高中物理电学实验攻略.docx
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高中物理电学实验攻略
电学实验题型攻略
电学设计性实验,其主要设计思想:
电表量程的选择,电流表、电压表内外接的选择,滑动变阻器的限流、分压接法选择,电表的另用（作待测电阻,电流表作电压表使用,电压表作电流表使用）等。
电学设计性实验题能有效地考查学生的实验技能和创造性思维能力,在高考中的考查频率很高,从以下几个方面着手,电学实验便不攻自破。
1、三个明确
不少学生面对这类题感到无从下手.实际上,只要做到“三个明确”“三个选择”,问题便可迎刃而解
（一）明确题目的要求
解答一道电学实验设计题,首先要认真审清题意,看清题目的要求.即要看清题目要求测定什么物理量,验证、探究什么物理规律,或者要求设计达到何种标准的电路等.对实验的目的要求明确了,才能保证解题思路正确、明朗,方法对头.
（二）明确实验设计的原理
测量电路、控制电路、实验仪器的选择,实验方法、步骤的确定,数据处理、误差分析等问题,都是从实验原理派生出来的,只有明确实验原理,其他问题才可得以解决.如果设计测定型实验,应弄清待测物理量可通过哪些规律、公式求得,与哪些物理量有直接联系,可用哪些物理量定量地表示,用何种方法测定相关量,进而得出待求量.如果设计验证型实验,应弄清在相应的物理现象中,何种定量关系成立,才能使待验证的结论成立.对于设计符合一定标准的电路问题,则应根据实验的要求和相关物理规律,器材的规格、性能等,合理选择、连接电路.
（三）明确设计电路的原则
1、安全性原则:
量程不能太小,通过电源、电表、滑动变阻器、用电器的电流不能超过其量程；
2、精确性原则:
量程不能太大,电压表、电流表能大角度偏转,一般要超过量程的
否则读数误差较大；
3、方便性原则:
滑动变阻器要方便调节,同时要考虑供电电压的变化范围是否满足实验要求；
4、节能性原则:
应用器材少,耗电少,在限流、分压两种电路都满足实验要求时,由于限流电路结构简单,损耗的功率小,应优先选用。
二、电学实验考向分析
1、电表的选择与读数的考查
2、电路的设计的考查
3、数据处理的考查
4、误差分析的考查
3、电路设计的常见技巧
1、电表的反常使用
（1）内阻已知的电压表,可以当电流表使用；
（2）内阻已知的电流表,可以当电压表使用。
2、定值电阻的活用
（1）当保护电阻用（满足安全性原则）
（2）减少系统误差,提高精确度（满足精确性原则）
（3）改装电表,扩大电流表或电压表的量程
（4）已知通过的电流时,可以当电压表使用
（5）已知两端电压时,可以当电流表使用
四、电学实验解题思路
1、通过读题分析并计算电路的最大电流和最小电流,进而选择合适量程的电表。
特别注意！
！
！
（1）若无合适的电表可以选择,且题目提供的元器件又有定值电阻,则可能需要电表的改装；
（2）若题目给出的电流表量程太大,则可能需要把电压表当电流表使用；
（3）若题目给出了两个量程一样的电表,但其中一个电表内阻阻值已知,另一个电表内阻阻值未知,则需通过计算,进而选择合适的电表。
2、当题目中出现了定值电阻时,要注意定值电阻的作用。
一般定值电阻起两个作用,一是改装电表,二是保护电路。
特别注意！
！
！
（1）若题目有多个定值电阻,需要计算选择合适的电阻；
（2）当定值电阻在电路中起保护作用时,要注意定值电阻所在电路的位置对数据处理无影响。
3、在选择测量电路时要考虑系统误差,误差越小越好。
电流表外接的误差来源于电压表分流,电流表内接的误差来源于电流表分压。
一般情况下,当
