高三物理二轮复习讲义：电学实验

第20讲电学实验讲义

知识体系:

观察电容器的充、放电现象「L长度的测量及测量工具的选用

探究影响感应电流方向的因素-探究性测量一测后金屈丝的电阻率

探究变压器原、副线圈电压与实验性实验

电—测状电源的电动势和内阻

匝数的关系

学

1-用多用电表测，电学中的物理.

利用传感器制作简单的自动控一］实

制装置

设计性验

电表的改装--1游标卡尺、螺旋测微器、电压表、

实验-测量仪器的使用

电学黑箱的分析」电流表、多用电表、电阻箱

考点一基本仪器的使用与读数

1.游标卡尺

、孔距

测量值=主尺读数(mm)+精确度X与主尺上某一刻度对齐的游标尺上刻度线数值

仪器极性量程选择读数

电流表若分度值为1、0.1、0.01等，

使指针指在比满偏

电流由电表的正极需要估读到分度值的下一位；

刻度1多、比满偏刻

电压表流入，负极流出如果分度值不是I、0.1>0.01

度少的位置

等，只需要读到分度值位即可

电流由电阻表的红

使指针尽量指在表指针所指刻度值乘以相应挡

电阻表色接线柱流入，黑

盘的中间位置左右位的倍率

色接线柱流出

典例1:读出以下仪器仪表的读数。

(a)(b)(c)

(d)(e)

⑴图(a)中电压表量程为3V,则读数为V;图(b)中电流表量程为0.6A,则

读数为A;图(c)中螺旋测微器读数为mm;图(d)中游标卡尺读数为

mnio

(2)当使用多用电表测量物理量时，多用电表表盘示数如图(e)所示。若此时选择开

关对准“X10C”挡,则被测电阻的阻值为Qo若用多用电表测量另一

个电阻的阻值发现指针偏转角度很大，则应该换用倍率(选填“XIQ”

或“X100C”)的挡位，换挡后先要进行，然后再测量电阻。使用完电

表后应把选择开关拨到位置。

答案(1)1.900.163.77541.4(2)200XIQ欧姆调零OFF或交流电

压最高挡

解析(1)图⑶中电压表量程为3V,分度值为0.1V,其读数为1.90V;图(b)中电

流表量程为0.6A,分度值为0.02A,其读数为0.16A;图(c)中螺旋测微器读数为

3.5mm+27.5X0.01min=3.775mm;图(d)中游标卡尺读数为41mm+4Ko.1

mm=41.4mm。

(2)多用电表表盘示数如图(e)所示，若选择开关对准“X10Q”挡，则被测电阻的

阻值为20X1()Q=200C;

若用多用电表测量另一个电阻的阻值发现指针偏转角度很大，说明所选挡位相对

待测电阻的阻值的数量级而言过高，因此应该换生倍率更低的挡位，即“X1C”

挡位;换挡后先要进行欧姆调零;使用完电表后应把选择开关拨到OFF或交流电

压最高挡。

考点二以测电阻为核心的实验

实验电路的选择及分析

名称电路测量原理

伏安法Rk子,小外偏小，大内偏大

R,4

接〃时，U2、h接〃时，Ul、/1

伏安法

消除系12<1

统误差

—(=>—IzU1-^2

R,S

活伏伏

V2内阻已知时,R尸整RV2

用法U2

电

安安

表Ai内阻已知时，R=C-RAI

法R,

法

电源输出电压不变，将S合到2,调节凡，

等效

使电流表的示数与S合到1时的示数相

替代法f

等,则R"R\

~®R电源输出电压不变,将S合到b,调节1Ri,

等效

使电压表的示数与S合到。时的示数相

替代法十丁

等,则Rx=R\

调节电阻箱R3,灵敏电流计G的示数为0

时,Ri和R3两端的电压相等,设为Ui,同

时R2和R两端的电压也相等,设为见,根

电桥法

据欧姆定律有的中,皆由以上两式解

区1区2区3网

1ES1

得RR产&R3,这就是电桥平衡的条件，由

该平衡条件可求出被测电阻心的阻值

闭合Si,断开S2,调节Ri使G表指针满偏;

