大二轮高考总复习物理第15讲电学实验与创新

第15讲电学实验与创新高频考点1基本仪器的读数及多用电表的使用1．游标卡尺、螺旋测微器的读数技巧记住两点：一是所有读数一定以毫米为单位并注意主尺刻度对应的毫米数，根据结果再变换单位；二是以毫米为单位，小数点后数字分别是：螺旋测微器是3位、20分度和50分度游标卡尺是2位、10分度游标卡尺和毫米刻度尺是1位．2．电压表、电流表、多用电表的读数技巧(1)对电表读数问题，要先弄清楚电表的精确度，即每小格的数值，再确定估读的方法，是eq\f(1,2)、eq\f(1,5)还是eq\f(1,10)估读，明确读数的小数位数．(2)多用电表的使用问题，在弄清其基本原理的基础上，会选择测量项目及量程、挡位，能区分机械调零和欧姆调零的区别，掌握测量电阻的步骤，此外，会看多用电表表盘，最上排不均匀刻度为测电阻时读数刻度，读出表盘刻度后应乘以挡位倍率；中间刻度是均匀的，为测量电压和电流的读数刻度，下面三排数字均为方便读数所标注；最下排刻度专为测量2.5V以下交流电压所用，一般较少使用．1－1.(2017·济南市重点中学二模)某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ，首先用游标为20分度的游标卡尺测量其长度如图甲，由图甲可知其长度为________mm；用螺旋测微器测量其直径如图乙，由图乙可知其直径为________mm；用多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图丙，则该电阻的阻值约为________Ω解析：游标卡尺的读数为(50＋0.05×5)mm＝50.25mm，螺旋测微器的读数为(4.5＋0.01×20.0)mm＝4.700mm，多用电表的读数为19×10答案：50.254.7001901－2.(2015·高考海南卷)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图(a)和(b)所示．该工件的直径为________cm，高度为________mm．解析：游标卡尺读数为d＝12mm＋4×eq\f(1,20)mm＝12.20mm＝螺旋测微器的读数为h＝6.5mm＋36.0×0.01答案：1.2206.8601－3.某实验小组现在要测量一根金属丝的电阻率，该金属丝的横截面是“外方内圆”，实验电路如图a乙所示，请完成以下问题．图a(1)游标卡尺的结构如图丙所示，要测该金属丝的内径D(如图甲所示)，必须用其中________进行测量(填“A”、“B”或“C”)，图中的读数为________mm．(2)用螺旋测微器测金属丝横截面的边长，示数如图b，则边长a＝________mm．图b图c(3)图a乙中闭合开关前应将滑动变阻器的滑片移至最________(填“左”或“右”)端．(4)实验中电压表和电流表的示数如图c所示，则金属丝两端的电压U＝________V，流过金属丝的电流I＝________A．解析：(1)A是测量物体外径的，B是测量物体内径的，C是测量物体深度的．该金属丝的内径D＝4mm＋eq\f(1,50)×10mm＝4.20(2)螺旋测微器主尺的读数为14.5mm，可动刻度与主尺对齐格数为48.2格，读数为0.482mm，则用螺旋测微器测得的金属丝横截面的边长a＝14.500(3)由电路结构可知滑动变阻器的连接方式为分压式，故闭合开关前应将滑动变阻器的滑片移至最左端．(4)由图c可知，电流表的读数I＝0.42A，电压表的读数U＝2.28答案：(1)B4.20(2)14.982(3)左(4)2.280.421－4.(2017·西安长安一中大学区第三次联考)某物理兴趣小组设计了如图a所示的欧姆表电路，通过控制电键S和调节电阻箱，可使欧姆表具有“×1”和“×10”两种倍率．A．干电池：电动势E＝1.5V，内阻r＝1.0ΩB．电流表G：满偏电流Ig＝1mA，内阻Rg＝150ΩC．定值电阻R1＝1200ΩD．电阻箱R2和R3：最大阻值都为999.9ΩE．电阻箱R4：最大阻值9999ΩF．电键一个，红、黑表笔各1支，导线若干(1)该实验小组按图a正确连接好电路．当电键S断开时，将红、黑表笔短接，调节电阻箱R2＝__________Ω，使电流表达到满偏，此时闭合电路的总电阻叫做欧姆表的内阻R内，则R内＝________Ω，欧姆表的倍率是________(选填“×1”、“×10(2)闭合电键S：第一步：调节电阻箱R2和R3，当R2＝________Ω且R3＝________Ω时，将红、黑表笔短接，电流表再次满偏；第二步：在红、黑表笔间接入电阻箱R4，调节R4，当电流表指针指向图b所示的位置时，对应的欧姆表的刻度值为____________Ω．解析：(1)由闭合电路欧姆定律可知：欧姆表的内阻为：R内＝eq\f(E,I)＝eq\f(1.5,0.001)＝1500Ω，则R2＝R内－R1－Rg－r＝1500－1200－150－1＝149Ω，中值电阻应为1500Ω，根据多用电表的刻度设置可知，表盘上只有两种挡位，若为×1，则中性电阻太大，不符合实际，故欧姆表倍率应为“×10”．