版 第1部分 专题14 电学实验.docx
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版第1部分专题14电学实验
专题十四 电学实验
—————————————[核心要点回扣]————————————
一、电学仪器的使用与读数
1．电流表、电压表、欧姆表的比较：
仪器
极性
量程选择
读 数
电流表
有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负极流出
使指针指示超过满偏刻度的
的位置
3V和3A量程估读到最小分度的
；15V量程估读到最小分度的
；0.6A量程估读到最小分度的
电压表
欧姆表
使指针尽量指在表盘的中间位置左右
表盘读数乘以相应挡位的倍率
2.使用多用电表的“三注意”：
（1）电流的流向：
使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接黑表笔，负极接红表笔，从电源外部看，电流从红表笔流入，从黑表笔流出．
（2）区分“机械调零”和“欧姆调零”：
“机械调零”在表盘刻度左侧“0”位置，调整表盘下边的中间定位螺丝；“欧姆调零”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整欧姆调零旋钮．
（3）倍率选择：
使用欧姆挡测电阻时，表头指针过大或过小均有较大误差，指针偏转角度在
满偏到
满偏之间读数较准确，如待测电阻约为2kΩ，应选用“×100”挡．
3．电学仪器的选择：
（1）电源的选择：
一般可以根据待测电路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；选择的电表的量程应使电表的指针偏转的幅度较大，一般应使指针能达到半偏以上，以减小读数的偶然误差，提高精确度．
二、电流表内外接法的区分与选择
比较项目
电流表内接法
电流表外接法
电路
误差来源
电流表的分压
电压表的分流
测量结果
R测＝
＞Rx，偏大
R测＝
＜Rx，偏小
适用条件
Rx≫RA（测大电阻）
RV≫Rx（测小电阻）
三、分压式与限流式的区分与选择
1．控制电路的比较：
比较项目
限流式接法
分压式接法
电路
电压调节
的范围
E～E
0～E
电能损耗
节能
耗能
2.控制电路的选择：
（1）从节能的角度考虑，优先选用限流式．
（2）以下三种情况必须用分压式：
①要求待测电路的U、I从0变化．
②R滑≪Rx.
③选用限流式，Ux、Ix过大（超过电流表量程，烧坏电表、电源或用电器等）．
四、电学实验方法
1．等效替代法：
在保证某种效果（特性和关系）相同的前提下，将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程来进行研究和处理．
2．控制变量法：
对于多个变量的问题，常常采用控制变量的方法，把多个变量的问题变成单个变量的问题，从而研究这一个变量对事物的影响，分别对各个变量加以研究，最后综合解决．
3．累积法：
把某些难以用常规仪器直接准确测量的物理量用累积的方法，将微小量变为较大的量，不仅便于测量，还可以提高测量的准确程度，从而减小误差．
考点1 电表的改装、使用与读数
（对应学生用书第72页）
■品真题·感悟高考……………………………………………………………·
[考题统计] 五年4考：
2017年Ⅲ卷T23 2015年Ⅰ卷T23
2013年Ⅰ卷T23、Ⅱ卷T23
[考情分析]
1．电流表、电压表、欧姆表、电阻箱等仪器的原理、使用、读数是高考的高频考点．
2．电表的使用和改造常在电学实验中考查，单独考查的较少．
3．电表的读数，应该根据电表的精度进行估读，而欧姆表读数时应根据表盘上不同部分的精度不同进行估读．
4．电阻箱无须估读．
5．电表的改装原理是将改装后的物理量与流过灵敏电流计的电流建立一一对应的函数关系．
1．（电表的读数与使用）（2017·Ⅲ卷T23）图14 1（a）为某同学组装完成的简易多用电表的电路图．图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头Ⓖ的满偏电流为250μA，内阻为480Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连．该多用电表有5个挡位，5个挡位为：
直流电压1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA挡，欧姆×100Ω挡．
（a）
（b）
图14 1
（1）图（a）中的A端与________（选填“红”或“黑”）色表笔相连接．
（2）关于R6的使用，下列说法正确的是________（填正确答案标号）．
A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置
B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置
C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置
（3）根据题给条件可得R1＋R2＝______Ω，R4＝______Ω.