-

盘信闭合S2,只调节/?2使G表半偏（品》治），

则Rz=Rg测＜Rg“

半偏法

p-(s>y^z%i使R2=0,闭合S,调节R1使V表满偏;只调

节&使V表半偏（Rv»Ri）,则此二Rv测＞Rv

s

直

电阻电路略，注意:①要在指针靠近中央时读数;②换挡要进行欧姆调零;③电

表法阻表刻度左密右疏

典例2:（2025•江苏常州市一模）小明在做实验时，发现一个色环电阻的外漆脱

落，如图甲所示，于是用多用电表测量该电阻Re

UN

T

⑴正确的操作顺序是。

A.把选择开关旋转到交流电压最高挡

B.调节欧姆调零旋钮使指针指到欧姆零点

C.把红、黑表笔分别接在R两端，然后读数

D.把选择开关旋转到合适的挡位，将红、黑表笔接触

E.把红、黑表笔插入多用电表“+、插孔，用螺丝刀调节指针定位螺丝，使

指针指0

(2)小明正确操作后，多用电表的指针位置如图乙所示，则&=Q。

(3)小林认为用多用电表测量电阻误差较大，采用伏安法测量。图丙是部分连接

好的实物电路图，请用电流表内接法完成接线并在图丙中画出。

(4)小林用电流表内接法和外接法分别测量了该色环电阻的伏安特性，并将得到

的电流、电压数据描到U-/图上，如图丁所示。请你选择一组合理的数据点，求

出该色环电阻的电阻为Q(结果保留两位有效数字)。

(5)因电表内阻影响，小明认为电阻测量值偏小，你认为小明的想法正确吗？请

简述理由：0

答案(l)EDBCA(2)3000(3)见解析图(4)3.2X103(5)不正确，由于电流表

的分压作用导致电阻测量值大于真实值

解析(1)本实验先进行机械调零，再把选择开关旋转到合适的挡位，进行欧姆

调零，然后把红、黑表笔分别接在&两端进行测量，测量完毕后把选择开关旋

转到交流电压最高挡，所以正确的操作顺序是EDBCAo

00.20.40.60.8Z/mA

该色环电阻的电阻为凡二吼L6Q=3.2X1O3Q

/0.5X10-3

(5)电流表采用内接法，由于电流表的分压作用，电压的测量值大于真实值，电

阻的测量值大于真实值，小明的想法不正确。

典例3:(2025•江西南昌模拟)某学生实验小组要测量一量程为3V的电压表的内

阻(约为几千欧)。

(1)先用多用电表粗测电压表内阻:将多用电表选择开关拨到电阻“义100”挡，将

两表笔短接进行调零,再将多用电表的(选填“红”或“黑”)表笔

与待测电压表的正接线柱相连,将另一支表笔与另一个接线柱相连，多用电表的

指针位置如图甲所示,那么粗测结果是Q。

（2）为了精确测量此电压表的内阻，小组成员用半偏法测此电压表的内阻。设计的

电路如图乙所示,其中:电阻箱R（最大阻值9999.9Q）,直流电源E（电动势6V）,

滑动变阻器最大阻值为20Q。实验时，将图乙中滑动变阻器滑片移到最

（选填“左”或“右”）端，闭合开关S］、S2,调节滑动变阻器使电压表满偏。断开

开关S2,再调节电阻箱，使电压表半偏,这时电阻箱的阻值为Ro,则电压表的内阻

为Rv=，此法测得的电压表内阻与真实值相比偏（选填“大”或

“小”