(2)为了得到“×1”倍率，应让满偏时对应的电阻为150电流为：I1＝eq\f(1.5,150)＝0.01A；此时表头中电流应为0.001A；则与之并联电阻R3电流应为：0.01－0.001＝并联电阻为：R3＝eq\f(0.001×150＋1200,0.009)＝150Ω；R2＋r＝eq\f(1.5－1.35,0.01)＝15Ω故R2＝15－1＝14Ω；图示电流为0.60mA；则总电阻为：R总＝eq\f(1.5,0.60)×103＝2500Ω故待测电阻为：R测＝2500－1500＝1000Ω；故对应的刻度应为100．答案：(1)1491500×10(2)14150100高频考点2以测电阻为核心的电学实验实验一测定金属的电阻率(2017·第二次全国大联考Ⅲ卷)某同学通过实验测定金属丝电阻率：(1)用螺旋测微器测出金属丝的直径d，读数如图1所示，则直径d＝____mm；图1(2)为了精确地测出金属丝的电阻，需用欧姆表对额定电流约0.5A的金属丝的电阻Rx粗测，下图是分别用欧姆挡的“×1”挡(图2)和“×10”挡(图3)测量时表针所指的位置，则测该段金属丝应选择________挡(填“×1”或(3)除待测金属丝Rx、螺旋测微器外，实验室还提供如下器材，若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选______(填“A1”或“A2”)、电源应选________(填“E1”或“电压表V(量程3V，内阻约3kΩ)滑动变阻器R(最大阻值约10Ω)电流表A1(量程3A，内阻约0.05电流表A2(量程0.6A，内阻约0.2电源E1(电动势9V，内阻不计)电源E2(电动势4.5V，内阻不计)毫米刻度尺、开关S、导线(4)若滑动变阻器采用限流接法，在下面方框内完成电路原理图(图中务必标出选用的电流表和电源的符号)．【解析】(1)螺旋测微器固定刻度示数是0.5mm，可动刻度示数是49.9×0.01mm＝0.499mm，则螺旋测微器示数为0.5mm＋0.499mm＝0.999mm(0.998～1.000均正确)；(2)由题图2、3所示可知，题图3所示欧姆表指针偏转角度太大，应选用题图2所示测量电阻阻值，题图2所示欧姆挡的“×1挡”，所测电阻阻值为7×1Ω＝7Ω.(3)电阻丝的额定电流约为0.5A，电流表应选A2；电阻丝的额定电压约为U＝IR＝0.5×7V＝3.5V，电源应选【答案】(1)0.999(0.998～1.000均正确)(2)×17(3)A2E2(4)实验电路图如图所示1．仪器的选择(1)电源的选择：一般根据待测电阻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；电表的指针摆动的幅度不宜过小，一般应使指针能达到半偏以上．2．电路的选择(1)测量电路的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＝eq\f(U,I)＞Rx，偏大R测＝eq\f(U,I)＜Rx，偏小适用条件Rx≥RA(测大电阻)RV≥Rx(测小电阻)(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；a．要求待测电路的U、I从0变化．b．R滑≤Rxc．选用限流式时，Ux、Ix过大(超过电流表量程，烧坏电表、电源或用电器等)．2－1.(2017·第三次全国大联考卷Ⅰ)一细而均匀的导电材料，截面为圆柱体，如图所示，此材料长约5cm，电阻约为100Ω，欲测量这种材料的电阻率A．20分度的游标卡尺；B．螺旋测微器；C．电流表A1(量程50mA，内阻r1＝100Ω)；D．电流表A2(量程100mA，内阻r2约为40Ω)；E．电压表V2(量程15V，内阻约为3000Ω)；F．滑动变阻器R1(0～10Ω，额定电流2G．直流电源E(电动势为3V，内阻很小)；H．上述导电材料R2(长约为5cm，电阻约为100I．开关一只，导线若干．请用上述器材设计一个尽可能精确地测量该样品电阻率ρ的实验方案，回答下列问题：(1)用游标卡尺测得该样品的长度如图所示，其示数L＝________cm，用螺旋测微器测得该样品的外直径如图所示，其示数D＝________mm．(2)在所给的方框中画出设计的实验电路图，并标明所选择器材的物理量符号．(3)用已知的物理量和所测得的物理量的符号表示这种材料的电阻率为ρ＝________．解析：(1)游标卡尺的读数为：主尺＋游标尺＝50mm＋3×0.05mm＝5.015cm；螺旋测微器的读数为：主尺＋半毫米＋转筒读数＝4mm(2)电压表的量程远大于电源电动势，所以电压表不适用，两个电流表中，电流表A2的满偏电流大于电流表A1的满偏电流，又电流表A1内阻为定值，根据欧姆定律与串并联知识，应将电流表A1与待测材料并联后再与电流表A2串联，又因滑动变阻器阻值太小应用分压式接法，可设计电路图如图所示：(3)电流表A1的示数为I1，电流表A2的示数为I2，根据电阻定律R＝ρeq\f(L,S)，S＝eq\f(1,4)πD2，根据欧姆定律可得R2＝eq\f(I1r1,I2－I1)，联立可得ρ＝eq\f(πI1r1D2,4I2－I1L)．