新高考物理二轮复习重难点专练重难点14 电学实验（解析版）

重难点14电学实验1.命题情境具有一定的问题性、真实性、探究性或开放性。试题的任务情境呈现出类型多样、、具有一定复杂程度和开放性等特点的真实情境。电学实验以电学量测量为基础，借助数学知识探究较为抽象的物理量。2.高考在考查电学实验知识的同时也注重考查实验能力,并且把对能力的考查放在首要位置。3.命题中更多出现数字实验，创新实验方式等数字实验室系统，它们利用传感数据采集器等收集实验数据，用计算机软件分析实验数据、得出实验结论。试题经常出现利用数字实验或云技术平挥决一些用常规方法难以实现的疑难实验，或利用手机等信息技术工具捷地解决某些物理学习问题。4.电学设计性实验题充分体现了探究性和应用性,源于教材却又高于教材,侧重考查同学们的综合实验素质和利用基本原理,方法进行创新的能力,力求达到“只有亲自动手做过实验并能进行再思考的考生才能得高分”的命题思想。5.电学实验主要考查电阻率的测量、电源电动势和内阻的测量、了解伏安法、差值法、半偏法、等效法、电桥法等测电阻的方法。会用传感器控制电路、设计相关实验方案.学会替换和改装电表进行实验.会利用电学实验知识探究创新实验方案。（建议用时：30分钟）一、实验题1．（2023·山东枣庄·统考三模）光伏电池是将太阳能转化为电能的装置，由于其能量来源于“取之不尽”的太阳能辐射，而且清洁、安全、无污染，目前已广泛应用于人们生活的各个方面。小明家里就安装了一套太阳能庭院灯，小明和科技小组的同学拆下了其中的光伏电池，欲测量其电动势和内阻。通过查阅铭牌，他们了解到电池规格为“SKIPIF1<0”，高亮度LED照明灯的规格为“3W10V”。（1）若通过分压电阻保证LED灯正常发光，则给光伏电池充满电后，理论上可使LED灯连续照明h；（2）实验室可提供的器材如下：①电流表A（量程0.6A，内阻约为SKIPIF1<0）②电压表V（量程15V，内阻约为SKIPIF1<0）③滑动变阻器SKIPIF1<0（SKIPIF1<0）④电阻箱SKIPIF1<0（最大阻值SKIPIF1<0，最小分度SKIPIF1<0）⑤电阻箱SKIPIF1<0（最大阻值SKIPIF1<0，最小分度SKIPIF1<0）⑥单刀单掷开关SKIPIF1<0、单刀双掷开关SKIPIF1<0及导线若干为测量该电池的电动势和内阻，该小组设计了如图甲所示的电路，并按以下步骤进行操作：①闭合开关SKIPIF1<0，断开开关SKIPIF1<0，调节滑动变阻器SKIPIF1<0使电流表指针满偏；②保持滑片P不动，把开关SKIPIF1<0与1接通，调节电阻箱使电流表指针半偏，读出电阻箱的阻值SKIPIF1<0，则可得电流表的内阻SKIPIF1<0，该测量值真实值（选填“大于”“小于”或“等于”），其中电阻箱应选择（选填“SKIPIF1<0”或“SKIPIF1<0”）；③闭合开关SKIPIF1<0，把开关SKIPIF1<0与2接通，调节滑动变阻器阻值，记下多组电流表的示数I和相应电压表的示数U；④以U为纵坐标，I为横坐标，作出SKIPIF1<0图线如图乙所示，图线斜率为k，纵截距为b，根据图线求得电动势SKIPIF1<0，内阻SKIPIF1<0；（3）在不计电流表内阻测量误差的情况下，测量电动势和内阻时电流表和电压表（选填“会”或“不会”）引起系统误差。【答案】20SKIPIF1<0小于SKIPIF1<0bSKIPIF1<0不会【解析】（1）[1]由题意可知LED灯的额定电压为10V，故通过分压电阻保证LED灯正常发光后，LED灯两端电压为10V，则理论上可使LED灯连续照明时间为SKIPIF1<0（2）[2]调节电阻箱使电流表指针半偏，读出电阻箱的阻值SKIPIF1<0，则电流表的内阻约等于电阻箱的阻值SKIPIF1<0，即SKIPIF1<0[3]开关S2与1接通，电路中的总电阻减小，根据闭合回路欧姆定律可知，电路中的总电流增大，通过R1的电流大于满偏电流，通过电阻箱的电流大于电流表的电流，电阻箱的电阻小于电流表的电阻，则测得的电流表内阻小于真实值；[4]由于电流表内阻较小，应选择分度值较小的R2；[5][6]根据闭合回路欧姆定律SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0纵截距为b，则SKIPIF1<0图线斜率为k，则SKIPIF1<0故SKIPIF1<0（3）[7]在不计电流表内阻测量误差的情况下，由上述分析可知测量电动势和内阻时电流表和电压表不会引起系统误差。2．