将其调节为_______Ω。C2980(3)0、2的欧姆挡中滑动变阻器R3应该选择___，电源应该选择___。FG(4)该同学用上述简易多用电表的欧姆挡测量某一未知电阻，他首先进行了欧姆挡调零，然后将电阻接在0、2之间，发现电流表指针偏转如图乙所示，示数为_____μA，由此可求得未知电阻为______Ω。1201000

(2023·湖北卷·12)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图(a)所示电路，所用器材如下：电压表(量程0～3V，内阻很大)；电流表(量程0～0.6A)；电阻箱(阻值0～999.9Ω)；干电池一节、开关一个和导线若干。例3(1)根据图(a)，完成图(b)中的实物图连线。答案见解析图实物连线如图：(2)调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U－I图像如图(c)所示，则干电池的电动势为____V(保留3位有效数字)、内阻为_____Ω(保留2位有效数字)。1.580.64由电路结合闭合电路的欧姆定律可得U＝E－Ir由图像可知E＝1.58V(3)该小组根据记录数据进一步探究，作出

－R图像如图(d)所示。利用图(d)中图像的纵轴截距，结合(2)问得到的电动势与内阻，还可以求出电流表内阻为____Ω(保留2位有效数字)。2.5根据E＝I(R＋RA＋r)解得RA≈2.5Ω(4)由于电压表内阻不是无穷大，本实验干电池内阻的测量值______(填“偏大”或“偏小”)。偏小由于电压表内阻不是无穷大，则实验测得的是电压表内阻与干电池内阻的并联值，即实验中测得的干电池内阻偏小。考点三创新型实验1.测量电阻创新方案对比安安法

如果已知

的内阻R1，则可测得

的内阻R2＝

串联一定值电阻R0后，同样可测得

的内阻R2＝伏伏法

两电表的满偏电流接近时，若已知

的内阻R1，则可测出

的内阻R2＝

并联一定值电阻R0后，同样可得

的内阻R2＝替代法

单刀双掷开关分别与1、2相接，调节电阻箱R1，保证电流表两次读数相等，则R1的读数即等于待测电阻的阻值半偏法

测量电流表内阻闭合S1，断开S2，调节R1使A表满偏；再闭合S2，只调节R2，使A表半偏(R1≫RA)，则R2＝R测，R测<R真

测量电压表内阻使R2＝0，闭合S，调节R1使V表满偏；只调节R2使V表半偏(RV≫R1)，则R2＝R测，R测>R真电桥法

调节电阻箱R3，灵敏电流计G的示数为0时，R1和R3两端的电压相等，设为U1，同时R2和Rx两端的电压也相等，设为U2，根据欧姆定律有：

由以上两式解得：R1·Rx＝R2·R3，这就是电桥平衡的条件，由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值2.传感器的应用

(2023·海南卷·15)用如图所示的电路测量一个量程为100μA，内阻约为2000Ω的微安表头的内阻，所用电源的电动势约为12V，有两个电阻箱可选，R1(0～9999.9Ω)，R2(0～99999.9Ω)(1)RM应选____，RN应选____；例4R1R2根据半偏法的测量原理可知，RM与RA相当，当闭合S2之后，滑动变阻器上方的电流应基本不变，就需要RN较大。故RM应选R1，RN应选R2。(2)根据电路图，请把实物连线补充完整；答案见解析图根据电路图连接实物图有(3)下列操作顺序合理排列是________；①将变阻器滑动头P移至最左端，将RN调至最大值；②闭合开关S2，调节RM，使微安表半偏，并读出RM阻值；③断开S2，闭合S1，调节滑动头P至某位置再调节RN使表头满偏；④断开S1、S2，拆除导线，整理好器材①③②④半偏法的实验步骤应为①将变阻器滑动头P移至最左端，将RN调至最大值；③断开S2，闭合S1，调节滑动头P至某位置再调节RN使表头满偏；②闭合开关S2，调节RM，使微安表半偏，并读出RM阻值；④断开S1、S2，拆除导线，整理好器材。(4)如图是RM调节后面板，则待测表头的内阻为________，该测量值______(填“大于”“小于”或“等于”)真实值。1998.0Ω小于RM调节后面板读数为1998.0Ω，即待测表头的内阻为1998.0Ω。闭合S2后，RM与RA的并联阻值小于RA的阻值，则流过RN的电流大于原来的电流，则流过RM的电流大于