答案：(1)5.0154.700(2)见解析(3)eq\f(πI1r1D2,4I2－I1L)实验二测绘小灯泡的伏安特性曲线(2017·全国Ⅰ卷)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3.8V，额定电流0.32A)；电压表○V(量程3V，内阻3kΩ)；电流表○A(量程0.5A，内阻0.5Ω)；固定电阻R0(阻值1000Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0Ω)；电源E(电动势5V，内阻不计)；开关S(1)实验要求能够实现在0～3.8V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4V，内阻1.00Ω)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)【解析】(1)要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，故滑动变阻器用分压式接法，小灯泡为小电阻，电流表用外接法，如图(2)由Ⅰ­U图象知，切线的斜率在减小，故灯泡的电阻随电流的增大而增大，再由电阻定律R＝ρeq\f(l,S)知，电阻率增大；(3)当滑动变阻器的阻值为9Ω时，电路电流最小，灯泡实际功率最小，此时E＝U＋I(r＋R)得U＝－10I＋4，在图中作出该直线如图所示，交点坐标约为U＝1.75V，I＝225mA，PI＝UI＝0.39W；整理得：I＝－eq\f(1,R＋r)U＋eq\f(E,R＋r)当直线的斜率最大时，与灯泡的I­U曲线的交点坐标最大，即灯泡消耗的功率最大．当滑动变阻器电阻值R＝0时，灯泡消耗的功率最大，此时交点坐标为U＝3.67V，I＝0.32A，如图所示，最大的功率为P2＝UI＝1.17W．【答案】(1)(2)增大增大(3)0.39W1.17W实验三练习使用多用电表(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○G的满偏电流为250μA，内阻为480Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别于两表笔相连．该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA挡，欧姆×100Ω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)【解析】(1)与欧姆表内电源正极相连的是黑表笔．(2)R6是可变电阻，它的作用就是欧姆表调零的作用，也就是使用欧姆挡时，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(3)换挡开关接2时，是量程较小的电流表，所以R1＋R2＝eq\f(IgRg,I－Ig)＝160Ω；换挡开关接4时，是量程较小的电压表，这时表头与R1、R2并联组成新表头，新表头的内阻r＝eq\f(R1＋R2Rg,R1＋R2＋Rg)＝120Ω，新表头的量程是1mA，所以R4＝eq\f(U1,I1)－r＝eq\f(1,1×10－3)Ω－120Ω＝880Ω(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，此时多用表是量程为2.5mA的电流表，则多用电表读数为1.49mA；若此时B端是与“3”连接的，此时多用表是欧姆×100Ω挡，则读数为11.0×100Ω；若此时B端是与“5”连接的，量程为5V电压表，则读数为2.95【答案】(1)黑(2)B(3)160Ω880Ω(4)1.49mA11.0×100Ω2.95V2－2.(2017·第三次全国大联考卷Ⅱ)有一规格为“3V0.25A”的小灯泡，要测绘该灯泡的伏安特性曲线，电流表(量程为0～300mA，内阻约5Ω)；电压表(量程为0～4V，内阻约3kΩ)；滑动变阻器A(最大阻值20Ω，额定电流1滑动变阻器B(最大阻值1750Ω，额定电流0.3学生电源E(电动势6V，内阻不计)；开关一个，导线若干．(1)滑动变阻器应该选择________(填字母代号)．(2)请完成实物电路的连线．(3)考虑到电流表内阻和电压表内阻，根据实物图的连接方式判断灯泡正常发光时测量的电阻阻值__________(填“偏大”或“偏小”)．(4)根据实验数据描点作图，发现灯泡的伏安特性曲线不是直线，其原因是____________________．解析：(1)描绘小灯泡伏安特性曲线，需要测量多组数据，滑动变阻器选择分压式接法，为方便调节，滑动变阻器选择总阻值小的A．(2)滑动变阻器选择分压式接法；灯泡正常工作时电阻约为12Ω，(12Ω)2<RARV，灯泡电阻属于小电阻，电流表选择外接法．(3)电流表外接，电压表和灯泡并联，电压表示数等于灯泡两端电压，但电流表示数等于通过电压表和灯泡的总电流，所以电流测量值偏大，测得的灯泡电阻会偏小．(4)通过灯泡的电流增大时，热功率增大，温度升高，而灯丝电阻随温度升高而变化，伏安特性曲线将不是一条直线．答案：(1)A(2)如图(3)偏小(4)灯丝电阻随温度升高而变化2－3.(2017·资阳市高三模拟)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5V,2.5W”的小灯泡，导线和开关外，还有：A．直流电源(电动势约为5V，内阻不计)B．直流电流表(量程0～3A，内阻约为0.1C．直流电流表(量程0～600mA，内阻约为5Ω)D．直流电压表(量程0～15V，内阻约为15kΩ)E．直流电压表(量程0～5V，内阻约为10kΩ)F．滑动变阻器(最大阻值为10Ω，允许通过的最大电流为2G．