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2020高考物理二轮复习题型归纳与训练
专题二十
电学实验
题型一、多用电表的原理、使用及读数问题
【规律方法】
1.
电压表、电流表、多用电表的读数技巧
(1)对电表读数问题，要先弄清楚电表的精确度，即每小格的数值，再确定估读的方法，是、还是估读，明确读数的小数位数。
(2)多用电表的使用问题，在弄清其基本原理的基础上，会选择测量项目及量程、挡位，能区分机械调零和欧姆调零的区别，掌握测量电阻的步骤，此外，会看多用电表表盘，最上排不均匀刻度为测电阻时读数刻度，读出表盘刻度后应乘以挡位倍率；中间刻度是均匀的，为测量电压和电流的读数刻度，下面三排数字为方便读数所标注；最下排刻度专为测量2.5
V以下交流电压所用，一般较少使用。
3.
欧姆表使用六注意
(1)选挡接着调零；
(2)换挡重新调零；
(3)待测电阻与电路、电源要断开；
(4)尽量使指针指在表盘中间位置附近；
(5)读数之后要乘以倍率得阻值；
(6)用完后，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡。
【典例1】(2019·全国卷Ⅲ)某同学欲将内阻为98.5
Ω、量程为100
μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15
kΩ刻度正好对应电流表表盘的50
μA刻度。可选用的器材还有：定值电阻R0(阻值14
kΩ)，滑动变阻器R1(最大阻值1500
Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值500
Ω)，电阻箱(0～99999.9
Ω)，干电池(E＝1.5
V，r＝1.5
Ω)，红、黑表笔和导线若干。
(1)欧姆表设计
将图a中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为________
Ω；滑动变阻器选________(填“R1”或“R2”)。
(2)刻度欧姆表表盘
通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图b所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为________、________。
(3)校准
红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向________
kΩ处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量。若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图c所示，则电阻箱接入的阻值为________
Ω。
【解析】　(1)欧姆表内各元件串联，且红表笔接电源负极，黑表笔接电源正极。欧姆表的中值刻度为欧姆表的内阻，即R内＝r＋R0＋RA＋R＝15
kΩ，解得R＝900
Ω。由于滑动变阻器R2的最大阻值为500
Ω，所以滑动变阻器选R1。
(2)根据闭合电路欧姆定律，得Ia＝和Ib＝，代入数据解得Ra＝45
kΩ，Rb＝5
kΩ。
(3)使用欧姆表测量电阻时，首先要进行电阻调零，此时应将红、黑表笔短接，调整滑动变阻器，使欧姆表指针指向0
kΩ处。电阻箱的阻值为(0.1×0＋1×0＋10×0＋100×0＋1000×5＋10000×3)
Ω＝35000.0
Ω。
【答案】　(1)如图所示　900　R1
(2)45　5　(3)0　35000.0
题型二、伏安法测电阻
【典例2】
(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________(填“偏大”“偏小”或“相等”)。
【解析】　(1)d＝20.0×0.01
mm＝0.200
mm。
(2)本题要测量金属丝的电阻，无电压表，故用已知内阻的电流表A1充当电压表，由于电流表A1的满偏电压UA1＝ImR1＝1.25
V，比电源电动势小得多，故电路采用分压式接法，电路图如图所示。
(3)当电流表A1、A2读数分别为I1、I2时，通过Rx的电流为I＝I2－I1，Rx两端电压U＝I1·R1，故Rx＝＝。不考虑读数误差，从设计原理看，测量值等于真实值。
【答案】　(1)0.200(0.196～0.204均可)　(2)图见解析　
(3)　相等
题型三、研究小灯泡的伏安特性
【规律方法】
1．描点作图时的注意事项
(1)单位长度的选取。
(2)平滑连接各点。
(3)尽量使图线占满整个坐标纸。
2．非线性元件与某电源连接后实际功率的求法
若该元件直接接在电源两端，一般是在该元件的伏安特性曲线中作出电源的路端电压随电流变化的关系图线，两图线的交点即该元件的工作点，利用P＝UI求得元件的实际功率；若元件与某定值电阻R0串联后再接入电源两端，则可将该定值电阻和电源等效为电源电动势为E、内电阻为(r＋R0)的电源再进行分析。
