高考物理易错集专题14电学实验.docx

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高考物理易错集专题14电学实验

专题14电学实验

1.用如图甲所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T。

（1）请根据下列步骤完成电阻测量：

①旋动部件________，使指针对准电流的“0”刻度线。

②将K旋转到电阻挡“×100”位置。

③将插入“＋”“－”插孔的表笔短接，旋动部件________，使指针对准电阻的“0”刻度线。

（2）将调好零的多用电表按正确步骤测量一电学元件P的电阻，P的两端分别为a、b，指针指示位置如图乙所示。

则通过P的电流方向是________（选填“a→b”或“b→a”），为使测量比较精确，应将选择开关旋到________的倍率挡位上，并需要重新调零，再进行测量。

答案：

（1）①S　③T　

（2）b→a　×10

2．某学生实验小组利用图（a）所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1k”挡内部电路的总电阻。

使用的器材有：

多用电表；

电压表：

量程5V，内阻十几千欧；

滑动变阻器：

最大阻值5kΩ；

导线若干。

回答下列问题：

（1）将多用电表挡位调到电阻“×1k”挡，再将红表笔和黑表笔________，调零点。

（2）将图（a）中多用电表的红表笔和________（填“1”或“2”）端相连，黑表笔连接另一端。

（3）将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图（b）所示，这时电压表的示数如图（c）所示，多用电表和电压表的读数分别为______kΩ和______V。

（4）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。

此时多用电表和电压表的读数分别为12.0kΩ和4.00V。

从测量数据可知，电压表的内阻为________kΩ。

（5）多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图所示。

根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为________V，电阻“×1k”挡内部电路的总电阻为______kΩ。

（4）当滑动变阻器连入电路中的电阻为零时，多用电表读数即为电压表内阻，所以电压表内阻为12.0kΩ。

（5）设多用电表内电池的电动势为E、多用电表内阻为R，由第（3）、（4）问可知

＝

，

＝

，两式联立解得：

E＝9.00V，R＝15.0kΩ。

答案：

（1）短接　

（2）1　（3）15.0　3.60　（4）12.0

（5）9.00　15.0

3.某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接。

（1）实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接；

（2）某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为________A；

（3）该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将________只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3V、内阻为1Ω的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为____________W（保留两位小数）。

解析：

（1）电流表示数要从零开始逐渐增大，滑动变阻器要用分压接法，如图甲所示。

（2）电流表示数为0.44A。

答案：

（1）如解析图甲所示　

（2）0.44　（3）4　2.28

4．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，其中某一次测量结果如图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，记录数据如下：

次数

1

2

3

4

5

6

7

U/V

0.10

0.30

0.70

1.00

1.50

1.70

2.30

I/A

0.020

0.060

0.160

0.220

0.340

0.460

0.520

由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图2中的________图（选填“甲”或“乙”）。

（3）图3是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端。

请根据图2所选的电路图，补充完成图3中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏。

图3　　　　　　　　　　　　图4　

（4）这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图4所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。

请在图4中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出UI图线。

由图线得到金属丝的阻值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______（填选项前的符号）。

A．1×10－2Ω·m　　　　　　B．1×10－3Ω·m

C．1×10－6Ω·mD．1×10－8Ω·m

（6）任何实验测量都存在误差。

本实验所用测量仪器均已校准。

下列关于误差的说法中正确的选项是________（有多个正确选项）。

A．用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差

B．由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差

C．若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差

D．用UI图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差

（4）图线应过原点，且使大多数点在一条直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧。

图线的斜率反映了金属丝的电阻，所以Rx＝4.5Ω。

（5）由R＝ρl/S，S＝π（d/2）2，取d＝4×10－4m、l＝0.5m、R＝4.5Ω，解出ρ≈1×10－6Ω·m。

（6）由于读数引起的误差属于偶然误差，选项A错误；由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差，若将电流表和电压表的内阻计算在内，则可以消除系统误差，选项B错误，选项C正确；利用UI图像处理数据，相当于多次测量取平均值，可以减小偶然误差，选项D正确。

