高中物理电学实验汇总练习.docx

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高中物理电学实验汇总练习

[典例]　（2017·全国卷Ⅰ）某同学研究小灯泡的伏安特性。

所使用的器材有：

小灯泡L（额定电压3.8V，额定电流0.32A）；电压表

（量程3V，内阻3kΩ）；电流表

（量程0.5A，内阻0.5Ω）；固定电阻R0（阻值1000Ω）；滑动变阻器R（阻值0～9.0Ω）；电源E（电动势5V，内阻不计）；开关S；导线若干。

（1）实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图。

（2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图（a）所示。

由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻__________（填“增大”“不变”或“减小”），灯丝的电阻率__________（填“增大”“不变”或“减小”）。

（3）用另一电源E0（电动势4V，内阻1.00Ω）和题给器材连接成图（b）所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。

闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为______W，最大功率为______W。

（结果均保留2位小数）

[解析]　

（1）要实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，则滑动变阻器需要设计成分压接法；电压表

应与固定电阻R0串联，将量程改为4V。

由于小灯泡正常发光时电阻约为12Ω，所以需将电流表外接。

电路图如图所示。

（2）IU图像中随着电流的增大，图线的斜率变小，小灯泡的电阻增大。

根据电阻定律R＝ρ

，得灯丝的电阻率增大。

（3）当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0Ω时，流过小灯泡的电流最小，小灯泡的实际功率最小，把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分，在题图（a）中画出等效电源E0′（电动势4V，内阻1.00Ω＋9.0Ω＝10Ω）的伏安特性曲线，函数表达式为U＝4－10I（V），图线如图中Ⅰ所示，故小灯泡的最小功率为Pmin＝U1I1＝1.75×0.225W≈0.39W。

当滑动变阻器

接入电路中的阻值最小为零时，流过小灯泡的电流最大，小灯泡的实际功率最大，在题图（a）中画出电源E0（电动势4V，内阻1.00Ω）的伏安特性曲线，函数表达式为U＝4－I（V），图线如图中Ⅱ所示，故小灯泡的最大功率为Pmax＝U2I2＝3.68×0.318W≈1.17W。

[答案]　

（1）图见解析　

（2）增大　增大　（3）0.39　1.17

第二招　做好四类题型——一“仪器”、二“常规”、三“创新”、四“结合”

近几年高考出现的实验题，虽然考查形式多种多样，但考查特点主要有两个，一是考查基本的实验知识和操作技能，二是考查实验思想、处理方法和创新设计等综合实验能力。

刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、打点计时器、电流表、电压表、多用电表都是基本仪器，要熟练掌握它们的使用方法、操作规程和读数规则，在高考前要进行系统的实际测量和读数练习，特别是游标卡尺、螺旋测微器、电学实验仪器的读数。

此类试题难度不大，要防止在读数的估读、结果的有效数字和单位上出错。

[例1]　

（1）图甲中游标卡尺的读数为________mm，图乙中螺旋测微器的读数为________mm。

（2）某同学用多用电表的欧姆挡来测量一电压表的内阻，如图丙所示。

先将选择开关旋至倍率“×10”挡，红、黑表笔短接调零后进行测量，红表笔应接电压表的________（填“＋”或“－”）接线柱，结果发现欧姆表指针偏角太小，则应将选择开关旋至________（填“×1”或“×100”）挡并________________________，最终测量结果如图丁所示，则电压表的电阻为________Ω。

[解析]　

（1）由游标卡尺的读数规则[主尺上的整毫米数＋精确度×对齐格数（不估读）]，可知游标卡尺的读数为29mm＋0.1mm×8＝29.8mm；由螺旋测微器的读数规则[固定刻度上的毫米数（要注意半毫米线）＋0.01mm×对齐刻度（一定要估读）]，可知螺旋测微器的读数为0.5mm＋0.01mm×38.0＝0.880mm。

（2）多用电表使用时要注意电流是“红进黑出”，电压表中电流是从正接线柱流入的，所以多用电表的红表笔应接电压表的“－”接线柱，欧姆表指针偏角太小，说明所测电阻阻值较大，应换用大倍率挡位进行测量，并且重新进行欧姆调零，读数结果为30×100Ω＝3000Ω。

