第一篇　专题六　第17讲　电学实验-2025高考物理二轮复习

第17讲电学实验目标要求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。考点一以测电阻为核心的实验1.伏安法测电阻金属丝电阻率的测量伏安法测电阻R测=U测I测=Rx+RA>R测=U测I测=Rx金属丝电阻率的测量1.测电阻Rx=U2.测电阻率ρ，Rx=ρLS，而S=πD24，Rx=U2.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=I1R串联一定值电阻R0后，同样可测得的内阻R2=I1(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=U2U1R并联一定值电阻R0后，同样可得的内阻R2=U2U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：U1R1=U2R2，U1R3=U2Rx。由以上两式解得：R1·3.传感器的应用例1(2024·山东卷·14)某学习小组对两种型号铅笔芯的电阻率进行测量。实验器材如下：学生电源(输出电压0~16V)滑动变阻器(最大阻值10Ω，额定电流2A)；电压表V(量程3V，内阻未知)；电流表A(量程3A，内阻未知)；待测铅笔芯R(X型号、Y型号)；游标卡尺，螺旋测微器，开关S，单刀双掷开关K，导线若干。回答以下问题：(1)使用螺旋测微器测量铅笔芯直径，某次测量结果如图甲所示，该读数为mm；

(2)把待测铅笔芯接入图乙所示电路，闭合开关S后，将滑动变阻器滑片由最右端向左调节到合适位置，将单刀双掷开关K分别掷到1、2端，观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显，则测量铅笔芯电阻时应将K掷到(填“1”或“2”)端；

(3)正确连接电路，得到Y型号铅笔芯I-U图像如图丙所示，求得电阻RY=Ω(保留3位有效数字)；采用同样方法得到X型号铅笔芯的电阻为1.70Ω；

(4)使用游标卡尺测得X、Y型号铅笔芯的长度分别为40.68mm、60.78mm，使用螺旋测微器测得X、Y型号铅笔芯直径近似相等，则X型号铅笔芯的电阻率(填“大于”或“小于”)Y型号铅笔芯的电阻率。

答案(1)2.450(2)1(3)1.91(4)大于解析(1)根据螺旋测微器的读数规则可知，其读数为d=2mm+0.01×45.0mm=2.450mm(2)由于电压表示数变化更明显，说明电流表分压较多，因此电流表应采用外接法，即测量铅笔芯电阻时应将K掷到1端；(3)根据题图丙的I-U图像，结合欧姆定律有RY=2.50V1.31A≈1.91(4)根据电阻定律R=ρlS，可得ρ=因两种材料的横截面积近似相等，分别代入数据可知ρX>ρY。例2(2024·四川雅安市三模)某实验小组为了测量某电压表V的内阻，他们找到如下实验器材：学生直流电源E电阻箱R(最大阻值9999Ω)标准电压表V0滑动变阻器R1(最大阻值50Ω)滑动变阻器R2(最大阻值500Ω)开关、导线若干(1)他们设计了如图甲所示实验电路图，滑动变阻器应选择(填“R1”或“R2”)。

(2)正确连接电路后，调节滑动变阻器滑片至最端(填“左”或“右”)，电阻箱阻值调为(填“零”或“最大值”)；闭合开关，调节滑动变阻器使电压表满偏；保持滑动变阻器滑片位置不动，调节电阻箱阻值，使电压表半偏，此时电阻箱示数如图乙所示，则可认为电压表内阻为Ω。

(3)该实验存在系统误差，电压表实际内阻应此时电阻箱阻值(填“大于”“小于”或“等于”)；为了得到更准确的内阻值，他们设计了如图丙所示电路，正确连接电路后，调节电阻箱阻值为某一固定值R0，当待测电压表V的示数为U时，标准电压表V0示数为U0，调节滑动变阻器，测得多组U、U0的数值，以U0为纵坐标，U为横坐标，画出U0-U图像是斜率为k的直线，则待测电压表的内阻为(用k、R0表示)。