（4）某次测量时该多用电表指针位置如图（b）所示．若此时B端是与“1”连接的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”连接的，则读数为________；若此时B端是与“5”连接的，则读数为________．（结果均保留三位有效数字）
【解析】
（1）当B端与“3”连接时，内部电源与外部电路形成闭合回路，电流从A端流出，故A端与黑色表笔相连接．
（2）在使用多用电表之前，调整表头螺丝使电表指针指在表盘左端电流“0”位置，选项A错误；使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置，选项B正确；使用电流挡时，电阻R6不在闭合电路中，调节无效，选项C错误．
（3）根据题给条件可知：
当B端与“2”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联，此时为量程1mA的电流挡，由并联电路两支路电流与电阻成反比知，
＝
＝
，解得R1＋R2＝160Ω.
当B端与“4”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联后再与R4串联，此时为量程1V的电压挡，表头与R1、R2组成的串联电路并联总电阻为120Ω，两端电压为0.12V，由串联电路中电压与电阻成正比知：
R4两端电压为0.88V，则R4电阻为880Ω.
（4）若此时B端是与“1”连接的，多用电表作为直流电流表使用，量程2.5mA，读数为1.47mA.
若此时B端是与“3”连接的，多用电表作为欧姆表使用，读数为11×100Ω＝1.10kΩ.
若此时B端是与“5”连接的，多用电表作为直流电压表使用，量程为5V，读数为2.95V.
【答案】
（1）黑
（2）B （3）160 880 （4）1.47mA 1.10kΩ 2.95V
2．（电表的改装）（2015·Ⅰ卷T23）图14 2（a）为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路．
图14 2
（1）已知毫安表表头的内阻为100Ω，满偏电流为1mA；R1和R2为阻值固定的电阻．若使用a和b两个接线柱，电表量程为3mA；若使用a和c两个接线柱，电表量程为10mA.由题给条件和数据，可以求出R1＝________Ω，R2＝________Ω.
（2）现用一量程为3mA、内阻为150Ω的标准电流表Ⓐ对改装电表的3mA挡进行校准，校准时需选取的刻度为0.5mA、1.0mA、1.5mA、2.0mA、2.5mA、3.0mA.电池的电动势为1.5V，内阻忽略不计；定值电阻R0有两种规格，阻值分别为300Ω和1000Ω；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为750Ω和3000Ω.则R0应选用阻值为________Ω的电阻，R应选用最大阻值为________________Ω的滑动变阻器．
（3）若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图（b）的电路可以判断出损坏的电阻．图（b）中的R′为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图（a）虚线框内的电路．则图中的d点应和接线柱________（选填“b”或“c”）相连．判断依据是：
________.
【导学号：
19624162】
【解析】
（1）设使用a和b两接线柱时，电表量程为I1，使用a和c两接线柱时，电表量程为I2，则
使用a和b时：
＋Ig＝I1①
使用a和c时：
＋Ig＝I2②
由①②两式得R1＝15Ω，R2＝35Ω.
（2）校准时电路中的总电阻的最小值为R小＝
Ω＝500Ω，总电阻的最大值为R大＝
Ω＝3000Ω，故R0选300Ω的，R选用最大阻值为3000Ω的滑动变阻器．
（3）d接b时，R1和R2串联，不论是R1还是R2损坏，电表都有示数且示数相同，故应将d接c.根据d接c时的电路连接情况可知：
闭合开关，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1；若电表指针不动，则损坏的电阻是R2.