（2024·海南·校联考一模）有一温度敏感元件，室温下它的阻值约为SKIPIF1<0，某实验小组想要研究这温度敏感元件的电阻与温度的关系，实验室可供选择的实验器材还有：A．电压表V（量程SKIPIF1<0，内阻约为SKIPIF1<0）B．电流表A（量程SKIPIF1<0，内阻约为SKIPIF1<0）C．滑动变阻器SKIPIF1<0（阻值范围SKIPIF1<0，允许的最大电流为SKIPIF1<0）D．滑动变阻器SKIPIF1<0（阻值范围SKIPIF1<0，允许的最大电流为SKIPIF1<0）E.干电池2节F.开关、导线若干（1）实验过程中要求流过被测元件的电流从零开始逐渐增加，滑动变阻器应该选用（填器材前面的字母序号）。（2）请用笔画线代替导线将图中实验电路的实物图补充完整。（3）被测元件的阻值R可根据电压表的读数U和电流表的读数I求出，通过调节滑动变阻器接入电路的阻值，得到多组U、I数据，并对应求出多个R值。根据测得的数值作出如图所示的SKIPIF1<0图像，根据图像可知，这一温度敏感元件属于（填选项前的字母序号）。A．金属材料制成的热敏电阻

B．半导体材料制成的热敏电阻（4）当电压表读数为SKIPIF1<0时，被测元件的发热功率为W（用分数表示），室温状态下被测元件的阻值为SKIPIF1<0（保留2位有效数字）。【答案】CBSKIPIF1<08.1/8.2/8.3/8.4【解析】（1）[1]实验过程中要求流过被测元件的电流从零开始逐渐增加，滑动变阻器接成分压电路，则应该选用阻值较小的C。（2）[2]电压表的内阻远大于待测电阻，则应该采用电流表外接电路，则实物连线如图；（3）[3]由图像可知，该元件的电阻随电压增加（温度升高）阻值减小，可知这一温度敏感元件属于半导体材料制成的热敏电阻，故选B；（4）[4][5]当电压表读数为1V时，被测元件的电阻为6Ω，则发热功率为SKIPIF1<0由图像可知室温状态下（U=0时）被测元件的阻值为8.2SKIPIF1<0。3．（2023·浙江宁波·统考模拟预测）某同学买了一卷铜导线，想在不拆散导线卷情况下，测定带卷铜导线的长度。（1）该同学剥去导线末端的少许绝缘皮，用螺旋测微器测铜导线直径，如图（a）所示，该铜导线直径为mm。

（2）该同学找来实验器材来测量该卷铜导线的总电阻Rₓ，电路图如图（b），其中R1=0.6Ω，R2=100Ω，G为灵敏电流计，R3为电阻箱，电路其余部分电阻均不计。①开关闭合前，滑动变阻器滑片应置于端（填“A”或“B”）；②闭合开关并移动变阻器滑片，发现电流计有示数。调节电阻箱，使电流计指针稳定指向中央零刻度线，此时电阻箱阻值如图（c），则该卷铜导线的电阻为Ω；③已知铜导线的电阻率为SKIPIF1<0，该同学测得导线的实际长度为m（π取3.14，保留一位小数）。【答案】1.779/1.780/1.781A0.4055.7/55.8/55.9/56.0/56.1【解析】（1）[1]该铜导线直径为1.5mm+0.01mmSKIPIF1<028.0=1.780mm。（2）①开[2]关闭合前，滑动变阻器滑片应置于A端；②[3]当电流计指针稳定指向中央零刻度线时，电阻箱的阻值为R3=150Ω，则SKIPIF1<0解得Rx=0.40Ω（3）[4]根据SKIPIF1<0解得SKIPIF1<04．（2023·安徽·校联考二模）某实验小组要测量一段粗细均匀的金属丝的电阻率。（1）用螺旋测微器测待测金属丝的直径如图甲所示，可知该金属丝的直径SKIPIF1<0mm。（2）用多用电表粗测金属丝的阻值。当用电阻“SKIPIF1<0”挡时，发现指针偏转角度过大，应换用倍率为（填“SKIPIF1<0”或“SKIPIF1<0”）挡，在进行一系列正确操作后，指针静止时位置如图乙所示，其读数为SKIPIF1<0。（3）为了更精确地测量金属丝的电阻率，实验室提供了下列器材：A．电流表A（量程0.6A，内阻较小可忽略）B．保护电阻SKIPIF1<0C．电源（输出电压恒为U）D．开关S、导线若干①实验小组设计的测量电路如图丙所示，调节接线夹在金属丝上的位置，测出接入电路中金属丝的长度L，闭合开关，记录电流表A的读数I。②改变接线夹位置，重复①的步骤，测出多组L与I的值。根据测得的数据，作出如图丁所示的图线，横轴表示金属丝长度L（单位：m），则纵轴应用（填“I/A”或“SKIPIF1<0”）表示；若纵轴截距为b，斜率为k，可得SKIPIF1<0，金属丝的电阻率SKIPIF1<0（用题中给出的已知物理量U、b、k、d等表示）。③关于本实验的误差，下列说法正确的是（填选项字母）。A．电表读数时为减小误差应多估读几位B．用图像求金属丝电阻率可以减小偶然误差C．