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挑战2020年高考物理必须突破15个必考热点
热点（13）电
学
实
验
考向一：电表的改装
【真题引领】
(2019·全国卷Ⅰ)某同学要将一量程为250
μA的微安表改装为量程为20
mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1
200
Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。
(1)根据图(a)和题给条件，将(b)中的实物连线。
(2)当标准毫安表的示数为16.0
mA时，微安表的指针位置如图(c)所示，由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是_____。(填正确答案标号)?
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.18
mA
B.21
mA
C.25
mA
D.28
mA
(3)产生上述问题的原因可能是_______。(填正确答案标号)?
A.微安表内阻测量错误，实际内阻大于1
200
Ω
B.微安表内阻测量错误，实际内阻小于1
200
Ω
C.R值计算错误，接入的电阻偏小
D.R值计算错误，接入的电阻偏大
(4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k=__________。?
【答案】(1)见解析图　(2)C　(3)A、C
(4)
解析：(1)电流表改装时，微安表应与定值电阻R并联接入虚线框内，则实物电路连接如图所示：
(2)由标准毫安表的示数与微安表的指针位置可知，改装后的电流表量程被扩大的倍数n==100倍，则当微安表表盘达到满偏时，改装的电表量程为：250×10-3
mA×100=25
mA，故选项C正确。
(3)根据IgRg=(I-Ig)R，可得：I=Ig，改装后的量程偏大的原因可能是原微安表内阻测量值偏小，即电表实际内阻Rg真实值大于1
200
Ω，故选项A正确，B错误；改装后的量程偏大的原因还可能是定值电阻R的计算有误，计算值偏大，实际接入定值电阻R阻值偏小，故选项C正确，D错误。
(4)由于接入电阻R时，改装后的表实际量程为25
mA，故满足IgRg=(25-Ig)R；要想达到预期目的，即将微安表改装为量程为20
mA
的电流表，应满足IgRg=(20-Ig)kR，
其中Ig=250
μA=0.25
mA，联立解得：k=。
电表改装类问题总结：
1.解答此类实验必须掌握以下知识点：闭合(部分)电路的欧姆定律，不同电表间的改装原理——串联分压和并联分流关系的大小计算。
2.全面考查了电学实验的基本技能：电流表的内外接，限流和分压电路的选取，实验器材的选择，实物电路的连接及实验误差分析。
3.对能力的考查要求较高：考查了学生判断推理的逻辑思维能力，考查了学生的实际操作能力，考查学生的分析概括能力，考查学生的创新思维能力等。
考场练兵：
某同学组装一个多用电表。可选用的器材有：微安表头(量程100
μA，内阻900
Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9
Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99
999.9
Ω)；导线若干。要求利用所给器材先组装一个量程为1
mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3
V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1
mA和电压3
V两挡。
回答下列问题：
(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中
为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。
(2)电阻箱的阻值应取R1=_________Ω，R2=_________Ω。(保留到个位)?
【答案】(1)图见解析　(2)100　2
910
解析：(1)微安表并联一个小电阻改装成大量程的电流表，串联一个大电阻改装成大量程的电压表。
(2)R1==100
Ω，
R2==2
910
Ω
考向二：伏安法测电阻
【真题引领】
(2019·天津高考)现测定长金属丝的电阻率。
(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示，其读数是_______mm。?
(2)利用下列器材设计一个电路，尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻Rx约为100
Ω，画出实验电路图，并标明器材代号。
电源E(电动势10
V，内阻约为10
Ω)
电流表A1(量程0～250
mA，内阻R1=5
Ω)
电流表A2(量程0～300
mA，内阻约为5
Ω)
滑动变阻器R(最大阻值10
Ω，额定电流2
A)
开关S及导线若干
(3)某同学设计方案正确，测量得到电流表A1的读数为I1，电流表A2的读数为I2，则这段金属丝电阻的计算式Rx=___________。从设计原理看，其测量值与真实值相比__________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。?
