2026届高三物理二轮复习课件：第17讲 电学实验

第17讲电学实验贯通•知识脉络研学•核心考点目录索引

贯通•知识脉络研学•核心考点考点一实验仪器的使用与电表改装命题角度1常见测量工具的读数1.游标卡尺的读数(1)精确度:10分度——0.1mm,20分度——0.05mm,50分度——0.02mm。(2)游标卡尺不估读,若以mm为单位,10分度游标卡尺,小数点后只有一位。20分度和50分度游标卡尺若以mm为单位,小数点后有两位。(3)测量值=主尺刻度整毫米数+n×精确度(mm),n为游标尺上第n条线与主尺上的某刻度线对齐。2.螺旋测微器的读数(1)螺旋测微器读数时要准确读到0.01mm,估读到0.001mm,若以mm为单位,小数点后必须为三位,同时注意固定刻度上的半刻度是否露出。(2)测量值=固定刻度整毫米数+半毫米数+可动刻度读数(含估读值)×0.01mm。3.电流表和电压表的读数

量程精确度读数规则电流表0~3A0.1A电压表0~3V0.1V电流表0~0.6A0.02A电压表0~15V0.5V例1

(1)一同学用一游标尺上标有20等分刻度的游标卡尺测一物体的长度。测得的结果如图甲所示,则该物体的长度L=

mm。

(2)用螺旋测微器测量金属丝的直径,从图乙中读出金属丝的直径为

mm。20.300.510(3)如图丙所示,一电压表接0~15V量程,读数为

V。(4)如图丁所示,一电流表接0~0.6A量程,读数为

A。

10.80.16解析

(1)20分度的游标卡尺精确度为0.05

mm,则物体的长度为L=20

mm+6×0.05

mm=20.30

mm。(2)金属丝的直径为d=0.5

mm+1.0×0.01

mm=0.510

mm。(3)接0~15

V量程时,每小格表示0.5

V,读数为10.8

V。(4)接0~0.6

A量程时,每小格表示0.02

A,读数为0.16

A。命题角度2电表的改装1.大量程电流表、电压表的改装类型电路图原理把电流表改装为电压表U=Ig(Rg+R)扩大电流表量程

例2某物理课外实验小组用电阻表测某未知电阻R0的阻值。(1)在进行正确机械调零后,将电阻挡的选择开关拨至“×1”挡,先将红、黑表笔短接,让指针指在

(选填“左侧”或“右侧”)零刻度线上。(2)电阻表指针如图所示,可得未知电阻R0的阻值为

Ω。(结果保留2位有效数字)右侧36解析

(1)红、黑表笔短接,使电流达到满偏,故指针指在右侧。(2)依题意,读数为36

Ω。例3某同学利用一灵敏电流表G(满偏电流Ig=200μA,内阻Rg=120Ω)进行电学实验。(1)图甲为该同学设计的电阻表的原理图,其中电源的电动势E=1.5V,内阻不计,欧姆调零后,当A、B

间接入阻值为Rx的电阻时电流表的指针指在100μA处,则Rx=

kΩ。

7.5

(3)如图丁所示,用灵敏电流表G1和电阻箱R串联改装成一个电压表,灵敏电流表G1的满偏电流为Ig'=2mA,内阻为Rg'=300Ω,电阻箱R接入电路的阻值为R=1200Ω,则改装后的电压表的最大测量值为

V。

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考点二以测电阻为核心的实验命题角度1测电阻的常用方法1.伏安法(1)电流表内接法与外接法的选择(大内小外)电流表内接法电流表外接法(2)滑动变阻器分压电路与限流电路的选择①从节能的角度考虑,优先选用限流式。②必须用分压式三种情况:a.要求待测电路的U、I从0变化;b.滑动变阻器阻值太小,不能起到限流的作用;c.选用限流式时,Ux、Ix过大(超过电表量程,烧坏电表、电源或用电器等)。(3)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值选择电流表;读数时电表的指针摆动的幅度应较大,一般应使指针能达到半偏以上。2.替代法

电路图核心操作(1)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。(2)R1的读数即等于待测电阻的阻值3.电桥法

电路图核心操作例4某物理课外实验小组为了测量某未知电阻R0的阻值,制定了三种测量方案。(1)方案一:用伏安法测电阻。如图甲所示的实验电路,电压表的示数为2.80V,电流表的示数为87.5mA,则由此可得未知电阻R0的阻值为

Ω(结果保留2位有效数字),此测量值

(选填“大于”或“小于”)真实值。32小于(2)方案二:用等效替代法测电阻。①如图乙所示,将电阻箱R的阻值调到最大,闭合开关S1和S2,调节电阻箱R,使电流表示数为I0,电阻箱的示数R1=102Ω;②断开开关S2,闭合开关S1,调节电阻箱R,使电流表示数仍为I0,电阻箱的示数R2=68Ω;③则未知电阻R0的阻值为