【答案】
（1）15 35
（2）300 3000 （3）c 闭合开关时，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1；若电表指针不动，则损坏的电阻是R2
（2013·Ⅱ卷T23）某同学用量程为1mA、内阻为120Ω的表头按图（a）所示电路改装成量程分别为1V和1A的多用电表．图中R1和R2为定值电阻，S为开关．回答下列问题：
（1）根据图（a）所示的电路，在图（b）所示的实物图上连线．
（2）开关S闭合时，多用电表用于测量________（选填“电流”“电压”或“电阻”）；开关S断开时，多用电表用于测量________（选填“电流”“电压”或“电阻”）．
（3）表笔A应为________色（填选“红”或“黑”）．
（4）定值电阻的阻值R1＝________Ω，R2＝___________________________Ω.
（结果取3位有效数字）
（a） （b）
【解析】 将表头改装成电压表时，需串联一电阻进行分压，而改装成电流表时则需并联一电阻分流，因此闭合开关后，并联上R1改装成一电流表，断开开关，表头与R2串联则改装成一电压表．多用电表内部表头的正极在右侧，即电流应从表笔B流入，从表笔A流出，则表笔A为黑色．当断开S时，Ig（R2＋r）＝Um，解得R2＝880Ω.当闭合S时，Ig（R2＋r）＝（I－Ig）R1，解得R1≈1.00Ω.
【答案】
（1）如图所示
（2）电流 电压 （3）黑（4）1.00 880
■熟技巧·类题通法…………………………………………………………………·
1．多用电表使用“五步”法
（1）选倍率：
一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率，如估计值为200Ω，就应该选“×10”的倍率；
（2）进行欧姆调零；
（3）将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量；
（4）将指针示数乘以倍率，得测量值；
（5）测量结束后，将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡．
2．多用电表测电阻的注意事项
（1）改换倍率必须重新进行欧姆调零；
（2）通过选择合适倍率，指针指在刻度盘中间附近，误差较小；
（3）测量电阻时，手不可接触表笔的金属杆部分；
（4）被测元件与电源断开．
■对考向·高效速练…………………………………………………………………..·
考向1 电表的读数与使用
1．图14 3甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验连好的实物连接图．
图14 3
小红调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图乙中的①②③④所示，电流表量程为0.6A，电压表量程为3V．所示读数为：
①________、②________、③________、④________.两组数据得到的电阻分别为________和________．
【解析】 电流表量程为0.6A，每一小格代表0.02A，读数时估读到精度的本位即可；电压表量程为3V，每一小格代表0.1V，读数时估读到精度的下一位．读数分别为：
①0.10A、②0.24A、③2.00V、④0.27V．应用R＝
求电阻时，电流为0.10A时对应的电压为0.27V；电流为0.24A时对应的电压为2.00V，求得的两组数据对应的电阻分别为2.7Ω和8.3Ω.
【答案】 ①0.10A ②0.24A ③2.00V ④0.27V8．3（±0.1）Ω 2.7（±0.1）Ω
1.（2017·遵义一中押题卷）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”挡后并进行了欧姆调零．
（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.
（a） （b） （c） （d）
（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．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（d）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.
【解析】
（2）多用电表插孔红正黑负，电流从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表；电流从电压表正接线柱流入，由图示a所示可知，红表笔接触2，黑表笔接1；
（3）多用电表挡位调到电阻“×1k”，由图b所示可知，电阻阻值：
1k×15.0Ω＝15.0kΩ；由图c所示可知，电压表分度值为0.1V，电压表读数为3.60V；
（4）欧姆表的中值电阻等于内电阻，故欧姆表1k挡位的内电阻为15.0kΩ；
根据闭合电路欧姆定律，电动势为：
E＝U＋
·r＝4V＋
×15kΩ＝9V.
【答案】
（2）2 （3）15.0 3.60 （4）9.0 15.0
2.（2017·重庆一诊）某学习小组在练习使用多用电表的同时，对多用电表进行了探究（以下问题中均使用同一多用电表）．
（1）该学习小组先使用多用电表测量电压，若选择开关处在“10V”挡位，指针的位置如图甲所示，则测量结果为________V.
