【模型与方法】2025届高考物理二轮复习热点题型归类实验2 电学实验（原卷版）

实验2电学实验考点内容考情分析考向一以“测电阻”为核心实验电学实验探究题是高考的必考内容，高考对于这部分知识点的命题形式是：根据实验原理，设计实验，正确处理实验数据，得出实验结论。将考查的知识点延伸到演示实验中，扩展到设计性、应用性等实验。考向二以“测电动势”为核心实验考向三其他电学实验考向四电学创新实验1.思想方法(1)无论哪个电学实验，不管怎么创新都离不开电路，离不开实验仪器的选取，电流表内、外接法的判断，滑动变阻器的分压电路与限流电路的分析．(2)在解决设计型实验时，要注意条件的充分利用，如对于给定确切阻值的电压表和电流表，电压表可当成电流表使用，电流表也可当成电压表使用，利用这一特点，可以拓展伏安法测电阻的方法，如伏伏法、安安法等．(3)对一些特殊电阻的测量，如电流表或电压表内阻的测量，电路设计有其特殊性，即首先要注意到其自身量程对电路的影响，其次要充分利用其“自报电流”或“自报电压”的功能．因此，在测电压表内阻时，无须另并联电压表；测电流表内阻时，无须再串联电流表．2.模型建构一、测电阻为核心实验1．电流表内接法与外接法的比较电流表内接法电流表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x适用条件RA≪RxRV≫Rx02.滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较限流式接法分压式接法两种接法的电路图负载R上电压的调节范围(不计电源内阻)eq\f(RE,R＋R0)≤U≤E0≤U≤E负载R上电流的调节范围(不计电源内阻)eq\f(E,R＋R0)≤I≤eq\f(E,R)0≤I≤eq\f(E,R)3.滑动变阻器两种接法的适用条件(1)限流式接法适合测量阻值较小的电阻(跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻器的最大电阻还小)．(2)分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的最大电阻要大)．4．等效替代法(1)电流等效替代(如图)(2)电压等效替代(如图)二、测电动势的三个常用方案方案伏安法伏阻法安阻法原理E＝U＋IrE＝U＋eq\f(U,R)rE＝IR＋Ir电路图关系式U＝E－Ireq\f(1,U)＝eq\f(r,ER)＋eq\f(1,E)eq\f(1,I)＝eq\f(R,E)＋eq\f(r,E)图象纵轴截距：E斜率的绝对值：r纵轴截距：eq\f(1,E)，斜率：eq\f(r,E)纵轴截距：eq\f(r,E)，斜率：eq\f(1,E)误差分析E测<E真r测<r真E测＝E真r测>r真E测<E真r测<r真E测＝E真r测>r真任何一种实验方法都要紧扣闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir.注意U、I是如何测量或得出的，明确变量与恒量，找到函数关系，化曲为直，获得直线方程．三、多用电表的使用(1)多用电表的读数电流表、电压表的刻度是均匀的，读数时应注意量程；欧姆表的刻度是不均匀的，读数时应乘以倍率。(2)多用电表使用的几个注意事项①电流的流向：使用多用电表时不管测量电阻还是测量电流或电压，多用电表的红表笔都连内部电流表的正接线柱，黑表笔连负接线柱，电流都是从红表笔进黑表笔出。②要区分“机械零点”与“欧姆零点”：“机械零点”在表盘刻度左侧0”位置，用表盘下边中间的指针定位螺丝调整；“欧姆零点”在表盘右侧电阻刻度0”位置，用欧姆调零旋钮调整。③测电阻时每变换一次挡位，都要重新进行欧姆调零。④选倍率：测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡的刻度不均匀，使用欧姆挡测电阻时，指针偏转过大或过小都有较大误差，通常只使用表盘中间的一段刻度范围。如果指针偏转角度太小（即指针所指的欧姆刻度值太大），应该适当增大倍率重新欧姆调零后再测量；如果指针偏转角度太大（即指针所指的欧姆刻度值太小），应该适当减小倍率重新欧姆调零后再测量。⑤测电阻时要将电阻与其他元件断开。测电阻时不要用手接触多用电表的表笔。⑥多用电表使用完毕应将选择开关旋至“OF℉挡或交流电压最高挡。