（3）另一同学设计了如图丙所示的电路测该电压表的内阻，其中电压表V.为被测

电压表,V2为量程为6V的电压表,实验时,按正确的操作，闭合开关后，调节滑动

变阻器及电阻箱的阻值，使两电压表的指针偏转均较大，若调节后，电压表V.的

示数为5、电压表V2的示数为th,电阻箱接入电路的电阻为R,则被测电压表的

内阻Rv=o

答案⑴欧姆黑3200⑵左R。大（3）^^

外一U1

解析（1）将两表笔短接进行欧姆调零，再将多用电表的黑表笔与待测电压表的

正接线柱相连，将另一支表笔与另一个接线柱相连;根据图甲可知粗测结果是

32X100Q=3200

（2）实验时，将图乙中滑动变阻器滑片移到最左端，使电压表示数从最小开始调节。

用半偏法测此电压表的内阻，断开开关S2,再调节电阻箱，使电压表半偏，这对电

阻箱的阻值为R）,可认为电压表两端电压与Ro两端电压相等，则电压表的内阻为

/?V=/?0o断开开关S2,调节电阻箱，使电压表半偏，此时电压表支路电阻变大，电压

表支路的总电压变大，则Ro两端电压大于电压表两端电压,Ro大于电压表实际内

阻，所以用半偏法测得的电压表内阻与真实值相比偏大。

⑶由图丙电路图可得察，5包，解得被测电压表的内阻为氏=普O

RyRUz—

典例4:（2025•四川卷，12）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

学生电源日电动势0.4V,内阻未知）

米尺（量程0~100cm）

滑动变阻器（最大阻值20C）

电阻箱（阻值范围0〜999.9Q）

电流表（量程。〜30mA,内阻较小）

开关Si、S2

导线若十

⑴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：则该样晶横截面直径的平均值

为mm。

⑵该小组采用限流电路，则图甲中电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线

柱（选填"/或“b”）相连。闭合开关前，滑动变阻器滑片应置于

端（选填“左”或“右”

⑶断开S2、闭合Si,调节滑动变阻器使电流表指针恰好指到15.（）mA刻度处。

断开Si、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乙所示，则该合金丝的电阻率为

（取71=3.14,结果保留2位有效数字）。

（4）为减小实验误差，可采用的做法有（有多个正确选项）。

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0〜99.99。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

答案（1）0.500（2）〃左（3）1.3X106（4）CD

解析(1)该样品横截面直径的平均值为仁上匕等竺生巴mm=0.500mm。

(2)由于滑动变阻器采用限流式接法，应将其串联接在电路上，则采用“一上一下”

原则，即电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱。相连。为了保护电路，

闭合开关前,滑动变阻器滑片应在最大阻值处，即最左端。

(3)该合金丝的电阻为R=3.2Q,由电阻定律R戈及5=71(分，可得〃二哼，其中

5\2/41

J=0.500mm,/=70.00cm-20.00cm=50.00cm,代入数据解得"R.3X106Q.m(,

(4)根据〃=嗒知，为了减小实验误差，可减小测合金丝电阻时的误差。可采用的

41

做法有:选择更精确的可阻箱，即可换用阻值范围为0~99.99£1的电阻箱;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，故C、D正确。

考点三以闭合电路欧姆定律为核心的实验

1.原理：闭合电路欧姆定律，/二其

用多用取+A内

电表测中R后R+R+r,I与几成一一对应关系)

量电学2.中值电阻R产Rg+R+r

中的物3.红、黑表笔短接，欧姆调零，k=-1—

Rg+R+r

理量

4.电流方向：“红进黑出”

1.原理：U=E-Ir

2.误差来源：电压表的分流

测量电3.误差分析：足小石典，，•测々典(一测=瞥)

R\f+r

源的电

动势和

1.原理：U=E-lr

内阻

2.误差来源：电流表的分压

3.误差分析：EV=Efi,rfl|>ru(r^=r+/?A)

1.原理：E=U+/

2.关系式：:

UbKb

3.误差分析：E»,<E，,测测=兽1）

R\f+r

1.原理:E=IR+Ir

2.关系式：；［.尺十3或R=E^-r

IEEI

安阻法3.误差分析：EM=E典,广测,厂真（r洌=，+RA）

光

放大

r器

电

、$

二

、LM

MG0sA假-

管

E,l,.E

T1"

传感器门窗防盗报警装置加速度计光控继电器

加热电源

的应用衔铁

复

位加热电阻丝

弹

簧、保温箱

电电电

洲池阻

热敏电阻

箱

保温箱

典例5:（2025•江苏连云港市一模）小明同学用图示电路测量电源的电动势E和

待测电阻的阻值凡。

⑴闭合开关S1前，应将滑动变阻器的滑片P置于图中

（选填或“"）端；

⑵闭合开关Si、S2,调节滑动变阻器的滑片，记录多组电

压表和电流表的示数，在U-/坐标系中描点作出图像①；

（3）断开开关S2,调节滑动变阻器的滑片，记录多组电压表和电流表的示数，

在同一U-/坐标系中描点作出图像②，下列图像中正确的是________；

（4）由第⑶问中选出的U-I图像，可知电源电动势E=（选用bi、bi.

历表示)，待测电阻的阻值Rk(选用。1、。2、43、bl、历、历表不)；

(5)关于该实验，下列说法正确的是o

A.实验测得的电动势大于真实值

B.实验还可以精确测量电源内阻

C.实验测得电阻阻值R小于真实值

D.电流表内阻不会引起凡的测量误差

答案⑴6(3)B(4)仇”色(5)D

a3Qi

解析(1)为了保护电路，闭合开关Si前，应使回路总电阻最大，此时滑动变阻

器的滑片P应置于图中〃端。

⑶闭合开关Si和S2时，R被短路,此时则U-/图像的纵截距为£斜

率的绝对值为r,断开开关S2时，Rv接入电路，此时U=E-I(Rx+r),则U-/图像

的纵截距为£,斜率的绝对■值为凡+乙可见图像①和②的纵截距相同，但图像②

的斜率的绝对值更大，故B正确，A、C、D错误。

(4)由(3)结合图知，电源电动势尺从，尸I上空&+尸|上空|

01一0的一。

联立可得，待测电阻的阻值为Rk”-竺

al

(5)考虑电流表内阻时，结合(3)知，图像①对应的表达式应为U=£/(叶小)，图像

②对应的表达式为U=E-/(R+r+，A),两图像的纵截距均为已斜率的绝对值分别

为心向斗小，阳二R+升小，结合图知，电源电动势£=①，什小=|今|,&+什小=|匕玛

即一033-0

联立可得尸包JA,R尸亘-竺

口3al

可见实脸测得的电动势等于真实值，测得的电源内阻偏大，即实脸不可以精确测

量电源内阻，但实脸测得待测电阻的阻值R,等于真实值，此时电流表内阻不会

引起待测电阻的阻值&的测量误差，故D正确，A、B、C错误。

典例6:(2025・湖北卷，11保实验小组为测量一节干电池的电动势E和内阻厂，设计

了如图(a)所示电路，所用器材如下:干电池、智能手机、电流传感器、定值电阻

Ro、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｛fiR,用智能手机记录对应为电

流传感器测得的电流人回答下列问题：

(l)Ro在电路中起(选填“保护”或“分流”)作用。

(2年与E、八R、Ro的关系式为"。

⑶根据记录数据作出;-R图像，如图(b)所示。己知R尸9.0Q,可得E=

V(保留3位有效数字),r=Q(保留2位有效数字)。

(4)电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果(选填“有”或

“无”)影响。

答案⑴保护(2拦R+空(3)1.50(1.48〜1.52都算对)1.5(1.3〜1.6都算对)(4)

EE

有

解析(l)Ro能避免电路中的电流过大，起到保护作用。

(2)若不考虑电流传感器的电阻，对整个回路由闭合电路欧姆定律有

E=I(R+Ro+r)