[答案]　

（1）29.8　0.880

（2）－　×100　重新进行欧姆调零　3000

[反思领悟]

本题易出错的地方有：

①游标卡尺读数时不注意单位；不从游标尺上的“0”刻度线开始读；对齐格数估读了一位。

②螺旋测微器读数时不注意固定刻度上的半毫米线；结果中舍弃了末位“0”。

③不注意电压表中电流的流向。

④不能根据指针偏角情况更换倍率挡位；更换挡位后直接测量而不进行欧姆调零。

常规实验题主要考查教材上基本实验的实验原理、器材的选择、实验的操作、数据的处理和误差分析。

复习时要从领会实验原理出发，全方位理解和掌握实验器材、实验操作、实验步骤、实验数据的处理、误差分析和电学实验实物图的连接、电路图的设计等，对每一个实验都应做到心中有数。

[例2]　某同学用如图甲所示原理图测量一节干电池的电动势和内阻，有以下器材可供选择：

A．电流表（0～0.6A）

B．电压表（0～3V）

C．滑动变阻器R（0～15Ω，5A）

D．滑动变阻器R′（0～50Ω，1A）

E．定值电阻R0（阻值为1Ω）

F．开关S及导线若干

（1）滑动变阻器应选________（填器材前的字母序号）。

（2）按照原理图连接好线路后进行测量，测得数据如下表所示。

1

2

3

4

5

I/A

0.11

0.20

0.30

0.40

0.50

U/V

1.37

1.35

1.33

1.32

1.29

由上表数据可看出，电压表示数变化不明显，试分析原因是_______________________。

（3）现将上述器材的连线略加改动就可使电压表的示数变化更明显，请在图乙中按改动后的原理图完成实物图连接。

（4）该同学按改动后的原理图重新测量，并根据所测数据画出UI图像，如图丙所示，则干电池的电动势为________V，内阻为________Ω。

[解析]　

（1）因是一节干电池且考虑电流表量程，滑动变阻器应选用C。

（2）因电压表测的是路端电压，其示数变化不明显，说明内电压在滑动变阻器滑片移动过程中变化很小，电池的内阻过小。

（3）电池内阻很小，因此可适当增大电池内阻，将定值电阻归为电池内阻，改动后的实物连接图如图所示。

（4）由闭合电路欧姆定律得U＝E－Ir，即UI图像中的纵截距表示电池电动势，为1.50V，图线的斜率的绝对值为“新”电源的内阻，即r＋R0＝

Ω＝1.25Ω，r＝0.25Ω。

[答案]　

（1）C　

（2）电池内阻过小　（3）见解析图　（4）1.5　0.25

[反思领悟]

本题以测电源电动势和内阻的实验为载体考查器材的选择、实物图的连接及实验数据的处理，要求考生对常规实验要熟记于心。

本题中要注意定值电阻的存在。

创新实验题要求考生能将教材中的学生实验和演示实验的实验原理、方法进行迁移和应用，试题新颖、能力要求高。

如力学中与纸带相关的实验、电学中电路的设计、计算形式的实验题等都可能考查学生运用已学过的实验方法、原理处理新情境实验题的能力，做题时一定要审清题意，明确实验目的，联想和迁移应用相关实验原理。

[例3]　某研究性学习小组用如图甲所示装置来测定当地的重力加速度，主要操作过程如下：

①安装实验器材，调节试管夹（小铁球）、光电门和纸杯在同一竖直线上；

②打开试管夹，由静止释放小铁球，用光电计时器记录小铁球在两个光电门间的运动时间t，并用刻度尺（图甲中未画出）测量出两个光电门之间的高度h，计算出小铁球通过两光电门间的平均速度v；