答案：

（1）0.397（0.395～0.399均可）

（2）甲　（3）如图（a）　（4）如图（b）　4.5（4.3～4.7均可）

（5）C　（6）CD

（a）（b）

5．某同学利用图（a）所示电路测量量程为2.5V的电压表○的内阻（内阻为数千欧姆），可供选择的器材有：

电阻箱R（最大阻值99999.9Ω），滑动变阻器R1（最大阻值50Ω），滑动变阻器R2（最大阻值5kΩ），直流电源E（电动势3V），开关1个，导线若干。

（a）

实验步骤如下：

①按电路原理图（a）连接线路；

②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图（a）中最左端所对应的位置，闭合开关S；

③调节滑动变阻器，使电压表满偏；

④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00V，记下电阻箱的阻值。

回答下列问题：

（1）实验中应选择滑动变阻器______（填“R1”或“R2”）。

（2）根据图（a）所示电路将图（b）中实物图连线。

（b）

（3）实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为________Ω（结果保留到个位）。

（4）如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________（填正确答案标号）。

A．100μAB．250μA

C．500μAD．1mA

解析：

（1）滑动变阻器R1的阻值较小，在分压电路中便于调节，故实验中应选择滑动变阻器R1。

（2）实物图连线如图所示。

（4）电压表的满偏电流为Ig，则IgRg＝Ug，

故Ig＝

＝

A≈1mA，选项D正确。

答案：

（1）R1　

（2）见解析图　（3）2520　（4）D

6.在“测定电源的电动势和内电阻”的实验中，备有下列器材：

A．待测的干电池一节

B．电流表A1（量程0～3mA，内阻Rg1＝10Ω）

C．电流表A2（量程0～0.6A，内阻Rg2＝0.1Ω）

D．滑动变阻器R1（0～20Ω，1.0A）

E．电阻箱R0（0～9999.9Ω）

F．开关和若干导线

（1）某同学发现上述器材中没有电压表，他想利用其中的一个电流表和电阻箱改装成一块电压表，其量程为0～3V，并设计了图甲所示的a、b两个参考实验电路（虚线框内为改装电压表的电路），其中合理的是______（选填“a”或“b”）电路；此时R0的阻值应取________Ω。

（2）图乙为该同学根据合理电路所绘出的I1I2图像（I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数）。

根据该图线可得被测电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。

（2）根据闭合电路欧姆定律可知，

I1×1000＝E－I2r，将图像延长，根据纵截距知该电源的电动势为1.48V，根据斜率可得内阻为0.84Ω。

答案：

（1）b　990

（2）1.48（1.46～1.49之间均正确）　0.84（0.82～0.87之间均正确）

7．某实验小组正在测定一节新型电池的电动势（约为3V）和内阻，现要选取一个定值电阻R0当做保护电阻。

（1）首先为了准确测量定值电阻R0的阻值，在操作台上准备了如下实验器材：

A．电压表V（量程3V，电阻约为4kΩ）

B．电流表A1（量程1A，内阻约0.5Ω）

C．电流表A2（量程3A，内阻约0.5Ω）

D．定值电阻R0（阻值约为3Ω）

E．滑动变阻器R（0～10Ω）

F．开关S一个，导线若干

根据上述器材，在测量R0阻值时应选择________（填序号）为电流表，其实验电路图应选择以下哪种接法______（填字母），经测量定值电阻R0阻值为2.8Ω。

（2）之后为了测量该新型电池的电动势和内阻，设计了如下实验，在下图中将所选器材进行连接。

（3）根据实验记录做出UI图线如图所示，从中可以求出待测新型电池的内阻为______Ω，电池电动势为_____V（保留两位有效数字）。

（3）在电源的UI图线中，图线斜率的绝对值表示定值电阻和电源内阻之和，即R0＋r＝

＝3.75Ω，所以电源的内阻r＝0.95Ω，I＝0时对应的路端电压U表示电源的电动势，故E＝2.9V。

答案：

（1）B　a　

（2）图见解析　（3）0.95　2.9

易错起源1、多用电表的使用与读数

例1．一多用电表的电阻挡有三个倍率，分别是×1、×10、×100。

用×10挡测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很小，为了较准确地进行测量，应换到________挡。

如果换挡后立即用表笔连接待测电阻进行读数，那么缺少的步骤是________，若补上该步骤后测量，表盘的示数如图所示，则该电阻的阻值是________Ω。

解析：

刚开始欧姆表指针偏转角度较小，说明选用倍率偏小，应换用大倍率。

每次换挡之后欧姆表都需重新欧姆调零。

答案：

×100　重新欧姆调零　2200

【变式探究】如图甲所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件，小明使用多用电表对其进行探测。

（1）在使用多用电表前，发现指针不在左边“0”刻度线处，应先调整图乙中多用电表的________（选填“A”“B”或“C”）。

（2）在用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源时，一表笔接a，另一表笔应________（选填“短暂”或“持续”）接b，同时观察指针偏转情况。

（3）在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至“×1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值。

