高考物理总复习知识讲解 电学实验复习

高考冲刺：电学实验复习 编稿：李传安 审稿：张金虎【高考展望】实验10、电阻的测量实验11、探究决定导体电阻的因素实验12、描绘小灯泡的伏安特性曲线实验13、测定电源的电动势和内阻实验14、练习使用多用电表实验15、练习使用示波器实验16、传感器的简单应用最近几年高考热点实验为：电阻的测量、探究决定导体电阻的因素、测定电源的电动势和内阻、练习使用多用电表、测定玻璃的折射率，考察频率高，经常还有难度较大的实验题，主要体现在考察基本实验方法、数据处理、图像处理上。其它几个实验尽管考察频率不高、难度一般，但不排除高考不考和没有难度。实验试题的命题趋势：在基本实验的基础上，向创新和综合方向发展。【方法点拨】图像法是实验中应用最普遍、最基本的方法，可以说大部分实验都要用到，要准确理解图像上的点、线、面、截距、交点、面积、斜率的物理意义。此外，控制变量法、等效法、替代法、写直线方程求斜率等方法都必须掌握。仪器仪表的刻度原理和读数也必须掌握。此外，还要注意对实验的深入挖掘。【典型例题】实验十、电阻的测量测量电阻的方法有以下几种：1、万用表测量；2、伏安法测量；3、半偏法测量；4、替代法测量； 5、比较法测量伏安法测电阻：【实验原理】部分电路欧姆定律。两种接法：电流表接在电压表两接线柱外侧，通常称“外接法”，如图甲所示；电流表接在电压表两接线柱内侧，通常称“内接法”，如图乙所示。两种接法的选择和误差分析：选择电流表的内外接法，一般的原则是“大内偏大，小外偏小”。意思是：大电阻用内接法，测量值偏大（测量值大于真实值），小电阻用外接法，测量值偏小（测量值小于真实值）。 例1、有一个未知电阻，用图中的（a）（b）两种电路分别对它进行测量。用（a）图电路测量时，两表读数分别为6V、6mA；用(b)图电路测量时，两表读数分别为 5.9V、10mA，则用_图所示电路测该电阻的阻值误差较小，测量值=_，测量值比真实值偏_。（填“大”或“小”）【答案】（a）、大。【解析】比较两表读数，电流表读数相差较大，说明电压表的分流作用较明显，即通常说的大电阻，应该选用电流表内接，即用（a）图电路测量时，电阻的阻值误差较小；用（a）图的数据计算，测量值比真实值偏大。 【总结升华】准确理解“大内偏大，小外偏小”的意义。举一反三【高清课堂：401155 电路实验复习二：电阻的测量 08分20秒】 【变式】欲用伏安法测定一段阻值约为5左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材： A电池组（3V，内阻1 ）； B电流表（03A，内阻0.025 ） C电流表（00.6A，内阻0.125 ） D电压表（03V，内阻3k ） E电压表（015V，内阻15k ） F滑动变阻器（020 ，额定电流1A） G滑动变阻器（02000 ，额定电流0.6A） H电键、导线。（1）选择合适的器材_；（2）某同学测量电阻时，电流表、电压表的示数如图，电流表的读数为_A，电压表的读数为_V；（3）画出实验电路图。【答案】（1）A、C、D、F、H；（2）0.48A、2.20V；（3）见解析。【解析】（1）A、H是必不可少的，电流表、电压表、滑动变阻器从两个中选其中一个，电流表、电压表要保证指针偏转三分之一以上，可大概计算最大电流为0.6A（3V5=0.6A），故电流表应选00.6A量程，即选C；电源电动势为3V，故电压表选03V量程的，即选D；滑动变阻器的阻值大于待测电阻，可采用限流的接法，由于02000的滑动变阻器阻值大，调节不灵敏，故选020的，即选F。（2）量程确定后，读数就好读了，电流表量程为00.6A，每小格表示0.02A，读数为0.48A；电压表量程为03V，每小格表示0.1V，读数为2.20V；（3）电路图如图所示。半偏法测电阻：测量电路图：测量步骤：1、S2断开，S1闭合，调节R1，使检流计满偏；2、保持R1不变，S2闭合，调节电阻箱R2，使检流计半偏；3、记下此时R2的阻值，即RgR2仪器要求：R1较大，电源电动势较高；R2是变阻箱注意事项：闭合S1前，R1应调到最大，S2闭合后，保持R1不变误差分析：系统误差 例2、某同学欲将满偏电流、内阻未知的电流表改装成量程较大的毫安表，并对改装表进行校对.