2025屆高考物理二輪復(fù)習(xí)講義：第16講 電學(xué)實驗【含答案】

2025屆高考物理二輪復(fù)習(xí)講義：第16講電學(xué)實驗【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【關(guān)鍵能力】掌握基礎(chǔ)電學(xué)實驗,電學(xué)實驗大都是以閉合或部分電路歐姆定律等基本電學(xué)理論為核心,主要掌握電表改裝、多用電表、各種方式測電阻值、伏安法測電動勢和內(nèi)阻等基于教材的實驗.高考對電學(xué)基本實驗的考查側(cè)重于電路設(shè)計、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等,并且向著拓展實驗、創(chuàng)新實驗的方向發(fā)展.新高考下的電學(xué)實驗可能會涉及磁場、電磁感應(yīng)等方面的知識,也會和傳感器等知識相結(jié)合,考查形式靈活多變.題型1電學(xué)基本器材的使用與讀數(shù)1.電壓表、電流表、多用電表的讀數(shù)技巧對電表讀數(shù)問題,要先弄清楚電表的分度值,即每小格的數(shù)值,再確定是12、15還是110估讀2.多用電表的使用問題在弄清其基本原理的基礎(chǔ)上,會選擇測量項目及量程、擋位,能區(qū)分機械調(diào)零和歐姆調(diào)零,掌握測量電阻的步驟.3.電表的“三用”如果知道電表的內(nèi)阻,電流表、電壓表就既可以測電流,也可以測電壓,還可以作為定值電阻來用,即“一表三用”.4.多用電表歐姆擋使用六注意(1)選擋后接著歐姆調(diào)零;(2)換擋重新歐姆調(diào)零;(3)待測電阻與電路、電源要斷開;(4)盡量使指針指在表盤中間位置附近;(5)讀數(shù)之后要乘倍率得阻值;(6)用完后,選擇開關(guān)要置于“OFF”擋或交流電壓最高擋.【題組演練】1.儀器的讀數(shù)(1)如圖甲所示,電壓表選0~3V量程時的讀數(shù)為V,電壓表選0~15V量程時的讀數(shù)為V.

(2)如圖乙所示,電流表選0~0.6A量程時的讀數(shù)為A,電流表選0~3A量程時的讀數(shù)為A.

(3)如圖丙所示,電阻箱的讀數(shù)為.

2.[2018·浙江4月選考]小明用多用電表測量一小段2B鉛筆芯的電阻Rx,正確的操作順序是(填字母);

A.把選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到交流電壓最高擋B.調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕使指針指到歐姆零點C.把紅、黑表筆分別接在Rx兩端,然后讀數(shù)D.把選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到合適的擋位,將紅、黑表筆接觸E.把紅、黑表筆分別插入多用電表“+”“-”插孔,用螺絲刀調(diào)節(jié)指針定位螺絲,使指針指03.某同學(xué)在“用多用電表測電阻”的實驗中:(1)測量某電阻時,用“×10Ω”擋時發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過大,他應(yīng)該換用(選填“×1Ω”或“×100Ω”)擋,換擋后,在測量前先要進行.

(2)某次使用多用電表的實驗中,多用電表指針的位置如圖所示,請你讀數(shù):①如果使用的是直流“2.5V”的電壓擋,則讀數(shù)為V.

②如果使用的是“×100Ω”的電阻擋,則讀數(shù)為Ω.

③如果使用的是直流“10mA”的電流擋,則讀數(shù)為mA.