③保持光电门1的位置不变，改变光电门2的位置，重复②的操作。

测出多组数据，计算出对应的平均速度v；

④画出vt图像。

请根据实验，回答如下问题：

（1）设小铁球到达光电门1时的速度为v0，当地的重力加速度为g。

则小铁球通过两光电门间的平均速度v的表达式为________________（用v0、g和t表示）。

（2）实验测得的数据如下表：

实验次数

1

2

3

4

5

6

h（cm）

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

t（s）

0.069

0.119

0.159

0.195

0.226

0.255

v（m/s）

1.45

1.68

1.89

2.05

2.21

2.35

请在坐标纸（如图乙）上画出vt图像。

（3）根据vt图像，可以求得当地的重力加速度g＝______m/s2，试管夹到光电门1的距离约为______cm。

（结果均保留两位有效数字）

[解析]　本题实验装置中有两个光电门，这个装置比较常见，可以用来研究匀变速直线运动、探究动能定理、验证机械能守恒定律等。

实验中可以通过光电计时器测出小铁球通过两光电门的时间（若知道小铁球直径宽度，可得小铁球通过光电门的瞬时速度），用刻度尺测出两光电门的距离，然后进行一系列的分析。

（1）因为h＝v0t＋

gt2，所以v＝

＝v0＋

gt。

（2）在坐标纸上描点，用一条直线将这些点连接起来，使尽可能多的点在直线上，不在直线上的点均匀分布于直线两侧。

如图所示：

（3）从图中可求出斜率k＝4.84m/s2，v0＝1.10m/s，解得g＝9.7m/s2，h＝

＝0.062m＝6.2cm。

[答案]　

（1）v＝v0＋

gt　

（2）见解析图

（3）9.7（9.5～9.9之间均可）　6.2（6.0～6.4之间均可）

[反思领悟]

本实验的创新之处，在于数据信息的获取方式，利用光电门及光电计时器使数据的获取更便捷，理解落体法测重力加速度的原理，并在不同的实验背景下灵活应用是解题的关键。

高考物理考查学生应用数学知识的能力，在实验中体现在实验数据的处理上，通常利用相关实验的原理公式进行巧妙变形，变成和图像信息一致的函数形式，根据图像的斜率、截距结合函数关系式得出所需的数据。

[例4]　某实验小组在做“验证牛顿第二定律”实验中。

（1）在闭合开关之前，甲同学将实验器材组装成图甲所示，请指出该装置中的错误或不妥之处（只要答出其中的两点即可）：

____________________________________________。

（2）乙同学将上述装置调整正确后进行实验，在实验中得到如图乙所示的一条纸带，图中相邻两计数点之间还有四个点没有画出，由图中的数据可计算得小车加速度为________m/s2。

（保留两位有效数字）

（3）丙同学在利用上述调整好的装置进行实验中，保持砂和砂桶的总质量不变，小车自身的质量为M且保持不变，改变小车中砝码的质量m，并测出小车中放不同砝码时所对应的加速度a，以m为横坐标，

为纵坐标，在坐标纸上作出如图丙所示的

m关系图线，图中纵轴上的截距为b，则小车受到的拉力大小为________。

[解析]　

（1）打点计时器必须使用交流电源，该实验还应平衡摩擦力，释放小车时小车应靠近打点计时器。

（2）小车的加速度

a＝

m/s2＝0.60m/s2。

（3）由牛顿第二定律得F＝（M＋m）a，

整理得

＝

＋

由图像得

＝b，则F＝

。

[答案]　

（1）用的是直流电源　木板的右端没有垫高　小车离打点计时器太远（任写两条）　

（2）0.60　（3）

[反思领悟]

数形结合法是指将图像及函数相结合的一种方式，对重点数学公式变形，如本题中将牛顿第二定律方程变形为y＝kx＋b的形式对应图像中的各物理量。

1．以下仪器的读数分别是多少？

读出下图中游标卡尺（50分度）与螺旋测微器、电流表、电压表、欧姆表（×10倍率）的读数。

（1）________mm；　

（2）________mm；　（3）________A；

（4）________V；　　（5）________Ω。

答案：

（1）42.20　

（2）2.986（2.985～2.987均可）

（3）0.34　（4）2.22（2.20～2.23均可）　（5）300

2．（2017·全国卷Ⅰ）某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。

实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。

实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。

在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置。

（已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴）

（1）由图（b）可知，小车在桌面上是________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。

（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动。

小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为________m/s，加速度大小为________m/s2。