(3)欧姆表刻度不均匀的原因当红、黑表笔短接时，调节滑动变阻器R(即欧姆调零)，使灵敏电流计满偏，Ig=ERg+R0+r,中值电阻（欧姆表内阻）R中=Rg考向一以“测电阻”为核心实验（2024•城中区校级模拟）在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准，待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm。（1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，某次测量结果如图1所示，其读数应为mm（该值接近多次测量的平均值）；（2）用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材为：电池组（电动势3V，内阻约1Ω）、电流表（内阻约0.1Ω）、电压表（内阻约3kΩ）、滑动变阻器R（0～20Ω，额定电流2A）、开关、导线若干；某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如表；（3）图2是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，请结合（2）所确定的电路图，补充完成图中实物连线；次数12345678U/V00.100.300.701.001.501.702.30I/A00.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520（4）这个小组的同学在坐标纸上建立U﹣I坐标系，如图3所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点，请在图中标出第3、5、7次测量数据的坐标点，并描绘出U﹣I图线。由图线得金属丝的阻值Rx＝Ω（保留两位有效数字）。（5）根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为。A.1×10﹣2Ω•m B.1×10﹣3Ω•m C.1×10﹣6Ω•m D.1×10﹣8Ω•m（2024•洛阳一模）如图a，用伏安法测定电阻约5Ω均匀电阻丝的电阻率，电源是两节干电池。每节电池的电动势约为1.5V。（1）用螺旋测微器测电阻丝的直径时，如图b，先转动使F与A间距稍大于被测物，放入被测物，再转动到夹住被测物。直到棘轮发出声音为止，拨动G使F固定后读数。（填仪器部件字母符号）（2）根据原理图连接图c的实物图。（3）闭合开关后，滑动变阻器触头调至一合适位置后不动，多次改变线夹P的位置，得到几组电压、电流和对应的OP段的长度L，计算出相应的电阻后作出R﹣L图线如图d。取图线上适当的两点计算电阻率。这两点间的电阻之差为ΔR．对应的长度变化为ΔL，若电阻丝直径为d，则电阻率ρ＝。（2024•蚌埠模拟）物理兴趣小组利用以下器材测量待测电阻Rx的阻值。待测电阻Rx；多用电表；电源E，电动势约为6.0V，内阻可忽略不计；电流表A1，量程为0～50mA，内阻r1＝50Ω；电流表A2，量程为0～150mA，内阻r2约为10Ω；定值电阻R1＝450Ω；定值电阻R2＝70Ω；滑动变阻器R0，最大阻值为20Ω；开关S，导线若干。（1）小明用多用表的“×1”欧姆挡粗测待测电阻Rx的阻值，指针所在位置如图a所示，其示数为Ω。（2）为了准确测量，小华用上述器材设计了图b所示的实验电路，其中甲表应为，乙表应为，定值电阻应为。（均填器材符号）（3）小华按正确的电路进行实验，甲、乙两表的示数分别为I甲、I乙，则Rx＝。（用所给的符号表示）（2024•广东模拟）某实验小组测未知电阻R时，先用多用电表进行粗测，再采用“伏安法”较准确地测量未知电阻。（1）首先用多用电表粗测R的电阻，当用“×10”挡时发现指针偏转角度过大，应该换用（填“×100”或“×1”）挡，进行一系列正确操作后，指针静止时位置如图1所示，其读数为Ω；（2）采用“伏安法”测量该未知电阻R，现有器材如下：A．蓄电池E（电动势为6V，内阻约为0.05Ω）B．电流表A1（量程0～0.6A，内阻约为1.0Ω）C．电流表A2（量程0～3A，内阻约为0.1Ω）D．电压表V（量程0～6V，内阻约为6kΩ）E．