2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第9章 強(qiáng)化17 電學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合

專題強(qiáng)化十七電學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合

【目標(biāo)要求】1.了解差值法、半偏法、等效法、電橋法等測(cè)電阻的方法2會(huì)用傳感器控制電路、

設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)方案3學(xué)會(huì)替換和改裝電表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)4.會(huì)利用電學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)探究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方

案.

題型一測(cè)電阻的其他幾種方法

考向1差值法測(cè)電阻

I.電流表差值法(如圖I所示)

圖1

(1)基本原理：定值電阻R)的電流/o=/2—/|，電流表@的電壓U|=(/2—/|)Ro.

(2)可測(cè)物理量:

①若Ro為已知量，可求得電流表④的內(nèi)阻

1\

②若n為已知量，可求得島=興，

2.電壓表差值法(如圖2所示)

⑴基本原理：定值電阻R)的電壓Uo=S-S，電壓表。的電流/|=上聲.

(2)可測(cè)物理量：

①若Ro為已知量，可求得電壓表?的內(nèi)阻n=7T%7R。；

U2—U]

②若n為已知量，可求得品=竺7*人

【例11(2019?天津卷?9(3))現(xiàn)測(cè)定長金屬絲的電阻率.

圖3

(1)某次用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑的結(jié)果如圖3所示，其讀數(shù)是mm.

(2)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)電路，盡量準(zhǔn)確地測(cè)量一段金屬絲的電阻.這段金屬絲的電阻&

約為100C,畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并標(biāo)明器材代號(hào).

電源E(電動(dòng)勢(shì)10V,內(nèi)阻約為10。)

電流表Ai(量程0?250mA,內(nèi)阻凡=5。)

電流表A2(量程。?300mA,內(nèi)阻約為5C)

滑動(dòng)變阻器R(最大阻值10C,額定電流2A)

開關(guān)S及導(dǎo)線若干

(3)某同學(xué)設(shè)計(jì)方案正確，測(cè)量得到電流表Ai的讀數(shù)為小電流表A2的讀數(shù)為b則這段金

屬絲電阻的計(jì)算式Rx=.從設(shè)計(jì)原理看，則測(cè)量值與真實(shí)值相比(填“偏

大”“偏小”或“相等”).

答案（1）0.200（0.196?0.204均可）

(2)如圖所示

-@-

R

ES

I--------「一

叫相等

解析⑴由螺旋測(cè)微器的讀數(shù)規(guī)則可知,該金屬絲的直徑應(yīng)為0mm+20.0X0.01mm=0.200mm:

(2)對(duì)提供的實(shí)驗(yàn)器材分析可知，滑動(dòng)變阻器的總電阻比待測(cè)電阻的阻值小得多，因此滑動(dòng)變

阻器應(yīng)采用分壓式接法，由于沒有提供電壓表，因此可以用內(nèi)阻已知的電流表充當(dāng)電壓表，

即將Ai作為電壓表，由于Ai的內(nèi)阻已知，因此A2應(yīng)采用外接法；

(3)由電路圖可知，Rx=~r--,由于Al的內(nèi)阻已知，因此該實(shí)驗(yàn)不存在系統(tǒng)誤差，因此測(cè)量

值與真實(shí)值相等.

考向2半偏法測(cè)電表內(nèi)阻

I.電壓表半偏法(如圖4所示)

(1)實(shí)驗(yàn)步驟

①將此的阻值調(diào)為零，閉合S,調(diào)節(jié)R的滑動(dòng)觸頭，使電壓表讀數(shù)等于其量程Um；

②保持Rl的滑動(dòng)觸頭不動(dòng)，調(diào)節(jié)&，當(dāng)電壓表讀數(shù)等于//m時(shí)記錄下R2的值，則Rv=&.

(2)誤差分析

①測(cè)量值偏大：/?VM=/?2>/?VW.

②原因分析：當(dāng)&的阻值由零逐漸增大時(shí)，&與電壓表兩端的總電壓也將逐漸增大，因此電

壓表讀數(shù)等于法時(shí)，色兩端的電壓將大于法，使R2>RV,從而造成Rv的測(cè)量值偏大.顯

然電壓表半偏法適用于測(cè)量內(nèi)阻較大的電壓表的電阻.

③減小誤差的方法：選電動(dòng)勢(shì)較大的電源E,選阻值較小的滑動(dòng)變阻器凡，滿足品《Rv.

