高考物理电学实验专题讲解和练习.docx

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高考物理电学实验专题讲解和练习

专题四 电学实验

电学实验是高考实验考查的重点、热点内容。

试题注重联系实

验操作的考查，如测量仪器的读数问题、实验线路的连线问题、电

表和其他用电器的选择问题都是实验操作的仿真模拟，需要考生具

备良好的动手实践经验。

试题还注重实验数据的处理分析，如根据

实验数据画出图线，根据图线分析得出结论。

“设计和完成实验的能

力”在理科综合《考试说明》中指出的五个考试目标之一。

是近几年

高考物理实验题的命题趋向。

完整的设计一个实验，要经历多个环节，在实际考查中，一般

不会考查全部环节，而是只考查其中的几个环节，有的题目给出条

件和实验器材，要求阐述实验原理；有的给出实验电路图，要求领

会实验原理，确定需测物理量及计算公式；有的则要求考生根据操

作步骤及测定的物理量判断出实验原理……虽然考查方式不尽相

同，但目前高考中几乎所有的设计型实验题都有一个共同点，都以

不同方式或多或少的对实验原理作一定的提示，在给出实验器材的

前提下进行考查。

由于考查环节和要求的不同，题型也不尽相同，但较多的是选择、

填空、作图题。

在复习过程中，应对所学电学实验逐个理解实验原理、实验方

。

法，比较不同实验的异同（如电路图、滑动变阻器和电表的连接）

不断充实自己的经验和方法，逐步达到能灵活运用已学知识解答新

的问题。

对于设计型实验题目要明确实验设计的关键在于实验原理

的设计，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用（或还需）

哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤。

而实验原

理的设计又往往依赖于所提供的实验器材（条件）和实验要求，它

们相辅相成，互为条件。

（一）电学实验中所用到的基本知识

在近年的电学实验中，电阻的测量（包括变形如电表内阻的测

量）、测电源的电动势与内电阻是考查频率较高的实验。

它们所用

到的原理公式为：

 R = U ,E = U + Ir 。

由此可见，对于电路中电压 U

I

及电流 I 的测量是实验的关键所在，但这两个量的直接测量和间接

测量的方法却多种多样，在此往往也是高考试题的着力点之处。

因

此复习中应熟练掌握基本实验知识及方法，做到以不变应万变。

1．电路设计原则：

正确地选择仪器和设计电路的问题，有一定的

灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”、“方便

性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面因

素综合考虑，灵活运用。

⑴正确性：

实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。

⑵安全性：

实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及

人身造成危害。

要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电

流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器。

⑶方便性：

实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。

⑷精确性：

在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差

尽可能的小。

2．电学实验仪器的选择：

⑴根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。

首先保证流

过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合

理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的 1/3），

以减少测读误差。

⑵根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流

过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果

是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。

⑶应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实

验原理，才能作出恰当的选择。

总之，最优选择的原则是：

方法误

差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定

值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的

灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电

路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，

以提高测试的准确度。

3．测量电路的选择

⑴电流表的内、外接问题：

（甲）所示电路为电流表外接电路（简

称外接法）；（乙）所示电路为电流表内接电路（简称内接法）。

两

种接法的选择可按下列方法进行：

方法一：

设电流表、电压表内阻分别为 R 、R ，被测电阻为 R ，

AVx

则

当 R < R R 时，电压表分流作用小，应选用外接法

xAV

当 R > R R 时，电流表分压作用小，应选用内接法

xAV

当 R = R R 时，电流表分压作用和电压表分流作用相差不大，

xAV

两种方法均可。

方法二：

在 R 、 R 均不知的情况下，可采用试触法。

如图所

VA

示，分别将 a 端与 b、c 接触，如果前后两次电流表示数比电压表

示数变化明显，说明电压表分流作用大，应采用内接法；如果前后

两次电压表示数比电流表示数变化明显，说明电流表分压作用大，

应采用外接法。

a

b

c

⑵滑动变阻器的分压、限流

接法：

为了改变测量电路（待

甲乙

测电阻）两端的电压（或通

过测量电路的电流），常使滑动变阻器与电源连接作为控制电路，

滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式：

