29　大单元六　微专题20　电学实验与创新

大单元六实验技能与创新微专题20电学实验与创新一图通·构建知识图谱[例1]

(2025·新课标卷)用伏安法可以研究电学元件的伏安特性。阻值不随电流、电压变化的元件称为线性电阻元件，否则称为非线性电阻元件。题点通·突破高频考点以测电阻为核心的实验

大于大于大于小于(2)图(a)是某实验小组用电流表内接法测得的某元件的伏安特性曲线，由图可知，所测元件是________(选填“线性”或“非线性”)电阻元件。随着电流的增加，元件的电阻________(选填“增大”“不变”或“减小”)。非线性减小(3)利用电流表A1(内阻r1)、电流表A2(内阻未知)以及一个用作保护电阻的定值电阻R0(阻值未知)，测量电阻Rx的阻值。将图(b)中的器材符号的连线补充完整，完成实验电路原理图。按完整的实验电路测量Rx，某次测量中电流表A1和A2的示数分别为I1和I2，则Rx＝_____(用I1、I2和r1表示)。见解析图

[例2]

(2025·甘肃卷)某兴趣小组设计测量电阻阻值的实验方案。可用器材有：电池(电动势1.5V)两节，电压表(量程0～3V，内阻约3kΩ)，电流表(量程0～0.3A，内阻约1Ω)，滑动变阻器(最大阻值20Ω)，待测电阻Rx，开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。(1)首先设计如图1所示的电路。①要求用S2选择电流表内、外接电路，请在图1中补充连线将S2的c、d端接入电路；②闭合S1前，滑动变阻器的滑片P应置于________(选填“a”或“b”)端；③闭合S1后，将S2分别接c和d端，观察到这两种情况下电压表的示数有变化、电流表的示数基本不变，因此测量电阻时S2应该接______(选填“c”或“d”)端。见解析图bc(2)为了消除上述实验中电表引入的误差，该小组又设计了如图2所示的电路。见解析图①请在图2中补充连线将电压表接入电路；②闭合S1，将S2分别接c和d端时，电压表、电流表的读数分别为Uc、Ic和Ud、Id。则待测电阻阻值Rx＝__________(用Uc、Ud、Ic和Id表示)。

[解析]

(1)实物连接图如图甲所示。闭合S1前，根据滑动变阻器的限流式接法，滑片P应置于b端，连入电路中的阻值最大，保护电路的安全。闭合S1后，将S2分别接c和d端，观察到这两种情况下电压表的示数有变化、电流表的示数基本不变，说明电流表分压明显，为减小实验误差，应采用电流表外接法，因此测量电阻时S2应该接c端。(2)实物连接图如图乙所示。

名称电路测量原理伏安法

伏安法消除系统误差

规律方法：实验电路的选择及分析名称电路测量原理活用电表法伏伏法

安安法

名称电路测量原理等效替代法

电源输出电压不变，将S合到2，调节R1，使电流表的示数与S合到1时的示数相等，则Rx＝R1名称电路测量原理等效替代法

电源输出电压不变，将S合到b，调节R1，使电压表的示数与S合到a时的示数相等，则Rx＝R1[例3]

(2024·甘肃卷)精确测量干电池电动势和内阻需要考虑电表内阻的影响。可用器材有：电压表(量程0～1.5V，内阻约为1.5kΩ)、电流表(量程0～0.6A)、滑动变阻器、开关、干电池和导线若干。某小组开展了以下实验。以测电源的电动势和内阻为核心的实验(1)考虑电流表内阻影响①用图1所示电路测量电流表的内阻。从图2电压表和电流表读数可得电流表内阻RA＝________Ω(保留两位有效数字)。②用图3所示电路测量干电池电动势和内阻。电压表读数、电流表读数、干电池内阻和电流表内阻分别用U、I、r和RA表示，则干电池电动势E＝U＋_________(用I、r和RA表示)。1.0I(RA＋r)③调节滑动变阻器测得多组电表读数，作出图4所示的U-I图像。则待测干电池电动势E＝________________V(保留三位有效数字)，内阻r＝____________Ω(保留一位小数)。1.40(1.41也可)