2.電流表半偏法(電路圖如圖5所示)

(1)實(shí)驗(yàn)步驟

①先斷開S2,再閉合S”將凡最大阻值逐漸調(diào)小，使電流表讀數(shù)等于其量程卜；

②保持R不變，閉合S2,將電阻箱R2由最大阻值逐漸調(diào)小，當(dāng)電流表讀數(shù)等于夕m時(shí)記錄下

&的值,則RA=&.

(2)誤差分析

①測(cè)量值偏?。??AW=/?2</?A?.

②原因分析：當(dāng)閉合S2時(shí)，總電阻減小，總電流增大，大于原電流表的滿偏電流，而此時(shí)電

流表半偏，所以流經(jīng)R2的電流比電流表所在支路的電流大，&的電阻比電流表的電阻小，而

我們把&的讀數(shù)當(dāng)成電流表的內(nèi)阻，故測(cè)得的電流表的內(nèi)阻偏小.

③減小誤差的方法：選電動(dòng)勢(shì)較大的電源E,選阻值非常大的滑動(dòng)變阻器心,滿足4》RA.

【例2J（2016?全國卷1【-23）某同學(xué)利用圖6所示電路測(cè)量量程為2.5V的電壓表⑨的內(nèi)阻（內(nèi)

阻為數(shù)千歐姆），可供選擇的器材有：電阻箱R（最大阻值99999.9C）,滑動(dòng)變阻器Ri（最大阻

值50C）,滑動(dòng)變阻器R2（最大阻值5kC）,直流電源E（電動(dòng)勢(shì)3V）,開關(guān)1個(gè)，導(dǎo)線若干.

實(shí)驗(yàn)步驟如下

①按電路原理圖連接線路；

②將電阻箱阻值調(diào)節(jié)為0,將滑動(dòng)變阻器的滑片移到與圖中最左端所對(duì)應(yīng)的位置，閉合開關(guān)S；

③調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表滿偏；

④保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表的示數(shù)為2.00V,記下電阻

箱的阻值.

回答下列問題：

⑴實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器（填“Ri”或）.

（2）根據(jù)電路將圖7中實(shí)物圖連線.

（3）實(shí)驗(yàn)步驟④中記錄的電阻箱阻值為630.0Q,若認(rèn)為調(diào)節(jié)電阻箱時(shí)滑動(dòng)變阻器上的分壓不

變，計(jì)算可得電壓表的內(nèi)阻為。（結(jié)果保留到個(gè)位）.

（4）如果此電壓表是由一個(gè)表頭和電阻串聯(lián)構(gòu)成的，可推斷該表頭的滿刻度電流為（填

正確答案標(biāo)號(hào)）.

A.100|iAB.250HA

C.500HAD.1mA

答案（1陽（2）見解析圖（3）2520（4）D

解析（1）本實(shí)驗(yàn)測(cè)電壓表的內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)中電壓表示數(shù)變化不大，則接入電阻箱后電路的總電

阻變化不大，故需要滑動(dòng)變阻器的最大阻值較小，故選凡可減小實(shí)驗(yàn)誤差.

(2)滑動(dòng)變阻器為分壓式，實(shí)物圖連線如圖所示.

(3)電壓表和電阻箱串聯(lián)，兩端電壓分別為2.00V和0.50V,則Rv=4R=2520Q

U?5

(4)電壓表的滿偏電流/g=五=赤石A^lmA,故選項(xiàng)D正確.

【例31(2020?山東等級(jí)考模擬卷)某同學(xué)為了測(cè)量一根鉛筆芯的電阻率，設(shè)計(jì)了如圖8甲所示

的電路測(cè)量該鉛筆芯的電阻值.所用器材有電流表A1、A2,電阻箱以、滑動(dòng)變阻器&、待

測(cè)鉛筆芯心、電源E、開關(guān)S及導(dǎo)線等.操作步驟如下：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器和電阻箱的阻值達(dá)

到最大；閉合開關(guān)，適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器和電阻箱的阻值，記錄兩個(gè)電流表AHA2的示數(shù)

分別為6、h.

圖8

請(qǐng)回答以下問題：

(1)若電流表的內(nèi)阻可忽略，則電流表示數(shù)/2=4時(shí)，電阻箱的阻值等于待測(cè)鉛筆芯

的電阻值.

(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)量該鉛筆芯的直徑，螺旋測(cè)微器的示數(shù)如圖乙所示，該鉛筆芯的直徑為

(3)已測(cè)得該鉛筆芯的長度￡=20.00cm,電阻箱氏的讀數(shù)為5.00C,根據(jù)上面測(cè)量的數(shù)據(jù)可

計(jì)算出鉛筆芯的電阻率"=Qm.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

(4)若電流表A2的內(nèi)阻不能忽略，仍利用⑴中方法，則鉛筆芯電阻的測(cè)量值真實(shí)值(填

“大于”，，小于”或“等于").