，故待测表头的内阻的测量值小于真实值。(5)将该微安表改装成量程为2V的电压表后，某次测量指针指在图示位置，则待测电压为______V(保留3位有效数字)。1.28将该微安表改装成量程为2V的电压表，则需要串联一个电阻R0，则有U

＝Ig(Rg＋R0)此时的电压读数有U′

＝I′(Rg＋R0)其中U

＝2V，Ig＝100μA，I′

＝64μA联立解得U′

＝1.28V(6)某次半偏法测量表头内阻的实验中，S2断开，电表满偏时读出RN值，在滑动头P不变，S2闭合后调节电阻箱RM，使电表半偏时读出RM，若认为OP间电压不变，则微安表内阻为________(用RM、RN表示)。根据题意OP间电压不变，

某同学为精确测量某金属导体的电阻，设计了如图甲所示的电路图。图中E为蓄电池，G为灵敏电流计，A1、A2为电流表，R1为电阻箱，R2与R3均为滑动变阻器，R0为定值电阻，S为开关、Rx为待测金属导体，另有导线若干。具体的实验操作如下：A.按照如图甲所示的电路图连接好实验器材；B.将滑动变阻器R2的滑片、滑动变阻器R3的

滑片均调至适当位置，闭合开关S；C.调节R3，并反复调节R1和R2使灵敏电流计的示数为零，测得此时A1的

示数为I1，A2的示数为I2，电阻箱的示数为R1；D.实验完毕，整理器材。例5(1)根据图甲实验电路图，将图乙实物图中连线补充完整。答案见解析图实物图中连线如图所示(2)电路中需要两个量程为6A的电流表，但实验室提供的器材中，只有量程为0.3A、内阻为20Ω的电流表。现将量程为0.3A的电流表扩充为6A量程，则应该并联一个阻值R′＝_____Ω的电阻。如图丙所示为某次测量时改装后的电流表表盘指针位置，则此时的电流为____A。1.054.3(3)待测金属导体Rx的阻值为_____(用所测物理量来表示)；电流表A1、A2的内阻对测量结果____(选填“有”或“无”)影响。无高考预测1.(2023·江苏常州市期末)某同学测量一新型电源的电动势和内阻，使用的器材有：一个满偏电流为100μA、内阻为2500Ω的表头，一个开关，电阻箱(0～999.9Ω)，滑动变阻器R0(最大阻值100Ω，允许最大电流1.5A)，若干导线，刻度尺和记号笔。(1)由于表头量程偏小，该同学将表头与电阻箱连接，将表头改装成量程为50mA的电流表，该电阻箱阻值应为____Ω。125.012(2)该同学用改装后的电流表测量电源的电动势及内阻，请用笔画线代替导线，完成表头改装和实验电路的实物图连接。12答案见解析图12将电流表与电阻箱并联，与其他元件串联，实物图连接如图。(3)开关闭合前，借助刻度尺和记号笔将滑动变阻器的电阻丝螺线管均分成5等份，将相应位置标记为n＝0、1、2、3、4、5，闭合开关，将滑动变阻器滑片依次置于不同标记点n，并记录相应电流表示数，即可得到下表的5组数据，请在坐标系中作出