（1）该同学采用“半偏法”利用如图所示的电路测量电流表的内阻（图中电源的电动势E=6 V）时，先闭合开关S1，调节电位器R，使电流表指针偏转到满刻度：再闭合开关S2，保持R不变，调节电阻箱R，使电流表指针偏转到满刻度的_；接着读出此时R的阻值为198则该同学测出的电流表的内阻为Rg=_（2）若要将该电流表改装成量程为10 mA的电流表，需给它_（填“串联”或“并联”）一个阻值为R0=_的电阻（3）把改装好的电流表与标准电流表串联在电路中进行校对由于（1）中对电流表内阻测定存在系统误差，若改装好的电流表的测量值为I1，标准电流表的测量值为I2，则I1_I2（选填“”、“=”或“”）【答案】（1）一半；198 （2）并联；2 （3） 【解析】（1）根据“半偏法”测电阻的原理，应使电流表指针偏转到满刻度的一半即“半偏”，此时，与电流表并联的电阻箱的读数就是电流表的内阻，所以Rg=198（2）小量程的电流表并联一个电阻后，可改装成大量程的电流表；根据IgRg=（I-Ig）R可得，即需给它并联一个阻值为R0=2的电阻。（3）利用半偏法测出的电流表的内阻偏小，即电流表的内阻Rg的真实值大于198，与其并联一个阻值为R0=2的电阻后，改装后的电流表的真实量程要大于10 mA，所以改装后的电流表的刻度设置值偏小，显然I1I2。【总结升华】本题全面地考查了实验原理、操作过程、数据处理和误差分析。利用“半偏法”测内阻存在系统误差，具体分析如下：由于并入电阻箱后，电路中的总电阻减小，总电流将变大，而流过电流表的电流为，所以通过电阻箱的电流要大于，根据并联电路的电流分配规律可知，电阻箱的电阻要小于电流表的内阻，而实验中把电阻箱的阻值记为电流表的内阻，故rg测rg真（测量值小于真实值）。（1）“半偏法”测内阻：利用“半偏法”测内阻时，要求电源电动势要大，滑动变阻器的全值电阻要大，电阻箱全值电阻要小，测得的表头电阻比真实值小，可简记为“大大小小”。（2）半偏法也可不半偏：利用半偏法测量电流表的内阻时，电流表也可不半偏，此时，只需根据串并联特点，进行计算即可。如可使电流表偏转Ig，则流过电阻箱的电流为Ig，由Igrg=IgR读，可得rg=2R读，即电流表内阻等于电阻箱读数的2倍。实验十一、探究决定导体电阻的因素【实验原理】根据电阻定律公式，只要测量出金属导线的长度和它的直径，计算出导线的横截面积S，并用伏安法测出电流表、电压表的读数I、U，则金属导线的电阻率为.由于本实验采用电流表外接法，所以，所以。例3、某实验小组利用如图所示电路探究一种电阻丝的电阻率。均匀电阻丝（总阻值在45之间）固定在刻度尺上的两端接线柱a和b上，刻度尺的中间有一个可沿电阻丝滑动的触头c，c的上端为接线柱，触头c与电阻丝通常不接触，当用手按下时，才与电阻丝接触，且可在直尺上读出触点的位置：所用器材为：电压表（03V，电阻约为3k）、电流表（00.6A，电阻约为0.5）、电池组（电动势3V，内阻很小）、保护电阻R0=1、螺旋测微器、开关S和导线。实验的主要步骤如下：螺旋测微器测得电阻丝的直径为d=2.000mm； 正确连接电路，触头c移到右端，合上开关，读出电流表的示数I=0.5A： 通过改变滑动变阻器触头c的位置，分别测量出了多组a、c间电阻丝长度L及对应的电压U的数据，并据此在UL坐标纸上描出了对应的点，如图所示。请你：（1）在坐标纸上绘出图线；（2）若测出图线斜率为k，写出用d、l、k表示的该电阻丝的电阻率表达式= ；（3）代入有关数据求出该电阻丝的电阻率= m。【答案】（1）见解析；（2）； （3）1.26105【解析】（1）图线为过原点的倾斜直线，如图。（2）根据公式，斜率，面积，电阻解得电阻率。（3），代入数据计算得电阻率【总结升华】本题当接入电路的电阻丝长度为零时，电压表为零，所以图线过坐标原点，要特别注意不过原点的情况，图线要用直尺细心连接。写电阻率的表达式时，要注意斜率到底表示的是什么，要看清楚坐标，本题斜率为，要正确计算斜率。