高考物理二轮复习 第1部分 专题突破篇 专题12 电学实验讲练

系统掌握蕴含其中的马克思主义立场观点方法，要在系统学习、深刻领会、科学把握习近平教育思想上下功夫。精心组织开展学习宣传贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神知识问答活动。专题十二电学实验一、电学仪器的使用与读数1电流表、电压表、欧姆表的比较：仪器极性量程选择读数电流表有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负极流出使指针指示超过满偏刻度的的位置3 V和3 A量程估读到最小分度的；15 V量程估读到最小分度的；0.6 A量程估读到最小分度的电压表欧姆表使指针尽量指在表盘的中间位置左右表盘读数乘以相应挡位的倍率2.使用多用电表的“三注意”：(1)电流的流向：使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接黑表笔，负极接红表笔，从电源外部看，电流从红表笔流入，从黑表笔流出(2)区分“机械调零”和“欧姆调零”：“机械调零”在表盘刻度左侧“0”位置，调整表盘下边的中间定位螺丝；“欧姆调零”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整欧姆调零旋钮(3)倍率选择：使用欧姆挡测电阻时，表头指针过大或过小均有较大误差，指针偏转角度在满偏到满偏之间读数较准确，如待测电阻约为2 k，应选用“100”挡3电学仪器的选择：(1)电源的选择：一般可以根据待测电路的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源(2)电表的选择：一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表；根据待测电流的最大电流选择电流表；选择的电表的量程应使电表的指针偏转的幅度较大，一般应使指针能达到半偏以上，以减小读数的偶然误差，提高精确度二、电流表内外接法的区分与选择比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差来源电流表的分压电压表的分流测量结果R测Rx，偏大R测Rx，偏小适用条件RxRA(测大电阻)RVRx(测小电阻)三、分压式与限流式的区分与选择1控制电路的比较：比较项目限流式接法分压式接法电路电压调节的范围EE0E电能损耗节能耗能2.控制电路的选择：(1)从节能的角度考虑，优先选用限流式(2)以下三种情况必须用分压式：要求待测电路的U、I从0变化R滑Rx.选用限流式，Ux、Ix过大(超过电流表量程，烧坏电表、电源或用电器等)四、电学实验方法1等效替代法：在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下，将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程来进行研究和处理2控制变量法：对于多个变量的问题，常常采用控制变量的方法，把多个变量的问题变成单个变量的问题，从而研究这一个变量对事物的影响，分别对各个变量加以研究，最后综合解决3累积法：把某些难以用常规仪器直接准确测量的物理量用累积的方法，将微小量变为较大的量，不仅便于测量，还可以提高测量的准确程度，从而减小误差考点1| 电表的改装、使用与读数难度：中档题 题型：填空题 五年2考(2015全国卷T23)图1(a)为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路【导学号：25702056】图1(1)已知毫安表表头的内阻为100 ，满偏电流为1 mA；R1和R2为阻值固定的电阻若使用a和b两个接线柱，电表量程为3 mA；若使用a和c两个接线柱，电表量程为10 mA.由题给条件和数据，可以求出R1_，R2_.(2)现用一量程为3 mA、内阻为150 的标准电流表对改装电表的3 mA挡进行校准，校准时需选取的刻度为0.5 mA、1.0 mA、1.5 mA、2.0 mA、2.5 mA、3.0 mA.电池的电动势为1.5 V，内阻忽略不计；定值电阻R0有两种规格，阻值分别为300 和1 000 ；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为750 和3 000 .则R0应选用阻值为_的电阻，R应选用最大阻值为_的滑动变阻器(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图(b)的电路可以判断出损坏的电阻图(b)中的R为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图(a)虚线框内的电路则图中的d点应和接线柱_(选填“b”或“c”)相连判断依据是：_.