答案(1)1⑵1.000(3)1.96X10-5(4)小于

解析(1)由并聯(lián)電路特點(diǎn)可知，當(dāng)/2=51時(shí)，電阻箱的阻值與待測(cè)鉛筆芯的阻值相等；

(2)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為1.000mm：

（3）由公式R=/4計(jì)算，鉛筆芯的電阻率為1.96XIO-5Qm;

（4）電流表A2的內(nèi)阻不能忽略時(shí)，電流表A2與電阻箱的電阻之和等于待測(cè)鉛筆芯的電阻，即

鉛筆芯電阻的測(cè)量值小于真實(shí)值.

考向3等效替代法測(cè)電阻

如圖9所示，先讓待測(cè)電阻與一電流表串聯(lián)后接到電動(dòng)勢(shì)恒定的電源上，讀出電流表示數(shù)/；

然后將電阻箱與電流表串聯(lián)后接到同一電源上，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電流表的讀數(shù)仍為/,

則電阻箱的讀數(shù)即等于待測(cè)電阻的阻值.

圖9

【例41（2018?全國卷I23）某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖10甲所示的電路探究在25℃-80℃范圍內(nèi)

某熱敏電阻的溫度特性.所用器材有：置于溫控室（圖中虛線區(qū)域）中的熱敏電阻RT，其標(biāo)稱

值（25℃時(shí)的阻值）為900.0C；電源E（6V,內(nèi)阻可忽略）；電壓表⑦（量程150mV）；定值電

阻R）（阻值20.0C）,滑動(dòng)變阻器R（最大阻值為1000Q）；電阻箱&（阻值范圍0—999.9C）；

單刀開關(guān)Si，單刀雙擲開關(guān)S3

實(shí)驗(yàn)時(shí)，先按圖甲連接好電路，再將溫控室的溫度f升至80.0℃.將S2與1端接通，閉合Si，

調(diào)節(jié)Ri的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值l/o;保持品的滑片位置不變，將置于最大值，

將S2與2端接通，調(diào)節(jié)&,使電壓表讀數(shù)仍為“；斷開Si，記下此時(shí)&的讀數(shù).逐步降低

溫控室的溫度f,得到相應(yīng)溫度下&的阻值，直至溫度降到25.0℃.實(shí)驗(yàn)得到的&一/數(shù)據(jù)見

下表.

t/℃25.030.040.050.060.070.080.0

R2/Q900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0

回答下列問題:

⑴在閉合Si前，圖甲中4的滑片應(yīng)移動(dòng)到（填“優(yōu)’或"〃’）端.

（2）在圖乙的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出R2-t曲線.

圖10

⑶由圖乙可得到KT在25c?80℃范圍內(nèi)的溫度特性.當(dāng)r=44.0℃時(shí),可得母=Q.

(4)將以握于手心，手心溫度下R?的相應(yīng)讀數(shù)如圖丙所示，該讀數(shù)為Q，則手心溫

度為℃.

答案(1)8(2)如圖所示

(3)450⑷620.033.0

解析(1)閉合開關(guān)Si前，應(yīng)讓滑片移動(dòng)到》端，使滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最大.

(3)由圖象可知，=44.0℃時(shí)，電阻的阻值為450c.

(4)由題圖可得■電阻箱阻值為620.0Q,由圖象可得溫度約為33.0℃.

匚考向4電橋法測(cè)電阻(如圖11所示)

圖11

（1）操作：實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)電阻箱R3,使靈敏電流計(jì)G的示數(shù)為0.

（2）原理：當(dāng)/G=0時(shí)，有UAB=0,則。町=%，UR2=URG電路可以等效為圖12所示.

根據(jù)歐姆定律有等=萼，等=等，由以上兩式解得凡&=&&或*=華，這就是電橋平

A]1<2A3KxA2Ax

衡的條件，由該平衡條件可求出被測(cè)電阻R的阻值.

1例51（2017?全國卷H23）某同學(xué)利用如圖13（a）所示的電路測(cè)量一微安表（量程為lOOgA,

內(nèi)阻大約為2500C）的內(nèi)阻.可使用的器材有：兩個(gè)滑動(dòng)變阻器4、&（其中一個(gè)阻值為20C,

另一個(gè)阻值為2000C）；電阻箱凡（最大阻值為99999.9。）；電源E（電動(dòng)勢(shì)約為1.5V）；單刀

開關(guān)Si和S2.C、。分別為兩個(gè)滑動(dòng)變阻器的滑片.