答案(1)R1(2)左零2010(3)小于R解析(1)分压式电路应选择小电阻的滑动变阻器，故应选择R1。(2)正确连接电路后，为了保护电路，闭合开关前应将滑动变阻器滑片调节至最左端，应将电阻箱阻值调为零；闭合开关，调节滑动变阻器使电压表满偏；保持滑动变阻器滑片位置不动，调节电阻箱阻值，使电压表半偏，根据串联电路分压特点可知，电阻箱的阻值等于被测电压表的内阻，所以被测电压表的内阻为2010Ω。(3)由于电阻箱的接入，并联部分的电阻增大，分压增大，所以当电压表读数变为半偏时，电阻箱实际分压大于电压表的读数，所以电压表实际内阻应小于电阻箱的阻值；根据题图丙所示电路，由闭合电路欧姆定律有U0-UR0=URV，知U0=R0+RV例3(九省联考·河南·23)学生小组用放电法测量电容器的电容，所用器材如下：电池(电动势3V，内阻不计)；待测电容器(额定电压5V，电容值未知)；微安表(量程200μA，内阻约为1kΩ)；滑动变阻器R(最大阻值为20Ω)；电阻箱R1、R2、R3、R4(最大阻值均为9999.9Ω)；定值电阻R0(阻值为5.0kΩ)；单刀单掷开关S1、S2，单刀双掷开关S3；计时器；导线若干。(1)小组先测量微安表内阻，按图(a)连接电路。(2)为保护微安表，实验开始前S1、S2断开，滑动变阻器R的滑片应置于(填“左”或“右”)端。将电阻箱R1、R2、R3的阻值均置于1000.0Ω，滑动变阻器R的滑片置于适当位置。保持R1、R3阻值不变，反复调节R2，使开关S2闭合前后微安表的示数不变，则P、Q两点的电势(填“相等”或“不相等”)。记录此时R2的示数为1230.0Ω，则微安表的内阻为Ω。

(3)按照图(b)所示连接电路，电阻箱R4阻值调至615.0Ω，将开关S3掷于位置1，待电容器充电完成后，再将开关S3掷于位置2，记录微安表电流I随时间t的变化情况，得到如图(c)所示的图像。当微安表的示数为100μA时，通过电阻R0的电流是μA。

(4)图(c)中每个最小方格面积所对应的电荷量为C(保留两位有效数字)。某同学数得曲线下包含150个这样的小方格，则电容器的电容为F(保留两位有效数字)。

答案(2)左相等1230.0(3)300(4)3.2×10-64.8×10-4解析(2)为保护微安表，实验开始前S1、S2断开，滑动变阻器R的滑片应置于左端。由题知，使开关S2闭合前后微安表的示数不变，则说明P、Q两点的电势相等。根据电桥平衡可知，此微安表的内阻为1230.0Ω。(3)由于微安表与R4并联，则当微安表的示数为100μA时，R4所在支路的电流为I4=IRgR4=100×则通过电阻R0的电流I总=I4+I=300μA(4)题图(c)中每个最小方格面积所对应的电荷量为q=8μA×0.4s=3.2×10-6C150个这样的小方格的总电荷量为Q=nq=150×3.2×10-6C=4.8×10-4C且微安表改装后流过R0的电流是流过微安表的3倍，则根据电容的定义式可知电容器的电容为C=3QU=480×10-6×33F=4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=ERx+R内(其中R内=Rg+R+r，I2.中值电阻R中=Rg+R+r3.红、黑表笔短接，欧姆调零，Ig=E4.电流方向：“红进黑出”测量电源的电动势和内阻伏安法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=RV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)伏阻法1.原理：E=U+UR2.关系式：1U=rE·13.误差分析：E测<E真，r测<r真(r测=RV·rR安阻法1.原理：E=IR+Ir2.关系式：1I=1E·R+rE或R=E·3.误差分析：E测=E真，r测>r真(r测=r+RA)例4(2024·贵州安顺市二模)多用电表是一种多功能仪表，可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻等物理量。(1)指针式多用电表使用前应该调整(填“欧姆调零旋钮”“指针定位螺丝”或“选择开关”)，使指针指到零刻度。