＞
时,选用电流表外接,当
＜
时,选用电流表内接。
特别注意！
！
！
！
一旦题目告诉了电表的准确的内阻阻值,就要考虑能否消除系统误差。
（1）如果题目只告诉电压表的准确的内阻阻值,尽管用阻值比值法算出来该选择电流表内接,但是电压表的内阻阻值已知,可以算出流过电压表的电流,进而可以消除电压表分流引起的系统误差,所以应选择电流表外接；
（2）如果题目只告诉电流表的准确的内阻阻值,尽管用阻值比值法算出来该选择电流表外接,但是电流表的内阻阻值已知,可以算出电流表分担的电压,进而可以消除电流表分压引起的系统误差,所以应选择电流表内接。
4、在选择控制电路时要注意,大电阻限流,小电阻分压。
特别注意！
！
！
当题目中出现“电压、电流从零调节”、“多测几组数据”、“大范围测量”、限流时控制不住电流,则必分压。
5、在处理数据时要运用一次函数的知识,并结合图像算出相关的物理量。
（1）运用闭合电路的欧姆定律,化出题目要求的一次函数形式；
（2）通过一次函数的表达式确定图像的截距、斜率所表示的物理量；
（3）运用图像和数据算出要求解的物理量。
特别注意！
！
！
当题目要求根据图像求相关物理量时:
（1）补全图像,使图像与坐标轴有交点；
（2）计算斜率时要注意其坐标轴的起点是否从“0”开始。
【典型例题】
【典例1】（2014·四川卷）图是测量阻值约几十欧的未知电阻Rx的原理图,图中R0是保护电阻（10Ω）,R1是电阻箱（0～99.9Ω）,R是滑动变阻器,A1和A2是电流表,E是电源（电动势10V,内阻很小）。
在保证安全和满足要求的情况下,使测量范围尽可能大。
实验具体步骤如下:
（1）连接好电路,将滑动变阻器R调到最大；
（2）闭合S,从最大值开始调节电阻箱R1,先调R1为适当值,再调节滑动变阻器R,使A1示数为I1＝0.15A,记下此时电阻箱的阻值R1和A2的示数I2；
（3）重复步骤
（2）,再测量6组R1和I2值；
（4）将实验测得的7组数据在坐标纸上描点。
根据实验回答以下问题:
①现有四只供选用的电流表:
A.电流表（0～3mA,内阻为2.0Ω）
B.电流表（0～3mA,内阻未知）
C.电流表（0～0.3A,内阻为5.0Ω）
D.电流表（0～0.3A,内阻未知）
A1应选用________,A2应选用________。
②测得一组R1和I2值后,调整电阻箱R1,使其阻值变小,要使A1示数I1＝0.15A,应让滑动变阻器R接入电路的阻值________（选填“不变”、“变大”或“变小”）。
③在坐标纸上画出R1与I2的关系图。
④根据以上实验得出Rx＝________Ω。
【典例2】（2013年江苏卷）为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系,小明测量小灯泡的电压U和电流I,利用P=UI得到电功率.实验所使用的小灯泡规格为“3.0V1.8W”,电源为12V的电池,滑动变阻器的最大阻值为10Ω.
（1）准备使用的实物电路如题图所示.请将滑动变阻器接入电路的正确位置.（用笔画线代替导线）
（2）现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻,电路中的电阻R1应选_______Ω的定值电阻.
（3）测量结束后,应先断开开关,拆除______两端的导线,再拆除其他导线,最后整理好器材.
（4）小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上,并作出了一条直线,如题图所示.请指出图象中不恰当的地方.