滑动变阻器R1（2kΩ，允许通过的最大电流0.5A）F．滑动变阻器R2（10Ω，允许通过的最大电流2A）G．开关一个、带夹子的导线若干①为使测量准确且通过Rx的电流能从0开始变化，上述器材中，应该选用的电流表是，滑动变阻器是（填写选项前字母代号）；②根据所选用的实验器材，在虚线框中画出伏安法测电阻的完整电路图。（2024•中山区校级模拟）一实验小组为了测量某元件的电阻，进行了如下实验：（1）首先用多用电表进行粗测，如图关于多用电表的操作正确的是。A．如图甲，将红、黑表笔短接，进行机械调零B．如图乙，利用所示旋钮进行欧姆调零C．如图丙，用“×100”挡测量时发现指针偏转角度过小，为了准确测量，应换到“×10”挡D．实验完成后，挡位调至如图丁所示位置（2）为了精确测量该元件的电阻，同学们又采用了如图戊所示电路进行测量。电路由控制电路和测量电路两大部分组成。实验用到的器材如下：A．待测电阻RxB．灵敏电流计GC．定值电阻R0＝80ΩD．粗细均匀的电阻丝AB（总长为L＝60.00cm）E．滑动变阻器RF．线夹、电源、开关以及导线若干G．电源（电动势为3V）①在闭合开关S前，可将线夹P2大致固定于电阻丝AB中部位置，滑片P1应置于a端。闭合开关后，先移动滑动变阻器的滑片P1至某一位置，然后不断调节线夹P2所夹的位置，直到灵敏电流计G示数为零，测出此时AP2段电阻丝长度x＝12.00cm，则Rx的阻值计算式为（用R0、L、x表示），代入数据得Rx＝Ω。②为减小因电阻丝粗细不均匀带来的误差，将定值电阻R0换成电阻箱。并按照①中的操作，电阻箱的阻值记为R1；然后将电阻箱与Rx交换位置，保持线夹P2的位置不变，调节电阻箱，重新使灵敏电流计G示数为零，此时电阻箱的阻值记为R2，则电阻Rx＝。考向二以“测电动势”为核心实验（2024•浙江二模）某同学利用如图甲所示的电路测量一电源的电动势和内阻（电动势E约为2V，内阻约为几欧姆）。可供选用的器材有A．电流表A（量程0～30mA，内阻为45Ω）B．电压表V1（量程0～3V，内阻约为2kΩ）C．电压表V2（量程0～15V，内阻约为10kΩ）D．滑动变阻器R（阻值0～50Ω）E．定值电阻R1＝5ΩF．定值电阻R2＝500Ω（1）为更准确的进行实验测量，电压表应该选择，定值电阻应该选择。（填器材前的字母）（2）实验中电压表和电流表的读数如下：序号123456I（mA）4.08.012.016.018.020.0U（V）1.721.441.160.880.740.60（3）在图乙中已根据上述实验数据进行描点，请画出U﹣I图象。（4）由图象可知，电源电动势E＝V，内阻r＝Ω．（结果均保留2位有效数字）（2024•温州一模）小明利用铜片、锌片和橙子制作了水果电池。为了测量该电池的电动势E和内阻r，他进行了如下实验。（1）用多用电表的“直流电压2.5V”挡粗测水果电池的电动势，如图所示，则多用电表的读数为V。（2）把该水果电池接在如图电路中，其中电流表G1（量程为200μA，内阻为10Ω）、电流表G2（量程为1mA，内阻约为10Ω）、滑动变阻器R1（0～5000Ω）、电阻箱R2（0～9999Ω），现将电流表G1与电阻箱R2改装成量程为1V的电压表，电阻箱R2的阻值应调整为Ω。（3）该同学正确调整电阻箱阻值、正确连接电路和操作，采集了多组数据，并作出如图所示的图像，则水果电池的内阻为kΩ。（计算结果保留2位有效数字）（2024•浙江模拟）在“电池电动势和内阻的测量”实验中（1）设计如图1所示的电路，现有图2所示的实验器材和若干导线。图中已将实验器材进行了部分连接，还应当用一根导线将电压表接线柱h与（填写接线柱对应的字母，下同）接线柱连接，再用另一根导线将电压表接线柱g与接线柱连接。（2）电路接线完毕，在保证电路安全的情况下闭合开关，调节滑动变阻器，发现电压表读数一直接近3V而电流表读数始终为零。已知导线与接线柱均无故障，且故障只有一处。现只改变电压表接线，再闭合开关、调节变阻器。下列推断不正确的是。A．电压表接在a、f之间，电压表、电流表读数总为零，表明滑动变阻器短路B．电压表接在a、b之间，电压表读数总接近3V、电流表读数总为零，表明电流表断路C．电压表接在c、d之间，电压表、电流表读数总为零，表明开关是完好的（3）实验由图1正确操作后，根据下图数据，测得电池的电动势E＝V，内阻r＝Ω。