1.0(1.1也可)(2)考虑电压表内阻影响该小组也尝试用图5所示电路测量电压表内阻，但发现实验无法完成。原因是________(单选，填正确答案标号)。A．电路设计会损坏仪器B．滑动变阻器接法错误C．电压太大无法读数D．电流太小无法读数D

(2)由于电压表内阻很大，且串联接入电路，则回路中的电流会非常小，电流表示数会非常小，无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电流表都无法正常读数，D正确。[例4]

(2024·辽宁卷)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。(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；A③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。

方法伏安法伏阻法安阻法原理E＝U＋IrE＝IR＋Ir电路图

规律方法：方法伏安法伏阻法安阻法关系式U＝E－Ir图像

纵轴截距：E斜率大：r[例5]

(2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测)多用电表是一种多功能的测量工具，它能测量电阻、电压等多个电学量。如图甲所示为某多用电表的简化电路图，包含直流电流10mA挡、直流电压2.5V挡和不同倍率的电阻挡，R1、R2为定值电阻，灵敏电流计G的满偏电流为2mA，内阻为100Ω，A、B为多用电表的两表笔，S为选择开关。多用电表的原理及使用(1)定值电阻R1＝________Ω。(2)用此多用电表进行某次测量时，指针在表盘的位置如图乙所示。若所选挡位为直流电压2.5V挡，则示数为________V。251.45(3)关于使用该多用电表的电阻挡测电阻，下列说法正确的是(

)A．进行欧姆调零时，红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指到表盘左侧“0”刻度线处B．图甲中B为黑表笔，若用该多用电表的电阻挡对图丙中二极管的正向电阻进行粗略测量，多用电表的B表笔应与二极管的D端相连C．若采用“×10”倍率测量时，发现指针偏转角过大，应换“×1”倍率，并且更换倍率后需要重新进行欧姆调零D．实验时，双手触碰表笔的金属杆会使测量值偏大√(4)学习过电表改装后，实验组同学想自己组装电阻表，已选取的实验器材有：纽扣电池(电动势、内阻均未知)、250μA微安表、定值电阻、导线若干、滑动变阻器。如图丁所示为组装好的电阻表，进行欧姆调零后，用一阻值为7.2kΩ的电阻进行试测，电流表读数为160μA，可知纽扣电池的电动势为________V，将该电流表盘按照欧姆定律刻画成欧姆表盘；只将纽扣电池换成电动势为1.2V的电池，重新进行欧姆调零，表盘仍用之前刻好的欧姆表盘，读取欧姆值后需再乘一系数k即可，k＝________。3.2

说明倍率挡选择过高，应换“×1”倍率，并且更换倍率后需要重新进行欧姆调零，故C正确；实验时，双手触碰表笔的金属杆，人体与电阻并联，则会使测量值偏小，故D错误。故选C。

[例6]

(2025·福建泉州·模拟预测)多用电表是实验室中常用的测量仪器，其内部的部分电路如图甲所示，通过一个单刀多掷开关S，表笔B可以分别与触点1、2、3、4、5、6接通，从而实现用多用电表测量不同物理量的功能。该多量程多用电表有两个电流表挡位：10mA、100mA，有两个电压表挡位2.5V、10V，有两个电阻表挡位。已知表头G的满偏电流为100μA，内阻为2000Ω，图乙为该多用电表的表盘，其电阻表挡位中央刻度线为15。(1)图甲中B是________(选填“红”或“黑”)表笔。(2)当S接触点________(选填“1”“2”“3”“4”“5”或“6”)时对应多用电表2.5V挡。(3)测量未知电阻时，将图甲中S接触点3。已知电源电动势E1＝1.5V，则使用这个电阻表挡位测量一个未知电阻时，经过正确操作后，指针处于图乙所示的位置，那么该被测电阻的阻值为________Ω。黑