滑动变阻器(最大阻值为1kΩ，允许通过的最大电流为0.5实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据．(1)实验中电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________．(均用序号字母表示)(2)请按要求将图甲中所示的器材连成实验电路图．(3)某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示．现把实验中使用的小灯泡接到图丙所示的电路中，其中电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，定值电阻R＝9Ω，此时灯泡的实际功率为________W(结果保留2位有效数字)．解析：(1)使用电压表、电流表时，要求指针要超过满刻度的一半以上，此小灯泡的额定电压为5V，额定电流为0.5A(2)如图中实线所示(3)把定值电阻R看作电源的内阻，在小灯泡的伏安特性曲线的坐标系里做出电源的路端电压与干路电流的关系图线，可得与小灯泡的伏安特性曲线的交点坐标为(2.2,0.38)，此时灯泡的实际功率为P＝UI＝0.84W．答案：(1)CEF(2)如图中实线所示(3)0.81～0.87高频考点3以测电源电动势为核心的电学实验(2017·泰安市高三质检)在测定电源电动势和内电阻的实验中，实验室提供了合适的实验器材．(1)甲同学按电路图a进行测量实验，其中R0＝1Ω，则①请用笔画线代替导线在图(b)中完成电路的连接；②由电压表的读数U和电流表的读数I，画出U­I图线如图c所示，可得电源的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.(结果保留2位有效数字)(2)乙同学将测量电路连接成如图d所示，其他操作正确，由电压表的读数U和电流表的读数I，画出U­I图线如图e所示，可得电源的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.(结果保留2位有效数字)【解析】(1)①根据原理图可得出对应的实物图，如图所示；②在画出的U­I图象中，纵轴的截距表示电源电动势，斜率表示内电阻，根据图象可得：E＝3.00V，r＋R0＝eq\f(ΔU,ΔI)＝eq\f(3.00－1.20,1.30)Ω＝1.38Ω，且R0＝1Ω，则r＝0.38Ω；(2)由乙同学的电路接法可知，R左右两部分并联后与R0串联，则可知，在滑片向右移动过程中，滑动变阻器接入电阻先增大后减小，则路端电压先增大后减小，所以出现图e所示的图象，则由图象可知，当电压为2.4V时，电流为0.5A，此时两部分电阻相等，则总电流为I1＝1A；而当电压为2.3V时，电流分别对应0.33A和0.87A则根据闭合电路欧姆定律可得：2.4＝E－r,2.3＝E－1.2r，解得：E＝2.9V；r＝0.50Ω【答案】(1)①如图所示②3.00.38(2)2.90.501．伏安法测电源电动势和内阻的要点分析(1)以电源为研究对象，由于电源的内阻相对电压表的内阻来说小得多，根据伏安法测量的原则可知，当研究对象的电阻比电压表的内阻小得多时，应采用电流表外接法(即相对电源来说电流表在电压表的外边)．(2)在利用U­I图象处理数据时，应使各点均匀地分布在图线的两侧，且应把偏离图线较远的点舍掉．同时要注意纵轴起点是否为零，若不为零则图线与横轴交点的横坐标不表示短路电流，但图线的纵截距仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为电源内阻．2．改变伏安法测量电源的电动势和内阻中U或I的测量方式(1)安阻法：用一个电流表和电阻箱测量，电路如图1所示，测量原理为E＝I1(R1＋r)，多次测量即可求出E和r，此种方法测得的电动势无偏差，但测量的内阻偏大．(2)伏阻法：用一个电压表和电阻箱测量，电路如图2所示，测量原理为E＝U2＋eq\f(U2,R2)r，多次测量即可求出r和E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小．(3)伏伏法：用两个电压表(其中电压表○V1的内阻已知)测量，电路如图3所示，测量时先闭合S1，断开S2，测量○V1、○V2的示数分别为U31、U32，此时E＝U31＋U32＋eq\f(U31,RV)r，RV为○V1的内阻；再闭合S2，○V1的示数为U31′，此时E＝U31′＋eq\f(U31′,RV)r，解方程组可求得E、r，此种方法无系统误差．3．测电源电动势与内阻实验中几种常见的处理数据的图象电路图图象解析式及斜率、纵截距U＝－rI＋E⇒eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(k＝－r,b＝E))eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)·R＋eq\f(r,E)⇒eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(k＝\f(1,E),b＝\f(r,E)))eq\f(1,U)＝eq\f(r,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(1,E)⇒eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(k＝\f(r,E).b＝\f(1,E)))3－1.