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电学实验（1）——高考物理二轮复习实验清单大全
实验十一：观察电容器的充放电现象
考点平均卷面分：6；考查频次：中。
【知识梳理】
一、实验原理
通过观察连接在回路中的电流表和电压表示数变化，得出电容器充、放电过程的特点。
二、实验器材
直流电源、导线、单刀双掷开关、电容器、定值电阻、电流表(电流传感器)、电压表(电压传感器)。
三、实验步骤
(1)按图连接好电路．
(2)把单刀双掷开关S打在上面，使触点1与触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中．
(3)将单刀双掷开关S打在下面，使触点3与触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中．
(4)记录好实验结果，关闭电源．
四、数据处理
实验项目 实验现象
电容器充电 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭
电流表A1 读数由大到小最后为零
电压表V 读数由小到大最后为6 V
电容器放电 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭
电流表A2 读数由大到小最后为零
电压表V 读数由大到小最后为零
五、注意事项
(1)连接电路时注意电流表和电压表的正、负极和量程。
(2)对电解电容器也要注意正、负极。
(3)要选择电容较大的电容器。
(4)实验过程要在干燥的环境中进行。
处理实验数据的方法
原理装置图 操作要领
1.电容器的充电过程 开关S接1时，电源给电容器充电，电容器带电量、电压逐渐增大，电流逐渐减小，最后电流为零，如图甲所示。 2.电容器的放电过程 开关S接2时，电容器负极板上负电荷与正极板上正电荷中和，两极板的电荷量逐渐减小，电流逐渐减小，最后电压也逐渐减为零，如图乙所示。
【试题练习】
1．在做“观察电容器的充、放电现象”的实验电路如图所示。
（1）当开关S接到“1”时，电容器处于_____过程（选填“充电”或“放电”）；电容器所带的电荷量逐渐_____（选填“增加”或“较少”）。
（2）下面说法正确的是( )
A.电容器充电时，电压表示数先迅速增大，然后逐渐稳定在某一数值
B.电容器充电时，灵敏电流计G的示数一直增大
C.电容器放电时，电阻R中的电流方向从右到左
D.某时刻电容器正在放电时，电容器两极板的电荷量正在减少
1．答案：（1）充电;增加（2）AD
解析：当开关S接到“1”时，电容器处于充电过程；电容器所带的电荷量逐渐增加。
（2）A.电容器充电时，电压表示数先迅速增大，然后逐渐稳定在某一数值，A项正确；
B.电容器充电时，两极板间的电压逐渐增大，电路中的电流逐渐减小，灵敏电流计G的示数一直减小，B项错误；
C.电容器上极板充电时与电源正极相连，带正电，电容器放电时，电阻R中的电流方向从左到右，C项错误；
D.某时刻电容器正在放电时，电容器两极板的电荷量正在减少，D项正确。故选AD。
2．电容器作为储能器件，在生产生活中有广泛的应用。对给定电容值为C的电容器充电，无论采用何种充电方式，其两极间的电势差u随电荷量q的变化图像都相同。
（1）请在图1中画出上述图像。类比直线运动中由图像求位移的方法，求两极间电压为U时电容器所储存的电能________。
（2）在如图2所示的充电电路中，R表示电阻，E表示电源（忽略内阻）。通过改变电路中元件的参数对同一电容器进行两次充电，对应的曲线如图3中①②所示。
a.充电过程中，“电源两端电压”和“通过电源的电流”变化情况如何________；
b.①②两条曲线不同是________（选填E或R）的改变造成的；
c.电容器有时需要快速充电，有时需要均匀充电。依据a中的结论，说明实现这两种充电方式的途径________。
2．答案：（1）见解析；（2）a.见解析；b.R；c.见解析
解析：（1）根据电容的定义式可知
其中C是与u和q无关的常量，则图像是一条过原点的直线。如下图所示
电压为U时，电容带电荷量为Q，图线和横轴围成的面积为所储存的电能，即
又根据
则整理得
（2）a.电容器充电完成后两极板电压等于电源电动势，由图3可知充电完成时电荷量相同，则根据
可知电源电动势相同，电源忽略内阻，则电源两端电压不变，充电过程电容器两端电压增加，则R上的电压减小，通过电源的电流减小。
b.由上述分析可知电源电动势相同，则两条曲线不同是R的改变造成的，电阻越小，电流越大，即图像的倾斜程度越大。
c.由图象可知，当R越小，充电时间越短，可以实现快速充电，如图中①所示；R越大，电荷量随时间变化趋向均匀，可以实现均匀充电，如图中②所示。
实验十二：测量金属丝的电阻率 电阻的测量
考点平均卷面分：8；考查频次：高。