【典例3】（2014海南卷）用伏安法测量一电池的内阻。
已知该待测电池的电动势E约为9V,内阻约数十欧,允许输出的最大电流为50mA,可选用的实验器材有:
电压表V1（量程5V）；电压表V2（量程10V）；
电流表A1（量程50mA）；电压表A2（量程100mA）；
滑动变阻器R（最大电阻300Ω）；
定值电阻R1（阻值为200Ω,额定功率为1/8W）；定值电阻R2（阻值为220Ω,额定功率为1W）；
开关S；导线若干。
测量数据如坐标纸上U-I图线所示。
（1）在答题卡相应的虚线方框内画出合理的电路原理图,并标明所选器材的符号。
（2）在设计的电路中,选择定值电阻的根据是.
（3）由U-I图线求得待测电池的内阻为Ω。
（4）在你设计的电路中,产生系统误差的主要原因是.
【典例4】（2013—2014年成都.期末）在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中,备有下列器材:
A.干电池
（电动势约为1.5V、内电阻大约为1.O
）B.电流表Al（满偏电流2mA、内阻
20
）
C.电流表A2（O～O.6A、内阻约0.1
）D.滑动变阻器
（O～10
、2A）
E.滑动变阻器
（0～100
、lA）F.定值电阻
980
G.开关S、导线若干
（1）为了方便且能较精确地进行测量,其中应选用的滑动变阻器是_____（填“
”或“
”）
（2）四位同学分别设计了甲、乙、丙、丁四个实验电路图,其中最合理的是________。
（3）四位同学讨论后,根据最合理的实验方案正确操作,利用测出的数据绘出了右图所示的
图线（
为电流表A1的示数,
为电流表A2的示数）。
由图线可求得被测电池的电动势
=______V（结果保留三位有效数字）；内电阻
_____
（结果保留两位有效数字）。
【典例5】某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻,现备有下列器材:
A.被测干电池一节B.电流表1:
量程0～0.6A,内阻r=0.3Ω
C.电流表2:
量程0～0.6A,内阻约为0.1ΩD.电压表1:
量程0～3V,内阻未知
E.电压表2:
量程0～15V,内阻未知F.滑动变阻器1:
0～10Ω,2A
G.滑动变阻器2:
0～100Ω,1AH.开关、导线若干
伏安法测电池电动势和内阻的实验中,由于电流表和电压表内阻的影响,测量结果存在系统误差；在现有器材的条件下,要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻。
（1）在上述器材中请选择适当的器材:
__________（填写选项前的字母）；
（2）实验电路图应选择下图中的__________（填“甲”或“乙”）；
（3）根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U－I图象,则在修正了实验系统误差后,干电池的电动势E＝__________V,内电阻r＝__________Ω。
【典例6】（2012年四川）某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线,可供选用的器材如下:
小灯泡L,规格“4.0V,0.7A”；电流表A1,量程3A,内阻约为
；
电流表A2,量程0.6A,内阻
；电压表V,量程3V,内阻
；
标准电阻
阻值
；标准电阻
阻值
；
滑动变阻器
阻值范围
；学生电源E,电动势6V,内阻不计；
开关S及导线若干。
①甲同学设计了如图1所示的电路来进行测量,当通过L的电流为0.46A时,电压表的示数如图2所示,此时L的电阻为________________
。
②乙同学又设计了如图3所示的电路来进行测量,电压表指针指在最大刻度时,加在L上的电压值是____V。
③学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线,需要重新设计电路。
请
你在乙同学的基础上利用所供器材,在图4所示的虚线框内补画出实验电路图,并在图
上标明所选器材代号。
【题型过关训练】
一、未知电阻的测量
1.现要测定一电压表的内阻Ry的值。
实验室提供了如下的器材:
A.待测电压表V（量程3V,内阻r1约几kΩ）B.电流表A（量程5mA,内阻约10Ω）
C.电阻箱R0（0—9999.9Ω）D.滑动变阻器R1（50Ω,100mA）
E.滑动变阻器R2（3kΩ,2mA）F.电源E（电动势4V,内阻可忽略不计）
G.开关S及导线若干
①先用多用电表粗测电压表内阻,选择电阻率倍率____,将两表笔短接,进行欧姆调零,再使两表笔接触电压表的正负接线柱,读数如图甲所示,则其阻值为____Ω。
②为了减小实验误差,要求实验过程中使用的电表指针偏转超过其量程的一半,四位同学分别设计的实验电路如图乙所示。
最适合的是_______,电路中的滑动变阻器R应选用___
（选填“R1”或“R2”）。
实验过程中需要测量的物理量及对应的符号是____,用测得的物理量计算电压表V内阻的表达式是Ry_____。
二、描绘小灯泡的伏安特性曲线
1.小明、小刚、小敏所在的学习兴趣小组在研究玩具电动机的工作状态时,想描绘出电动机工作时两端电压U和通过电动机线圈的电流I的U–I图线。
实验室备有下列器材:
待测电动机M（额定电流0.9A,额定电压4.0V）电流表A1量程5A,内阻约0.1Ω）
电流表A2（量程0.6A,内阻2.0Ω）电压表V1（量程4.5V,内阻约8kΩ）.