(2017·第一次全国大联考卷Ⅰ)在做测量电源电动势E和内阻r的实验时，提供的器材有：待测电源一个(电动势E约为9V，内阻r在35～85Ω范围内)，内阻为RV＝19.95kΩ的电压表一个(量程略大于电源的电动势)，电阻箱一个，开关一个，导线若干．为了测量得更加准确，多次改变电阻箱的电阻R，读出电压表的相应示数U，以eq\f(1,U)为纵坐标，R为横坐标，画出eq\f(1,U)与R的关系图象，如图所示．试根据以上信息回答问题：(1)在虚线框内画出实验电路图．(2)根据图象可得E＝________，r＝________.(保留两位有效数字)解析：(1)由图可知，电阻箱的阻值可达到5kΩ，与电压表内阻的数量级相当，故电压表可并联在电阻箱两端，也可与电阻箱串联测电流，由eq\f(1,U)与R成线性关系，电压表应与电阻箱串联，实验电路图如图所示．(2)闭合开关，设干路电流为I，由闭合电路欧姆定律，得：E＝U＋I(R＋r)，其中I＝eq\f(U,RV)，解得：eq\f(1,U)＝eq\f(R,ERV)＋eq\f(r＋RV,ERV)，可见斜率k＝eq\f(1,ERV)＝6×10－6V－1Ω－1，纵轴截距b＝eq\f(r＋RV,ERV)＝0.12V－1，解得：E＝eq\f(1,kRV)＝8.4V，r＝eq\f(b,k)－RV＝50Ω．答案：(1)电路图见解析(2)8.4V50Ω3－2.(2017·天津卷)某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻．其中电流表A1的内阻r1＝1.0kΩ，电阻R1＝9.0kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0＝3.0Ω的电阻．(1)按图示电路进行连接后，发现aa′、bb′和cc′三条导线中，混进了一条内部断开的导线．为了确定哪一条导线内部是断开的，将电建S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、b′间电压，读数不为零，再测量a、a′间电压，若读数不为零，则一定是________导线断开；若读数为零，则一定是________导线断开．(2)排除故障后，该小组顺利完成实验．通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如下图．由I1–I2图象得到的电池的电动势E＝________V，内阻r＝__________Ω．解析：(1)用电压挡检测电路故障，电压表的表头是电流计，原电路有断路，回路中无电流，将电压表接在ab′间后有示数，说明电路被接通，即ab′间有断路故障，再测量aa′间电压，电压表读数不为零，说明断路故障的范围被缩小到aa′间，则一定是aa′导线断开；若读数为零，则说明电路仍未被接通，断路故障的范围被确定在bb′间．(2)根据闭合电路的欧姆定律：E＝I1(R1＋r1)＋(I1＋I2)(R0＋r)，I1≪I2，上式可简化为E＝I1(R1＋r1)＋I2(R0＋r)，读出两点坐标：(60,0.12)和(260,0.05)，代入方程解得：电动势E＝1.41V内阻r＝0.5Ω．答案：(1)aa′，bb′(2)1.41V(1.36～1.44均可)0.5Ω(0.4～0.6均可)．3－3.(2017·西安长安一中模拟)如图甲是利用两个电流表A1和A2测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图．图中S为开关，R为滑动变阻器，固定电阻R1和A1内阻之和为10000Ω(比r和滑动变阻器的总电阻大得多)，A2为理想电流表．(1)按电路原理图在图乙虚线框内各实物图之间画出连线______________．(2)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至________(选填“a端”、“中央”或“b端”)．(3)闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置，读出电流表A1和A2的示数I1和I2.多次改变滑动端c的位置，得到的数据为I1/mA0.1200.1250.1300.1350.1400.145I2/mA48040032023214068在如图所示的坐标纸上纵坐标I1横坐标I2画出所对应的曲线I1－I2．(4)利用所得曲线求得电源的电动势E＝______V，内阻r＝________Ω.(保留两位小数)(5)该电路中电源输出的短路电流Im＝________A．解析：(1)由原理图可知，电路为基本的限流接法，故按原理图串联即可；连线如下图所示；(2)为保证安全，开始时滑动变阻器应接到最大值，故应接b端；(3)将各点依次描出，连线如下图所示．(4)由图示可知，图象与纵轴的交点，即为电源的电动势，因此电源电动势E＝1.49V，电源内阻r＝eq\f(ΔI1R1＋RA1,ΔI2)＝eq\f(149－120×10－6×10000,480×10－3)Ω≈0.60Ω；(5)短路电流I＝eq\f(E,r)＝eq\f(1.50,0.60)＝2.5A答案：(1)实物连接图见解析(2)b端(3)(4)1.490.60(5)2.5高频考点4电学创新实验1．