（4）如果连接线接头严重氧化或与接线柱连接不紧就会产生“接触电阻”，若本实验中连接滑动变阻器和电流表导线接头处有“接触电阻”，则由此产生的影响是：电动势E测量值（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。（2024•宛城区校级模拟）某实验小组要测量两节干电池串联组成电池组的电动势和内阻，实验室提供的器材，除了被测电池组，还有电压表V1、V2，量程均为3V，阻值为5Ω的定值电阻R0，滑动变阻器（0～20Ω），开关一个导线若干。（1）王同学连成了图甲所示电路。实验前将滑动变阻器的滑片移到最（填“左”或“右”）端，闭合开关，多次调节滑动变阻器，测得多组电压表V1、V2的示数U1、U2，王同学作U2﹣（U2﹣U1）图像，如图乙所示，测得电池组电源的电动势E＝V，内阻r＝Ω（结果均保留两位有效数字）。（2）李同学连成了图丙所示电路，正确操作后也测得多组电压表V1、V2的示数U1、U2，作U2﹣U1图像，得到图像的纵截距为b，斜率为k，则电池组电源的电动势E＝，内阻r＝（用已知的和测量的物理量表示）。（3）李同学对自己实验结果进行了分析，发现存在系统误差，引起系统误差的原因是。（2024•洛阳一模）某物理兴趣小组想要设计一个既能测量电源电动势和内阻，又能测量定值电阻阻值的电路。他们用了以下实验器材中的一部分。设计出了如图（a）所示的电路：a.待测电源；b.待测电阻Rx；c.滑动变阻器R（最大阻值20Ω）；d.几个可供挑选的定值电阻；e.开关和导线若干；f.电流表A1（量程0.6A，内阻很小）；g.电流表A2（量程300μA，内阻rA＝1000Ω）；（1）根据实验要求，需将电流表A2改装成量程为3V的电压表，与电流表A2串联的定值电阻R0的阻值应为Ω。（2）该小组成员先用该电路测量电源电动势和内阻，将滑动变阻器滑片移至最右端，闭合开关S1，调节滑动变阻器，分别记录电流表A1、A2的读数I1、I2，得I1与I2的关系如图（b）所示。根据图线可得电源电动势E＝V，电源内阻r＝Ω（计算结果均保留两位有效数字）。（3）该小组成员再用该电路测量定值电阻Rx的阻值，进行了以下操作：①闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器到适当阻值，记录此时电流表A1示数Ia，电流表A2示数Ib；②断开开关S2，保持滑动变阻器阻值不变，记录此时电流表A1示数Ic，电流表A2示数Id；③根据上述数据可知定值电阻Rx的阻值为（rA+R0）的倍（用Ia、Ib、Ic、Id表示）。若忽略偶然误差，则用该方法测得的阻值（填“大于”、“小于”或“等于”）其真实值。考向三其他电学实验（2024•湖南模拟）小朗同学要将一满偏电流Ig为500μA的微安表G改装为毫安表。他先测量出微安表G的电阻，然后对微安表进行改装，最后再利用一标准电流表，对改装后的毫安表进行检测。（1）为测量出微安表G的电阻，小朗同学设计了如图（a）所示电路，器材如下：A．电源E1（电动势1.5V，内阻很小）B．电源E2（电动势6.0V，内阻很小）C．滑动变阻器Ra（阻值0～2000Ω）D．滑动变阻器Rb（阻值0～15000Ω）E．电阻箱R2（阻值0～600Ω）F．开关两个，导线若干为提高测量精度，电源E和滑动变阻器R1应该选择。A．电源E1和滑动变阻器RaB．电源E2和滑动变阻器RaC．电源E1和滑动变阻器RbD．电源E2和滑动变阻器Rb（2）该实验操作的步骤有：A．按图（a）电路原理图连接线路；B．将R1的阻值调到最大，闭合开关S1后调节R1的阻值，使毫安表G的指针偏转到满刻度；C．保持R1不变，再接通S2，调节电阻R2，使电流表G指针偏转到满刻度的一半，读出R2的阻值为400Ω，即认为Rg＝R2，用此方法测得电流表内阻的测量值与真实值相比（选填“偏大”或“偏小”或“相等”）；（3）若忽略实验的误差，现通过并联一个阻值为R＝80Ω的电阻把微安表改装成为一个特定量程的毫安表，则改装的电表量程为mA；（4）根据图（b）所示电路对改装后的电表进行检测，当标准毫安表的示数为1.6mA时，改装表的指针位置如图（c）所示，由此可以推测出改装的电表量程不是预期值，改装电流表的实际量程是mA；（5）要达到（3）的预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为Ω的电阻即可。