电压表V2（量程3V,内阻约10kΩ）电阻箱R0（0~99.9Ω）
滑动变阻器R1（最大阻值为100Ω）滑动变阻器R2（最大阻值为10Ω）
电源E（电动势为6V,内阻很小）开关S,导线若干
为了达到实验目的且操作方便、并尽可能提高测量精度,他们设计了图甲所示的测量电路图,并让小明先把量程为0.6A的电流表改装成了量程为l.0A的电流表。
①图甲中电流表应选,电压表应选。
滑动变阻器应选虚线框中的元件是。
（均填器材代号字母）
②实验中,小组同学团结合作、按正确操作完成了实验。
小敏根据探测记录,作出了图乙所示的M在不转动和转动两种情形下两端电压U随电流I变化的图线。
由图可知,M内部线圈的电阻约为Ω。
（结果保留两位有效数字）
③小刚根据小敏作出的U–I图线对M两端电压数据进行比较。
他发现:
M两端电压为2.5V时通过M的电流,居然小于M两端电压为2.0V时通过M的电流!
出现这一结果的主要原因是:
。
2.电源的输出功率P跟外电路的电阻R有关.下图是研究它们的关系的实验电路.为了便于进行实验和保护蓄电池,给蓄电池串联了一个定值电阻R0,把它们一起看作电源（图中虚线框内部分）.电源的内电阻就是蓄电池的内电阻和定值电阻R0之和,用r表示.电源的电动势用E表示.
（1）写出电源的输出功率P跟E、r、R的关系式:
________.（安培表、伏特表看作理想电表）
（2）在实物图中按电路图画出连线,组成实验电路.
（3）下表中给出了6组实验数据,根据这些数据,在方格纸中画出P－R关系图线.根据图线可知,电源输出功率的最大值是________W,当时对应的外电阻是________Ω.
（4）由表中所给出的数据,若已知跟电源串联的定值电阻的阻值为R0＝4.5Ω,还可以求得该电源的电动势E＝________V,内电阻r0＝________Ω.