对于给出实验电路图的创新性实验，要注意从原理出发，理解实验方法，找出图象中两个物理量之间的关系，理解图象中图线的斜率和截距的物理意义．2．对于设计性实验，要注意从原理出发找方法，选器材，定方案．高考中，对设计性实验的考查，一般不直接采用课本上的设计方案，但是其设计技能均取材于课本中的必考实验，因此考生要对课本上的每一个实验做到心中有数．4－1．(2017·第二次全国大联考卷Ⅱ)压敏电阻由在压力作用下发生形变进而导致电阻率发生变化的材料组成，为了探究某压敏材料的特性，有人设计了如下的电路，一电源电动势3V内阻约为1Ω，两个电流表量程相同均为0.6A，一个电流表内阻r已知，(1)电路图中哪个电流表的内阻r已知________(A1或者A2)．(2)在某一个压力测试下，两个电流表A1、A2的读数分别为I1和I2，则压敏电阻的阻值Rx＝________．(3)经过测试获得压敏电阻的阻值和压力的关系图如下所示，以竖直向下为正方向，则阻值和压力的关系式是__________．解析：(1)没有电压表，但内阻已知的电流表不仅可以测出通过自身的电流，还可当作电压表使用，根据电路图判断A1可作为电压表测量压敏电阻电压，所以A1的内阻为r.(2)压敏电阻电压为I1r，电流为I2－I1，所以压敏电阻的阻值Rx＝eq\f(I1r,I2－I1).(3)图象为一次函数图象，根据数学知识可得Rx＝16－2F．答案：(1)A1(2)I1r/(I2－I1)(3)Rx＝16－24－2.(2017·贵州省黔东南州高三模拟)小华同学利用一电阻丝代替滑动变阻器测定了一电池组的电动势和内阻，并通过测出的数据得出了该电阻丝的电阻率，她设计的电路如图甲所示，在电路中定值电阻R0＝2Ω.通过移动滑片P读出了多组实验数据，并将测量的数据描绘在图乙、丙的坐标系中，其中图乙为U­I图象，图丙为eq\f(U,I)－x图象(x为a、P间电阻丝长度)．回答下列问题：(1)该电池组的电动势为________V，该电池组的内阻为________Ω．(2)在连接电路前小华已经测量并计算了该电阻丝的横截面积大小为S＝1.2×10－7m2，则该电阻丝的电阻率ρ＝________Ωm解析：(1)由闭合电路欧姆定律有U＝E－I(R0＋r)，由题图乙可知，纵轴截距就是电源的电动势，为E＝3.00V所以有r＝eq\f(ΔU,ΔI)－R0＝eq\f(3.00－1.50,0.50)－2.0＝1.0Ω．(2)由欧姆定律有：eq\f(U,I)＝ρeq\f(x,S)＋RA，则k＝eq\f(ρ,S)，eq\f(U,I)－x图象的斜率k＝eq\f(8.0－2.0,0.6)＝10Ω/m，电阻率ρ＝kS＝1.2×10－6Ωm；由公式可知：eq\f(U,I)－x图线的纵轴截距为RA，即电流表的内阻．答案：(1)3.001(2)1.2×10－6电流表内阻4－3.(2017·河南省天一高三联考)如图1所示是一种常用的力传感器，它是利用金属电阻应变片将力的大小转换为电阻大小变化的传感器．常用的力传感器由金属梁和应变片组成，且力F越大，应变片弯曲程度越大，应变片的电阻变化就越大，输出的电压差ΔU＝|U1－U2|也就越大．已知传感器不受压力时的电阻约为19Ω，为了准确地测量该阻值，设计了以下实验，实验原理图如图2所示．实验室提供以下器材：A．定值电阻R0(R0＝5Ω)B．滑动变阻器(阻值为2Ω，额定功率为50W)C．电流表A1(0.6A，内阻r1＝1D．电流表A2(0.6A，内阻r2约为5E．直流电源E1(电动势3V，内阻约为1Ω)F．直流电源E2(电动势6V，内阻约为2Ω)G．开关S及导线若干(1)当金属梁没有受到压力时，两应变片的电阻相等，通过两应变片的电流相等，则输出的电压差ΔU________(填“大于零”“小于零”或“等于零”)；(2)图2中①②为电流表，其中电流表①选________(填“A1”或“A2”)，电源选________(填“E1”或“(3)在供电电路中滑动变阻器有两种连接方式：一种是限流式，另一种是分压式，本实验应选择的方式为____________；(4)在图3中，将原电路B、C间导线断开，并将滑动变阻器与原设计的电路A、B、C端的一些端点连接，调节滑动变阻器，测量多组数据，从而使实验结果更准确，请在图3中正确连接电路；(5)结合上述实验步骤可以得出电阻的表达式为________(两电流表的电流分别用I1、I2表示)．解析：(1)当金属梁没有受到压力时，两应变片的电阻相等，通过两应变片的电流相等，U1、U2相等，则输出的电压差等于零；(2)图中①要当电压表使用，因此内阻必须已知，选用电流表A1；压力传感器与A1并联后总电阻约为1Ω.除电源内阻，回路总电阻约为R0＋r2＋1Ω＝11Ω，电流表的满偏电流都为0.6A，因此电源电压需要接近于6.6V，选电源E(3)滑动变阻器的总阻值约为待测电阻的eq\f(1,10)，用限流式时，电流变化范围太小，因此滑动变阻器接成分压式；(4)将原电路B、C间导线断开，A、B两端接全阻值，C端接在变阻器的滑动端，如图所示：(5)由电路图知，通过待测电阻的电流为I2－I1，加在待测电阻两端的电压为I1r1，故待测电阻为eq\f(I1r1,I2－I1)．