⑴按原理圖（a）將圖（b）中的實(shí)物連線.

（2）完成下列填空:

①義的阻值為C（填“20”或“2000”）.

②為了保護(hù)微安表，開始時(shí)將K的滑片C滑到接近圖（a）中滑動(dòng)變阻器的端（填

“左”或“右”）對(duì)應(yīng)的位置；將&的滑片。置于中間位置附近.

③將電阻箱Rz的阻值置于2500.0C,接通Si.將尺的滑片置于適當(dāng)位置，再反復(fù)調(diào)節(jié)&的

滑片。的位置，最終使得接通S2前后，微安表的示數(shù)保持不變，這說明S2接通前B與。所

在位置的電勢(shì)（填“相等”或“不相等”）.

④將電阻箱R,和微安表位置對(duì)調(diào)，其他條件保持不變，發(fā)現(xiàn)將凡的阻值置于2601.0。時(shí)，

在接通S2前后，微安表的示數(shù)也保持不變.待測(cè)微安表的內(nèi)阻為。（結(jié)果保留到個(gè)位）.

（3）寫出一條提高測(cè)量微安表內(nèi)阻精度的建議：

答案（1）見解析圖

⑵①20②左③相等④2550

(3)調(diào)節(jié)凡上的分壓，盡可能使微安表接近滿量程

解析(1)實(shí)物連線如圖所示：

(2)①滑動(dòng)變阻器Ri采用分壓式接法，為了方便調(diào)節(jié)要選擇阻值較小的滑動(dòng)變阻器；

②為了保護(hù)微安表，開始時(shí)將Ri的滑片C滑到滑動(dòng)變阻器的左端對(duì)應(yīng)的位置；

③將電阻箱尺的阻值置于2500.0C,接通Si；將尺的滑片置于適當(dāng)位置，再反復(fù)調(diào)節(jié)&

的滑片。的位置；最終使得接通S2前后，微安表的示數(shù)保持不變，這說明S2接通前后在8。

中無電流流過，可知3與。所在位置的電勢(shì)相等；

④設(shè)滑片D兩側(cè)電阻分別為和&2,由B與D所在位置的電勢(shì)相等可知，黑=警；同

A21A22

理，當(dāng)Rz和微安表對(duì)調(diào)時(shí)，仍有變=警；

A211<22

聯(lián)立兩式解得，R“A=NRZIRZ2=」2500.0X2601.0Q=2550Q

(3)為了提高測(cè)量精度，應(yīng)調(diào)節(jié)凡上的分壓，盡可能使微安表接近滿量程.

題型二傳感器類實(shí)驗(yàn)

1例6】已知一熱敏電阻當(dāng)溫度從10℃升至60℃時(shí)阻值從幾千歐姆降至幾百歐姆，某同學(xué)

利用伏安法測(cè)量其阻值隨溫度的變化關(guān)系.所用器材：電源從開關(guān)S、滑動(dòng)變阻器R(最大

阻值為20。)、電壓表(可視為理想電表)和毫安表(內(nèi)阻約為100Q).

(1)在圖14所給的器材符號(hào)之間畫出連線，組成測(cè)量電路圖.

熱敏電阻—

於

黃一,一

圖14

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將熱敏電阻置于溫度控制室中，記錄不同溫度下電壓表和毫安表的示數(shù)，計(jì)算出

相應(yīng)的熱敏電阻阻值.若某次測(cè)量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為5.5V和3.0mA,則此時(shí)

熱敏電阻的阻值為kC(保留2位有效數(shù)字).實(shí)驗(yàn)中得到的該熱敏電阻阻值R隨溫度

f變化的曲線如圖15(a)所示.

?/kft

010203()4(1506070〃(C

(a)(b)

圖15

(3)將熱敏電阻從溫控室取出置于室溫下，測(cè)得達(dá)到熱平衡后熱敏電阻的阻值為2.2k。.由圖(a)

求得，此時(shí)室溫為℃(保留3位有效數(shù)字).