【典例3】(2019·四川雅安三诊)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，小灯泡的规格为“4
V　2
W”，除导线和开关外，还有以下器材可供选择：
A．直流电源(电动势约为5
V，内阻可不计)
B．直流电压表(量程0～15
V，内阻约为15
kΩ)
C．直流电压表(量程0～5
V，内阻约为8
kΩ)
D．直流电流表(量程0～3
A，内阻约为0.1
Ω)
E．直流电流表(量程0～600
mA，内阻约为5
Ω)
F．滑动变阻器(最大阻值1
kΩ，允许通过的最大电流为0.6
A)
G．滑动变阻器(最大阻值5
Ω，允许通过的最大电流为2
A)
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据。
(1)实验中电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________。(均用序号字母表示)
(2)请按实验要求将如图1中所示的器材连成实验电路。
(3)某同学作出小灯泡的伏安特性曲线如图2甲所示。现把实验中使用的小灯泡接到如图2乙所示的电路中，其中电源电动势E＝5
V，内阻r＝2
Ω，定值电阻R＝8
Ω，此时灯泡的实际功率为________
W。(结果保留两位有效数字)
【答案】　(1)C　E　G　(2)图见解析　(3)0.56
【解析】　(1)小灯泡的额定电压为4
V，故电压表应选择0～5
V的量程，即电压表应选择C；小灯泡的额定电流为：IL＝＝
A＝0.5
A，故电流表选E；实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据，故滑动变阻器采用分压接法，为方便实验操作，滑动变阻器应选择最大阻值较小的，故滑动变阻器应选择G。
(2)描绘灯泡的伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；灯泡电阻与电流表内阻相差不多，电压表内阻远大于灯泡电阻，故电流表应采用外接法，据此将实物电路连接完整如图所示。
(3)把定值电阻R＝8
Ω与电源整体看做等效电源，根据闭合电路欧姆定律得：U＝5－10I，在图2甲中作出等效电源的U?I图象如图所示。
由上图图象可知，此时灯泡两端电压U＝1.7
V，灯泡电流I＝0.33
A，灯泡的实际功率P＝UI＝1.7×0.33
W≈0.56
W。
题型四、测定电源的电动势和内阻
【规律方法】测量电源的电动势和内阻的基本原理是闭合电路欧姆定律，数据处理的主要思想方法是“化曲为直”，常用的方法有三种：
1.
伏安法——利用电压表和电流表。闭合电路方程为E＝U＋Ir，利用两组数据，联立方程求解E和r；也可作出U－I图象，图线的纵截距表示电源的电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻。
2.
伏阻法——利用电压表和电阻箱。闭合电路方程为E＝U(1＋)。利用两组数据联立方程求解或将方程线性化，处理为＝·＋或U＝－r＋E，作－图象或U－图象，利用图线的截距和斜率求E和r。
3.
安阻法——利用电流表和电阻箱。闭合电路方程为E＝I(R＋r)，利用两组数据联立方程求解或将方程线性化，处理为＝·R＋，作－R图象，利用图线的截距和斜率求E和r。
【典例4】一同学测量某干电池的电动势和内阻。
(1)如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，以及计算的数据见下表：
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，在答题卡的方格纸上作出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图所示，则该干电池的电动势应为________
V；内阻应为________
Ω。
【解析】　(1)连接电路时电源应与电路断开，所以开关要断开；另一错误是电阻箱接入电路的电阻是零，这样容易烧坏电流表和电源。
(2)将数据描点连线，作出一条倾斜的直线。根据闭合电路欧姆定律E＝I(R＋r)得R＝E·－r，所以图线的斜率表示电源电动势，E＝
V＝1.37
V，截距绝对值表示电源内阻：r＝0.4×3.0
Ω＝1.20
Ω。
(3)用电压表与电流表并联，可测得电流表的内阻RA＝＝
Ω＝0.20
Ω，考虑电表内阻对实验的影响，则E＝I(R＋RA＋r)，得R＝E·－(RA＋r)，所以图线的斜率仍表示电动势，电动势的准确值为1.37
V，图线的截距绝对值表示(RA＋r)，所以内阻精确值为r＝(1.20－0.20)
Ω＝1.00
Ω。
【答案】　(1)开关未断开　电阻箱阻值为零
(2)图象如图所示。
1．37(1.30～1.44都算正确)　1.20(1.0～1.4都算正确)
(3)1.37(结果与(2)问第一个空格一致)　1.00(结果比(2)问第二个空格小0.2)
题型五、电学创新拓展实验
【规律方法】1.