测量中发现，每对接点间正反向阻值均相等，测量记录如下表。

两表笔分别接a、b时，多用电表的示数如图乙所示。

请将记录表补充完整，并在黑箱图中画出一种可能的电路。

两表笔接的接点

多用电表的示数

a，b

________Ω

a，c

10.0Ω

b，c

15.0Ω

解析：

（1）使用多用电表前应先调整“指针定位螺丝”A，使指针指到左边的“0”刻度线处。

（2）为保护多用电表的内部元件，在测量黑箱中是否存在电源时，应短暂接触接点b。

（3）欧姆表的读数为5×1Ω＝5Ω；每对接点间正反向电阻均相同，说明黑箱中没有二极管元件，根据表格中两接点间电阻的数值，可设计的电路图如图所示。

答案：

（1）A　

（2）短暂　（3）5.0　见解析图

【名师点睛】

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，读数时应注意乘倍率。

2．多用电表使用的几个注意事项

（1）电流的流向：

由于使用多用电表时不管测量什么，电流都要从电表的“＋”插孔（红表笔）流入，从“－”插孔（黑表笔）流出，所以使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔。

（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”在表盘刻度的右侧电阻刻度“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。

（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“OFF”挡或交流电压最高挡。

【锦囊妙计，战胜自我】

1．在选择欧姆表的倍率挡位时以使指针指在表盘中间位置为宜，换挡后必须重新调零。

2．欧姆表的刻度不均匀，读数时要注意估读方法。

如诊断卷第2题第（3）问，指针指在“15”位置，读数为15.0×1kΩ＝15.0kΩ，若指针指在“14”和“15”刻度线中间位置，则读为14.4kΩ而不能读为14.5kΩ。

易错起源2、以测电阻为核心的电学实验

例2．在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200Ω，电压表○的内阻约为2kΩ，电流表○的内阻约为10Ω，测量电路中电流表的连接方式如图（a）或图（b）所示，结果由公式Rx＝

计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数。

若将图（a）和图（b）中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则________（填“Rx1”或“Rx2”）更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1________（填“大于”“等于”或“小于”）真实值，测量值Rx2________（填“大于”“等于”或“小于”）真实值。

【变式探究】某同学想要描绘标有“3.8V,0.3A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。

可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：

电压表V1（量程0～3V，内阻等于3kΩ）

电压表V2（量程0～15V，内阻等于15kΩ）

电流表A1（量程0～200mA，内阻等于10Ω）

电流表A2（量程0～3A，内阻等于0.1Ω）

滑动变阻器R1（0～10Ω，额定电流2A）

滑动变阻器R2（0～1kΩ，额定电流0.5A）

定值电阻R3（阻值等于1Ω）

定值电阻R4（阻值等于10Ω）

定值电阻R5（阻值等于1kΩ）

电源E（E＝6V，内阻不计）

（1）请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。

（2）该同学描绘出的IU图像应是下图中的________。

解析：

描绘小灯泡的伏安特性曲线时，要求“测量数据尽量精确、绘制曲线完整”，从电表的量程来看，V1、A1量程偏小，直接测量灯泡的电压、电流时，曲线不完整，若用V2、A2测量灯泡的电压、电流时，读数不够精确。

题目中给了滑动变阻器和几个定值电阻，我们可以采用定值电阻分压、分流的方式扩大电表的量程，准确读出灯泡的电流值、电压值，绘制完整的曲线。

（2）灯丝的电阻率随温度的升高而增大，其阻值也随温度的升高而增大，则IU图线的斜率应越来越小，图B正确。

答案：

（1）见解析图　

（2）B

【名师点睛】

1．实验器材的选择

（1）电源的选择：

一般根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。

（2）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电流选择电流表；电表的指针摆动的幅度较大，一般应使指针能达到半偏左右。

2．电流表内接法与外接法的选择

比较项目

电流表内接法

电流表外接法

电路

误差

原因

由于电流表内阻的分压作用，电压表测量值偏大

由于电压表内阻的分流作用，电流表测量值偏大

测量

结果

R测＝

＝RA＋Rx>Rx

电阻的测量值大于真实值

R测＝

＝

Rx

电阻的测量值小于真实值

适用条件

Rx≫RA，大电阻

Rx≪RV，小电阻

3．分压电路与限流电路的选择

以小控大用分压，相差无几用限流，即当滑动变阻器的阻值较小时，常采用分压电路；当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时，常采用限流电路。