【答案】(1)0.200(0.196～0.204均可)
(2)
(3)　相等
解析：(1)根据螺旋测微器的读数法则可知读数为
0+20.0×0.01
mm=0.200
mm。
(2)因该实验没有电压表，电流表A1的内阻已知，故用A1表当电压表使用；由于滑动变阻器的总阻值较小，为了使电路中的电流或电压调节范围大些，应采用滑动变阻器的分压式接法。
(3)由电路图可知流过Rx的电流为I2-I1，A1及Rx两端的电压为I1R1，因此Rx=。
该实验的电流I2-I1为流过Rx的实际电流，电压I1R1也为Rx的实际电压，因此测量值和真实值相等。
伏安法测电阻“七诀窍”：
(1)仪表选择的三个原则：安全性(量程不能太小)、准确性(量程不能太大)、方便性(滑动变阻器要方便调节)。
(2)选择电流表内外接法的口诀：“好表要内接”(越接近理想电流表，其分压的影响越小)或“内大大”(大电阻适合电流表内接法，测量值比实际值偏大)。
(3)选择滑动变阻器接法的口诀：“以小控大用分压”(并联总电阻主要由小电阻决定，并联总电流主要由电阻小的支路决定，故并联电路对小电阻的变化更敏感，即小电阻“控制”着大电阻)。
(4)电表有时可反常规使用：已知内阻的电压表可当电流表使用，已知内阻的电流表可当电压表使用。
(5)定值电阻的常见用途：保护电路、分压或分流。
(6)电压表量程的选择：比电源电动势略大或相差不多。
(7)电流表量程的选择：和电压表量程与被测电阻的比值相差不多。
考场练兵：
1.某一小型电动机额定电压为5.0
V，额定功率为2.5
W。小明想通过实验描绘出小电机的伏安特性曲线。实验中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：
A.电源E(电动势为6.0
V)
B.电压表V(量程为0～6
V，内阻约为8
kΩ)
C.电流表A1(量程为0～0.6
A，内阻约为0.2
Ω)
D.电流表A2(量程0～3
A，内阻约0.05
Ω)；
E.滑动变阻器R1(最大阻值10
Ω，额定电流1
A)
F.滑动变阻器R2(最大阻值2
kΩ，额定电流100
mA)
(1)为了便于调节，减小读数误差和系统误差，实验中所用电流表应选用_______，滑动变阻器应选用_______(填所选仪器前的字母序号)。?
(2)请你为该小组设计实验电路，并把电路图画在甲图中的虚线框内(小电机的电路符号如图甲所示)。
(3)操作过程中发现，小电机通电后受外力作用，电压表读数小于0.5
V时没启动。小明测绘出的小电机的伏安特性曲线如图乙所示，由此可以判定，小电机的电阻为__________Ω，正常工作时的发热功率为_________W，机械功率为_________W。?
【答案】(1)C　E
(2)见解析图　(3)2.5　0.625　1.875
解析：(1)电机的额定电流I==
A=0.5
A，从读数误差的角度考虑，电流表选择C，电机的电阻比较小，则滑动变阻器选择总电阻为10
Ω的误差较小，即选择E。
(2)因为电压、电流需从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法，电机的电阻大约R==
Ω=10
Ω，远小于电压表内阻，属于小电阻，电流表采用外接法。电路图如图所示。
(3)电压表读数小于0.5
V时电机没启动。根据欧姆定律得：
R′==
Ω=2.5
Ω
正常工作时电压为5
V，根据图象知电流为0.5
A，则电机发热功率为：P=I2R=0.52×2.5
W=0.625
W，则机械功率P′=UI-I2R=2.5
W-0.625
W=1.875
W。
2.某同学利用图甲所示电路测量量程为3
V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99
999.9
Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值100
Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5
kΩ)，直流电源E(电动势4
V)，开关1个，导线若干。实验步骤如下：
①按电路原理图甲连接线路；
②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图甲中最左端所对应的位置，闭合开关S；
③调节滑动变阻器，使电压表满偏；
④保持滑动变阻器的滑片位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为3.00
V，记下电阻箱的阻值。
回答下列问题：
(1)实验中应选择滑动变阻器_______(选填“R1”或“R2”)。?
(2)根据图甲所示电路将图乙中实物图连线。
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为700.0
Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为_______Ω(结果保留到个位)。?
(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为_______(填正确答案标号)。?