高考考查特点
(1)该类实验的特点是题目来源于教材，但又高于教材；
(2)实验的基本原理和思想方法是考查的核心。
2.
解题的常见误区及提醒
(1)要解决此类实验问题，应摒弃简单的背诵实验而应向分析理解实验转变；
(2)熟练掌握欧姆定律、实验器材的选择和数据处理方法是融会变通的关键。
【典例5】(2019·全国卷Ⅱ)某小组利用图a所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中和为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100
Ω)；S为开关，E为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图b是该小组在恒定电流为50.0
μA时得到的某硅二极管U?t关系曲线。回答下列问题：
(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0
μA，应调节滑动变阻器R，使电压表的示数为U1＝________
mV；根据图b可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻________(填“变大”或“变小”)，电压表示数________(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动，以使示数仍为U1。
(2)由图b可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为＝________×10－3
V/℃(保留两位有效数字)。
【解析】　(1)、是理想电压表，则R0与硅二极管串联，电流相等，R0两端电压U1＝IR0＝50.0×10－6×100
V＝5.00×10－3
V＝5.00
mV。由U?t图象知，当控温炉内温度t升高时，U变小，又I＝50.0
μA不变，故硅二极管正向电阻变小；当控温炉内温度升高时，硅二极管电阻变小，反过来影响电路中电流，由闭合电路欧姆定律知，电路中电流增大，示数增大；要保持示数不变，需增大滑动变阻器的阻值，即将滑片向B端移动。
(2)由U?t图象的斜率可知：＝
V/℃＝2.8×10－3
V/℃。
【答案】　(1)5.00　变小　增大　B　(2)2.8
【强化训练】
1．(2019·济南市期末)如图甲为某磁敏电阻在室温下的电阻—磁感应强度特性曲线，其中RB表示有磁场时磁敏电阻的阻值，R0表示无磁场时的磁敏电阻的阻值。为测量某磁场的磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值。
(1)某同学首先测量待测磁场中磁敏电阻的阻值，利用下面提供的器材，请将图乙中的导线补充完整。
提供的器材如下：
A．磁敏电阻，无磁场时阻值R0＝140
Ω
B．滑动变阻器R，全电阻约20
Ω
C．电流表A，量程2.5
mA，内阻RA＝100
Ω
D．电压表V，量程3
V，内阻约3
kΩ
E．直流电源E，电动势3
V，内阻不计
F．开关S，导线若干
(2)正确接线后，测量数据如下表，请利用表格数据在图丙中描点作图。
1
2
3
4
5
6
U(V)
0.00
0.45
0.91
1.50
1.79
2.71
I(mA)
0.00
0.30
0.60
1.00
1.20
1.80
(3)根据U?I图象尽可能准确地求出磁敏电阻的阻值RB＝________
Ω，结合图甲可知待测磁场的磁感应强度B＝________
T。(结果均保留两位有效数字)
【答案】　(1)见解析图1　(2)见解析图2
(3)1.4×103　1.2
【解析】　(1)采用伏安法测量电阻，因为电流表内阻已知，故采用电流表内接法；滑动变阻器电阻较小，应采用分压式接法，连接实物图如图1所示。
(2)描点作图如图2所示。
(3)由U?I图象得RB＝－RA＝1.4×103
Ω，则＝10，对照图甲得B＝1.2
T。
2．(2019·南昌市检测)一课外实验小组用如图a所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图中R0为标准电阻(R0＝20.0
Ω)；可视为理想电压表，S1为单刀开关，S2为单刀双掷开关，E为电源，R为滑动变阻器，采用如下步骤完成实验：
(1)根据实验原理电路图连接好电路。
(2)将滑动变阻器滑动端置于________位置(填“左端”“右端”或“中间”)，再闭合S1。
(3)将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动触头的位置，记下此时电压表的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表的示数U2。