【知识梳理】
一、实验目的
1.掌握控制电路的连接方法及电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。
2.掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法。
3.会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率。
二、实验原理
由电阻定律R=ρ，得ρ=R，可知需要测出金属丝的长度l和它的直径d，并计算出横截面积S，并用伏安法测出电阻Rx，即可计算出金属的电阻率。用伏安法测金属丝的电阻的实验电路如图甲、乙所示。
三、实验器材
被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。
四、实验步骤
1.直径测定：用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S=。
2.电路连接：按实验原理电路图甲或乙连接好电路。
3.长度测量：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l。
4.U、I测量：把滑动变阻器的滑片调节到使其接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S。
5.拆除实验电路，整理好实验器材。
五、数据处理
1.在求Rx的平均值时可用两种方法
（1）用Rx=分别算出各次的阻值，再取平均值。
（2）用U-I图线的斜率求出阻值。
2.计算电阻率
将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式ρ=Rx=。
六、误差分析
1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得的，直径的测量是产生误差的主要来源之一、
2.采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小。
3.金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。
4.由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差。
七、注意事项
1.本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法。
2.测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值。
3.测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值。
4.采用图甲所示电路时，闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片置于最左端；若采用图乙所示电路，闭合开关S前，应将滑动变阻器滑片置于最右端。
5.在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流I不宜过大（电流表用0～0.6 A量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。
【试题练习】
3．某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻。
（1）分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图甲、乙所示，长度为_______cm，直径为_______cm；
（2）按图丙连接电路后，实验操作如下：
①将滑动变阻器的滑片置于_______（填“左”或“右”）端处；将拨向接点1，闭合调节，使电流示数为；
②将电阻箱的阻值调至最大，拨向接点2；保持，调节，使电流表示数仍为，此时阻值为1000Ω；
（3）由此可知，圆柱体的电阻为_______Ω。
（4）根据以上数据可以算出该圆柱体的电阻率，请估算。以下选项最接近计算结果的是_______。
A.0.12Ω·m B.1Ω·m C.10Ω·m D.100Ω·m
3．答案：（1）5.01；0.8470（2）右（3）1000（4）B
解析：（1）游标卡尺的精度为0.1mm，所以
螺旋测微器的读数为
（2）为了保护电流表，在接通电路之前，要使电路中的总电阻尽可能大，然后慢慢减小电路中的电阻，所以闭合开关前应把滑动变阻器的滑片置于右端处。
（3）将闭合，拨向接点1时，其等效电路图如图甲所示，当拨向2时，其等效电路图如图乙所示
由闭合电路欧姆定律知，当I相同均为时，应有
（4）由电阻定律
得
故选B。