如图（甲）为滑动变阻

器的限流式接法，R 为待测电阻。

它的接线方式是电源、滑动变阻

X

器与待测电阻三者串联。

对待测电阻供电电压的最大调节范围是：

ER

X

RR

X

~ E （ R 是待测电阻，R 是滑动变阻器的总电阻，不计电源内

X

阻）。

如图（乙）是滑动变阻器的分压式接法。

接线方式是电源与滑

动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并

联，该接法对待测电阻供电电压的调节范围是：

0 ~ E （不计电源内

阻时）。

选取接法的原则：

①要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，

须用分压式接法。

②负载电阻 Rx 远大于滑动变阻器总电阻 R 时，须用分压式接

法，此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。

③采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表

的量程或超过用电器的额定电流（电压）时，应采用变阻器的分压

式接法。

④负载电阻的阻值 Rx 小于滑动变阻器的总电阻 R 或相差不

大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流

式接法。

⑤两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流电路结

构简单，总功率较小。

滑动变阻器的粗调和微调作用：

①在限流电路中，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较

小的变阻器起微调作用。

②在分压电路中，全电阻较小的变阻器起粗调作用，全电阻较

大的变阻器起微调作用。

4．实物图的连接：

实物图连线应掌握基本方法和注意事项。

⑴注意事项：

①连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。

②各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉。

③对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，

在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上。

⑵基本方法：

①画出实验电路图。

②分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程。

③画线连接各元件。

（用铅笔画线，以便改错）连线方式应是单线连

接，连线顺序应先画串联电路，再画并联电路。

一般先从电源正极开始，到电键，再到滑动变阻器等。

按顺序

以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支

路将要并联的元件再并联到电路中去。

连接完毕，应进行检查，检

查电路也应按照连线的方法和顺序。

（二）定值电阻的测量方法

1．欧姆表测量：

最直接测电阻的仪表。

但是一般用欧姆表测量只

能进行粗测，为下一步的测量提供一个参考依据。

用欧姆表可以测

量白炽灯泡的冷电阻。

2．替代法：

替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等

效、也可以是利用电压等效。

替代法测量电阻精度高，不需要计算，

方法简单，但必须有可调的标准电阻（一般给定的仪器中要有电阻

箱）。

【例题】在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻

值 Rx，现有如下器材：

读数不准的电流表 A、定值电阻 R0、电阻

箱 R1、滑动变阻器 R2、单刀单掷开关 S1、

单刀双掷开关 S2、电源和导线。

⑴画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。

⑵写出主要的实验操作步骤。

【解析】⑴实验电路如右图所示。

⑵①将 S2 与 Rx 相接，记下电流表指针所指位置。

②将S2 与 R1 相

接，保持 R2 不变，调节 R1 的阻值，使电流表的指针指在原位置上，

记下 R1 的值，则 Rx＝R1。

3．伏安法：

伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定

律和全电路欧姆定律），需要的基本测量仪器是电压表和电流表，

当只有一个电表（或给定的电表不能满足要求时），可以用标准电

阻（电阻箱或一个定值电阻）代替；当电表的内阻已知时，根据欧

姆定律 I=U/R 电压表同时可以当电流表使用，同样电流表也可以当

电压表用。

4．伏安法拓展：

某些问题中，因实验器材不具备（缺电流表或电

压表），或因实验条件限制，或因实验精度不允许而不能用“伏安法”。

这时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选择实验原理，用“伏

安法”的替代形式——“比较法”来设计实验方案。

⑴利用已知内阻的电压表:

利用“伏伏”法测定值电阻的阻值

【例题】用以下器材测量一待测电阻 Rx 的阻值（900～1000Ω）：

电源 E，具有一定内阻，电动势约为 9.0V；

电压表 V1，量程为 1.5V，内阻 r1＝750Ω；

电压表 V2，量程为 5V，内阻 r2＝2500Ω；

滑动变阻器 R，最大阻值约为 100Ω；

单刀单掷开关 K，导线若干。

测量中要求电压表的读数不小于其量程的 1/3，试画出测量电阻 Rx

的一种实验电路原理图。

【解析】如图所示

⑵利用已知内阻的电流表：

利用“安安”法测定值电阻的阻值

【例题】用以下器材测量一待测电阻的阻值。

器材（代号）与规格

如下：

1                                                            2

电流表 A（量程 250mA,内阻 r1 为 5Ω）；标准电流表 A（量程 300mA,

内阻 r2 约为 5Ω）；

待测电阻 R1（阻值约为 100Ω）；滑动变阻器 R2（最大阻值 10Ω）；

电源 E（电动势约为 10V，内阻 r 约为 1Ω）；单刀单掷开关 S，导

线若干。

⑴要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明

每个器材的代号.