(2)现用该多用电表测某定值电阻的阻值，把选择开关旋转到“×1k”位置，指针指到“m”处，由于误差较大，应选择合适倍率重新测量，选择合适倍率后，(填“要”或“不要”)重新进行欧姆调零。正确操作后，指针指到“n”处，则该电阻的阻值为Ω。

(3)图乙是某同学设计的多用电表测电阻的欧姆调零原理图，电池的正极应接(填“红”或“黑”)表笔。图中G为表头，量程为100μA，内阻Rg=4kΩ，滑动变阻器的最大阻值RT=1kΩ，两表笔短接，通过调节a、b间的触点，使G满偏。已知R2=2kΩ，电池电动势为1.50V(电池内阻可忽略)，触点在a端时G满偏，则R1=Ω。

答案(1)指针定位螺丝(2)要1200(3)黑1250解析(1)指针式多用电表使用前应该调整指针定位螺丝，使指针指到零刻度。(2)用指针式多用电表测电阻每次选择合适倍率后，都要重新进行欧姆调零。选择开关旋转到“×1k”位置，指针指到“m”处，说明电阻较小，应先将开关旋转到“×100”位置，指针指到“n”处，则该电阻的阻值为12×100Ω=1200Ω(3)电阻表的红表笔与其内置电源的负极相连接，黑表笔与电阻表内置电源的正极相连接，则电池的正极应接多用电表的黑表笔。触点在a端时G满偏，则RT与G串联，串联部分两端的电压为U1=Ig(RT+Rg)=0.50V，根据串并联电路的特点可知R2两端的电压为U2=E-U1=1.00V，所以通过R2的电流为I=U2R2=500μA，则通过R1的电流为I1=I-Ig=400μA，根据闭合电路欧姆定律得R1=U1I1例5(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。(1)根据图(a)，完成图(b)中的实物图连线。(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)。

(3)该小组根据记录数据进一步探究，作出1I-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)。(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”)。

答案(1)见解析图(2)1.580.64(3)2.5(4)偏小解析(1)实物连线如图：(2)由电路结合闭合电路的欧姆定律可得U=E-Ir由题图(c)可知E=1.58V内阻r=1.58-1.370.33Ω≈0.64(3)根据E=I(R+RA+r)可得1I=1E·R由题图(d)可知RA+rE=2A-1，解得RA≈2(4)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。变式(2024·安徽六安市一模)某物理课外活动小组学习了“测量电源的电动势和内阻”实验后，设计了如图甲所示的实验电路。(1)若闭合开关S1，将单刀双掷开关S2掷向a，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电压表的读数U，处理数据得到如图乙所示图像，写出1U与1R间的关系式(2)若断开S1，将单刀双掷开关S2掷向b，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电流表的读数I，处理数据得到如图丙所示图像，写出1I与R间的关系式。(3)同学们对实验结果进行了误差分析，发现将两个图像综合利用，就可以避免由于电压表分流和电流表分压带来的系统误差。已知图像乙和丙的纵轴截距分别为b1、b2，斜率分别为k1、k2，则利用丙图可求得电源的电动势E=，再结合乙图可求内阻r。