【解题关键】(1)理解使用a、b接线柱与使用a、c接线柱电路的串并联结构有何不同(2)由电流校准范围0.53.0 mA，结合闭合电路欧姆定律确定电路总电阻范围(3)可利用毫安表有无示数判断【解析】(1)设使用a和b两接线柱时，电表量程为I1，使用a和c两接线柱时，电表量程为I2，则使用a和b时：IgI1使用a和c时：IgI2由两式得R115 ，R235 .(2)校准时电路中的总电阻的最小值为R小 500 ，总电阻的最大值为R大 3 000 ，故R0选300 的，R选用最大阻值为3 000 的滑动变阻器(3)d接b时，R1和R2串联，不论是R1还是R2损坏，电表都有示数且示数相同，故应将d接c.根据d接c时的电路连接情况可知：闭合开关，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1；若电表指针不动，则损坏的电阻是R2.【答案】(1)1535(2)3003 000(3)c闭合开关时，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1；若电表指针不动，则损坏的电阻是R2(2013全国卷T23)某同学用量程为1 mA、内阻为120 的表头按图2(a)所示电路改装成量程分别为1 V和1 A的多用电表图中R1和R2为定值电阻，S为开关回答下列问题：(1)根据图(a)所示的电路，在图(b)所示的实物图上连线(2)开关S闭合时，多用电表用于测量_(选填“电流”“电压”或“电阻”)；开关S断开时，多用电表用于测量_(选填“电流”“电压”或“电阻”)(3)表笔A应为_色(填选“红”或“黑”)(4)定值电阻的阻值R1_，R2_.(结果取3位有效数字)(a)(b)图2【解题关键】解答本题应理解以下三点：(1)给表头串联电阻后成为一个电压表，并联电阻后成为一个电流表(2)电流应从红表笔(接线柱)流入，从黑表笔(接线柱)流出(3)改装后的量程就是表头满偏时经过两表笔的电流值或两表笔之间的电压值 【解析】将表头改装成电压表时，需串联一电阻进行分压，而改装成电流表时则需并联一电阻分流，因此闭合开关后，并联上R1改装成一电流表，断开开关，表头与R2串联则改装成一电压表多用电表内部表头的正极在右侧，即电流应从表笔B流入，从表笔A流出，则表笔A为黑色当断开S时，Ig(R2r)Um，解得R2880 .当闭合S时，Ig(R2r)(IIg)R1，解得R11.00 .【答案】(1)如图所示(2)电流电压(3)黑 (4)1.008801高考考查特点(1)电流表、电压表、欧姆表、电阻箱等仪器的原理、使用、读数是高考的高频考点(2)电表的使用和改造常在电学实验中考查，单独考查的较少2解题的常见误区及提醒(1)电表的读数，应该根据电表的精度进行估读，而欧姆表读数时应根据表盘上不同部分的精度不同进行估读(2)电阻箱无需估读(3)电表的改装原理是将改装后的物理量与流过灵敏电流计的电流建立一一对应的函数关系考向1电压表和电流表的读数1(2015浙江高考改编)图3甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验连好的实物连接图图3小红调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图乙中的、所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V所示读数为：_、_、_、_.两组数据得到的电阻分别为_和_【解析】由实物图可知，电流表接的是0.6 A的量程，电压表接的是3 V的量程，因此的读数为0.02 A50.10 A，的读数为0.02 A120.24 A，的读数为0.1 V20.02.00 V，的读数为0.1 V2.70.27 V.两组数据得到的电阻R1 8.3 ，R2 2.7 .【答案】0.10 A0.24 A2.00 V0.27 V83(0.1)2.7(0.1)考向2电表的改装2如图4是一个电流表、电压表两用电表的电路，电流表G的量程是100 A，内阻是1 000 ，电阻R10.1 ，R299 000 ，当双刀双掷开关接到a、b上时，可作为_表，其量程是_，当双刀双掷开关接到c、d上时，可作为_表，其量程是_【导学号：25702057】图4【解析】当开关合到a、b上时，电路转换成图甲所示的电路，此时小电阻R1与电流表G并联，R1起分流作用，可作为大量程电流表使用，根据并联电路的特点有：(IIg)R1IgRg.甲乙电流表量程为I A1 A.当开关合到c、d上时，电路变成图乙所示的电路，此时大电阻R2与电流表G串联，R2起分压作用，所以电流表G已装成电压表，根据串联电路的特点，电压表量程为：UIg(RgR2)0.000 1(1 00099 000) V10 V.