答案：(1)等于零(2)A1E2(3)分压式(4)如图所示：(5)eq\f(I1r1,I2－I1)电阻测量的5种方法方法一最直接的电阻测量方法——多用电表测量法多用电表测电阻的原理：闭合电路欧姆定律I＝eq\f(E,R＋Rg＋r＋Rx)＝eq\f(E,R内＋Rx)．由上式我们发现：通过电流计的电流I虽然不与待测电阻Rx呈线性关系，但存在一一对应关系．即测出相应的电流，就可算出相应的电阻．在练习使用多用电表测电阻的实验中，回答下列问题：(1)现先用该多用电表的欧姆挡测某未知电阻，采用“×10”挡、调零后测量该电阻，发现指针偏角非常大，最后几乎紧挨满偏刻度停下来，下列判断和做法正确的是A．这个电阻阻值很小，估计只有几欧姆B．这个电阻阻值很大，估计有几千欧姆C．如需进一步测量可换“×1”挡，(2)多用电表测电阻时其结构图如图1甲所示，某同学认为欧姆表内部(图中虚线框内)可等效为一电源，设计如图1乙所示的电路来测量欧姆表某挡位的电动势与内阻．实验步骤如下：图1①将欧姆表选择开关旋至某挡位，A、B两表笔短接、进行欧姆调零；②将毫安表与滑动变阻器R按图1乙连接好；③调节滑动变阻器滑片的位置，读出毫安表和对应的欧姆表读数，把测量的多组数据填入下表：R/kΩ0.51.01.52.02.5I/mA1.481.201.030.860.74eq\f(1,I)/mA－10.680.830.971.161.35Ⅰ.图1甲中A是________(填“红”或“黑”)表笔；Ⅱ.根据表中的数据，在图2中画出eq\f(1,I)­R关系图象；Ⅲ.由所绘图象得出该挡位的电动势为E＝________V，内阻为r＝________Ω；图2(3)若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述Rx，其测量结果与原结果相比较______(填“变大”、“变小”或“不变”)．【解析】(1)欧姆表指针偏角很大，说明被测电阻阻值很小，需要换较小挡位．因此时已选用了“×10”挡，故应该换用“×1”挡，故选项A、C正确．图3(2)Ⅰ.欧姆表的红表笔与内置电源的负极相连，黑表笔与内置电源的正极相连；Ⅱ.所作图象如图3所示；Ⅲ.根据闭合电路欧姆定律得：E＝I(R＋r)，故eq\f(1,I)＝eq\f(R,E)＋eq\f(r,E)，故eq\f(1,I)­R关系图象的斜率就是eq\f(1,E)，图线的斜率k＝eq\f(1.25－0.75,2.25－0.75)V－1＝eq\f(1,3)V－1，所以电源的电动势E＝eq\f(1,k)＝3.0V．图象在纵轴上的截距为eq\f(r,E)＝0.5×eq\f(1,10－3)A－1，解得r＝1.5×103Ω．(3)若电池电动势变小，内阻变大，欧姆表重新调零时，由于满偏电流Ig不变，由Ig＝eq\f(E,R内)可知欧姆表内阻R内得调小，待测电阻的测量值是通过电流表的示数体现出来的．由I＝eq\f(E,R内＋Rx)＝eq\f(IgR内,R内＋Rx)＝eq\f(Ig,1＋Rx/R内)，可知当R内变小时，I变小，指针跟原来的位置相比偏左了，欧姆表的示数变大了．【答案】(1)AC(2)Ⅰ.红Ⅱ.如图3所示Ⅲ.3.01.5×103(3)变大方法二最广泛的电阻测量方法——伏安法(2017·第一次全国大联考卷Ⅲ)某实验探究小组为了较精确地测量一待测电阻Rx的阻值，利用多用电表粗测出它的阻值，然后再改用伏安法测量．以下是备用器材：A．多用电表B．电压表V1，量程6V，内阻约8kΩC．电压表V2，量程15V，内阻约10kΩD．电流表A1，量程0.6A，内阻约0.5E．电流表A2，量程3A，内阻约0.02F．电源：电动势E＝6VG．滑动变阻器R1，最大阻值10Ω，最大电流为2H．滑动变阻器R2，最大阻值50Ω，最大电流为0.1I．导线、电键若干(1)如图甲所示为多用电表表盘，若用×100Ω挡测量电阻，则读数为______Ω；(2)上述器材中应选出适当元器件____________________(填器材前面的字母代号)；(3)请在图乙所示的虚线框内画出用伏安法测量该电阻的阻值时的实验电路图；(4)探究小组的同学合理地连接好电路，并按正确的顺序操作，闭合开关后发现移动滑动变阻器时，电压表示数有变化，电流表示数为零，故障可能是_________________________，为了检测故障具体原因，可以先使用多用电表________挡检查，在断电后用多用电表________挡检测．解析：(1)通过多用电表欧姆挡×100Ω挡读出电阻值应该是900Ω．(2)根据电源电动势的值确定电压表量程，电压表选V1；由于通过待测电阻的电流最大值为6.7mA，而A2量程太大，所以电流表选A1，又A1内阻约0.5Ω，远小于被测电阻阻值，故伏安法测电阻选安培表内接法；由于待测电阻阻值较大，滑动变阻器阻值过小，并且需要多组数据进行测量，所以选滑动变阻器R1，并采用分压式连接．所以器材要选ABDFGI．(3)根据电阻测量的要求以及阻值特点(大阻值电阻)，电路图如图所示．(4)闭合开关后发现移动滑动变阻器时，电压表示数有变化，电流表示数几乎为零且不变，说明滑动变阻器调节有效，待测电阻或者电流表或者连接线发生断路，从而出现电阻值无穷大.先用电压挡检测电阻或电流表上的电压情况，再在断电情况下用欧姆挡检测是否电路连接脱落或者是电阻损坏．答案：(1)900(2)ABDFGI(3)如下图所示(4)待测电阻或者电流表以及连接线发生断路电压欧姆伏安法测电阻的创新主要体现在测量电路的设计上，故在分析该法测电阻的实验时，要紧扣部分电路的欧姆定律．