－n图像。n54321I(mA)16.019.123.832.050.0(A－1)62.552.442.031.320.0答案见解析图1212根据表格中数据在坐标系中描点，用直线连线，让大部分点落在直线上或均匀分布在直线两侧，距离较大的点舍去，图像如图所示。(4)该电源的电动势E＝____V，内阻r＝___Ω(均保留两位有效数字)。121.91412改装后电流表的内阻为代入数据解得E＝1.9V，r＝14Ω。2.学校物理课外学习小组要测量一节干电池的电动势(约1.5V)和内阻(小于1Ω)，选用的实验器材如下：A.电流表A(量程0～0.6A，内阻约为0.1Ω)；B.微安表G(量程0～400μA，内阻为100Ω)；C.滑动变阻器R′(0～20Ω)；D.电阻箱R(0～9999.9Ω)；E.定值电阻R1(阻值为2.50Ω)；F.定值电阻R2(阻值为10.00Ω)；G.开关、导线若干。12(1)给定的两个定值电阻，选用____(选填“R1”或“R2”)最合适。R1依题意，可知定值电阻在该电路中主要用于控制干路电流，从而起到保护电流表的作用，若选用定值电阻R1，当滑动变阻器的阻值调到零12(2)将微安表G改装量程为2V的电压表，该小组应将电阻箱调到阻值为________Ω。124900.0将微安表G改装成量程为2V的电压表，则有2V＝Ig(R＋Rg)，可得电阻箱调到的阻值为R＝

Ω－100Ω＝4900.0Ω(3)根据选用的实验器材，请在图甲中虚线框内完善实验电路。12答案见解析图12由于电源内阻较小，为了减小实验误差，电流表应相对于电源外接，则根据选用的实验器材，完善实验电路如图所示(4)该小组根据记录的数据，作出微安表G的示数I1随电流表A的示数I2变化的图像如图乙所示，则该节干电池的电动势E＝______V，内阻r＝______Ω。(结果均保留3位有效数字)121.440.50212根据闭合电路欧姆定律有

E＝I1(R＋Rg)＋(I1＋I2)(r＋R1)联立解得该节干电池的电动势E＝1.44V，内阻r＝0.502Ω。专题强化练1.(2023·新课标卷·22)在“观察电容器的充、放电现象”实验中，所用器材如下：电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。(1)用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时，红表笔应该与电池的_____(填“正极”或“负极”)接触。1234567正极多用电表应满足电流“红进黑出”，因此红表笔与电源的正极相连；(2)某同学设计的实验电路如图(a)所示。先将电阻箱的阻值调为R1，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间的变化。电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变化情况可能是____。(填正确答案标号)A.迅速变亮，然后亮度趋于稳定B.亮度逐渐增大，然后趋于稳定C.迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭1234567C1234567电容器放电过程中，电流由大逐渐变小，则小灯泡迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭，故C正确；(3)将电阻箱的阻值调为R2(R2>R1)，再次将开关S与“1”端相接，再次记录电流随时间的变化情况。两次得到的电流I随时间t变化如图(b)中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为____(填“R1”或“R2”)时的结果，曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的________(填“电压”或“电荷量”)。1234567R2电荷量1234567实线表示充电慢，用时长，最大电流小，故接入的电阻应该为大的电阻，即R2，因此实线表示电阻箱阻值为R2；根据公式I＝

，则I－t图像与坐标轴所围的面积表示电容器上电荷量。2.(2023·江苏盐城市三模)小明在做实验时，发现一个色环电阻的外漆脱落，如图甲所示，于是用多用电表测量该电阻Rx。(1)正确的操作顺序是________。A.把选择开关旋转到交流电压最高挡B.调节欧姆调零旋钮使指针指到欧姆零点C.把红、黑表笔分别接在Rx两端，然后读数D.把选择开关旋转到合适的挡位，将红、黑表笔接触E.把红、黑表笔插入多用电表“＋、－”插孔，用螺丝刀调节指针定位