答案(1)1U=rE·1R+1E(2)1I=1E解析(1)若闭合开关S1，将单刀双掷开关S2掷向a，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电压表的读数U，根据闭合电路欧姆定律可知E=U+Ir=U+URr，则1U=rE·(2)根据闭合电路欧姆定律E=I(R+r)，得到1I与R的关系式1I=1E(3)由题图所示电路图可知，利用伏阻法时，由于电压表的分流作用，通过电源的电流大于UR，这是造成系统误差的原因。若考虑通过电压表的电流，则表达式为E=U+Ir=U+(UR+URV)r，则1U=RV+rERV+rE·1R，则rE=k1，利用安阻法时，考虑电流表内阻，可得1I=1ER+RA+rE，则1E=专题强化练［分值：50分］1.(10分)(2024·广西卷·12)某同学为探究电容器充、放电过程，设计了图甲实验电路。器材如下：电容器，电源E(电动势6V，内阻不计)，电阻R1=400.0Ω，电阻R2=200.0Ω，电流传感器，开关S1、S2，导线若干。实验步骤如下：(1)(2分)断开S1、S2，将电流传感器正极与a节点相连，其数据采样频率为5000Hz，则采样周期为s；

(2)(2分)闭合S1，电容器开始充电，直至充电结束，得到充电过程的I-t曲线如图乙，由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为mA(结果保留3位有效数字)；

(3)(2分)保持S1闭合，再闭合S2，电容器开始放电，直至放电结束，则放电结束后电容器两极板间电压为V；

(4)(4分)实验得到放电过程的I-t曲线如图丙，I-t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0188C，则电容器的电容C为μF。图丙中I-t曲线与横坐标、直线t=1s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0038C，则t=1s时电容器两极板间电压为V(结果保留2位有效数字)。

答案(1)2×10-4(2)15.0(3)2(4)4.7×1035.2解析(1)采样周期为T=1f=2×10-4(2)由题图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为15.0mA；(3)放电结束后电容器两极板间电压等于R2两端电压，根据闭合电路欧姆定律得电容器两极板间电压为UC=ER1+R2(4)充电结束后电容器两端电压为UC'=E=6V，故可得ΔQ=(UC'-UC)C=0.0188C解得C=4.7×103μF设t=1s时电容器两极板间电压为UC″，得(UC'-UC″)C=0.0038C代入数值解得UC″≈5.2V。2.(6分)(2024·浙江1月选考·16Ⅲ)在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表：温度/x℃4.19.014.320.028.038.245.560.4电阻/(×102Ω)2201601006045302515某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E=3V(内阻不计)的电源、定值电阻R(阻值有3kΩ、5kΩ、12kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20℃，现要求将室内温度控制在20~28℃范围，且1、2两端电压大于2V，控制开关开启加热系统加热，则应选择的电路是，定值电阻R的阻值应选kΩ，1、2两端的电压小于V时，自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。

答案C31.8解析电路A，定值电阻和热敏电阻并联，电压不变，故不能实现电路的控制，故A错误；电路B，定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，定值电阻分到的电压越小，无法实现1、2两端电压大于2V，控制开关开启加热系统加热，故B错误；电路C，定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，热敏电阻分到的电压越大，可以实现1、2两端电压大于2V，控制开关开启加热系统加热，故C正确；由热敏电阻Rt在不同温度时的阻值表可知，20℃的阻值为60×100Ω=6kΩ，由题意可知U12=RtRt+RE=6kΩ6kΩ+R×3V=2V，解得R=3kΩ；28℃时关闭加热系统，此时热敏电阻阻值为4.5kΩ，此时1、2两端的电压U12'=34.5×103+3×103×4.5×103V=1.8V，13.(8分)(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：(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)(4分)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)

(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：U1(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)(2分)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。

(6)(2分)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)

答案(2)U2-U1R0U1R解析(2)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I=UR0金属丝的电阻r=U联立可得r=U(5)螺旋测微器的读数为d=0+15.0×0.01mm=0.150mm(6)根据r=ρL又S=π·(代入数据联立解得ρ≈5.0×10-7Ω·m4.(8分)(2024·新课标卷·23)学生实验小组要测量量程为3V的电压表V的内阻RV。可选用的器材有：多用电表，电源E(电动势5V)，电压表V1(量程5V，内阻约3kΩ)，定值电阻R0(阻值为800Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5kΩ)，开关S，导线若干。完成下列填空：(1)(4分)利用多用电表粗测待测电压表的内阻。首先应(把下列实验步骤前的字母按正确操作顺序排列)；