要注意被测得的物理量有时需要进行适当的转换，如图所示，此时通过Rx的电流可以直接测得，但Rx两端的电压需要通过适当的转换获得：Ux＝R0(I2－I1)．所以在分析伏安法测电阻时除了紧扣原理外，还要分析好给出的电路．方法三最为精确的测量方法——等效替代法精确的测量是物理实验永恒的追求．在电阻的测量方法中，有一种方法叫做等效替代法，它可以很精确地将一个未知电阻的阻值测量出来．等效替代法主要有以下两种思维．思维1电流等效替代该方法的实验步骤如下：图1①按图1电路图连好电路，并将电阻箱R0的阻值调至最大，滑动变阻器的滑片P置于a端．②闭合开关S1、S2，调节滑片P，使电流表指针指在适当的位置，记下此时电流表的示数为I．③断开开关S2，再闭合开关S3，保持滑动变阻器滑片P位置不变，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I．④此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻Rx的阻值等效，即Rx＝R0．思维2电压等效替代该方法的实验步骤如下：图2①按图2电路图连好电路，并将电阻箱R0的阻值调至最大，滑动变阻器的滑片P置于a端．②闭合开关S1、S2，调节滑片P，使电压表指针指在适当的位置，记下此时电压表的示数为U．③断开S2，再闭合S3，保持滑动变阻器滑片P位置不变，调节电阻箱使电压表的示数仍为U．④此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻Rx的阻值等效，即Rx＝R0．某同学现利用图甲所示的电路来测量一电阻Rx的阻值．图甲(1)完成下列实验步骤中的填空：①闭合开关S1，断开开关S2，调节电阻箱R和滑动变阻器R′，使电流表指针指向一个适当的位置．记下此时________和电阻箱的阻值R1.此时电阻箱的读数如图乙所示；②闭合开关S2，保持滑动变阻器的滑片位置不变，然后________．使________.记下此时电阻箱的读数R2，此时电阻箱的读数如图丙所示．(2)在步骤①中电阻箱的读数为R1＝________Ω；在步骤②中电阻箱的读数为R2＝________Ω．(3)电阻Rx的阻值为Rx＝________Ω．【解析】(2)由于R1加上Rx在电路中所起的作用与R2相同(电流表指针指示同一位置)，则有R1＋Rx＝R2，故有Rx＝R2－R1＝80Ω－60Ω＝20Ω．(3)由图乙和图丙可知R1＝60Ω，R2＝80Ω．【答案】(1)①电流表的示数I②调节电阻箱R的电阻电流表的读数仍然为I(2)6080(3)20等效替代的实质是当某一电阻替代电路中的一电阻后，若电路中的总电流或路端电压不发生变化，那么替换的电阻与被替换的电阻阻值是相等的．分析该法测电阻时一定要紧扣两点；(1)电路中是电流在变还是电压在变；(2)电路的变化是通过什么方式来实现的(如电路的串、并连接)．方法四电表内阻测定最常用的方法——半偏法电表有着自己神奇的一面，那就是当它接入电路中时，可以显示自己的读数，因此我们便可以利用它自身读数的变化(如半偏)巧妙地测量出它的内阻，半偏法常用于测量电表的内阻，对于半偏法测电表内阻有以下两种设置方案：方案一半偏电流法1．实验步骤(1)按图1连接实验电路；图1(2)断开K2，闭合K1，调节R1，使电流表读数等于其量程Im；(3)保持R1不变，闭合K2，调节R2，使电流表读数等于Im/2，然后读出R2的值，若满足R1≫RA，则可认为RA＝R2．2．误差分析当闭合K2时，总电阻减小，总电流增大，大于原电流表的满偏电流，而此时电流表半偏．所以流经R2的电流比电流表所在支路的电流大，R2的电阻比电流表的电阻小，而我们把R2的读数当成电流表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小．方案二半偏电压法1．实验步骤(1)按图2连接实验电路；图2(2)将R2的值调为零，闭合K，调节R1的滑动触头，使电压表读数等于其量程Um；(3)保持R1的滑动触头不动，调节R2，使电压表读数等于Um/2，然后读出R2的值，若R1≪RV，则可认为RV＝R2．2．误差分析当R2的值由零逐渐增大时，R2与电压表两端的电压也将逐渐增大，因此电压表读数等于Um/2时，R2两端的电压将大于Um/2，使R2＞RV，从而造成RV的测量值偏大．显然半偏电压法适于测量内阻较大的电压表的电阻．(2017·东北师大附中等三校联考)实验室中有一块量程较小的电流表G，其内阻约为1000Ω，满偏电流为100μA，将它改装成量程为1mA、10mA双量程电流表．现有器材如下：A．滑动变阻器R1，最大阻值50Ω；B．滑动变阻器R2，最大阻值50kΩ；C．电阻箱R′，最大阻值9999Ω；D．电池E1，电动势3.0V；E．电池E2，电动势4.5V；(所有电池内阻均不计)；F．单刀单掷开关S1和S2，单刀双掷开关S3，及导线若干．(1)采用如图甲所示电路测量电流表G的内阻，为提高测量精确度，选用的滑动变阻器为________，选用的电池为________(填器材前的字母序号)；采用此种方法电流表G内阻的测量值________真实值(填“＞”、“＝”或“＜”)．(2)如果在步骤(1)中测得电流表G的内阻为900Ω，将电流表G改装成双量程电流表，设计电路如图乙所示，则在此电路中，R1＝