4．某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ.步骤如下：
(1)用游标为20分度的卡尺测量其长度如图甲所示，由图可知其长度_________mm；
(2)用螺旋测微器测量其直径D如图乙所示，则________mm；
(3)待测金属丝电阻约为0.4Ω，为了精确测量其阻值，实验室提供的器材有：
电流表（量程，内阻为）；
电流表（量程，内阻约为）；
电压表V（量程为，内阻为）；
定值电阻；
定值电阻；
滑动变阻器R（最大阻值为5Ω）；
电源E（电动势为1.5V，内阻约为）；
开关S一只，导线若干；
该实验小组设计的部分测量电路如图（虚线框内）所示，为提高实验精度，要求流过待测金属丝的电流从零开始变化。为保证安全、准确、调节方便，请选择合适的器材，定值电阻选________、电表1选________、电表2选________、并在虚线框中画出完整的实验电路图________。
4．答案：(1)50.15
(2)4.700/4.699/4.701
(3);;;
解析：（1）由题图可知，游标卡尺的精确度为0.05mm，所以其读数为
（2）螺旋测微器的读数为
（3）由于电源的电动势为1.5V，电压表的量程为15V，量程较大，则测量误差较大，不能用已知的电压表测量金属丝和定值电阻两端的电压，只能用电流表来测定电压，电流表的内阻是确定的，可以用来测定电压，故电表2选用，电表1选用；电表2的电压在之内，则待测金属丝和定值电阻的阻值应在1.5Ω左右，所以定值选用。
因为实验要求电流从零开始调节，所以滑动变阻器采用分压式接法，电路图如图所示
实验十三：练习使用多用电表（用多用电表测量电学中的物理量）
考点平均卷面分：9；考查频次：中。
【知识梳理】
一、实验目的
1.了解多用电表的构造和原理，掌握多用电表的使用方法。
2.会使用多用电表测电压、电流及电阻。
3.会用多用电表探索黑箱中的电学元件。
二、实验原理
1.外部构造（如图所示）
（1）转动选择开关可以使用多用电表测量电流、电压、电阻。
（2）表盘的上部为表头。
2. 欧姆表原理（多用电表测电阻原理）
（1）构造：如图所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成。
欧姆表内部：电流表、电池、调零电阻串联。
外部：接被测电阻Rx。
全电路电阻R总=Rg＋R＋r＋Rx。
（2）工作原理：闭合电路欧姆定律I=。
（3）刻度的标定：红、黑表笔短接（被测电阻Rx=0）时，调节调零电阻R，使I=Ig，电流表的指针达到满偏，这一过程叫欧姆调零。
①当I=Ig时，Rx=0，在满偏电流Ig处标为“0”。（图甲）　
②当I=0时，Rx→∞，在I=0处标为“∞”。（图乙）
③当I=时，Rx=Rg＋R＋r，此电阻值等于欧姆表的内阻值，Rx叫中值电阻。（图丙）
三、实验器材
多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小灯泡、二极管、定值电阻（大、中、小）三个。
四、实验步骤
1.观察多用电表的外形，认识选择开关对应的测量项目及量程。
2.检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置。若不指零，则可用小螺丝刀进行机械调零。
3.将红、黑表笔分别插入“＋”“-”插孔。
4.按如图甲所示连好电路，将多用电表选择开关置于直流电压挡，闭合开关，测小灯泡两端的电压。
5.按如图乙所示连好电路，将选择开关置于直流电流挡，闭合开关，测量通过小灯泡的电流。
6.用多用电表测电阻的步骤
（1）调整指针定位螺丝，使指针指向电流的零刻度。
（2）将选择开关置于“Ω”挡的“×1”挡，短接红、黑表笔，调节欧姆调零旋钮，然后断开表笔，再使指针指向∞。
（3）将两表笔分别接触阻值为几十欧的定值电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔，再与标定值进行比较。
（4）选择开关改置“×100”挡，重新进行欧姆调零。
（5）再将两表笔分别接触标定值为几千欧的电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔，与标定值进行比较。
（6）测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。
7.探索黑箱内的电学元件
判断目的 应用挡位 现象
电源 直流电压挡 两接线柱正、反接试触时均无示数，说明无电源
电阻 欧姆挡 两接线柱正、反接时示数相同
二极管 欧姆挡 正接时示数很小，反接时示数很大
电容器 欧姆挡 指针先指“0”后逐渐增大到“∞”，且越来越慢
电感线圈 欧姆挡 示数由“∞”逐渐减小到某一较小固定示数
五、数据处理
1.测电阻时，电阻值等于指针的示数与倍率的乘积。