3、测量电源电动势E及内阻r
1.（2015年四川卷）用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。
已知电池的电动势约6V,电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。
可选用的实验器材有:
电流表A1（量程0～30mA）；电流表A2（量程0～100mA）；
电压表V（量程0～6V）；滑动变阻器R1（阻值0～5Ω）；
滑动变阻器R2（阻值0～300Ω）；开关S一个,导线若干条。
某同学的实验过程如下:
Ⅰ.设计如图3所示的电路图,正确连接电路。
Ⅱ.将R的阻值调到最大,闭合开关,逐次调小R的阻值,测出多组U和I的值,并记录。
以U为纵轴,I为横轴,得到如图4所示的图线。
Ⅲ.断开开关,将Rx改接在B、C之间,A与B直接相连,其他部分保持不变。
重复Ⅱ的步骤,得到另一条U-I图线,图线与横轴I的交点坐标为（I0,0）,与纵轴U的交点坐标为（0,U0）。
回答下列问题:
①电流表应选用,滑动变阻器应选用；
②由图4的图线,得电源内阻r＝Ω；
③用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx＝,代入数值可得Rx；
④若电表为理想电表,Rx接在B、C之间与接在A、B之间,滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置,两种情况相比,电流表示数变化范围,电压表示数变化范围。
（选填“相同”或“不同”）
2.在研究性课题的研究中,小刚、小聪和小明所在的小组收集了手机的电池以及从废旧收音机上拆下的电阻、电容、电感线圈等电子器件。
现从这些材料中选取两个待测元件进行研究,一是电阻Rx（阻值约2k
）,二是手机中常用的锂电池（电动势E的标称值为3.4V）。
在操作台上还准备了如下实验器材:
A.电压表V（量程4V,内阻Rv约10k
）B.电流表A1（量程100mA,内阻
约5
）
C.电流表A2（量程2mA,内阻
约50
）D.滑动变阻器R（0～40
。
额定电流1A）
E.电阻箱Ro（0～999.9
）F.开关S-只、导线若干
①小刚采用伏安法测定Rx的阻值,他使用的电是待测的锂电池。
图甲是他连接的部分实验器材,请你用笔划线在答题卡上完成实物连接。
小刚选用的电流表应是（选填“A1”或“A2”）；他用电压表的读数除以电流表的读数作为Rx的测量值,则测量值真实值（填“大于”或“小于”）；
②小聪和小明设计了图乙所示的电路图测量锂电池的电动势E和内阻r。
a.小聪的实验操作是:
闭合开关S.调整电阻箱的阻值为R1时,读出电压表的示数为Ul；调整
电阻箱的阻值为R2时,读出电压表的示数为U2。
根据小聪测出的数据可求得该电池的电动势,其
表达式为E=；
b.小明认为用线性图像处理数据更便于分析。
他在实验中多次改变电阻箱阻值,获取了多组数据,画出的
图像为一条直线（见图丙）。
则该图像的函数表达式为
由图丙可知该电池的电动势E=V、内阻r=____
。
3.（2014年全国卷1）利用如图（a）所示电路,可以测量电源的电动势和内阻,所用的实验器材有:
待测电源,电阻箱R（最大阻值999.90
）.电阻R0（阻值为3.0
）,电阻R1,（阻值为3.0
）.电流表
（量程为200mA.内阻为RA=6.0
）.开关S.
实验步骤如下:
①将电阻箱阻值调到最大.闭合开关S；
②多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；
③以
为纵坐标,R为横坐标,作粤
图线（用直线线拟合）；
④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b。
回答下列问题:
（1）分别用E和r表示电源的电动势和内阻,则
与R的关系式为。
（2）实脸得到的部分数据如下表所示,其中电阻R=3.O
）时电流表的示数如图（b）所示,读出数据.完成下表。
答:
①,②。
（3）在图（c）的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,根据图线求得斜率k=A-1
-1,截距b=A-1,.