題型2以測電阻為核心的電學(xué)實驗1.測定電阻的常用方法:名稱電路測量原理伏安法Rx=UI,小外偏小,伏安法消除系統(tǒng)誤差Rx=U2IRx=U活用電表法伏伏法V2內(nèi)阻已知時,Rx=U1-安安法A1內(nèi)阻已知時,Rx=I1I等效替代法電源輸出電壓不變,將S合到2,調(diào)節(jié)R1,使電流表的示數(shù)與S合到1時的示數(shù)相等,則Rx=R1電源輸出電壓不變,將S合到b,調(diào)節(jié)R1,使電壓表的示數(shù)與S合到a時的示數(shù)相等,則Rx=R1半偏法閉合S1,斷開S2,調(diào)節(jié)R1使G表滿偏;閉合S2,只調(diào)節(jié)R2使G表半偏(R1?RG),則R2=RG測<RG真使R2=0,閉合S,調(diào)節(jié)R1使V表滿偏;只調(diào)節(jié)R2使V表半偏(RV?R1),則R2=RV測>RV真歐姆表法電路略,注意:①要在指針靠近中央時讀數(shù);②換擋要進行歐姆調(diào)零;③歐姆表刻度左密右疏2.選擇實驗器材的三大原則(1)安全性原則:要能夠根據(jù)實驗要求和客觀條件選用合適的器材,使實驗切實可行,能達到預(yù)期目標.另外還要注意測量器材的量程,電阻類器件的電流不能超過允許通過的最大電流等.(2)精確性原則:根據(jù)實驗的需要,選用精度合適的測量工具,但對某個實驗來講,精確程度達到要求即可,并不是精度越高越好.(3)方便性原則:在不違反前兩個原則的前提下,盡量使測量電路簡單易接,測量中的調(diào)節(jié)控制操作方便.3.實物圖連線的基本原則對限流式電路,一般是從電源的正極開始,把電源、開關(guān)、滑動變阻器以及測量電路順次連接起來即可.對分壓式電路,應(yīng)先將電源、開關(guān)和滑動變阻器的全部電阻用導(dǎo)線連接起來,然后在滑動變阻器上金屬桿兩端的接線柱中任選一個,依據(jù)電路中電流的流向?qū)y量電路部分連接起來即可.4.器材的選擇方法(1)電流表和電壓表的選擇①根據(jù)電路中的最大電流(或最大電壓)進行選擇.②根據(jù)用電器的額定電流(或額定電壓)進行選擇.③根據(jù)電源的參數(shù)進行選擇.(2)滑動變阻器的選擇①當(dāng)采用分壓式接法時,一般應(yīng)選用最大阻值較小而額定電流較大的滑動變阻器.②當(dāng)采用限流式接法時,一般應(yīng)選用最大阻值比待測電阻稍大或差不多的滑動變阻器.【題組演練】1.某學(xué)習(xí)小組用伏安法測一個待測電阻Rx的阻值,實驗室提供器材如下:A.待測電阻Rx:阻值約為2kΩB.干電池組:電動勢E=6V,內(nèi)阻可忽略C.電流表A:滿偏電流Ig=900μA,內(nèi)阻約為50ΩD.電壓表V:量程0~1V,內(nèi)阻約為10kΩE.電阻箱RP:最大阻值為999.9ΩF.滑動變阻器R:阻值范圍為0~200ΩG.開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)該學(xué)習(xí)小組同學(xué)首先采用伏安法測量待測電阻的阻值,根據(jù)上述實驗器材,小組討論后設(shè)計了一個最佳測量電路,下列電路方案(選填“甲”“乙”“丙”或“丁”)更合理.

(2)為了更準確地測量待測電阻的阻值,該小組決定換一種測量電路,增加電阻箱來完成實驗,實驗電路圖如圖戊.①先閉合S1、斷開S2,調(diào)節(jié)R和RP,使電流表和電壓表偏轉(zhuǎn)適當(dāng),記下兩表示數(shù)為U1=0.72V,I1=800μA;②再閉合S2,保持RP不變,調(diào)節(jié),記下此時電壓表和電流表示數(shù)為U2=0.54V,I2=900μA;

③小組同學(xué)利用測量數(shù)據(jù)計算出的待測電阻Rx=kΩ(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字);

④請你判斷該小組此測量方案(選填“能”或“不能”)消除電表內(nèi)阻造成的誤差.

2.某實驗小組要測量一段金屬絲的電阻率.(1)某同學(xué)先用多用電表的歐姆擋粗測金屬絲電阻,把選擇開關(guān)調(diào)到“×1”擋,應(yīng)先,再進行測量,測量時多用電表的示數(shù)如圖甲所示,則該元件電阻為Rx=Ω;再用螺旋測微器測量金屬絲的直徑d,其示數(shù)如圖乙所示,則d=mm;

(2)為了精確測量金屬絲電阻,實驗室提供以下器材:滑動變阻器(阻值為0~15Ω)、電流表(阻值約為10Ω)、電壓表(阻值約為3kΩ)、電源,要求盡可能多測量幾組數(shù)據(jù),請補充完整圖丙的電路連線.(3)連接好圖丙的電路,閉合開關(guān)前,滑動變阻器的滑片應(yīng)置于(填“a”或“b”)端.某次實驗時,電壓表的示數(shù)為U,電流表的示數(shù)為I,測得金屬絲的長為L,則金屬絲電阻率ρ=.(用題中的物理量符號表示)