Ω(结果保留2位有效数字)。34(3)方案三:用电桥法测电阻。如图丙所示的实验电路,AB为一段粗细均匀的直电阻丝。①闭合开关S,调整触头D的位置,使按下触头D时,电流表G的示数为零。已知定值电阻R'的阻值,用刻度尺测量出l1、l2,则电阻R0=

(用R'、l1、l2表示);②为消除因电阻丝的粗细不均匀而带来的误差,将图丁中的定值电阻R'换成电阻箱,并且按照①中操作时,电阻箱的读数记为R3;然后将电阻箱与R0交换位置,保持触头D的位置不变,调节电阻箱,重新使电流表G的示数为零,此时电阻箱的读数记为R4,则电阻R0=

(用R3、R4表示)。

命题角度2测金属的电阻率

电路图核心操作1.用螺旋测微器在三个不同位置测量直径。2.用毫米刻度尺测接入电路的有效长度。3.改变滑动变阻器的阻值,测多组U、I数据处理例5

(2025四川卷)某学生实验小组要测量一段合金丝的电阻率。所用实验器材有:待测合金丝样品(长度约1m)螺旋测微器学生电源E(电动势0.4V,内阻未知)米尺(量程0~100cm)滑动变阻器(最大阻值20Ω)电阻箱(阻值范围0~999.9Ω)电流表(量程0~30mA,内阻较小)开关S1、S2导线若干(1)将待测合金丝样品绷直固定于米尺上,将金属夹分别夹在样品20.00cm和70.00cm位置,用螺旋测微器测量两金属夹之间样品三个不同位置的横截面直径,读数分别为0.499mm、0.498mm和0.503mm,则该样品横截面直径的平均值为

mm。(2)该小组采用限流电路,则图1中电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱

(选填“a”或“b”)相连。闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于

(选填“左”或“右”)端。

图10.500a左(3)断开S2、闭合S1,调节滑动变阻器使电流表指针恰好指到15.0mA刻度处。断开S1、闭合S2,保持滑动变阻器滑片位置不变,旋转电阻箱旋钮,使电流表指针仍指到15.0mA处,此时电阻箱面板如图2所示,则该合金丝的电阻率为

Ω·m(取π=3.14,结果保留2位有效数字)。图21.3×10-6(4)(多选)为减小误差,可采用的做法有

。

A.换用内阻更小的电源B.换用内阻更小的电流表C.换用阻值范围为0~99.99Ω的电阻箱D.多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率,再求平均值CD

考点三以测电源的电动势和内阻为核心的实验1.测电源的电动势和内阻的三种常用方法

方法实验原理图像法处理数据伏安法U=E-Ir纵轴截距:E斜率绝对值:r方法实验原理图像法处理数据安阻法方法实验原理图像法处理数据伏阻法2.“等效电源法”测电源内阻

电路图核心操作(1)定值电阻R0与电源串联,把它们看成一个等效电源。(2)等效电源的内阻r0=R0+r,则被测电源的内阻r=r0-R0例6

(2024黑吉辽卷)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。图(a)图(b)(1)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

(选填“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。图(c)A

提示:该实验题来源于教材,但又高于教材,实验的基本原理和思想方法是考查的核心,题目创新之处有两点:一是实验器材的创新——利用电阻丝拉直固定,结合金属夹代替滑动变阻器;二是结合欧姆定律和电阻定律,建立起电动势、内阻和电阻丝长度的关系——实验原理创新。

例7

(2025湖北卷)某实验小组为测量一节干电池的电动势E和内阻r,设计了如图(a)所示的电路,所用器材如下:干电池、智能手机、电流传感器、定值电阻R0、电阻箱、开关、导线等。按电路图连接电路,将智能手机与电流传感器通过蓝牙无线连接,闭合开关S,逐次改变电阻箱的阻值R,用智能手机记录对应的电流传感器测得的电流I。回答下列问题:(a)(b)

保护

1.471.3有

考点四电学其他实验命题角度1观察电容器的充、放电现象

电路图核心操作开关S接1或2,仔细观察电压表、电流表示数的变化特点数据处理1.绘制充、放电的I-t图像。2.放电过程的I-t图像与坐标轴围成的面积表示电容器减少的电荷量

例8

(2024重庆卷)探究电容器充、放电规律,实验装置如图甲所示,有电源E,定值电阻R0,电容器C,单刀双掷开关S。(1)为测量电容器充放电过程电压U和电流I的变化,需在①②处接入测量仪器,位置②应该接入测