（结果均保留2位有效数字）

解析：

（1）由于小车在水平桌面上运动时必然受到阻力作用，做匀减速直线运动，相邻水滴（时间间隔相同）的位置间的距离逐渐减小，所以由题图（b）可知，小车在桌面上是从右向左运动的。

（2）滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，其滴水的时间间隔为T＝

＝

s。

根据匀变速直线运动的规律，可得小车运动到题图（b）中A点位置时的速度大小为vA＝

（m/s）≈0.19m/s。

根据逐差法，共有5组数据，舍去中间的一组数据，则加速度a＝

＝

m/s2≈－0.037m/s2。

因此加速度的大小为0.037m/s2

答案：

（1）从右向左　

（2）0.19　0.037

3．一小灯泡上标有“3V　1.0W”的字样，现在要用伏安法描绘这个小灯泡的IU图线，要求测量数据从零开始。

可选器材如下：

A．电压表（0～3V，内阻10kΩ）

B．电压表（0～15V，内阻70kΩ）

C．电流表（0～3A，内阻0.4Ω）

D．电流表（0～0.6A，内阻1Ω）

E．滑动变阻器（10Ω，2A）

F．滑动变阻器（500Ω，1A）

G．学生电源（直流0～6V）、开关、导线若干

（1）实验时，选用图甲而不选用图乙所示的电路来完成实验，请说明理由：

__________________________________________________________________________。

（2）实验中电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________。

（用字母序号表示）

（3）根据所选的原理图把下图所示的实物图连接完整。

（4）在一次测量时，电压表、电流表的示数如图所示，则电压测量值为U＝________V，电流测量值为I＝________A，此时小灯泡的发光功率为P＝________W。

（5）通过实验测量得到的数据已经描在了如图所示的IU坐标系中，请用光滑的曲线将各点连接好。

解析：

（1）由于测量数据要从零开始，故采用题图甲所示的分压式电路。

（2）因小灯泡额定电压为3.0V，故电压表选用A。

小灯泡的额定电流为I额＝

＝

A＝0.33A，则电流表选用D。

滑动变阻器应选阻值较小的E以方便调节。

（3）所连的实物图如图甲所示。

（4）由于电压表量程为0～3V，故电压表的读数为1.81V；电流表量程为0～0.6A，故电流表的读数为0.22A。

此时灯泡的功率为P＝UI＝1.81×0.22W＝0.398W。

（5）所描绘的伏安特性曲线如图乙所示。

答案：

（1）描绘灯泡的IU图线所测数据需从零开始　

（2）A　D　E　（3）见解析图甲　（4）1.81　0.22　0.398

（5）见解析图乙

4．实验室在测定金属丝电阻率的实验中，提供的器材除多用电表、螺旋测微器、米尺、开关和若干导线外，还有：

A．粗细均匀的待测金属丝Rx

B．直流电流表A（0～5mA，内阻约为5Ω）

C．直流电压表V（0～3V，内阻约为5kΩ）

D．滑动变阻器R（阻值范围为0～20Ω，额定电流为1A）

E．电源（3V，内阻不计）

（1）为了确定电路，先用多用电表的欧姆挡粗略测量待测金属丝的电阻。

现将多用电表的选择开关置于“×100”挡，按正确的步骤进行操作，表盘示数如图1所示，则电阻Rx的粗略值为________Ω。

（2）实验时，先用螺旋测微器在金属丝三个不同的位置测直径，如图2所示是某次测量时的情况，读数为________mm。

（3）若要求在实验中金属丝两端的电压可以有较大变化，测量金属丝电阻的误差尽量小，请用笔画线代替导线，补上图3实物图中缺少的两根导线。

（4）某物理学习小组的两位同学在实验中，根据同一组数据进行正确描点后，甲、乙两位同学根据自己的理解各作出一条图线，如图4中甲、乙所示，根据你对实验的理解，你认为________同学的图线正确，根据你选择的图线算出该金属丝的电阻为________Ω。

解析：

（1）多用电表读数乘以倍率可得到电阻值，故Rx＝6×100Ω＝600Ω。

（2）螺旋测微器读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，该次测量读数为0.5mm＋20.0×0.01mm＝0.700mm。