螺丝，使指针指01234567EDBCA1234567用多用电表测量该电阻时，应先进行机械调零使指针指0，然后选择合适的挡位，将红、黑表笔短接进行欧姆调零，再进行测电阻读数，测量完毕后要把选择开关旋转到交流电压最高挡，因此正确顺序为EDBCA。(2)小明正确操作后，多用电表的指针位置如图乙所示，则Rx＝______Ω。12345673000由题图可知挡位选择“×100”挡，Rx＝30×100Ω＝3000Ω。(3)小林认为用多用电表测量电阻误差较大，采用伏安法测量。图丙是部分连接好的实物电路图，请用电流表内接法完成接线。1234567答案见解析图1234567电流表选用内接法，电压和电流从零开始调节，滑动变阻器选用分压接法即可，电路连接如图。(4)小林用电流表内接法和外接法分别测量了该色环电阻的伏安特性，并将得到的电流、电压数据描到U－I图像上，如图丁所示。请你选择一组合理的数据点，求出该色环电阻的电阻为_________Ω(保留两位有效数字)。12345673.1×103待测电阻阻值约为3000Ω，因此电流表选用内接法更合理(5)因电表内阻影响，测量值____(选填“偏大”或“偏小”)，原因是___________。1234567偏大电流表分压因电表内阻影响，测量值偏大，原因是电流表内阻分压。3.(2023·全国乙卷·23)一学生小组测量某金属丝(阻值约十几欧姆)的电阻率。现有实验器材：螺旋测微器、米尺、电源E、电压表(内阻非常大)、定值电阻R0(阻值10.0Ω)、滑动变阻器R、待测金属丝、单刀双掷开关K、开关S、导线若干。图(a)是学生设计的实验电路原理图。完成下列填空：1234567(1)实验时，先将滑动变阻器R接入电路的电阻调至最大，闭合S。(2)将K与1端相连，适当减小滑动变阻器R接入电路的电阻，此时电压表读数记为U1，然后将K与2端相连，此时电压表读数记为U2。由此得到流过待测金属丝的电流I＝________，金属丝的电阻r＝________。(结果均用R0、U1、U2表示)12345671234567根据题意可知，R0两端的电压为U＝U2－U1则流过R0及待测金属丝的电流(3)继续微调R，重复(2)的测量过程，得到多组测量数据，如下表所示：1234567U1(mV)0.570.710.851.141.43U2(mV)0.971.211.451.942.43(4)利用上述数据，得到金属丝的电阻r＝14.2Ω。(5)用米尺测得金属丝长度L＝50.00cm。用螺旋测微器测量金属丝不同位置的直径，某次测量的示数如图(b)所示，该读数为d＝______mm。多次测量后，得到直径的平均值恰好与d相等。12345670.150螺旋测微器的读数为d＝0＋15.0×0.01mm＝0.150mm(6)由以上数据可得，待测金属丝所用材料的电阻率ρ＝_____×10－7Ω·m。(保留2位有效数字)12345675.0代入数据联立解得ρ≈5.0×10－7Ω·m4.(2023·江苏徐州市三模)某学习小组利用砷化镓霍尔元件(载流子为电子)研究霍尔效应，实验原理如图甲所示，匀强磁场垂直于元件的工作面，工作电源为霍尔元件提供霍尔电流IH，IH通过1、3测脚时，2、4测脚间将产生霍尔电压UH。1234567(1)2、4测脚中电势高的是____(选填“2”或“4”)测脚。12345672因为霍尔元件的载流子是电子，所以在霍尔元件中是电子的定向移动形成了电流，根据左手定则可知，电子受到的洛伦兹力向“4”测脚方向，所以“4”测脚的电势低，“2”测脚的电势高。(2)某次实验中，利用螺旋测微器测量元件厚度d(如图乙)，其读数为________mm，调节工作电压，改变霍尔电流，测出霍尔电压，实验数据如下表所示：实验次数12345IH/mA0.501.001.502.002.50UH/mV41.583.1124.8166.4208.1根据实验数据在如图丙所示的坐标纸上作出UH与IH的关系图像。2.000答案见解析图12345671234567螺旋测微器的读数为d＝2.000mm将表格中的数据在图中进行描点连线，则其图像如图所示。(3)设该元件单位体积中自由电子的个数为n，元件厚度为d，磁感应强度为B，电子电荷量为e，则UH与IH的关系式为_________。1234567当霍尔元件中的电路稳定后，对元件中的电子来说，其受到洛伦兹力和静电力，且二力平衡，所以有eE＝evB，IH＝neSv，设霍尔元件的宽度为l，其横截面积为S＝ld，其霍尔元件的电压为UH＝El，整理后有UH＝