（4）根据图线求得电源电动势E=V,内阻r=
。
R/Ω
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
I/A
0.143
0.125
①
0.100
0.091
0.084
0.077
I-1/A-1
6.99
8.00
②
10.0
11.0
11.9
13.0
4.（2007年四川）甲同学设计了如图所示的电路测电源电动势E及电阻R1和R2的阻值。
实验器材有:
待测电源E（不计内阻）,待测电阻R1,待测电阻R2,电压表V（量程为1.5V,内阻很大）,电阻箱R（0-99.99Ω）,单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干。
①先测电阻R1的阻值。
请将甲同学的操作补充完整:
闭合S1,将S2切换到a,调节电阻箱,读出其示数r和对应的电压表示数U1,保持电阻箱示数不变,将S2切换到b,读出电压表的示数U2。
则电阻R1的表达式为R1＝_______。
②甲同学已经测得电阻R1＝4.8Ω,继续测电源电动势E和电阻R2的阻值。
该同学的做法是:
闭合S1,将S2切换到a,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U,由测得的数据,绘出了如图所示的
图线,则电源电动势E＝V,电阻R2＝Ω。
③利用甲同学设计的电路和测得的电阻R1,乙同学测电源电动势E和电阻R2的阻值的做法是:
闭合S1,将S2切换到b,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U,由测得的数据,绘出了相应的
图线,根据图线得到电源电动势E和电阻R2。
这种做法与甲同学的做法比较,由于电压表测得的数据范围（选填“较大”、“较小”或“相同”）,所以同学的做法更恰当些。
5.测一节干电池的电动势E和内阻r。
某同学设计了如图a所示的实验电路,已知电流表内阻与电源内阻相差不大。
（1）连接好实验电路,开始测量之前,滑动变阻器R的滑片P应调到 （选填“a”或“b”）端。
（2）闭合开关S1,S2接位置1,改变滑片P的位置,记录多组电压表、电流表示数。
（3）重复
（1）操作,闭合开关S1,S2接位置2,改变滑片P的位置,记录多组电压表、电流表示数。
（4）建立U—I坐标系,在同一坐标系中分别描点作出S2接位置1、2时图象如图b所示。
①S2接1时的U—I图线是图b中的 （选填“A”或“B”）线。
②每次测量操作都正确,读数都准确。
由于S2接位置1,电压表的分流作用,S2接位置2,电流表的分压作用,分别测得的电动势和内阻与真实值不相等。
则由图b中的A和B图线,可得电动势和内阻的真实值,E= V,r= Ω。
6.实际电流表有内阻,测量电流表
内阻
的电路如图所示。
供选择的仪器如下:
①待测电流表
（
内阻约300Ω）,②电流表
（
内阻约100Ω）,③定值电阻
（300Ω）,④定值电阻
（10Ω）,⑤滑动变阻器
（
Ω）,⑥滑动变阻器
（
Ω）,⑦干电池（1.5V）,⑧电键S及导线若干。
（1）定值电阻应选,滑动变阻器应选。
（在空格内填写序号）
（2）对照电路图用笔连线连接实物图。
（3）补全实验步骤:
①按电路图连接电路,将滑动变阻器的触头移至最（填“左端”或“右端”）
②闭合电键S,移动滑动触头至某一位置,记录
和
的读数
和
；
③多次移动滑动触头,记录
和
的读数
和
；
④以
为纵坐标,
为横坐标,作出相应图线,如图所示。
（4）根据
图线的斜率
及定值电阻,写出待测电流表内阻的表达式。
7.某班举行了一次物理实验操作技能比赛,其中一项比赛为用规定的器材设计合理电路,并能较准确地测量某电源的电动势及内阻。
给定的器材如下:
A.电流表G（满偏电流10mA,内阻10Ω）
B.电流表A（0～0.6A～3A,内阻未知）
C.滑动变阻器R0（0～100Ω,1A）
D.定值电阻R（阻值990Ω）
E.开关与导线若干
①请你用以上实验器材设计测量该电源电动势和内阻的电路图,并画在右边的虚线框中。
（要求:
为了保证器材的安全,在闭合开关前滑动变阻器的滑动头应置于最右端,即最大电阻处）
②图甲为小刘同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I1－I2图线（I1为电流表G的示数,I2为电流表A的示数）,则由图线可以得到被测电源的电动势为___________V,内阻为__________Ω。
（结果保留两位有效数字）
③另一位小张同学对另一电源也用上面的实验电路进行测量,初始时滑片P在最右端,但由于滑动变阻器某处发生断路,合上电键后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表A才有读数,于是该同学根据测出的数据作出了两个电流表读数I与x的关系图,如图乙所示,则根据图象可知,此电池组的电动势为__________V,内阻为__________Ω。
（结果保留三位有效数字）
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