⑵需要直接测量的物理量是_______,用测的量表示待测电阻 R1 的

计算公式是 R1＝________。

【解析】⑴实验电路图如图所示。

⑵两电流表 A1、 A2 的读数为 I1、I2 和 电 流 表

A1 的内阻为 r1，待测电阻 R1 的阻值的计算公式是：

 R1 =

I

1 r

I - I 1

2 1

⑶电压表、电流表混合用

【例题】有一电阻 Rx，其阻值在 100～200Ω 之间，额定功率为

0.25W。

要用伏安法较准确地测量它的阻值，实验器材有：

安培表 A1，量程为 50mA，RA1=100Ω

安培表 A2，量程为 1A，RA2=20Ω

电压表 V1，量程为 5V，RV1=10kΩ

电压表 V2，量程为 15V， RV2=30kΩ

变阻器 R1，变阻范围 0～20Ω ，2A

变阻器 R2，变阻范围 0～1000Ω，1A

9V 电源，电键，导线。

⑴实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别

是：

。

⑵画出所用实验电路图。

【解析】⑴允许通过电阻中电流可能的最大值由：

P = I 2R 得，

I = 35mA I = 50mA 。

因为电阻可能为 200Ω，所以通过被测电阻的

12

电流的最大值可能是 35mA，应用电流表的示数来控制通过电阻的

12

因为电阻可能为 100Ω，所以允许加在电阻两端的电压的最大值可

能是 5V，应用电压表的示数来控制加在电阻两端

的电压，因此电压表应选 V1。

因为 R1＜ R2,且 2A＞35mA, 所以应

选变阻器 R1。

因为 R1＜Rx 所以滑动变阻器连接方式应选用分压电

路。

因为 R < R R ,所以应选用外接电路。

xAV

⑵实验所用电路如图所示

【变式题】（2006 年广东）某同学设计了一个如图甲所示的实验电

路，用以测定电源电动势和内阻，使用的实验器材为：

待测干电池

组（电动势约 3 V）、电流表（量程 0.6 A，内阻小于 1 Ω）、电阻箱

（0～99.99 Ω）、滑动变阻器（0～10 Ω）、单刀双掷开关、单刀单

掷开关各一个及导线若干。

考虑到干电池的内阻较小，电流表的内

阻不能忽略。

⑴该同学按图甲连线，通过控制开关状态，测得电流表内阻约为

0.20Ω 。

 试 分 析 该 测 量 产 生 误 差 的 原 因 是

_________________________________________。

⑵简要写出利用图甲所示电路测量电源电动势和内阻的实验步骤：

①

_________________________________________________________

____________；

②

_________________________________________________________

_____________；

⑶图乙是由实验数据绘出的 1R 图象，由此求出待测干电池组的电

I

动势 E＝______V、内阻

r＝______Ω。

（计算结果保留三位有效数字）

C

DS

R

K

RA

A

1

I

/A－

AP

Er

图甲

B

R/Ω

图乙

【解析】由测定电源电动势和内阻实验的原理知，此种接法出现误

差的原因是电流表的分压作用。

而 R = r + r ， 1 - R 图线的斜率表示

安

电源电动势的倒数，据此得出电动势 E＝2.81V, 内 阻

r＝2.33Ω。

若不能正确理解 1 - R 图象的物理意义，则无法得出正

I

确的答案。

因此对于实验中处理数据的图像的意义，一定要分析清

楚。

【答案】⑴并联电阻箱后线路总阻值减小，从而造成总电流增大

⑵ ①调节电阻箱R，断开开关K，将开关 S 接 D，记录电

阻箱的阻值和电流表示数；

②断开开关 D，再次调节电阻箱R，将开关 S 接 D，记

录电阻箱的阻值和电流表示数

⑶ 2.81、2.33

（三）电表内阻的测量方法

1．互测法：

⑴电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻：

V

A

VA

⑵两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻：

A2

A1

V1

V2

⑶两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才能测定电表

的内阻：

R

V1

R

A1A2

V2

2．替代法：

R

2

S

A                R

2

S

V

A11

V1

1

3．半偏法：

A

V

R2

R2

S2  R1

R1

（R1»R2）         （R1«R2）

S1S

2

VS

1

4.闭合电路欧姆定律计算法：

（不计电源内阻）

【例题 1】（2000 年全国）从下表中选出适当的实验器材，设计一

电路来测量电流表 A1 的内阻 r1，要求方法简捷，有尽可能高的测

量精度，并能测得多组数据。

⑴在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。

器材（代号）规格

电流表（A1） 量程 10mA，内阻 r1 待测（约

40Ω）

电流表（A2） 量程 500μA，内阻 r2=750Ω

电压表（V） 量程 10V，内阻 r3=10Ω

电阻（R1）阻值约 100Ω，作保护电阻用

滑 动 变 阻 器 总阻值约 50Ω

（R）

电池（E）电动势 1.5V，内阻很小

导线若干，电

键K

⑵ 若 选 测 量 数 据 中 的 一 组 来 计 算 r1 ， 则 所 用 的 表 达 式 为