(4)利用實(shí)驗(yàn)中的熱敏電阻可以制作溫控報(bào)警器，其電路的一部分如圖(b)所示.圖中，E為直

流電源(電動(dòng)勢(shì)為10V,內(nèi)阻可忽略)；當(dāng)圖中的輸出電壓達(dá)到或超過6.0V時(shí)，便觸發(fā)報(bào)警

器(圖中未畫出)報(bào)警.若要求開始報(bào)警時(shí)環(huán)境溫度為50°C,則圖中(填“RJ或

“治”)應(yīng)使用熱敏電阻，另一固定電阻的阻值應(yīng)為kC(保留2位有效數(shù)字).

答案(1)見解析圖(2)1.8(3)25.5(4)凡1.2

解析(1)滑動(dòng)變阻器最大阻值僅20C,應(yīng)采用分壓式接法，電壓表為理想電表，應(yīng)采用毫安

表外接法，測(cè)量電路圖如圖所示.

(2)熱敏電阻的阻值R=J=工-公1.8kQ.

iJ.UmA

(3)根據(jù)R-f圖象,R=2.2kC時(shí)，t約為25.5℃.

(4)輸出電壓變大時(shí)，/?2兩端電壓變大，R兩端電壓變小.根據(jù)R-f圖象知，溫度升高時(shí)熱

敏電阻的阻值減小，則電路中電流變大，固定電阻兩端的電壓變大，所以固定電阻應(yīng)為

熱敏電阻應(yīng)為Ri,f=50℃,Ri=0.8kC,根據(jù)串聯(lián)電路中電阻與電壓的關(guān)系可得引華,

A2O.U

解得&=L2kQ.

題型三其他創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

探究型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)方法

I.找原型：先根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒o出的條件把教材中的實(shí)驗(yàn)原型在頭腦中完整地重現(xiàn)出來；

2.做對(duì)比：將實(shí)驗(yàn)中所給器材與原型中器材進(jìn)行對(duì)比，看一下少了什么器材或什么器材的量

程不滿足要求；再看一下多給了什么器材;注意多給的器材可能就是解決問題的“金鑰匙”；

3.定方案：根據(jù)對(duì)比結(jié)果設(shè)計(jì)電路；

4.常用替代或改裝：

(1)內(nèi)阻已知的電壓表相當(dāng)于小量程的電流表；

0典當(dāng)?

(2)內(nèi)阻己知的電流表則相當(dāng)于小量程的電壓表；

?自典&⑨

(3)靈敏電流計(jì)串大電阻改裝成電壓表：

<=H~??

!.........：

串大電阻

(4)靈敏電流計(jì)并小電阻改裝成電流表;

并小電阻

(5)內(nèi)阻較小的電源串定值電阻相當(dāng)于內(nèi)阻較大的電源.

小內(nèi)阻定值電阻大內(nèi)阻

「例7】(2020.內(nèi)蒙古通遼市高三增分訓(xùn)練)導(dǎo)電玻璃是制造LCD的主要材料之一，為測(cè)量導(dǎo)

電玻璃的電阻率，某小組同學(xué)選取了一個(gè)長度為乙的圓柱體導(dǎo)電玻璃器件，上面標(biāo)有“3V,

L"的字樣，主要步驟如下，完成下列問題.

圖16

(1)首先用螺旋測(cè)微器測(cè)量導(dǎo)電玻璃的直徑，示數(shù)如圖16甲所示，則直徑d=mm.

(2)然后用歐姆表X100擋粗測(cè)該導(dǎo)電玻璃的電阻，表盤指針位置如圖乙所示，則導(dǎo)電玻璃的

電阻約為Q.

（3）為精確測(cè)量R,在額定電壓時(shí)的阻值，且要求測(cè)量時(shí)電表的讀數(shù)不小于其量程的右滑動(dòng)變

阻器便于調(diào)節(jié)，他們根據(jù)下面提供的器材，設(shè)計(jì)了一個(gè)方案，請(qǐng)?jiān)谔摼€框中畫出電路圖，標(biāo)

出所選器材對(duì)應(yīng)的電學(xué)符號(hào).

A.電流表Ai（量程為60mA,內(nèi)阻RAI約為3C）

B.電流表A2（量程為2mA,內(nèi)阻RA2=15C）

C.定值電阻Ri=747。

D.定值電阻&=1985。

E.滑動(dòng)變阻器R（0?20C）

F.電壓表V（量程為10V,內(nèi)阻Rv=lkC）

G.蓄電池E（電動(dòng)勢(shì)為12V,內(nèi)阻很?。?/p>

H.開關(guān)S一只，導(dǎo)線若干

（4）由以上實(shí)驗(yàn)可測(cè)得該導(dǎo)電玻璃電阻率值0