(选填“电流”或“电压”)仪器。(2)接通电路并接通开关,当电压表示数最大时,电流表示数为

。

(3)根据测到数据,某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图如图乙所示。该过程为

(选填“充电”或“放电”)过程。放电过程中电容器两端电压U随时间t变化关系如图丙所示。0.2s时R0消耗的功率为

W。

电压零放电0.32解析

(1)位置②与电容器并联,为测电压仪器。(2)电压表示数最大时,电容器充电完毕,电流表示数为零。(3)电容器放电时电压和电流都减小,图像逆向分析,该过程为电容器放电过程。电容器充电完毕后的电压等于电源电动势,大小为12

V,由题图丙可知t=0.2

s时电容器两端电压为U=8

V,由题图乙可知当U=8

V时,电流I=40

mA,则电阻R0消耗的功率为P=8×40×10-3

W=0.32

W。命题角度2探究影响感应电流方向的因素

电路图核心操作1.观察线圈绕向、电流方向。2.根据实验现象分析感应电流的磁场方向数据处理1.分析指针偏转方向。2.分析多种实验电路及实验现象。3.结论的灵活运用

例9

(2025福建厦门三模)小萌同学用不同装置分别进行电磁感应现象的实验探究。(1)用图甲所示的装置探究感应电流方向的影响因素。甲

在图甲中用笔画线代替导线,将实物电路补充完整;该同学在闭合开关时发现电流表指针向右偏转,则开关闭合状态时,将滑动变阻器滑片_________

(选填“向左”或“向右”)滑动,电流表指针向左偏转。向右(2)如图乙所示,在探究感应电流大小的影响因素实验中,该同学将一线圈两端与电流传感器相连,强磁体从长玻璃管上端由静止下落,电流传感器记录了强磁体穿过线圈过程中电流i与时间t的关系图像,如图丙所示,下列说法正确的是

。A.t2时刻的速度大小等于t4时刻的速度大小B.在t1~t3时间内,强磁体的加速度小于重力加速度C.强磁体穿过线圈的过程中,受到线圈的作用力先向上后向下D.在t1~t5的时间内,强磁体重力势能的减少量等于其动能的增加量B解析

(1)将实物电路补充完整如图所示。闭合开关时穿过线圈B的磁通量增大,电流表指针向右偏转,则开关闭合时,要使电流表指针向左偏转,穿过线圈B的磁通量应减小,线圈A中的电流应减小,滑动变阻器连入电路的阻值应增大,应将滑动变阻器滑片向右滑。(2)t1~t5时间内,强磁体均向下做加速运动,只不过加速度大小发生变化,所以线圈t2时刻的速度大小小于t4时刻的速度大小,故A错误;线圈中只要有感应电流,感应电流的磁场就阻碍强磁体与线圈之间的相对运动,即强磁体所受线圈的作用力向上,根据牛顿第二定律有mg-F安=ma,可得a<g,故B正确,C错误;在t1~t5时间内,强磁体重力势能减少量等于线圈中产生的焦耳热与强磁体动能的增加量之和,故D错误。命题角度3探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

实验装置核心操作1.估测电压的大致范围。2.先用交流电压最大量程挡试测,再选用适当量程测量。3.改变电压或线圈匝数前要先断开开关数据处理变压器的铁芯漏磁使得能量损耗,从而导致电压比与匝数比有差别

例10

(2025湖北襄阳一模)物理兴趣小组用可拆变压器“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。(1)保持原线圈输入的电压一定,通过改变原、副线圈匝数,测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是

。

A.等效法B.理想模型法C.控制变量法D.演绎法C(2)变压器原、副线圈匝数分别选择n=800匝、n'=400匝,原线圈与10V正弦式交流电源相连,用理想电压表测得输出电压U'=2.5V,输出电压测量值明显小于理论值,造成这种现象的主要原因是

。

A.副线圈匝数略少于400匝B.变压器存在电磁辐射C.原、副线圈存在电流热效应D.两块变压器铁芯没有组装在一起D(3)等效法、理想模型法是重要的物理学方法,合理采用物理学方法会让问题变得简单,这体现了物理学科“化繁为简”之美。图丙为某电学仪器原理图,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。若将右侧实线框内的电路等效为一个电阻,可利用闭合电路的规律解决如下极值问题:在交流电源的电压有效值U0不变的情况下,在调节可变电阻R的过程中,当R=