举一反三【变式】某同学在做自来水电阻率的测定课题时，在一根均匀的长玻璃管两端各装了一个电极，其间充满待测的自来水，然后用如图甲所示电路进行测量 它选用的电学器材如下：电压表（量程15V，内阻约90）、电流表（量程300A，内阻约50）、滑动变阻器（100，1A）、电池组（电动势E=12V，内阻r=6）、开关一个、导线若干实验中测量情况如下：安装前他用图乙(a)的游标卡尺测量玻璃管的内径，结果如图乙(b)所示测得两电极相距L=0.314m实验中测得包括0在内的9组电流I、电压U的值，在坐标纸上描点如图丙根据以上材料请回答下面的问题：(1) 测量玻璃管内径时，应将图乙(a)中游标卡尺中的A、B、C三部分中的 与玻璃管内壁接触；玻璃管的内径= mm(2) 为保证安全，闭合开关前滑动变阻器的滑片应移至_端（填M或N）(3) 根据实验数据可知他测得水柱的电阻R=_ (保留两位有效数字）；用水柱电阻R、玻璃管内径d、水柱长度L表示，自来水的电阻率=_(4) 该同学在完成实验报告时，通过比较水柱电阻、电表内阻时发现，实验中的电路设计有不妥之处，会引起较大的系统误差，于是他在实验报告中提出了改进意见，并画出了改进后的电路图请在虚线框中画出改进后的实验电路图【答案】(1) A ；30.75mm(2)M(3)； (4) 实验电路图如图丁所示。【解析】(1) 卡脚A是用来测量内径的，故选A；游标卡尺的读数为30+0.0515=30.75 mm；(2) 闭合开关前滑动变阻器的滑片应移至阻值最大位置，故选M端；(3)根据U-I图像，其斜率即为电阻，将图上各点理解成一条直线如图，.根据，面积，解得电阻率。 (4)实物图中电流表为外接法，水柱的电阻100k，这显然是大电阻，（电流表的内阻也较大，不是理想电流表）所以应该用电流表内接法，滑动变阻器采用分压接法，改进后电路图如图丁所示。实验十二、描绘小灯泡的伏安特性曲线【实验原理】1、根据部分电路欧姆定律，一纯电阻R两端电压U与电流I总有U=IR，若R为定值时，UI图线为一过原点的直线。小灯泡的灯丝的电阻率随温度的升高而增大，其电阻也就随温度的升高而增大。而通过小灯泡灯丝的电流越大，灯丝的温度也越高，故小灯泡的伏安特性曲线(UI曲线)应为曲线。2、小灯泡(3.8V，03A)电阻很小，当它与电流表(06A)串联时，电流表的分压影响很大，为了准确测出小灯泡的伏安特性曲线，即U、I的值，电流表应采用外接法，为使小灯泡上的电压能从0开始连续变化，滑动变阻器应采用分压式连接。3、实验电路如图所示，改变滑动变阻器的滑片的位置，从电压表和电流表中读出几组U、I值，在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的几组U、I值画出U-I图象。【高清课堂：403089电路实验复习三 教材实验 例3】例4、两个额定电压为220V的白炽灯和的特性曲线如图所示。的额定功率约为_W；现将和串联后接在220V的电源上，电源内阻忽略不计。此时的实际功率约为_W。【答案】99；17.5【解析】由图线可知U=220 V时，I=0. 45 A，故的额定功率。据串联电路的特征可知通过和的电流相等，同时两者电压之和应为220 V。从图线可知，符合上述条件的电流值应为I=0. 25 A。此时对应的电压，故的实际功率. 【总结升华】读懂图像的物理意义是解题的关键。电阻随温度变化，计算功率只能用.题中将和串联后接在220V的电源上，电流相等，两者电压之和应为220 V，当电流为0.2A时，电压之和小于220 V，当电流为0.25A时，两者电压之和为220 V。举一反三【变式】某同学在探究规格为“6V，3W”的小电珠伏安特性曲线实验中：在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至_档进行测量。（填选项前的字母）A.直流电压10V B.直流电流5MaC.欧姆100 D.欧姆1该同学采用图甲所示的电路进行测量。图中R为滑动变阻器（阻值范围020,额定电流1.0A），L为待测小电珠，V为电压表（量程6V，内阻20k），A为电流表（量程0.6A，内阻1）,E为电源（电动势8V，内阻不计），S为开关。