A.将红、黑表笔短接B.调节欧姆调零旋钮，使指针指向零欧姆C.将多用电表选择开关置于欧姆挡“×10”位置再将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的(填“正极、负极”或“负极、正极”)相连，欧姆表的指针位置如图(a)中虚线Ⅰ所示。为了减少测量误差，应将选择开关旋转到欧姆挡(填“×1”“×100”或“×1k”)位置，重新调节后，测量得到指针位置如图(a)中实线Ⅱ所示，则实验小组测得到的该电压表内阻为kΩ(结果保留1位小数)；

(2)(2分)为了提高测量精度，他们设计了如图(b)所示的电路，其中滑动变阻器应选(填“R1”或“R2”)，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应置于(填“a”或“b”)端；

(3)(1分)闭合开关S，滑动变阻器滑片滑到某一位置时，电压表V1、待测电压表的示数分别为U1、U，则待测电压表内阻RV=(用U1、U和R0表示)；

(4)(1分)测量得到U1=4.20V，U=2.78V，则待测电压表内阻RV=kΩ(结果保留3位有效数字)。

答案(1)CAB负极、正极×1001.6(2)R1a(3)UR0U1解析(1)利用多用电表粗测待测电压表的内阻。首先应选择欧姆挡，将多用电表选择开关置于欧姆挡“×10”位置；接着将红、黑表笔短接；进行欧姆调零，使指针指向零欧姆。故操作顺序为CAB。多用电表使用时电流应“红进黑出”，电压表电流应“+”接线柱进“-”接线柱出，故将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的负极、正极相连。读数时欧姆表的指针位置如题图(a)中虚线Ⅰ所示，偏转角度较小即倍率选择过小，为了减少测量误差，应将选择开关旋转到欧姆挡倍率较大处，而根据表中数据可知选择“×1k”倍率又过大，故应选择欧姆挡“×100”位置；测量得到指针位置如题图(a)中实线Ⅱ所示，则实验小组测得到的该电压表内阻为R=16.0×100Ω=1.6kΩ(2)题图(b)所示的电路，滑动变阻器采用的是分压式接法，为了方便调节，应选最大阻值较小的滑动变阻器即R1；为保护电路，且测量电路部分电压从零开始调节，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应置于a端。(3)通过待测电压表的电流大小与定值电阻电流相同，为I=U根据欧姆定律得待测电压表的内阻为RV=UI=(4)测量得到U1=4.20V，U=2.78V，代入待测电压表的内阻表达式RV=UR则待测电压表内阻RV=2.78×8004.20-2.78Ω≈1566Ω≈1.57kΩ5.(8分)(2024·黑吉辽·11)某探究小组要测量电池的电动势和内阻。可利用的器材有：电压表、电阻丝、定值电阻(阻值为R0)、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图所示的实验电路原理图。(1)(2分)实验步骤如下：①将电阻丝拉直固定，按照图(a)连接电路，金属夹置于电阻丝的(填“A”或“B”)端；

②闭合开关S，快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数U，断开开关S，记录金属夹与B端的距离L；③多次重复步骤②，根据记录的若干组U、L的值，作出图(c)中图线Ⅰ；④按照图(b)将定值电阻接入电路，多次重复步骤②，再根据记录的若干组U、L的值，作出图(c)中图线Ⅱ。(2)(3分)由图线得出纵轴截距为b，则待测电池的电动势E=。

(3)(3分)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为k1、k2，若k2k1=n，则待测电池的内阻r=(用n和R0表示答案(1)A(2)1b(3)解析(1)为了保护电路，闭合开关前，金属夹置于电阻丝的最大阻值处，由题图可知，应该置于A端。(