（2024•四川模拟）如图（a）所示，恒流源输出的电流大小与电流表G的满偏电流Ig相同，电流表G的内阻为Rg。现对一只数字已模糊的电阻箱R1重新标记，将电阻箱R1和电流表G如图（a）接入电路，闭合开关S1、S2，调整电阻箱R1的旋钮到不同位置，分别读出电流表G的示数I，根据电流表G的示数和不同旋钮位置可对电阻箱旋钮刻度进行标定。（1）请你利用此电路分析出电阻箱接入电路的电阻Rx与电流表的示数I之间的表达式Rx＝。（结果用题中的字母表示）为了获得关于Rx、Ⅰ两个量的相关函数图像为直线，若以1Rx为纵坐标，则横坐标应为（2）某同学采用如图（b）虚线框中所示结构模拟恒流源，那么在选择电源与滑动变阻器时，电源应尽量选择电动势（填“偏大”或“偏小”）一些，滑动变阻器应尽量选择总电阻（填“偏大”或“偏小”）些，可以减少误差，即便如此，Rx的测量值仍将（填“偏大”或“偏小”）。（2024•绥宁县校级模拟）小刚为了描绘一个电阻Rx约为30kΩ的伏安特性曲线，他从实验室取了以下实验器材：A.电源E1＝12VB.电源E2＝1.5VC.伏特表V1，量程0～1VD.伏特表V2，量程0～10VE.安培表A1，0～3mAF.安培表A2，0～0.6mAG.滑动变阻器Rp1，0～40ΩH.滑动变阻器Rp2，0～40kΩI.开关和导线若干①为了能够顺利安全方便地测出至少5组该Rx的电流I和两端电压U需要选择合适的器材：电源选择（选填A或B），滑动变阻器选择（选填G或H），电压表选择（选填C或D），安培表选择（选填E或F）。②小刚用一个电动势为3.0V的电池，将量程为0～0.1mA，内阻为100Ω的表头改装成倍率分别“×100”和“×1000”的双倍率欧姆表。改装后表盘的刻度如图（b）所示，已知欧姆表中央刻度为“15”，则下图（a）中定值电阻R1＝Ω，R2＝Ω。③改装完成后，将K拨到“×1000”挡，将红黑表笔短接进行欧姆调零后测量Rx的值，若指针指向13Ig位置，则Rx＝Ω，若由于电池老化，实际内阻变大，不经欧姆调零，则待测电阻Rx的测量值（填“大于”“小于”或“等于”）Rx考向四电学创新实验（2024•中原区校级一模）某学习小组在实验室连接如图（a）所示的电路图，用来探究矩形波频率对电容器充放电的影响。（1）设置电源，让电源输出图（b）所示的矩形波，该矩形波的频率为Hz。（2）闭合开关S，一段时间后，通过电压传感器可观测到电容器两端的电压Uc随时间周期性变化，结果如图（c）所示，A、B为实验图线上的两个点。在B点时，电容器处于（填“充电”或“放电”）状态。（3）保持矩形波的峰值电压不变，调节其频率，测得不同频率下电容器两端的电压随时间变化的情况，并在坐标纸上作出电容器上最大电压Um与频率f的关系图像，如图（d）所示，若已知电容器的电容C＝4.7×10﹣6F，则当f＝45Hz时电容器所带电荷量的最大值Qm＝C（结果保留两位有效数字）。（4）手机中的“计步功能”和“摇一摇功能”等需要用到加速度传感器，如图（e）所示是一种常用的电容式加速度传感器的内部结构简化原理图，将传感器系统水平放置，图中绝缘质量块的左端与一端固定的水平轻弹簧相连，右端与电容器的活动极板相连，G为灵敏电流计，当系统静止时，弹簧处于原长状态，下列说法正确的是。A．系统向左匀速运动稳定时，通过灵敏电流计G的电流从N流向MB．系统向左匀速运动稳定时，灵敏电流计G中没有电流通过C．当系统突然向左加速运动时，通过灵敏电流计G的电流从N流向MD．当系统突然向左加速运动时，通过灵敏电流计G的电流从M流向N（2024•青秀区校级模拟）利用放电法可以测量电容器的电容，让充电后的电容器通过大电阻R放电，电流传感器A与计算机连接（未画出），记录放电电流随时间变化的图像，可用系统软件计算出电容器的带电量Q，Q与充电电压U的比值即为电容器的电容C。（1）实验开始前先判断电容器的好坏：使用多用表的欧姆挡进行测量，把调零后的多用电表的红黑表笔分别接触电容器的两极板，观察到多用表指针先向右偏转较大角度，后又逐渐返回到起始位置，此现象说明电容器是（填“好”或“坏”）的；（2）图甲、图乙为测量电容的两种电路原理图，学生电源应采用（填“直流”或“交流”）电源，先使开关S与1端相连，充电结束后，读出电压表的示数；然后把开