(用n1、n2、R0表示)时,R获得的功率最大。

考点五电学实验的拓展与创新解决电学拓展创新实验的三种常用方法(1)转换法:将不易测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量,然后再反求待测物理量的值,这种方法叫转换测量法(简称转换法)。如在测量金属丝电阻率的实验中,虽然无法直接测量金属丝电阻率,但可通过测量金属丝的长度和直径,并将金属丝接入电路测出其电阻,进而计算出它的电阻率。(2)替代法:用一个标准的已知量替代被测量,通过调整标准量,使整个测量系统恢复到替代前的状态,则被测量等于标准量。(3)控制变量法:研究一个物理量与其他几个物理量的关系时,每次只改变其中的一个物理量,而控制其余几个物理量不变,从而研究被改变的这个物理量与要研究的那个物理量的关系,分别加以研究后再归纳总结,如探究电阻的决定因素实验。例11

(2025重庆卷)熄火保护装置主要由弹簧、热电偶和电磁铁等组成,其示意图如图甲所示,A、B为导线上两个接线端。小组设计了如图乙所示的电路(部分连线未完成)进行探究,图中数字毫安表内阻约为1Ω,数字毫伏表内阻约为10MΩ。甲

乙(1)将图甲中的A、B端分别与图乙中的A'、B'端连接,测量热电偶和电磁铁线圈构成的组合体电阻。已知组合体电阻不超过0.05Ω,则未完成的连接中,Q端应和

(选填“b”或“c”)处相连,理由是

。正确连线后,开始时滑动变阻器的滑片应置于

(选填“d”或“e”)端。

b

见解析e(2)闭合开关S1、S2,实验测得组合体电阻为0.020Ω,当电磁铁线圈中的电流小于142mA时,电磁铁无法继续吸合衔铁,衔铁被释放。断开开关S1、S2,从室温加热热电偶感温端到某一温度后,停止加热,使其自然冷却至室温。测得整个过程中热电偶受热产生的电动势E'随时间t的变化关系如图丙所示。在相同的加热和冷却过程中,如果将A、B端直接连接,不计温度变化对组合体电阻的影响,从停止加热到吸合的衔铁被释放,所用的时间约为

s(保留3位有效数字)。丙

17.5解析

(1)组合体电阻不超过0.05

Ω,远小于数字毫伏表内阻,应采用数字毫安表外接法,即Q端应和b处相连。滑动变阻器采用分压接法,闭合开关时,为了保护电表,滑动变阻器的滑片应置于e端。(2)衔铁被释放时,由闭合电路欧姆定律可知电动势为E=Ir=0.02×142×10-3

V=2.84×10-3

V=2.84

mV,停止加热时,热电偶受热产生的电动势E'最大,如图所示,由图可知,从停止加热到吸合的衔铁被释放,所用的时间约为Δt=32.5

s-15

s=17.5

s。例12

(2024湖南卷)某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律,搭建了如图甲所示的装置。电阻测量原理如图乙所示,E是电源,V为电压表,A为电流表。(1)保持玻璃管内压强为标准大气压,电流表示数为100mA,电压表量程为0~3V,表盘如图丙所示,示数为

V,此时金属丝阻值的测量值R为

Ω(保留3位有效数字);(2)打开抽气泵,降低玻璃管内气压p,保持电流I不变,读出电压表示数U,计算出对应的金属丝阻值;1.2312.3

右小于

例13

(2024广东卷)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统,制作光源跟踪演示装置。实现太阳能电池板方向的调整,使电池板正对光源。图甲是光照方向检测电路,所用器材有电源E(电动势3V)、电压表V1和V2(量程均有3V和15V、内阻均可视为无穷大)、滑动变阻器R、两个相同的光敏电阻RG1和RG2、开关S、手电筒、导线若干。图乙是实物图,图中电池板上垂直安装有半透明隔板,隔板两侧装有光敏电阻,电池板固定在电动机转轴上,控制单元与检测电路的连接未画出。控制单元对光照方向检测电路无影响。请完成下列实验操作和判断。(1)电路连接。图乙中已正确连接了部分电路。请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表V1间的实物图连线。甲

乙见解析图

(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。①将图甲中R的滑片置于

端,用手电筒的光斜照射到RG1和RG2,使RG1表面的光照强度比RG2表面的小。

②闭合S,将R的滑片缓慢滑到某一位置,V1的示数如图丙所示,示数U1为

V,V2的示数U2为1.17V。由此可知,表面光照强度较小的光敏电阻的阻值

(选填“较大”或“较小”)。③断开S。丙

b1.60较大(3)光源跟踪测试。①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2。②闭合S并启动控制单元,控制单元检测并比较两光敏电阻的电压,控制电动机转动。此时两电压表的示数U1<U2,图乙中的电动机带动电池板

(选填“逆时针”或“顺时针”)转动,直至

时