另外，必须采用分压电路的情况有三种：

①要求电压从零开始变化；②滑动变阻器太小，不能起到限流的作用；③限流电路不能获取有区分度的多组数据。

若两种电路均可，则采用限流式，因为限流式损耗功率小。

【锦囊妙计，战胜自我】

1．描绘小电珠的伏安特性曲线时，为得到完整的伏安特性曲线，电流表的示数从零开始逐渐增大，滑动变阻器应采用分压式连接。

2．用伏安法测金属丝电阻时要考虑两个方面：

（1）电流表内接还是外接；

（2）滑动变阻器采用限流式还是分压式连接。

3．利用电阻箱与电压表串联测量电压表内阻时，滑动变阻器阻值越小，实验的测量误差越小。

易错起源3、以测电源电动势为核心的电学实验

例3．用两个定值电阻和电压表可以测量电源的电动势（约3V）和内阻。

提供的主要器材有：

电阻R1（2.0Ω）、R2（9.0Ω）、电源、电压表、开关S1、单刀双掷开关S2、导线若干，实验电路如图甲所示。

（1）根据电路图，将未连接完整的实物图连接完整。

（2）闭合开关S1，开关S2分别接到R1、R2两电阻，电压表的读数分别为2.0V、2.7V，则测得电动势为________V，内阻为________Ω。

由于电压表的内阻影响，测得的内阻________（填“大于”“小于”或“等于”）真实值。

解析：

（1）根据电路图连接实物图如图所示：

（2）在闭合电路中，电源电动势：

E＝U＋Ir＝U＋

r，带入实验数据解得：

E＝3V，r＝1Ω；由图示电路图知，由于

电压表的分流作用，流过电源的电流大于

，内阻的测量值小于真实值。

答案：

（1）图见解析　

（2）3.0　1.0　小于

【变式探究】用如图甲所示的电路图来测量多用电表的电池的电动势，其中电阻箱的最大阻值为999.9Ω，电流表的量程为0～50mA、内阻为20Ω。

进行的操作如下，请回答相关问题：

（1）将多用电表的旋钮调节到“×1”挡位，然后将两表笔________，再进行欧姆调零；

（2）将多用电表接入电路，其中接线柱2应与多用电表的________（填“红”或“黑”）表笔相连接，接线柱1再与另一表笔相连接；

（3）调节电阻箱的阻值使电流表的读数超过满偏电流的

，其中某次调节后，电阻箱和电流表的示数如图乙、丙所示，则电阻箱的示数为R＝________，电流表的示数为I＝________；

（4）通过多次操作将记录的多组数据在如图丁所示的坐标系中描绘出来，其函数图线如图丁所示，由图线可知电动势E＝________。

答案：

（1）短接　

（2）黑　（3）35.0Ω　20.0mA（4）1.4V

【名师点睛】

测量电源电动势和内阻的三个常用方案

方案

伏安法

伏阻法

安阻法

原理

E＝U＋Ir

E＝U＋

r

E＝IR＋Ir

电路图

关系式

U＝E－Ir

＝

＋

＝

＋

图像

纵轴截距：

E

斜率大小：

r

纵轴截距：

斜率：

纵轴截距：

斜率：

误差

分析

E测

r测

E测＝E真

r测>r真

E测＝E真

r测>r真

E测

r测

【锦囊妙计，战胜自我】

在高考电学设计性实验中，常以定值电阻的合理使用为背景来命题。

求解这类问题的关键是必须弄清定值电阻在设计电路中的主要作用，一般来说，定值电阻有三种作用：

1.某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验。

两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁（未画出）的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。

（1）在图中画出连线，完成实验电路。

要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动。

（2）为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：

A．适当增加两导轨间的距离

B．换一根更长的金属棒

C．适当增大金属棒中的电流

其中正确的是________（填入正确选项前的标号）。

解析：

（1）实验电路连线如图所示。

2．现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警。

提供的器材有：

热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警），电阻箱（最大阻值为999.9Ω），直流电源（输出电压为U，内阻不计），滑动变阻器R1（最大阻值为1000Ω），滑动变阻器R2（最大阻值为2000Ω），单刀双掷开关一个，导线若干。

在室温下对系统进行调节。

已知U约为18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60℃时阻值为650.0Ω。

（1）完成待调节的报警系统原理电路图的连线。

（2）电路中应选用滑动变阻器________（填“R1”或“R2”）。

（3）按照下列步骤调节此报警系统：

①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是_____________________________________________________________。

②将开关向________（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________________________________________________________________。

（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。

解析：

（1）电路图连接如图。

（2）报警器开始报警时，对整个回路有

U＝Ic（R滑＋R热）

代入数据可得R滑＝1150.0Ω，因此滑动变阻器应选择R2。

答案：

（1）连线见解析图　

（2）R2　（3）①650.0　b　接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏　②c　报警器开始报警

3．电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。

某同学利用这一事实测量电压表的内阻（半偏法），实验室提供的器材如下：

待测电压表

（量程3V，内阻约为3000Ω），电阻箱R0（最大阻值为99999.9Ω），滑