、在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最_端；（填“左”或“右”）、在实验过程中，已知各元器件均无故障，但闭和开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是_点至_点的导线没有连接好；（图甲中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图甲中的数字，如“2点至3点”的导线）、该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图乙所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而_。（填“不变”、“增大”或“减小”） 【答案】 D； . 左 .1 5 . 增大 【解析】由于小电珠的电阻一般不大，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至欧姆1，选项D正确。对于分压电路，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于使小电珠上电压为零处，即最左端。闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是滑动变阻器左端与电源没有连接好，即1点至5点的导线没有连接好。由描绘出的小电珠的伏安特性曲线可知，小电珠的电阻值随工作电压的增大而增大（斜率为电阻的倒数，斜率减小，电阻增大）。实验十三、测定电源的电动势和内阻【实验原理】如图所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路的欧姆定律求出几组E、值，最后分别算出它们的平均值。此外，还可以用作图法来处理数据，即在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的几组I、U值画出U-I图象（如图），所得直线跟纵轴的交点即为电动势值，图线斜率的绝对值即为内电阻的值。例5、（2015 江苏卷）小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻（1）图中电流表的示数为_A（2）调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下请根据表中的数据，在答题卡的方格纸上作出U-I图线由图线求得：电动势E=_V；内阻r=_（3）实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合，其实从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为_【答案】（1）0.44（2）U-I图线见图 1. 60 （1. 58 1. 62 都算对） 1.2（1.18 1.26 都算对）（3）干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大.【解析】（1）电流表所用量程为0.6A，其分度值为0.02A，其示数为0.4A+20.02A=0.44A。（2）U-I图线见答案。因U=E-Ir，故由U-I图线可得，电动势E=1.6V，内阻 （3）见答案。【点评】本题考查测电源电动势和内阻实验。举一反三【变式】如图甲所示的电路可测出电压表的内阻，电源内阻可以忽略，为电阻箱，当R取不同值时，电压表分别有一示数。若多次改变电阻箱的阻值，测得多个对应的电压值，最后作出的图象如图乙所示，则电压表的内阻是 ，电源电动势是 。【答案】5k，5V。【解析】由，得，当时，所以电动势；当时，。实验十四、练习使用多用电表【实验原理】 一多用表表盘结构 如图。二多用电表欧姆挡原理测量直流电阻部分即欧姆表是依据闭合电路欧姆定律制成的，当红、黑表笔短接并调节R使指针满偏时有 （1）当电笔间接入待测电阻Rx时，有（2）联立（1）、（2）式解得 （3）由（3）式知当时，指针指在表盘刻度中心，故称为欧姆表的中值电阻，由（2）式或（3）式可知每一个Rx都有一个对应的电流值I，如果在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值，那么当红、黑表笔分别接触待测电阻的两端，就可以从表盘上直接读出它的阻值。