整理得工=%+妃

IEE

⑶结合⑵中关系式与题图(b)有9弓三V1华=7A1

E21-6E

解得E=1.50V,,-=1.5Q。

(4)结合(2)(3)项分析可知，实验测量的内阻是干电池与电流传感器的总电阻，所

以电流传感器的电阻充本实验干电池内阻的测量结果有影响。

典例7:(2025•河南卷•”)实验小组研究某热敏电阻的特性，并依此利用电磁铁、

电阻箱等器材组装保温箱。该热敏电阻阻值随温度的变化曲线如图甲所示,

保温箱原理图如图乙所示。回答下列问题：

加热电源

衔铁■OACO-

a

复

位加热电阻丝

弹

黄4保温箱

电电电一

磁池强热敏电阻

铁箱

乙

⑴图甲中热敏电阻的阻值随温度的变化关系是(填“线性”或“非

线性”)的。

⑵存在一个电流值若电磁铁线圈的电流小于b衔铁与上固定触头。接

触；若电流大于h衔铁与下固定触头〃接触，保温箱温度达到设定值后，

电磁铁线圈的电流在/o附近上下波动，加热电路持续地断开、闭合，使煤温

箱温度维持在设定值。则图乙中加热电阻丝的c端应该与触头(填

或)相连接C

⑶当保温箱的温度设定在50℃时，电阻箱旋钮的位置如图

丙所示，则电阻箱接入电路的阻值为。。

⑷若要把保温箱的温度设定在100°C,则电阻箱接入电路

丙

的阻值应为C。

答案⑴非线性(2)〃(3)130.0(4)210.0

解析(1)根据题图甲可知热锹电阻的阻值随温度的变化关系是非线性的。

(2)根据题图甲可知温度升高，热敏电阻的阻值变小，根据欧姆定律可知流过电

磁铁线圈的电流变大，衔铁与下固定触头〃接触，此时加热电阻丝电路部分新开

连接，停止加热，可知题图乙中加热电阻丝的c端应该与触头〃相连接。

(3)由题图丙可知电阻箱接入电路的阻值为100X1Q+10X30=130.0。

(4)根据题图甲和(3)可知，当温度为50℃时，热敏电阻的限值为180Q,电阻箱

接入电路的电阻为130.0。，当温度为100℃时，热敏电阻的阻值为100C,要

想将保温箱的温度设定在100℃,则要使100℃时控制电路中的电流与50℃

时相同，即控制电路的总电阻不变，则此时电阻箱接入电路的电阻为180Q+130.0

Q-100Q=210.0Q。

考点四电学其他实验

实验装置及器材操作要领及实验现象

(1)电容器的电容要大一些，

电源的电动势在6V左右，

观察电小灯泡的额定电压比电动势

灵敏电流i•

容器的小灯泡稍低，在4V左右

E

充、放(2)开关掷向〃时，仔细观察

电招LJ工容器

电现象L灵敏电流计指针的偏转方向

⑶开关掷向b时，仔细观察

灵敏电流计指针的偏转方向

(1)按装置连接电路

⑵观察线圈绕向，判断电流

IS方向与灵敏电流计中指针偏

《----转方向的关系

<___

探究影J*OGQ-

—/⑶利用图乙结合控制变量

响感应4J

法，依次探究开关通断、滑

电流方工£

动变阻器的滑片移动、线圈

向的因

□A从线圈B中插入与拔出等

素1J

因素对感应电流方向的影

r响。

(4)分析感应电流磁场方向，

得出结论

探究变

压器变压器铁芯P

原、副在误差允许的范围内，变压

线圈电网口"I器原、副线圈两端的电压与

压与匝匝数成正比，表达式台二也

变压器铁芯Q力”2

数的关甲可拆变压器零部件乙组装后的变压彳

系

典例8:(2025•江苏省二模)小明将电源、电阻箱、电容器、电流表、数字电压

表以及开关组装成图甲所示的电路进行实验，观察电容器充电过程。实验仪

器如下：电源（电压为4.5V,内阻不计）；电容器（额定电压为16V）；电流表（量

程为（）〜500pA,内阻500。）；数字电压表（量程为（）~1（四）；电阻箱（阻值（）〜9

999Q）o

霞

海

期_

__

缠

■滁

一

翩

“_

:::::心

!!!m1

翅

1!抵

:::1

::『:

一

i!1造

三

:

（1）电路连接完毕后如图乙所示，为保证电表使用安全，在开关闭合前必须要

完成的实验步骤是O

⑵将开关S闭合，观察到某时刻电流表示数如图内所示，其读数为

|iAc

（3）记录开关闭合后电流随时间变化的图线如图丁所示，小明数出曲线下围成

的格子数有225格，则电容C大小为叶。

⑷由于数字式电压表内阻并不是无穷大，考虑到此因素的影响，（3）问中电容

的测量结果与真实值相比是（选填“偏大”“偏小”或“相等”），请

简要说明理由o

（5）开关闭合过程中，分别记录电流表和数字电压表的读数/和U,利用数据

绘制/-U关系图像如图戊所示，由图像可得出电阻箱接入电路的阻值为

Qo

答案⑴将电阻箱阻值调至最大值（2）175（3）2500（4）偏大见解析

（5）9645（9200~9800均可）

解析（1）电路连接好后，为保护电路，在开关闭合前，应将电阻箱阻值调至最

大值；

(2)根据量程及刻度，可以读出电流表的分度值为1()阳\,根据估读原则，电流需

估读到个位，电流表指针指在170pA到18()(1A之间，故电流表读数为175^Ao

(3)根据I-t图像与/轴所围面积为电容器极板所带的电荷量，图中每一格代表的

电荷量^=10X10-6X5C=5X10-5C

故当充满电后电容器的电荷量为e=225^=1.125X10-2C

故电容器的电容为卜色产F=2.5X10-3F=2500pF

(4)由于电压表的分流，实际充电电流小于电流表上记录的数值，因此电荷量计

算偏大，电容测量结果偏大

(5)根据闭合电路的欧姆定律可以得出E=/(R+RA)+U

可得/=_匕_」_

RA+RRA+R

故I-U图像斜率Q'一二(SO-395)XIO-6。।解得辰9M5。

A?A+R4.0—0.5

典例9:(2025•北京海淀模拟)为探究影响感应电流方向的因素，同学们做了如下的

实验。

⑴小明同学用如图甲的实验装置探究影响感应电流方向的因素，所用电流表指

针偏转方向与电流方向间的关系为:当电流从“十”接线柱流入电流表时，指针向

右偏转。

将条形磁体按如图甲方式S极向下插入螺线管时,发现电流表的指针向右偏转。

螺线管的绕线方向如图乙所示"关于该实验，下列说法正确的是0

A.必须保证磁体匀速运动，灵敏电流计指针才会向右偏转

B.将磁体向下插入或向上抽出的速度越大,灵敏电流计指针偏转幅度越小

C.将磁体的N、S极对调，并将其向上抽出，灵敏电流计指针仍向右偏转

D.将磁体的N、S极对调,并将其向下插入,灵敏电流计指针仍向右偏转

(2)小宁同学用如图丙所示的器材研究感应电流的方向。将线圈A插入线圈B中，

闭合开关S瞬间，发现电流计指针右偏，则保持开关闭合，以下操作中也能使电流

计右偏的是。

A.插入铁芯

B.拔出线圈A

C.将滑动变阻器的滑片向左移动

D.将滑动变阻滞的滑片向右移动

(3)实验结束后，该同学乂根据教材结合自感实验做了如下改动。如图丁所示,在

两条支路上将电流计换成电流传感器,接通电路稳定后,再断开电路,并记录下两

支路的电流情况如图戊所示，由图戊可知:

时间/s

T戊

①流过灯泡的电流是(选填“力”或32”);

②在不改变线圈电阻等其他条