A.100
μA　　　　B.250
μA　　　　C.500
μA　　　　D.1.5
mA
【答案】(1)R1　(2)见解析图
(3)2
100　(4)D
解析：(1)由于电压表的总电阻较大，根据并联电路电压分配特点，只有当滑动变阻器电阻较小时，调节变阻箱电阻，才能近似认为接入滑动变阻器的并联支路总电压不变化，即滑动变阻器应选阻值小的，即选R1。
(2)实物图连线如图所示
(3)近似认为电压表所在电路的总电压不变，根据串联电路中分压规律：=
则RV=3R=2
100
Ω
(4)由欧姆定律可知，
I满==
A≈1.4
mA，故选D。
考向三：电源测量
【真题引领】
　(2018·江苏高考)一同学测量某干电池的电动势和内阻。
(1)甲图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。
(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的数据见表：
R/Ω
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
I/A
0.15
0.17
0.19
0.22
0.26
/A-1
6.7
6.0
5.3
4.5
3.8
根据表中数据，在方格纸上作出R-关系图象。由图象可计算出该干电池的电动势为_______V；内阻为_______Ω。?
(3)为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100
mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱，当电流表的示数为0.33
A时，电压表的指针位置如乙图所示，则该干电池的电动势应为_______V；内阻应为_______Ω。?
【答案】(1)①开关未断开
②电阻箱阻值为零
(2)见解析图
　1.4(1.30～1.44都算对)　1.2(1.0～1.4都算对)
(3)1.4[结果与(2)问第一个空格一致]
1.0[结果比(2)问第二个空格小0.2]
(1)题眼解读：
解析：(1)①开关不应该闭合，应该保持断开状态。②电阻箱要以最大阻值接入，然后再调小。
(2)根据表中数据描点连线如图所示。
由闭合电路欧姆定律，
E=IR+Ir得R=E·
-r，类似于一次函数y=kx+b的形式，R-图象的斜率表示电动势E，纵截距绝对值为内阻r。读图可知，E=1.4
V，
r=1.2
Ω。
因为电动势是一个常数1.4
V，电流表的内阻RA==0.2
Ω，内阻为1.2
Ω-0.2
Ω=1.0
Ω。
(2)错因警示：
没有认清图象纵横坐标，作出图线的斜率表示电源电动势。
一般规律：
考场练兵：
1.某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1=1.0
kΩ，电阻R1=9.0
kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0=3.0
Ω的电阻。
(1)按图示电路进行连接后，闭合电键，发现电路不通，原因是aa′、bb′两条导线中，混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的，便用多用电表的欧姆挡检测。检测前，应先_________然后红黑表笔分别接a、a′，若读数为零，，则一定是_________导线断开；若读数无穷大，则一定是_________导线断开。?
(2)排除故障后，该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如图。因为电动势是一个常数1.4
V，电流表示数如图所示。由I1-I2图象得到电池的电动势E=__________V，内阻r=_________Ω。?
【答案】(1)断开电键　bb′　aa′
(2)1.41(1.36～1.44均可)　0.5(0.4～0.6均可)
解析：(1)用欧姆挡检测电路导线故障，应当先将电键断开，红黑表笔接a、a′，读数为零，说明bb′导线断开；若读数无穷大，则说明a、a′断开。
(2)将纵轴数值都乘以(R1+r1)，将I1-I2图象转化成U1-I2图象，并延长图线与纵轴相交，则纵轴截距为1.41
V，即电源电动势为1.41
V，斜率k=
Ω
=3.5
Ω=R0+r，可得r=0.5
Ω。
2.两个学习小组分别用下面两种方案测量电源电动势和内阻。
方案(1)用电压表，保护电阻R0，电阻箱R，开关S测量一节干电池的电动势和内阻。
请在虚线框内画出测量电源电动势和内阻的电路原理图，并完成图(c)中剩余的连线。
方案(2)按照图(b)的电路测量电源电动势和内阻，已知电流表内阻为RA，R1=RA，保护电阻的阻值为R0，若电流表读数为I，则通过电源的电流为_______。根据测得的数据作出-R图象，图线的斜率为k，纵截距为b，则电源电动势E=_______，内阻r=_______。?
【答案】见解析图　
2I　　-R0-RA
解析：方案(1)电路图以及实物连线如图：
方案(2)：若电流表读数为I，因R1=RA，则通过电源的电流为2I；由闭合电路的欧姆定律：
E=2I，
即=+R，
则=k；=b，
解得E=，r=-R0-RA。
考向四：创新型实验
【真题引领】
(2018·全国卷Ⅰ)
某实验小组利用如图甲所示的电路探究在25
～80
℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25
℃时的阻值)为900.0
Ω；电源E(6
V，内阻可忽略)；电压表(量程150
mV)；定值电阻R0(阻值20.0
Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1
000
Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9
Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。
实验时，先按图甲连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0
℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0
℃。实验得到的R2-t数据见下表。
t/℃
25.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R2/Ω
900.0
680.0
500.0
390.0
320.0
270.0
240.0
回答下列问题：
(1)在闭合S1前，图甲中R1的滑片应移动到_________(选填“a”或“b”)端。?