【答案】见解析考向3多用电表的使用3(2012江苏高考T10)如图5甲所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件，小明使用多用电表对其进行探测甲乙图5(1)在使用多用电表前，发现指针不在左边“0”刻度线处，应先调整图乙中多用电表的_(选填“A”“B”或“C”)(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源时，一表笔接a，另一表笔应_(选填“短暂”或“持续”)接b，同时观察指针偏转情况(3)在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至“1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值测量中发现，每对接点间正反向阻值均相等，测量记录如下表两表笔分别接a、b时，多用电表的示数如图乙所示请将记录表补充完整，并在黑箱图中画出一种可能的电路.两表笔接的接点多用电表的示数a、b_a、c10.0 b、c15.0 【解析】(1)多用电表使用前应进行机械调零，机械调零装置为A.(2)使用多用电表进行测量时，为保证电表不被损坏往往要进行试触，即让两表笔进行短暂接触，观察指针偏转情况，若持续接触则有可能损坏电表(3)黑箱中无电源且每对接点间正反阻值相等，由多用电表读数可知所缺数据为5.0 ，由a、b间电阻为5 ，a、c间为10 ，b、c间为15 知，电路为a、b间5 的电阻与a、c间10 电阻串联而成，电路图如答案图所示【答案】(1)A(2)短暂(3)5.0电路图如图4(2015湖南十三校联考)某同学用电阻箱、多用电表、开关和导线测一节旧干电池的电动势和内阻(1)他先用多用表电压挡直接接在电源两极，读数如图6，则电源电动势约为_V.图6(2)为了更准确的测量电源的电动势和内电阻，他用多用表的“直流100 mA”挡设计了如图7甲的测量电路，为了电表安全，请估算开关闭合前电阻箱的最小取值为_.甲乙图7(3)将多用电表的选择开关从“OFF”旋转至“直流100 mA”挡，调节电阻箱到合适的值并记录其读数R，合上开关从多用表上读出相应的示数I.(4)重复(3)获得多组数据，根据数据作出了如图乙所示的R图线(5)由图线得干电池的电动势E_V(保留三位有效数字)，内阻r_(取整数)【解析】(1)用量程为2.5 V直流电压挡测电动势，最小分度为0.05，因此要读到本位，所以读数为1.30 V.(2)由欧姆定律得：Ig，得R13 .(5)由闭合电路欧姆定律可知：EI(Rr)，变形得REr由R图线可知，斜率表示电动势：E1.40 V纵轴截距表示电源的内阻：r8 .【答案】(1)1.30(2)13 (5)1.40(1.351.45均可)81多用电表使用“五步”法(1)选倍率：一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率，如估计值为200 ，就应该选“10”的倍率；(2)进行欧姆调零；(3)将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量；(4)将指针示数乘以倍率，得测量值；(5)测量结束后，将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡2多用电表测电阻的注意事项(1)改换倍率必须重新进行欧姆调零；(2)通过选择合适倍率，指针指在刻度盘中间附近，误差较小；(3)测量电阻时，手不可接触表笔的金属杆部分；(4)被测元件与电源断开考点2| 电学基本实验难度：中档 题型：实验题 五年3考(2014江苏高考T10)某同学通过实验测量一种合金的电阻率(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧图8甲所示的部件_(选填“A”“B”“C”或“D”)从图中的示数可读出合金丝的直径为_ mm.甲乙图8(2)如图乙所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化由此可以推断：电路中_(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了_(选填“短路”或“断路”)(3)在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23 V和38 mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7 .为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进？请写出两条建议【解题关键】解此题应注意以下三点：(1)螺旋测微器读数时要符合有效数字要求(2)由电压表示数接近3 V可知，电压表两测量点间有断点(3)根据测量合金丝阻值的结果与电压表、电流表的内阻值判断电流表应采用内接法还是外接法【解析】根据欧姆定律解题(1)螺旋测微器读数时应先将锁紧装置锁紧，即旋紧B.螺旋测微器的示数为(041.00.01) mm0.410 mm.(2)电压表的示数不为零，电流表的示数几乎为零，说明连接两电表的电路是导通的而滑动变阻器几乎不起作用，说明线路电阻很大，故可判断7、8、9间断路(3)由题知0.005，电流表应用外接法，即电路应是分压外接电路，所以应采用甲图根据R及R可得.