2.测电压和电流时，如果所读表盘的分度值为1、0.1、0.01等，读数时应读到分度值的下一位，若表盘的分度值为0.2、0.02、0.5、0.05等，读数时只读到与分度值位数相同即可。
六、注意事项
1.表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔，但是红表笔插入“＋”孔，黑表笔插入“-”孔，注意电流的实际方向。
2.区分“机械零点”与“欧姆零点”。机械零点是刻度盘左侧的“0”位置，对应调整的是表盘下边中间的指针定位螺丝；欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置，对应调整的是欧姆调零旋钮。
3.测电压时，多用电表应与被测元件并联；测电流时，多用电表应与被测元件串联。
4.测量电阻时，每变换一次挡位都要重新进行欧姆调零。
5.由于欧姆表盘刻线不均匀，估读时误差较大，故测量结果不估读，读数时注意乘倍率。
6.使用多用电表时，手不能接触表笔的金属杆，特别是在测电阻时，更应注意不要用手接触表笔的金属杆。
7.测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开，否则不但影响测量结果，甚至可能损坏电表。
8.如果长期不用欧姆表，应把表内电池取出。
9.如图甲所示，晶体二极管具有单向导电性（符号上的箭头表示允许电流通过的方向）。当给二极管加正向电压时，它的电阻很小，电路导通，如图乙所示；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大，电路截止，如图丙所示。
将多用电表的选择开关拨到欧姆挡，红、黑表笔接到二极管的两极上，当黑表笔接“正”极，红表笔接“负”极时，电表示数较小，反之电表示数很大，由此可判断出二极管的正、负极。
七、误差分析
1.电池用旧后，电动势会减小，内电阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时更换新电池。
2.欧姆表刻度不均匀读数时要注意其左密右疏的特点。
3.由于欧姆表刻度的非线性，表头指针偏转过大或过小都会使误差增大，因此要选用恰当挡位，尽可能使指针指向表盘的中间区域。
4.测电流、电压时，由于电表内阻的影响，测得的电流、电压值均小于真实值。
5.读数时易产生偶然误差，要垂直于表盘正对指针读数。
【试题练习】
5．在完成“练习使用多用表”实验后，小刚和小明想通过两个多用表完成以下实验。在两表均进行机械调零后，将多用表A选择开关拨到“2.5V”挡，将多用表B选择开关拨到“×1kΩ”挡，并完成欧姆调零步骤。
（1）现用多用表A的“2.5V” 挡测量多用表B“×1kΩ”挡红黑表笔两端电压，则多用表A的红表笔应接多用表B的______（填“红表笔”、“黑表笔”），连接表笔后，结果如图1所示，则多用表B“×1kΩ”挡红黑表笔两端电压为______V。
（2）在进行上述操作时，他们发现B表也有示数，如图2所示，则B表的读数为______，其物理意义是______。
5．答案：（1）黑表笔；1.23/1.24/1.25
（2）5.0kΩ；多用表A的“2.5V”挡的内阻
解析：（1）根据欧姆表电流应由黑表笔流出，进入电压表的正极，所以多用表A的红表笔应接多用表B的黑表笔；
由于多用电表A的量程为2.5V，则电压表每一小格为0.05V，所以红黑表笔两端电压为1.24V。
（2）由于B表为欧姆表，其读数为指针所指刻度与倍率的乘积，所以B表的读数为
该读数为多用表A的“2.5V”挡的内阻。
6．如图中，甲所示为某多用电表内部简化电路图。麓同学想通过该多用表的欧姆挡测量量程为3V的电压表内阻，如图乙所示。
（1）主要步骤如下：
①将选择开关拨到“×100”的欧姆挡上；
②将两表笔相接触，旋转欧姆调零旋钮，使指针指在电阻零刻度处；
③将红表笔与待测电压表___________（选填“正”或“负”）接线柱相接，黑表笔与另一接线柱相连，发现此时指针偏转角度很小；
④换用___________（选填“×10”或“×1k”）欧姆挡重新调零后测量，发现此时指针偏转适中，记下电阻数值；
⑤将选择开关调至空挡或交流电压最高挡后拔下表笔，将多用电表放回桌上原处，实验完毕。
（2）实验中表盘示数如图所示，则欧姆表的读数为___________Ω，此时电压表读数为___________V。
6．答案：（1）负;×1k（2）40k;2.20
解析：（1）③欧姆表内阻电源负极与红表笔相连，把红表笔与待测电压表负接线柱相接；
④选择开关拨到“×100”的欧姆挡，指针偏转角度很小，说明所选挡位太小，为减小实验误差，应换用“×1k”欧姆挡重新调零后测量；
（2）欧姆表的读数为40kΩ，电压表的分度值为0.1V，读数为2.20V。

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