（2）然后学习小组对多用电表进行了探究，将多用电表选择开关旋至某倍率欧姆挡，测未知电阻值的电路如图乙所示，通过查找资料，了解到表头G的满偏电流为10mA，并通过测量作出了电路中电流I与待测电阻阻值Rx关系图象如图丙所示，由此可确定电池的电动势E＝________V，该图象的函数关系式为I＝________.综上可判定学习小组使用了多用电表________倍率的欧姆挡．
A．×1 B．×10 C．×100 D．×1k
【解析】
（1）若用多用电表直流10V挡测量电压，其分度值为0.2V，对应读数是4.6V.
（2）对欧姆表内部的电路由全电路的欧姆定律I＝
，当欧姆调零时，Rx＝0Ω，I＝
＝10mA；而指针指向中值电阻时，R滑＋rg＝Rx＝150Ω，而I1＝
＝5mA，故E＝1.5V；故电流的表达式为I＝
；由此可知欧姆表的内阻150Ω＝15×10Ω，则选择的是×10的倍率．
【答案】
（1）4.6
（2）1.5
B
考向2 电表的改装
2．[2017·高三第二次全国大联考（新课标卷Ⅰ）]某同学试着把电流表改装成能够测量导体电阻的欧姆表．在实验室他找了一节干电池（电动势E＝1.5V、内阻r＝2.5Ω），待改装的电流表满偏电流Ig＝5mA、内阻Rg＝17.5Ω.该同学设计了如图14 4所示的电路图，A、B为接线柱，R为滑动变阻器．
图14 4
（1）使用改装好的欧姆表测量导体电阻前应该进行“欧姆调零”，此时应调节滑动变阻器R的阻值为________Ω.
（2）欧姆调零后，发现在A、B间接入阻值不同的电阻时，电流表读数不同．若在电流表刻度线上直接标注相应电阻，则可直接读出A、B间接入的电阻，电流表就改装成了一块能够测量导体电阻的欧姆表．电流表“3.0mA”刻度线标为________Ω；为了操作方便，在A、B处用红、黑表笔接出，其中红表笔应接在________（填“A”或“B”）处.
【导学号：
19624163】
【解析】
（1）欧姆调零时，应该将A、B短接，调节滑动变阻器R，使欧姆表指针指到0Ω，即电流表达到满偏电流Ig，由闭合电电路欧姆定律得R＝
－r－Rg＝
Ω－2.5Ω－17.5Ω＝280Ω.
（2）保持R阻值不变，在A、B间接入电阻Rx时，通过电流表的电流为I1＝3.0mA，由闭合电路欧姆定律有Rx＝
－
＝
Ω－
Ω＝200Ω；为了操作方便，在A、B处用红、黑表笔接出，根据电流从红表笔进、从黑表笔出的原则，红表笔应接在A处．
【答案】
（1）280
（2）200 A
考点2 电学基本实验
（对应学生用书第73页）
■品真题·感悟高考……………………………………………………………·
[考题统计] 五年6考：
2017年Ⅰ卷T23、Ⅱ卷T23 2016年Ⅱ卷T23
2015年Ⅱ卷T23 2014年Ⅰ卷T23、Ⅱ卷T22
[考情分析]
1．电阻的测量和测量电源的电动势和内电阻是高考实验的热点．
2．电阻的测量主要考查电阻的测量电路设计、控制电路设计、器材的选取与实物连接、实验数据的处理与误差分析等．
3．电源电动势和内阻的测量重点考查实验设计（实验原理）和实验数据处理，对考生的综合分析能力和应用数学处理物理问题的能力要求较高．
4．根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表．
5．根据电路中可能出现的电流或电压的范围选择滑动变阻器，注意流过的电流不能超过滑动变阻器的额定电流．
6．实物线的连接应使开关控制整个电路，连接电表应注意量程选择正确且正、负接线柱不要接错，导线应该接在接线柱上．
3．（以测电阻为核心的电学实验）（2017·Ⅰ卷T23）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14 5（a）所示．
（a） （b）
图14 5
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）
【导学号：
19624164】
【解析】
（1）小灯泡的电压要求从0开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，小灯泡的额定电压超出电压表的量程，需与R0串联后接入电路．电路图如图所示．
（2）IU图象中随着电流的增大，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R＝0时，电源路端电压与电流的关系图象如图线甲所示．此时小灯泡功率有最大值．
当R＝9Ω时，将R看作电源内阻，则等效电源内阻为10Ω，其路端电压与电流的关系图象如图线乙所示．此时小灯泡功率有最小值．
取图线甲与小灯泡伏安特性曲线交点：
U1＝3.66V，I1＝0.319A，
小灯泡的最大功率P1＝U1I1≈1.17W.