（3）滑动变阻器总阻值远小于待测金属丝的阻值，故滑动变阻器应采用分压式接法。

由于

>

，故电流表采用内接法。

实物图连接如图所示。

（4）当电压为零时，电流为零，图线过原点，故甲同学作出的图线正确；图线的斜率大小为金属丝的电阻值，故R＝

Ω＝570Ω。

答案：

（1）600　

（2）0.700　（3）见解析图　（4）甲　570

5．（2018届高三·哈尔滨三中摸底）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，其实验电路图应选图甲中的哪种接法________（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，在图乙中将所选器材进行连接。

（3）根据实验记录做出UI图线如图丙所示，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）。

解析：

（1）新型电池的电动势约为3V，定值电阻R0的阻值约为3Ω，则通过定值电阻R0的最大电流约为1A，故在测量R0阻值时应选择电流表A1；由于电压表内阻远大于R0的阻值，故电流表采用外接的方法，即图a所示。

（2）电路图实物连接如图所示。

（3）由电路图可得U＝E－I（R0＋r），则在电源的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

6．在测量一节干电池的电动势和内阻实验中，小明设计了如图甲所示的实验电路。

（1）根据图甲实验电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。

（2）实验开始前，应先将滑动变阻器的滑片P调到________（填“a”或“b”）端。

（3）合上开关S1，S2接图甲中的1位置，滑动滑片P，记录下几组电压表和电流表的示数；重置滑动变阻器，S2改接图甲中的2位置，滑动滑片P，再记录几组电压表和电流表的示数。

在同一坐标系内分别描点作出S2接1、2位置时，电压表示数U和电流表示数I的图像，如图丙所示。

两图线均为直线，与纵轴的截距分别为UA、UB，与横轴的截距分别为IA、IB。

①S2接1位置时，作出的UI图线是图丙中的________（填“A”或“B”）线；

②S2接2位置时，干电池电动势的测量值________真实值，内阻的测量值________真实值。

（填“大于”“小于”或“等于”）

解析：

（1）实物连接如图所示。

（2）为保护电表，闭合开关前滑动变阻器连入电路的阻值应最大，即滑片P调到a端。

（3）S2接1位置时，由于电压表的分流，使得电流的测量值偏小，而短路电流（U＝0时的电流，即图线与横轴的截距）不变，故电动势和内阻的测量值都偏小；S2接2位置时，可将电流表内阻等效到电源内阻中，即外电压和干路电流的测量值是准确的，电源电动势的测量值等于电动势的真实值，但电源内阻的测量值等于电源内阻的真实值与电流表内阻的和。

答案：

（1）见解析图　

（2）a　（3）①B　②等于　大于

7．（2017·北京高考）如图1所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。

利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。

（1）打点计时器使用的电源是________（选填选项前的字母）。

A．直流电源　　　　　　B．交流电源

（2）实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是________（选填选项前的字母）。

A．把长木板右端垫高B．改变小车的质量

在不挂重物且________（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车。

若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。

A．计时器不打点B．计时器打点

（3）接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O。

在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T。

测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……，如图2所示。

实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg。

从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W＝______，打B点时小车的速度v＝______。

（4）以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据做出如图3所示的v2W图像。

由此图像可得v2随W变化的表达式为________。

根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是________。

（5）假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2W关系的是________。

解析：

（1）打点计时器使用的电源是交流电源，故选B。

（2）实验中，平衡摩擦力和其他阻力时，应先不挂重物，把长木板右端适当垫高，在小车后面挂上纸带，接通电源，在打点计时器打点的情况下，轻推一下小车，给小车一个初速度，若小车拖着纸带做匀速运动，则表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。

（3）实验中，可认为小车所受的拉力F大小为mg，从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W＝Fx2＝mgx2。

在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，故vB＝

＝

。

（4）根据图线，关系式写为v2＝kW＋b，在直线上取两点，如（1.4×10－2,0.07）（8×10－2,0.38），代入上式，解得k≈4.7，b≈0.004，在作图误差允许的范围内，表达式可写为v2＝4.7W。

把功的单位用基本