。5.(2023·江苏卷·12)小明通过实验探究电压表内阻对测量结果的影响。所用器材有：干电池(电动势约1.5V，内阻不计)2节；两量程电压表(量程0～3V，内阻约3kΩ；量程0～15V，内阻约15kΩ)1个；滑动变阻器(最大阻值50Ω)1个；定值电阻(阻值50Ω)21个；开关1个及导线若干。实验电路如图甲所示。1234567(1)电压表量程应选用_____(选填“3V”或“15V”)。12345673V所用电源为两节干电池，电动势为3V，则所用电压表量程为3V；(2)图乙为该实验的实物电路(右侧未拍全)。先将滑动变阻器的滑片置于如图所示的位置，然后用导线将电池盒上接线柱A与滑动变阻器的接线柱____(选填“B”“C”或“D”)连接，再闭合开关，开始实验。1234567D闭合开关之前，滑动变阻器阻值应该调到最大，电池盒上的接线柱A应该与滑动变阻器的接线柱D连接；(3)将滑动变阻器滑片移动到合适位置后保持不变，依次测量电路中O与1,2，…，21之间的电压。某次测量时，电压表指针位置如图丙所示，其示数为______V。根据测量数据作出电压U与被测电阻值R的关系图线，如图丁中实线所示。12345671.50电压表最小刻度为0.1V，则示数为1.50V；(4)在图甲所示的电路中，若电源电动势为E，电压表视为理想电压表，滑动变阻器接入的阻值为R1，定值电阻的总阻值为R2，当被测电阻为R时，其两端的电压U＝________(用E、R1、R2、R表示)，据此作出U－R理论图线如图丁中虚线所示。小明发现被测电阻较小或较大时，电压的实测值与理论值相差较小。12345671234567当被测电阻阻值为R时，电压表示数为(5)分析可知，当R较小时，U的实测值与理论值相差较小，是因为电压表的分流小，电压表内阻对测量结果影响较小。小明认为，当R较大时，U的实测值与理论值相差较小，也是因为相同的原因。你是否同意他的观点？请简要说明理由____________________。1234567不同意，理由见解析1234567不同意。方法一：当R较大时，电压表分流作用大，根据极限思维法，当R等于R2时，可将R1看成等效电源内阻，由于R1阻值远小于R2，故电压表读数近似等于电源电动势。12345676.(2023·江苏南通市适应性考试)某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0，并配有可在电阻丝上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度，主要实验步骤如下：1234567(1)将器材按如图甲连接，已接入电路的导线(不含金属夹所在的导线)有一处错误，请在该导线上画“×”，并重新画出该导线的正确连接方式。1234567答案见解析图1234567开关要能够控制电路的断开与闭合，因此开关接线柱接错，正确连接方式如图(a)所示。(2)改变金属夹夹在电阻丝上的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据，整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图乙所示，图线斜率为k，纵轴截距为d，设单位角度对应电阻丝的阻值为r0，则该电池电动势可表示为E＝____，内阻可表示为r＝____________。12345671234567设圆心角为θ时，电阻丝接入电路中的电阻为θr0，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可知E＝I(RA＋R0＋θr0)＋Ir(3)为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0。①利用现有器材设计实验，在图丙方框中补全实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示)。1234567答案见解析图1234567实验器材中有定值电阻R0和单刀双掷开关，使用等效替代法测量电阻丝电阻，如图(b)所示②先将单刀双掷开关闭合到一端，记录电流表示数I0，再将单刀双掷开关闭合到另一端，调节接入电路的电阻丝长度，当_______________时，记录接入电路的电阻丝对应的圆心角θ0。③利用测出的r0＝____，可得该电池的电动势和内阻。1234567电流表示