r1=____________，式中各符号的意义是____________。

【解析】⑴如图所示。

⑵ r

1

I

I

1

2

表示通过电流表 A1 的电流，I2 表示通过电流表 A2 的

电流，

r2 表示电流表 A2 的内阻。

【备考提示】在很多情况下，电压表和电流表（已知内阻）的功用

可以互换。

有时利用一块电表配合定值电阻也可以完成功能的互

换。

实际上就是部分电路欧姆定律的变形运用。

在处理时，一定要

明确原理，灵活运用。

VV

mA

给定的器材有：

待测电压表（量程 2V，内阻约 4kΩ）；电流表

（量程 1.2mA，内阻约 500Ω）；直流电源 E（电动势约 2.4V，内

阻不计）；固定电阻 3 个：

R1=4000Ω，R2=10000Ω，R3=15000Ω；

电键 S 及导线若干。

要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一

半。

⑴试从 3 个固定电阻中选用 1 个，与其它器材一起组成测量电路，

并在虚线框内画出测量电路的原理图。

（要求电路中各器材用题中

给定的符号标出。

）

⑵电路接通后，若电压

VmA

表读数为 U，电流表读数

为 I ，则电压表内阻RV

=_________。

R1

S

E

【解析】⑴实验电路如图所示，若选用电阻 R1，则并联电阻 R 并＝

2000Ω，电压表读数

U＝

并 mA

E             2.4

并

E

R ＋r

并

mA

＝   2.4

2000 + 500

＝0.00096A＝0.96mA＞0.6mA，R1 符合要求，

同理可得 R2、R3 不符合要求，故选 R1。

R

1

RIR I－U

121

【备考提示】本题涉及实验器材选取和电路设计等，对考生的分析

综合能力提出了较高要求，解答此类试题必须根据测量要求和所提

供的器材，由仪表的选择原则和基本规律为分析的入手点。

【变式题】

1．（2006 年全国Ⅱ）现要测定一个额定电压 4V、额定功率 1.6W 的

小灯泡（图中用○× 表示）的伏安特性曲线。

要求所测电压范围为

0.1V～4V。

V

A1A2

程 4.5V，内阻约为 4×104Ω），电流表（量程 250mA，内阻约为

2Ω），电流表（量程 500mA，内阻约为 1Ω），滑动变阻器 R（最

大阻值约为 30Ω），电键 S，导线若干。

如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表

是，下面两个电路应该选用的是。

【解析】在测量小灯泡的伏安曲线时，

由于题目要求电压范围为 0.1V～4V，因

A2

此滑动变阻器采用分压式接法。

根据估算通过小灯泡的额定电流为

I=0.4A，因此电流表应该选用。

在伏安法测量过程中，由于

临界电阻 R =R R = 200Ω 大于小灯泡电阻，因此应该选择电流表外

AV

接法即选择甲电路进行测量。

2．（2006 年北京）某同学用如图所示电路，测绘标有

“3.8 V,0.3 V ”的小灯泡的灯丝电阻 R 随电压 U 变化的

图象。

①除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择：

电流表：

A 1（量程 100 mA,内阻约 2Ω）

A2 （量程 0.6 A,内阻约 0.3Ω）

电压表：

V1（量程 5 V,内阻约 5Ω）

V2（量程 15 V,内阻约 15Ω）

电源：

E1（电动势为 1.5 V，内阻为 0.2Ω）

E2（电动势为 4 V，内阻约为 0.04Ω）

为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表 ___________，电

压 表 ______________ ， 滑 动 变 阻 器 ________________ ， 电 源

___________________。

（填器材的符号）

②根据实验数据，计算并描绘出 R-U 的图象如图所示。

由图象可知，

此灯泡在不工作时，灯丝电阻为___________；当所加电压为 3.00 V

时 ， 灯 丝 电 阻 为 ____________ ， 灯 泡 实 际 消 耗 的 电 功 率 为

___________W。

③根据 R-U 图象，可确定小灯泡耗电功率 P 与外加电压 U 的关系，

符合该关系的示意图是下列图中的__________。

ABCD

【解析】①对器材的选用应以安全、实用为原则。

小灯泡的额定电

压和额定电流分别为 3.8V 和 0.3A，故电压表应选 V1，电流表 A2；

由于是分压接法，故滑动变阻器应选 R1，便于调节，电源应选 E2。

②由图象可看出：

U＝0 时，小灯泡不工作，对应电阻为 1.5Ω，当

U＝3.0V 时，对应的电阻为 11.5Ω。

此时，灯泡实际消耗的功率 P

＝ U 2 / R ＝0.78W。

③由 R－U 图线可看出，随 U 的增大，电阻的

变化越来越小，而 P＝U 2 / R ，随 U 的变化，功率 P 的变化将更加

明显，故选 A。

（四）一类借助图像法处理的上海实验试题

近几年的上海高考中，经常出现一类需要借助图像关系处理的

实验题，该种题目处理技巧性强，并且要

求能够准确理解图像的物理意义，该类问

题对于山东的命题不无导向作用，备考时

也应引起足够的重视。

U（V）

200

160

120

80

40

L1     L2

00.20.40.6 I （A）

【例题 1】（2004 年上海）两个额定电压

为 220V 的白炽灯 L1 和 L2 的 U – I 特性曲线如图所示。

L2 的额定功

率约为W；现将 L1