(4)小組成員同學(xué)設(shè)計了如圖丁所示電路測量該金屬絲電阻率,穩(wěn)壓源的輸出電壓恒為U0,定值電阻的阻值為R,根據(jù)多次實驗測出aP長度x和對應(yīng)的電壓表的示數(shù)U作出U-x圖線,圖線的斜率為k,則金屬絲的電阻率ρ=.(用題中的符號k、R、d、U0、L表示)

題型3以測電源電動勢為核心的電學(xué)實驗測量電源電動勢和內(nèi)阻的三個常用方案方案伏安法伏阻法安阻法原理E=U+IrE=U+URrE=IR+Ir電路圖關(guān)系式U=E-Ir1U=rER1I=RE圖像縱軸截距:E斜率絕對值:r縱軸截距:1斜率:r縱軸截距:r斜率:1誤差分析E測<E真r測<r真E測=E真r測>r真E測<E真r測<r真E測=E真r測>r真【題組演練】1.某學(xué)習(xí)小組在實驗室測量一塊電池的電動勢E和內(nèi)阻r.為了能較準確地測量,該小組利用圖甲所示電路進行實驗,單刀雙擲開關(guān)S2先后與1、2連接,調(diào)節(jié)R的阻值,得到多組電壓和電流的數(shù)據(jù),根據(jù)實驗記錄的數(shù)據(jù)繪制了兩條U-I圖線,如圖乙所示.縱、橫截距分別為U1、I1的圖像為單刀雙擲開關(guān)打到1上時的圖像,縱、橫截距分別為U2、I2的圖像為單刀雙擲開關(guān)打到2上時的圖像.(1)本實驗中,單刀雙擲開關(guān)打到1或者2上時均會出現(xiàn)系統(tǒng)誤差,S2打到2上時產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因是.

(2)小組同學(xué)在圖乙中繪制出了兩條圖線(虛線)用來表示電源的真實U-I圖像,電源的真實U-I圖像應(yīng)該為圖乙中(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)圖像,電源的電動勢E=(填“U1”或“U2”).

(3)小組內(nèi)一同學(xué)進一步分析發(fā)現(xiàn),如果實驗數(shù)據(jù)測量無誤,根據(jù)圖像可以計算得電流表和電壓表的內(nèi)阻,其中電流表內(nèi)阻的表達式為RA=(用“U1”“U2”“I1”或“I2”中的符號表示).

2.某同學(xué)把銅片和鋅片相隔約1cm插入一個蘋果中,就制成了一個水果電池.為了測量其電動勢E和內(nèi)阻r,他用到的實驗器材有電阻箱(最大阻值為9999Ω)、多用電表2V電壓擋(內(nèi)阻遠大于普通電壓表)、開關(guān)、導(dǎo)線若干.實驗步驟如下:①將該水果電池與其余實驗器材按圖甲所示電路連接;②調(diào)節(jié)電阻箱阻值,閉合開關(guān),待示數(shù)穩(wěn)定后,記錄電阻箱的阻值R和多用電表的示數(shù)U后立即斷開開關(guān);③每次將電阻箱的阻值增大1000Ω,重復(fù)實驗,計算出相應(yīng)的1R和1U,R/ΩU/V1R/kΩ1U/V20000.2060.5004.85430000.2750.3333.63640000.3350.2502.98550000.3800.2002.63260000.4250.1672.353④根據(jù)表中數(shù)據(jù),繪制出1U-1R關(guān)系圖線如圖乙中的直線b請回答下列問題:(1)步驟②中立即斷開開關(guān)的原因是;

(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律,可以得到1U與1R的關(guān)系表達式為1U=(用E、r和(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制的圖線b可得該水果電池的電動勢為V,內(nèi)阻為kΩ(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字);

(4)若用普通的電壓表代替多用電表進行實驗,得到的圖線可能是圖乙中的(選填“a”“b”“c”或“d”).