(2)当S2断开时应有UI(RARx)，当S2闭合时应有U1IRAU2，联立以上两式可得Rx.【答案】(1)CF甲 (2)考向2以测量电源电动势和内阻为核心的电学实验7(2015宿迁模拟)小明利用如图12甲所示的电路测定旧电池组的电动势与内电阻(1)根据图甲将图乙中的实物连线补充完整(2)由图丙可知：该电池组的电动势E_V，内阻r_(保留两位有效数字)甲乙丙丁图12(3)小明又利用上述实验方案测定了同规格新电池组的电动势与内电阻通过实验发现旧电池组与新电池组相比，电动势几乎没有变化，但它们的输出功率P随外电阻R变化的关系图线有较大差异，如图丁所示可知图线_(选填“A”或“B”)对应的是新电池组，试说出判断的理由：_.【解析】(1)根据实验电路图可得出实验中的实物图(2)图象与纵坐标的交点为电源的电动势，由图可知，电动势E4.3 V；内阻r 7.2 .(3)由公式PI2R、I及图丁知：外电阻相同时，B的输出功率大，电流大、电池组的内阻小，故B为新电池组【答案】(1)见解析(2)4.37.2(3)B理由见解析8用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx.已知电池的电动势约6 V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧可选用的实验器材有：电流表A1(量程030 mA)；电流表A2(量程0100 mA)；电压表V(量程06 V)；滑动变阻器R1(阻值05 )；滑动变阻器R2(阻值0300 )；开关S一个，导线若干条某同学的实验过程如下： .设计如图13所示的电路图，正确连接电路. 图13.将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录以U为纵轴，I为横轴，得到如图14所示的图线图14.断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变重复的步骤，得到另一条UI图线，图线与横轴I的交点坐标为(I0,0)，与纵轴U的交点坐标为(0，U0)回答下列问题：(1)电流表应选用_，滑动变阻器应选用_(2)由图乙的图线，得电源内阻r_.(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx_，代入数值可得Rx.(4)若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围_，电压表示数变化范围_(选填“相同”或“不同”)【解析】(1)由题给UI图线可知电流表量程应为0100 mA，故选A2.路端电压大于5.5 V，而电源电动势E6 V，故R外r，则滑动变阻器选R2.(2)由题图得：r25 .(3)由Rxr，得Rxr.(4)电流I，rRx一定，R从300 变到某同一阻值，电流变化范围相同Rx接A、B间时，U(RRx)，Rx接B、C间时，UR，故两种情况下电压变化不同【答案】(1)A2R2(2)25(3)r (4)相同不同1电阻测量的常用方法(1)器材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：“好表要内接”(因为：越接近理想电流表，其分压的影响越小)或“大内小外”(内接法测大电阻，外接法测小电阻)；选择滑动变阻器接法口诀：“以小控大用分压”(变阻器阻值小于待测电阻)(3)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(4)定值电阻的常见用途：保护电路、与电流表串联改装为电压表、与电流表并联扩程2测量电源的电动势和内阻的常用方法(1)三种常用实验方法和原理：伏安法EUIr、伏阻法EU(1r/R)、安阻法EI(Rr)(2)两种数据处理方法：联立方程求解法和图象处理法，对伏安法利用电源的UI图象求电动势和内阻；对伏阻法和安阻法需对闭合电路欧姆定律方程EU(1r/R)和EI(Rr)适当变形作线性处理，并利用直线方程的截距和斜率求电动势或内阻等物理量考点3| 电学创新实验难度：中高档 题型：实验填空题 五年2考(2013江苏高考T10)为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用PUI得到电功率实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V1.8 W”，电源为12 V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10 .(1)准备使用的实物电路如图15所示请将滑动变阻器接入电路的正确位置(用笔画线代替导线)图15(2)现有10 、20 和50 的定值电阻，电路中的电阻R1应选_的定值电阻(3)测量结束后，应先断开开关，拆除_两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图所示请指出图象中不恰当的地方 【解题关键】解此题应注意以下三点：(1)由小灯泡规格“3.0 V1.8 W”确定电流表所选量程(2)小灯泡正常发光时电流为0.6 A，则流过电源的电流不小于0.6 A.