(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2-t曲线。
(3)由图乙可得到RT在25
～80
℃范围内的温度特性。当t=44.0
℃时，可得RT=_______Ω。?
(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图丙所示，该读数为_______Ω，则手心温度为_______℃。?
【答案】
(1)b　(2)图见解析　(3)450
(4)620.0　33.0
(1)情境转化：
解析：(1)为了保护测量电路，在闭合S1前，图甲中R1的滑片应移动到b端。
(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，做出R2-t曲线如图所示。
(3)由作出的R2-t曲线可知，当t=44.0
℃时，可得RT=450
Ω。
(4)根据图丙所示读数为6×100
Ω+2×10
Ω+1×0
Ω+0.1×0
Ω=620.0
Ω，由作出的R2-t曲线可知，当RT=620.0
Ω时，可得t=33.0
℃。
(2)错因警示：
警示1：没有掌握滑动变阻器的分压接法和限流接法在开关闭合前滑动头的位置。
警示2：没有认真阅读题述的实验过程，导致不能把电阻箱R的读数与热敏电阻阻值联系起来。
实验原理的创新方法：
(1)转换法：将无法(或不易)测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量，然后再求待测物理量，这种方法叫转换测量法(简称转换法)。如在“测量金属电阻率”的实验中，虽然无法直接测量电阻率，但通过测金属丝的长度和直径，并将金属丝接入电路测出其电阻，可以计算出它的电阻率。
(2)替代法：用一个标准的已知量替代被测量，通过调整标准量，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测量等于标准量。
(3)控制变量法：研究一个物理量与其他几个物理量的关系时，要使其中一个或几个物理量不变，分别研究这个物理量与其他各物理量的关系，然后再归纳总结。如“探究电阻的决定因素”实验。
考场练兵：
现要测量电压表V1、电压表V2的内阻和电源的电动势，提供的器材有：电源(电动势约为6
V，内阻不计)，电压表V1(量程2.5
V，内阻约为2.5
kΩ)，电压表V2(量程3
V，内阻约为10
kΩ)，电阻箱R0(最大阻值为9
999.9
Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为3
kΩ)，滑动变阻器R2(最大阻值为500
Ω)，开关一个，导线若干。
(1)在图1中完成测量原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器_______(选填“R1”或“R2”)；?
(3)按照下列实验步骤进行实验：
①闭合开关前，将滑动变阻器和电阻箱连入电路的阻值调至最大；
②闭合开关，将电阻箱调到6
kΩ，调节滑动变阻器滑片至适当的位置，此时电压表V1的示数为1.60
V，电压表V2的示数为2.40
V；
③保持滑动变阻器连入电路的阻值不变，再将电阻箱调到2
kΩ，此时电压表V1的示数如图2，其示数为__________V、电压表V2的示数为1.40
V。?
(4)根据实验数据，计算得到电源的电动势为_______V，电压表V1的内阻为_______kΩ，电压表V2的内阻为_______kΩ。?
【答案】(1)原理电路图的连线如图所示；
(2)R1　(3)③2.10
(4)5.60　2.5　10
解析：(1)由题意可知，本实验需要测量电压表内阻和电源的电动势，故应采用电阻箱与电压表组合进行测量；电源的电动势为6
V，而两电压表量程均较小，因此采用电压表V2与电阻箱并联，再与电压表V1串联的方式进行测量。
(2)因电压表内阻以及电阻箱使用电阻均较大，所以变阻器应采用总阻值较大的R1；
(3)电压表量程为2.5
V，最小分度为0.1
V，故电压表示数为2.10
V；
(4)根据(3)中数据可知：
+=
+=
代入数据可得：
+=；
+=
联立解得：RV1=2
500
Ω=2.5
kΩ；
RV2=10
kΩ
利用闭合电路欧姆定律可知，
U1+U2=E-(Rr+r)
U1′+U2′=E-(Rr+r)
代入数据联立解得：
E=5.60
V；

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