題型4電學(xué)創(chuàng)新實驗和交流電實驗1.創(chuàng)新性實驗的基本思路明確目的→選擇方案→選定器材→實驗操作→數(shù)據(jù)處理→得出結(jié)論2.解決電學(xué)創(chuàng)新性實驗常用的方法(1)轉(zhuǎn)換法:將不易測量的物理量轉(zhuǎn)換成易于測量的物理量進行測量,然后再求待測物理量的值,這種方法叫轉(zhuǎn)換測量法(簡稱轉(zhuǎn)換法).如在測量金屬絲電阻率的實驗中,雖然無法直接測量電阻率,但可通過測量金屬絲的長度和直徑,并將金屬絲接入電路測出其電阻,然后再計算出它的電阻率.(2)替代法:用一個標準的已知量替代被測量,通過調(diào)整標準量,使整個測量系統(tǒng)恢復(fù)到替代前的狀態(tài),則被測量等于標準量.(3)控制變量法:研究一個物理量與其他幾個物理量的關(guān)系時,要使其中的一個或幾個物理量不變,分別研究這個物理量與其他各物理量的關(guān)系,然后再歸納總結(jié),如探究電阻的決定因素實驗.【題組演練】1.某同學(xué)在“研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象”實驗中,實物電路連接如圖.(1)實物圖中有一個元件的位置接錯了回路,請指出該元件的名稱:.

(2)在實驗過程中,除了需要查清流入電流表的電流方向與指針偏轉(zhuǎn)方向之間的關(guān)系外,還應(yīng)查清(選填“A”“B”或“A和B”)中導(dǎo)線的繞制方向.

回答下面的(3)(4)(5)三個問題,需從下列選項中選出一個,在填空橫線上,填上序號:A.原磁場方向B.B線圈中磁通量的變化情況C.感應(yīng)電流的磁場方向D.B線圈中磁通量的變化快慢(3)為了探究感應(yīng)電流方向的規(guī)律,實驗應(yīng)研究原磁場方向、磁通量的變化情況、三者的關(guān)系.

(4)實驗中發(fā)現(xiàn)滑動變阻器滑片向左與向右移動時,電流表指針偏轉(zhuǎn)方向不同,說明感應(yīng)電流的方向與有關(guān).

(5)實驗中發(fā)現(xiàn)滑動變阻器滑片向左與向右移動快慢不同時,電流表指針偏轉(zhuǎn)幅度不同,說明感應(yīng)電流的大小與有關(guān).

2.小理同學(xué)利用如圖甲所示電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象,圖乙是毫安表表頭.(1)小理先將單刀雙擲開關(guān)打到1位置,發(fā)現(xiàn)毫安表指針向左偏轉(zhuǎn),電容器開始充電,充電電流逐漸變,此時電容器的上極板帶電;再將開關(guān)打到2位置,發(fā)現(xiàn)毫安表指針向偏轉(zhuǎn),電容器開始放電,放電電流逐漸變小.以上三空,判斷正確的是.

A.大、正、左 B.小、正、右C.大、負、左 D.小、負、右(2)小理同學(xué)將放電過程所獲得的數(shù)據(jù)繪制成圖丙中的a圖線(圖中實線).再通過調(diào)節(jié)電阻箱,增大R,重復(fù)電容器的充、放電過程,再收集放電電流的數(shù)據(jù),將得到圖丙中的曲線(選填“b”或“c”).小理同學(xué)通過觀察圖像中的(選填“截距”“斜率”或“面積”),認為在誤差允許的范圍內(nèi),控制充電電壓不變,改變電路中的電阻,不會影響電容器放電的電荷量.

(3)在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中,以下觀點錯誤的是.