若考虑电流表内阻的影响，电阻率的测量值大于真实值【答案】0.720SKIPIF1<011.0SKIPIF1<0bUSKIPIF1<0B【解析】（1）[1]根据螺旋测微器的读数规律，该读数为SKIPIF1<0（2）[2][3]当用电阻“SKIPIF1<0”挡时，发现指针偏转角度过大，表明电阻过小，为了减小读数的偶然误差，换用“SKIPIF1<0”挡，则指针静止时位置的读数为SKIPIF1<0（3）[4][5][6]根据欧姆定律有SKIPIF1<0根据电阻定律有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0则纵轴应用SKIPIF1<0来表示。根据图像有SKIPIF1<0，SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0，SKIPIF1<0③[7]A．电表读数时应该根据量程确定精度，由出现不精确的位次选择估读的位次，因此电表读数时多估读几位并不能减小误差，A错误；B．图像法处理实验数据时，能够尽量利用到更多的数据，减小实验产生的偶然误差，即用图像求金属丝电阻率可以减小偶然误差，B正确；C．根据上述分析过程SKIPIF1<0电阻率是根据图线的斜率求解的，令斜率为k，即SKIPIF1<0可见电阻率的测量值与是否考虑电流表的内阻无关，C错误。故选B。5．（2023·天津滨海新·天津经济技术开发区第一中学校联考二模）实验课上某同学测量一个均匀新材料制成的圆柱体电阻SKIPIF1<0的电阻率SKIPIF1<0。①该同学首先用游标卡尺测得该圆柱体的长度，再用螺旋测微器测得该圆柱体的直径d如图甲所示，则SKIPIF1<0SKIPIF1<0；②该同学用多用电表粗略测得该圆柱体电阻约为SKIPIF1<0，为精确测量其电阻阻值，现有SKIPIF1<0的干电池组、开关和若干导线及下列器材：A．电压表SKIPIF1<0，内阻约SKIPIF1<0B．电流表SKIPIF1<0，内阻SKIPIF1<0C．定值电阻SKIPIF1<0D．定值电阻SKIPIF1<0E．滑动变阻器SKIPIF1<0测量电路如图乙所示，图中分流电阻SKIPIF1<0应选（填器材前面的序号）；某次实验中电压表读数为U、电流表读数为I，则该圆柱体的电阻表达式为SKIPIF1<0（用字母SKIPIF1<0表示）。【答案】3.851/3.852/3.853DSKIPIF1<0【解析】①[1]由图示螺旋测微器可知，其示数SKIPIF1<0②[2]通过圆柱体电阻的最大电流约为SKIPIF1<0应并联一个分流电阻，其阻值为SKIPIF1<0图中分流电阻SKIPIF1<0应选D。[3]该圆柱体的电阻表达式为SKIPIF1<06．（2024·山东德州·校联考模拟预测）心脏除颤器通过一个充电的电容器对心颤患者皮肤上的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，使心脏完全停止跳动，再刺激心颤患者的心脏恢复正常跳动。现用图甲所示电路观察心脏除颤器中电容器的充、放电过程。电路中的电流传感器可以捕捉瞬时的电流变化，它与计算机相连，可显示电流随时间的变化。图甲直流电源电动势SKIPIF1<0、内阻不计，充电前电容器带电量为零。先使S与“1”端相连，电源向电容器充电。充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的SKIPIF1<0曲线如图乙所示。（1）在电容器充电与放电过程中，通过电阻SKIPIF1<0的电流方向（选填“相同”或“相反”）。（2）图像阴影为SKIPIF1<0曲线图像与对应时间轴所围成的面积，乙图中阴影部分的面积SKIPIF1<0SKIPIF1<0（选填“>”、“<”或“=”）。（3）已知SKIPIF1<0，则该电容器的电容值为F。（保留两位有效数字）（4）由甲、乙两图可判断阻值SKIPIF1<0SKIPIF1<0（选填“>”或“<”）。【答案】相反=SKIPIF1<0<【解析】（1）[1]由图甲可知，电容器充电时，通过电阻SKIPIF1<0的电流方向向左，放电时通过SKIPIF1<0的电流方向向右，故在电容器充电与放电过程中，通过电阻SKIPIF1<0的电流方向相反。（2）[2]SKIPIF1<0曲线图像与对应时间轴所围成的面积表示电荷量，充电和放电电荷量相等，所以乙图中阴影部分的面积SKIPIF1<0。（3）[3]由于电源内阻不计，可知电容器两端电压等于电源电动势，则该电容器的电容值为SKIPIF1<0（4）[4]由图乙可知，充电时的最大电流大于放电时的最大电流，则由闭合电路的欧姆定律SKIPIF1<0可知SKIPIF1<07．