取图线乙与小灯泡伏安特性曲线交点：
U2＝1.77V，I2＝0.222A，
小灯泡的最小功率P2＝U2I2≈0.39W.
【答案】
（1）实验电路原理见解析．
（2）增大 增大 （3）0.39 1.17
（以测电阻为核心的电学实验）（2017·Ⅱ卷T23）某同学利用如图（a）所示的电路测量一微安表（量程为100μA，内阻大约为2500Ω）的内阻．可使用的器材有：
两个滑动变阻器R1、R2（其中一个阻值为20Ω，另一个阻值为2000Ω）；电阻箱RZ（最大阻值为99999.9Ω）；电源E（电动势约为1.5V）；单刀开关S1和S2.C、D分别为两个滑动变阻器的滑片．
图（a）
（1）按原理图（a）将图（b）中的实物连线．
图（b）
（2）完成下列填空：
①R1的阻值为________（填“20”或“2000”）Ω.
②为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图（a）中滑动变阻器的________（填“左”或“右”）端对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近．
③将电阻箱RZ的阻值置于2500.0Ω，接通S1.将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置．最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势________（填“相等”或“不相等”）．
④将电阻箱RZ和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将RZ的阻值置于2601.0Ω时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变．待测微安表的内阻为________Ω（结果保留到个位）．
（3）写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：
________.
[题眼点拨] ①“开关S2接通前后，微安表的示数保持不变”，说明上下两并联支路电压分配比例相同；②“当R1＝20Ω，R2＝2000Ω时，两并联支路的总电阻远大于R1的阻值”，可认为两并联支路电压不变．
【解析】
（1）根据原理图（a），将图（b）中的实物连线如图所示．
（2）①滑动变阻器R1在实验中为控制电路，且为分压接法，应选总阻值小的滑动变阻器，故R1的阻值为20Ω.
②为了保护微安表，S1闭合时，微安表上的电压为零，故开始时应将R1的滑片C滑到滑动变阻器的左端．
③接通S2前后，微安表的示数保持不变，说明S2闭合后，没有电流流过S2，故B、D两点的电势相等．
④实验过程中，由于测量电路，即由RZ、
、R2组成的电路的阻值很大，可认为测量电路两端的电压不变，故
与RZ互换后通过R2、RZ和
的电流不变，电路如图所示．
图甲 图乙
由于B、D两点的电势相等，对于图甲，I1RμA＝I2R′
I1RZ1＝I2R，即
＝
对于图乙，I1RZ2＝I2R′
I1RμA＝I2R，即
＝
所以
＝
所以RμA＝
＝
Ω＝2550Ω.
（3）提高测微安表内阻的精度，可减小系统误差，如调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程．
【答案】
（1）见解析图
（2）①20 ②左 ③相等
④2550 （3）调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程
（2016·Ⅱ卷T23）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．
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
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