(3)应用平滑的曲线连接所描各点，偏离较远的点舍去【解析】(1)从PU2图象上描出的点可知，小灯泡两端的电压从0开始逐渐增大，故滑动变阻器采用分压电路根据PIU知，通过小灯泡的最大电流I0.6 A，故电流表选00.6 A的量程实物电路如答案中图所示(2)电路中定值电阻起保护作用，电池的电动势为12 V，小灯泡的内阻为R 5 ，因此小灯泡和滑动变阻器并联后的最大电阻为 ，要使小灯泡两端的电压能达到3 V，由可知，R1不能超过10 ，所以R1选10 .(3)为了实验仪器的安全，防止电源短路及误将电源与其他电路接通，所以断开开关后，先拆除电池两端的导线，再拆除其他导线(4)从坐标纸上所描点可以看出这些点不近似在一条直线上，应为曲线，小明作出了一条直线不合适作图时应使这些点占据整个坐标纸，而小明的横坐标只用了一半，所以小明横坐标的标度选择不合适【答案】(1)如图所示(2)10(3)电池(4)图线不应画为直线；横坐标的标度选择不合适(2016江苏高考T10)小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系已知该金属电阻在常温下的阻值约10 ，R随t的升高而增大实验电路如图16所示，控温箱用以调节金属电阻的温度【导学号：25702059】图16实验时闭合S，先将开关K与1端闭合，调节金属电阻的温度，分别记下温度t1，t2，和电流表的相应示数I1，I2，.然后将开关K与2端闭合，调节电阻箱使电流表的示数再次为I1，I2，分别记下电阻箱相应的示数R1，R2，.(1)有以下两种电流表，实验电路中应选用_A量程0100 mA，内阻约2 B量程00.6 A，内阻可忽略(2)实验过程中，要将电阻箱的阻值由9.9 调节至10.0 ，需旋转图中电阻箱的旋钮“a”、“b”、“c”，正确的操作顺序是_按旋钮a由“0”旋转至“1”将旋钮b由“9”旋转至“0”将旋钮c由“9”旋转至“0”(3)实验记录的t和R的数据见下表：温度t()20.040.060.080.0100.0阻值R()9.610.411.112.112.8请根据表中数据，在答题卡的方格纸上作出Rt图线由图线求得R随t的变化关系为R_ .【解题关键】解此题的关键有以下三点：(1)估算电流的变化范围，再选择电流表的量程(2)为避免电流过大烧坏器材，电阻箱应先调至较大阻值(3)因阻值R随温度变化范围较小，纵坐标起点不应取为零【解析】(1)电路中电源电动势为1.5 V，金属电阻的阻值约为10 ，滑动变阻器电阻最大为10 ，电流在0.0750.15 A，则电流一般在0.1 A以内调整，为使电流读数更准确，应选用量程0100 mA的电流表(2)调节电阻箱阻值时，为了避免有其他电路发生短路而烧毁器材，电阻箱应先调至较大电阻，然后依次从电阻较小的挡位开始减小(3)Rt图象如图所示，可得R随t的变化规律是R0.04t8.8 .【答案】(1)A(2)(或)(3)如图所示004t8.8(0.04t8.60.04t9.0都算对)1高考考查特点(1)该类实验的特点是题目来源于教材，但又高于教材(2)实验的基本原理和思想方法是考查的核心2解题的常见误区及提醒(1)要解决此类实验问题，应摒弃简单的背诵实验而应向分析理解实验转变(2)熟练掌握欧姆定律、实验器材的选择和数据处理方法是融会变通的关键考向1实验原理的设计与创新9(2016长春模拟)如图17甲所示的电路中，恒流源可为电路提供恒定电流I0，R为定值电阻，电流表、电压表均可视为理想电表某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗的电功率改变RL的阻值，记录多组电流、电压的数值，得到如图乙所示的UI关系图线甲 乙图17回答下列问题：(1)滑动触头向下移动时，电压表示数_(选填“增大”或“减小”)(2)I0_A.(3)RL消耗的最大功率为_W(保留一位有效数字)【解析】(1)滑动触头向下移动，RL变小，RL与R并联后的总电阻R总变小，由于电路连接恒流源，根据UIR总可得电压表示数减小(2)由第(1)问还可知U(I0I)R，从题图乙知，电压U0时，I0I1.0 A；I0时，R20 .(3)PLUI20(1.0I)I520(I0.5)2，所以当I0.5 A时，RL消耗的功率最大，为5 W.【答案】(1)减小(2)1.00(0.98、0.99、1.01均正确)(3)5考向2实验器材的等效与替换10(2016泰安二模)某学习小组要探究导电溶液的电阻在体积相同时，电阻值与长度的关系选取一根乳胶管，里面灌满了稀盐水，两端用粗铜丝塞住管口，形成一段封闭的圆柱形盐水柱进行了如下实验：甲乙图18(1)用多用电表粗测盐水的电阻：该小组首先选用“100”欧姆挡，其阻值如图18甲中指针a所示，为了减小多用电表的读数误差，多用电表的选择开关应换用_(选填“10”或“1 000”)欧姆挡；改换选择开关后，若测得阻值如图甲中指针b所示，则Rx的阻值大约是_.(2)现采