570(4)将图甲中S接触点4，使其挡位是S接触点3时倍率的10倍，那么电源的电动势E2＝______。(5)多用电表长时间没用，重新拿出来使用时，两表笔短接后，发现指针会偏转，但电阻表挡位无法进行欧姆调零，你认为可能的原因是_____________________(只要写出一条理由即可)。15V电源内阻太大

小量程的表头G改装成电压表小量程的表头G改装成电流表内部电路

规律方法：1．电流表和电压表的改装

小量程的表头G改装成电压表小量程的表头G改装成电流表电阻连接方式串联并联R的作用分压分流

小量程的表头G改装成电压表小量程的表头G改装成电流表改装时需要串联或并联的电阻值电表的总内阻RV＝Rg＋R串

改装提示电表内阻已知且有多余定值电阻2．电阻表的原理与使用(1)使用前要机械调零。(2)电流都是从红表笔流入，从黑表笔流出。(3)测电阻时注意：

①测电阻必须把待测电阻与外电源断开。②牢记两个调零过程，切记换挡需重新进行欧姆调零。③合理选择量程，使指针尽可能指在中值附近。④读数时应乘相应的倍率。⑤电阻表的表盘刻度不均匀，一般不估读。⑥中值电阻R中＝Rg＋R＋r。[例7]

(2025·广东卷)科技小组制作的涡流制动演示装置由电磁铁和圆盘控制部分组成。图甲(a)是电磁铁磁感应强度的测量电路，所用器材有：电源E(电动势15V，内阻不计)；电流表

(量程有0～0.6A和0～3A，内阻不计)；滑动变阻器RP(最大阻值100Ω)；定值电阻R0(阻值10Ω)；开关S；磁传感器和测试仪；电磁铁(线圈电阻16Ω)；导线若干。图甲(b)是实物图，图中电机和底座相固定，圆形铝盘和电机转轴相固定。创新实验请完成下列实验操作和计算。(1)量程选择和电路连接。①由器材参数可得电路中的最大电流为______A(结果保留两位有效数字)，为减小测量误差，电流表的量程选择0～0.6A挡。②图甲(b)中已正确连接了部分电路。请在虚线框中完成RP、R0和间的实物图连线。0.58见解析图

(2)磁感应强度B和电流I关系测量。①将图甲(a)中的磁传感器置于电磁铁中心，滑动变阻器RP的滑片P置于b端。置于b端目的是使电路中的电流________，保护电路安全。②将滑片P缓慢滑到某一位置，闭合S，此时

的示数如图乙所示，读数为________A，分别记录测试仪示数B和I，断开S。最小0.48③保持磁传感器位置不变，重复步骤②。④图丙是根据部分实验数据描绘的B-I图线，其斜率为________mT/A(结果保留两位有效数字)。(3)制动时间t测量。利用图甲(b)所示装置测量了t，结果表明B越大，t越小。30

[例8]

(2025·湖南卷)车辆运输中若存在超载现象，将带来安全隐患。由普通水泥和导电材料混合制成的导电水泥，可以用于监测道路超载问题。某小组对此进行探究。(1)选择一块均匀的长方体导电水泥块样品，用多用电表粗测其电阻。将多用电表选择开关旋转到“×1k”挡，正确操作后，指针位置如图1所示，则读数为________Ω。8000(2)进一步提高实验精度，使用伏安法测量水泥块电阻，电源E电动势6V，内阻可忽略，电压表量程0～6V，内阻约10kΩ，电流表量程0～600μA，内阻约100Ω。实验中要求滑动变阻器采用分压接法，在图2中完成余下导线的连接。见解析图(3)如图2所示，测量水泥块的长为a，宽为b，高为c。用伏安法测得水泥块电阻为R，则电阻率ρ＝________(用R、a、b、c表示)。(4)测得不同压力F下的电阻R，算出对应的电阻率ρ，作出ρ-F图像如图3所示。

(5)