例6、一块多用电表的电阻挡有三个倍率，分别是10、100、1000。用100挡测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很大，如图中虚线位置。为了较准确地进行测量，应换到 挡，换挡后需要先进行 的操作，再进行测量。若正确操作后过行测量时表盘的示数如图，则该电阻的阻值是 。电流表读数（量程50mA） mA【答案】10；欧姆挡电阻调零；180；22.0来源:学_科_【解析】用100挡测量电阻时，表头指针偏转角度很大（如图中虚线位置所示），说明被测电阻阻值较小，应改用倍率较小的挡位来测量，即应换到10挡；欧姆表换挡后要重新欧姆调零；表盘读数为1810=180。若量程为50mA的电流表时，看内圈中间的0-50的一圈，每小格表示1，指针指在22处，所以读数为22.0mA【总结升华】本题考查欧姆表的读数问题。欧姆表的零值在最右边，指针偏转越小，表示待测电阻阻值越大，指针偏转越大，表示待测电阻阻值越小；欧姆表换挡后要重新欧姆调零；读数时，别忘记需要乘以倍率。多用电表的欧姆挡不需要估读，而电流挡、电压挡需要估读，测电流、电压时，读数要看内圈，选择读数最方便的一圈来读数，如本题量程为50mA，选0-50的一圈读数就很方便。举一反三【变式】（2015 广东卷）某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表（内阻约为3k）、电流表（内阻约为1）、定值电阻等。使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“1”欧姆档测量，示数如图（a）所示，读数为_。据此应选择图中_（填“b”或“a”）电路进行实验。连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐_（填“增大”或“减小”）；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成Y，重复实验。图（a）是根据实验数据作出的U-I图线，由图可判断元件_（填“X”或“Y”）是非线性元件。该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图（b）所示，闭合S1和S2，电压表读数为3.00V；断开S2，读数为1.00V。利用图（a）可算得E=_V，r =_(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)。【答案】10.0 b 增大 Y 3.2 0.50【解析】测量值=读数倍率，故测量结果为10.01=10.0，因，Rx属于小电阻，故测量电路应采用电流表外接法。滑片P向右滑动时测量电路两端的电压增大，故电流表的示数也增大。非线性元件的U-I图线是曲线。由图（a）可知U1=3.00V时I1=0.30A，U2=1.00V时I2=0.10A，根据闭合电路欧姆定律由E=1.00+0.10(r+21)，解得E=3.15V3.2V，r =0.50。实验十五、练习使用示波器【实验目的原理】利用示波器能够直接观察电信号随时间变化的情况。振动、温度、光等的变化，可以通过各种传感器转化为电压的变化，然后用示波器来研究，示波器已经成为检测和修理各种电子仪器以及科学研究的不可缺少的工具。本实验就是初步学会使用示波器。例7、如上图为示波器面板，屏上显示的是一亮度很低、线条较粗且模糊不清的波形。（1）若要增大显示波形的亮度，应调节_旋钮（2）若要屏上波形线条变细且边缘清晰，应调节_旋钮（3）若要将波形曲线调至屏中央，应调节_与_旋钮【答案】（1）1；（2）2、3；（3）6、7。【解析】辉度旋钮1用于调节亮度，聚焦旋钮2、辅助聚焦旋钮3用来调节清晰度，若要图像平移可调节垂直位移6(上下移动)和水平位移7(左右移动)。所以（1）若要增大显示波形的亮度，应调节辉度旋钮1；（2）若要屏上波形线条变细且边缘清晰，应调节聚焦旋钮2、辅助聚焦旋钮3；（3）若要将波形曲线调至屏中央，应调节竖直位移旋钮6(或)与水平位移