（2023·北京房山·统考二模）实验测量、实验操作、数据分析和误差分析是物理实验的重要环节。（1）用10分度的游标卡尺测量某物体直径如图所示，则直径d=cm。（2）在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，如图所示为所用实验器材，可拆变压器，学生电源，数字万用表。关于本实验，下列说法正确的是。A．为了保证人身安全，只能使用低压交流电源，原线圈所接电压不超过12VB．为了保证人身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱C．变压器正常工作后，通过铁芯导电将电能从原线圈传递到副线圈D．使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量（3）现将数字多用电表的选择开关旋至最合适的挡位后，分别测量原线圈匝数为n1时的输入电压U1和副线圈匝数为n2时的输出电压U2，数据如下表。原线圈匝数n1（匝）副线圈匝数n2（匝）输入电压U1（V）输出电压U2（V）1002004.328.271008004.3233.904008004.338.2640016004.3316.52①在误差允许范围内，表中数据基本符合规律。②进一步分析数据，发现输出电压比理论值偏小，请分析原因。【答案】0.52ABD/ADB/BAD/BDA/DBA/DAB在误差允许的范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比有漏磁、铁芯发热、导线发热等【解析】（1）[1]根据游标卡尺的读数规则有0.5cm＋2×0.1mm=0.52cm（2）[2]A．变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用交流电压不超过12V，A正确；B．为了保证人身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱，B正确；C．变压器开始正常工作后，通过电磁感应将电能从原线圈传递到副线圈，C错误；D．使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，D正确。故选ABD。（3）①根据表中数据，在误差允许的范围内基本符合，变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比，即有SKIPIF1<0②电压之比与匝数之比并不相等，主要原因是变压器不是理想变压器，有漏磁、铁芯发热、导线发热等能量损耗，使副线圈两端电压偏低。8．（2023·浙江·校联考一模）某科技小组对充电宝不同电量时的电动势和内阻进行了研究。A小组的同学对电量百分比为SKIPIF1<0的充电宝进行了如下实验：两只数字多用表分别作为电压表和电流表；滑动变阻器SKIPIF1<0用于改变电路中的电流；SKIPIF1<0作为保护电阻，以防止滑动变阻器调节过度导致短路；电路中的电源为充电宝，通过充电宝的连接线接入电路。剥开充电宝连接线的外绝缘层，里面有四根导线，红导线为充电宝的正极，黑导线为负极，其余两根导线空置不用。实物电路如图甲所示。

（1）图甲中作为电流表的多用电表是（填“A”或“B”）。（2）通过实验作出SKIPIF1<0图像如图乙所示，则可得到充电宝的电动势SKIPIF1<0，内阻SKIPIF1<0（计算结果保留两位小数）。（3）若考虑电表内阻，则充电宝内阻测量的结果（选填“偏大”“准确”“偏小”）。B小组的同学利用如下器材对电量百分比为SKIPIF1<0的同一充电宝进行了实验：除蓄电池、开关、导线外，可供使用的实验器材还有A．电阻箱SKIPIF1<0（量程为SKIPIF1<0）B．电压表SKIPIF1<0（量程SKIPIF1<0，内阻SKIPIF1<0）C．定值电阻SKIPIF1<0D．定值电阻SKIPIF1<0小组同学将电压表进行了改装为量程为SKIPIF1<0后用如图丙所示电路图进行测量。