A.在e、f之間增加一個微型直流風(fēng)扇,可以展示電容器是儲能元件B.更換電容C更小的電容器,在電源電壓不變的情況下,電容器放電時釋放的電荷量仍不變C.將電源電壓增大,且不超過電容器的耐壓值,可以增大電容器放電時釋放的電荷量D.將電阻箱轉(zhuǎn)移到m、n之間,可以減少電容器的充電時間參考答案與詳細解析題型1【題組演練】1.(1)1.206.0(2)0.502.50(3)530.0Ω2.EDBCA[解析]用多用電表測電阻,應(yīng)先機械調(diào)零,接著歐姆調(diào)零,再測量,最后復(fù)位,所以順序為EDBCA.3.(1)×1Ω歐姆調(diào)零(2)①0.80②3.0×103③3.2[解析](1)根據(jù)歐姆表的工作原理可知,指針的偏角過大,說明電阻較小,即所選的倍率過大,應(yīng)選擇“×1Ω”擋,換擋后在測量前要重新進行歐姆調(diào)零.(2)①若使用的是直流“2.5V”的電壓擋,則每小格代表0.05V,讀數(shù)為16×0.05V=0.80V;②若使用的是“×100Ω”的電阻擋,則讀數(shù)為30×100Ω=3.0×103Ω;③若使用的是直流“10mA”的電流擋,則每小格代表0.2mA,讀數(shù)為16×0.2mA=3.2mA.題型2【題組演練】1.(1)丁(2)②R③1.8④能[解析](1)電壓表的量程為0~1V,其內(nèi)阻具體值不知道,電流表內(nèi)阻具體值也不知道,所以無法對這兩塊表進行改裝,電源電動勢E=6V,所以需要使用滑動變阻器的分壓式連接,由于待測電阻約為2kΩ,所以采用電流表內(nèi)接法,綜合以上分析,丁方案比較合理.(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器R,由歐姆定律得R'=RPRVRP+RV=U1I1=900Ω,R″=RxR'R2.(1)歐姆調(diào)零11.00.900(2)如圖所示(3)aπ(4)kR[解析](1)用歐姆表測電阻時,選擇開關(guān)調(diào)到“×1”擋,然后進行歐姆調(diào)零,再測量.根據(jù)歐姆表讀數(shù)原理可知該元件電阻為R=11.0Ω,根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)原理可知d=0.5mm+40.0×0.01mm=0.900mm.(2)由于電壓表的內(nèi)阻遠大于金屬絲的電阻,所以采用電流表外接法,為了盡可能多測幾組數(shù)據(jù),滑動變阻器采用分壓式接法,實物圖如圖所示.(3)為了使分壓式接法中的電壓從零開始變化,滑動變阻器的滑片應(yīng)置于a端.根據(jù)歐姆定律得R=UI,又R=ρLS,S=πd22,所以該金屬絲的電阻率為ρ=(4)根據(jù)歐姆定律得UxLRx(Rx+R)=U0,解得U=U0Rx(Rx+R)Lx,則U-x圖像的斜率k=U0Rx(Rx+R題型3【題組演練】1.(1)電壓表的分流(2)ⅡU1(3)U11[解析](1)S2接2時,電流表測通過滑動變阻器的電流,不包括電壓表的電流,所以出現(xiàn)系統(tǒng)誤差的主要原因是電壓表的分流.(2)S2接1時,所測電動勢為電流表與電源串聯(lián)后整體的等效電源的電動勢,即S2接1時的電動勢的測量值等于真實值;另一方面由于S2接2,當(dāng)電路短路時,電壓表沒有分流,即此時的電流的測量值與真實值相等.結(jié)合上述可知,電源的真實的U-I圖線是Ⅱ,故電源的電動勢為U1.(3)S2接1時,所測內(nèi)阻為電源和電流表的整體的等效內(nèi)阻,r+RA=U1I1,再由(2)可知電源的真實內(nèi)阻r=U1I2,所以電流表的內(nèi)阻R2.(1)防止長時間通電,導(dǎo)致水果電池內(nèi)阻和電動勢發(fā)生變化(2)rE1R+1E(3)0.916.[解析](1)步驟②中立即斷開開關(guān)的原因是防止長時間通電,導(dǎo)致水果電池內(nèi)阻和電動勢發(fā)生變化.(2)在閉合電路中,由閉合電路歐姆定律有E=U+Ir=U+URr,解得1U=rE(3)圖線b的縱截距b'=1E,圖線斜率k=rE,由圖線b可知b'=1.1,k=3.0?1.10.25=7.6,所以E=0.91V,r=6.9(4)若用普通的電壓表代替多用電表進行實驗,由于電壓表內(nèi)阻不是無窮大,會導(dǎo)致測量結(jié)果存在誤差,由閉合電路歐姆定律有E=U+Ir=U+URVRRV+Rr,得1U=rE1R題型4【題組演練】1.(1)開關(guān)(2)A和B(3)C(4)B(5)D[解析](1)實物圖中開關(guān)接錯了回路,應(yīng)該接在線圈A所在回路,這樣通過開關(guān)的通斷,或滑片的左右移動,或線圈A從線圈B中插入與拔出,來實現(xiàn)