（4）在1、2处分别放上定值电阻，则1处应选择的定值电阻为（填“SKIPIF1<0”或者“SKIPIF1<0”）。（5）电压表的读数为SKIPIF1<0，电阻箱的读数为SKIPIF1<0，将测得的数据绘制成SKIPIF1<0图像，如图丁所示，可得出的结论为当充电宝的电量百分比发生变化时，其电动势将，内阻（以上两空均选填“变大”“变小”或“基本不变”）。【答案】B5.06V/5.07V/5.08VSKIPIF1<0/SKIPIF1<0/SKIPIF1<0/SKIPIF1<0/SKIPIF1<0偏小SKIPIF1<0基本不变基本不变【解析】（1）[1]电流表应与滑动变阻器串联，故图甲中作为电流表的多用电表是B。（2）[2][3]根据闭合回路欧姆定律可得SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0根据图像在纵轴上的截距可得充电宝的电动势SKIPIF1<0充电宝的内阻等于图像倾斜直线的斜率的绝对值SKIPIF1<0（3）[4]由于电压表的分流作用，电流测量值小于真实值，当外电路短路时电流测量值等于真实值，电源U-I图像如图所示所以内阻的测量值偏小。（4）[5]小组同学将电压表进行了改装为量程为SKIPIF1<0，则需要串联的电阻为SKIPIF1<0则1处应选择的定值电阻为SKIPIF1<0。（5）[6][7]电路的欧姆定律可得SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0由图像可知SKIPIF1<0SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0，SKIPIF1<0所以当充电宝的电量百分比发生变化时，其电动势将基本不变，内阻基本不变。电阻率的测量原理由R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝eq\f(RS,l)＝eq\f(πd2R,4l)，因此，只要测出金属丝的长度l、直径d和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ.二、测电动势和内电阻的原理1.伏安法2.安阻法闭合电路的欧姆定律E＝IR＋Ir，电路图如图所示．3.伏阻法闭合电路欧姆定律E＝U＋eq\f(U,R)r，电路图如图所示．电表的改装与校准电表的两种改装的比较改装成大量程电压表改装成大量程电流表内部电路改装原理串联分压并联分流所需电阻阻值R＝eq\f(U,Ig)－RgR＝eq\f(Ug,I－Ig)改装后的量程U＝Ig(Rg＋R)I＝eq\f(R＋Rg,R)Ig校准电路测量电路与控制电路的选择1．电流表的内、外接法内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测＝Ux＋UA电压表分流I测＝Ix＋IV电阻测量值R测＝eq\f(U测,I测)＝Rx＋RA>Rx测量值大于真实值R测＝eq\f(U测,I测)＝eq\f(RxRV,Rx＋RV)<Rx测量值小于真实值适用于测量大阻值电阻小阻值电阻两种电路选择标准当RA≪Rx或Rx>eq\r(RARV)时，选用电流表内接法当RV≫Rx或Rx<eq\r(RARV)时，选用电流表外接法2.滑动变阻器两种连接方式的对比限流接法分压接法对比说明电路图串、并联关系不同负载R上电压调节范围(不计电源内阻)eq\f(RE,R＋R0)≤U≤E0≤U≤E分压电路调节范围大闭合S前触头位置b端a端都是为了保护电路元件3.滑动变阻器两种接法的选择滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且不要求电压从零开始变化，通常情况下，由于限流式结构简单、耗能少，优先使用限流式．滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况：①要求电压表能从零开始读数，要求电压(电流)测量范围尽可能大；②当待测电阻Rx≫R(滑动变阻器的最大阻值)时(限流式接法滑动变阻器几乎不起作用)；③若采用限流式接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许的最大电流．五、差值法测电阻1．电流表差值法(如图所示)(1)基本原理：定值电阻R0的电流I0＝I2－I1，电流表的电压U1＝(I2－I1)R0.(2)可测物理量：①若R0为已知量，可求得电流表的内阻r1＝eq\f(I2－I1R0,I1)；②若r1为已知量，可求得R0＝eq\f(I1r1,I2－I1).2．电压表差值法(如图所示)(1)基本原理：定值电阻R0的电压U0＝U2－U1，电压表的电流I1＝eq\f(U2－U1,R0).(2)可测物理量：①若R0为已知量，可求得电压表的内阻r1＝eq\f(U1,U2－U1)R0；②若r1为已知量，可求得R0＝eq\f(U2－U1,U1)r1.半偏法测电表内阻1．电流表半偏法(电路图如图所示)(1)实验步骤①先断开S2，再闭合S1，将R1由最大阻值逐渐调小，使电流表读数等于其