(4)待测电阻阻值的表达式Rx＝________(用R0、U1、U2表示)。
(5)为减小偶然误差，改变滑动头的位置，测得几组U1、U2的值，作出U1与U2的关系图象如图b所示，则待测电阻Rx＝________
Ω。
【答案】　(2)左端　(4)R0　(5)10.0
【解析】　(2)此电路中，滑动变阻器起分压作用，闭合S1前，应将滑动变阻器阻值调为0，即将滑动端置于左端。
(4)根据题意，开关S2接在1时，电压表测R0两端电压，开关S2接在2时，电压表测R0与Rx的总电压，测量电路中的电流为I＝，Rx两端的电压为Ux＝U2－U1，根据欧姆定律有Ux＝IRx，联立解得Rx＝R0。
(5)Rx＝R0，整理得U2＝U1，U2?U1关系图象的斜率为1＋＝1.5，将R0＝20.0
Ω代入，解得Rx＝10.0
Ω。
3.(2019·福建南平二模)为了将小量程电流表改装成量程为3
V的电压表，实验器材如下：
A．电流表G：满偏电流为300
μA，内阻约100
Ω
B．干电池E：电动势为3
V，内阻未知
C．滑动变阻器R1：最大阻值为500
Ω，额定电流为1
A
D．滑动变阻器R2：最大阻值为15
kΩ，额定电流为0.5
A
E．电阻箱R0：最大值为999.9
Ω，额定电流为0.5
A
F．电阻箱R：最大值为9999.9
Ω，额定电流为0.5
A
G．开关两个，导线若干
请回答以下问题：
(1)为尽可能准确测量电流表的内阻，应选用甲图中的________(选填“A”或“B”)电路。
(2)根据所选电路完成实物电路连接。闭合开关S1，调节滑动变阻器使电流表的示数为300
μA；接着保持滑动变阻器的滑片位置不变，闭合开关S2，调节电阻箱R0的阻值，当R0＝200
Ω时电流表示数如图乙所示，则流过电流表的电流为________
μA，电流表内阻的测量值为________
Ω。
(3)现将上述电流表与电阻箱R串联改装成量程为3
V的电压表，则电阻箱R接入电路的阻值应为________
kΩ。
(4)若用改装后的电压表测量某电路电压，则电压测量值________(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
【答案】　(1)B　(2)200　100　(3)9.9　(4)小于
【解析】　(1)由“半偏法”测量电流表内阻的原理可知，先闭合S1，调节滑动变阻器的阻值，使电流表满偏；然后闭合开关S2，调节电阻箱的阻值，使电流表半偏，读出电阻箱的阻值即为电流表的内阻。其中当闭合开关S2时，认为电路中的总电流不变，这样必须要求滑动变阻器的阻值比电流表的内阻大得多，即滑动变阻器应选R2，电路应选择B。
(2)由图可知，电流表读数为200
μA，则通过电阻箱的电流为100
μA，则电阻箱R0的阻值等于电流表内阻的2倍，即电流表内阻为100
Ω。
(3)将上述电流表与电阻箱R串联改装成量程为3
V的电压表，则电阻箱R接入电路的阻值应为R＝－rg＝
Ω－100
Ω＝9900
Ω＝9.9
kΩ。
(4)若用改装后的电压表测量某电路电压，当电压表并联到被测电路上后，此部分电路总电阻减小，则电压表两端的电压减小，即电压测量值小于真实值。
4.(2019·湖南永州二模)同学们打算测量一未知电阻R的阻值(阻值约10
kΩ)，现在实验桌上有下列器材：
A．滑动变阻器R1(0～100
Ω)
B．电阻箱R0(99999.9
Ω)
C．灵敏电流计G(300
μA，内阻不可忽略)
D．直流电源E(3
V，内阻不计)
E．开关、导线若干
(1)甲同学用图a所示的电路进行实验。
①先将滑动变阻器的滑动头移到________(填“左”或“右”)端，再接通开关S；保持S2断开，闭合S1，调节R1使电流计指针偏转至某一位置，并记下电流I1；
②断开S1，保持R1滑片位置不变，闭合S2，调节R0使得电流计读数为________时，R0的读数即为待测电阻的阻值。
(2)乙同学查得电流计的内阻为Rg，采用图b进行实验，改变电阻箱的电阻，读出电流计相应的示数I，由测得的数据作出?R0图象，如图c所示，图线纵轴截距为b，斜率为k，则待测电阻R的阻值为________。
【答案】　(1)①左　②I1　(2)－Rg
【解析】　(1)①为了保证实验安全，开始时待测电阻两端的电压应为0，故应先将滑动变阻器的滑动头移至左端，从左端开始调节；
②由实验原理可知，保持R1阻值不变，断开S1，闭合S2，R0连入电路，只有调节电阻箱使电流计读数重新为I1时，R0的阻值才和待测电阻的阻值相等。
(2)将R与Rg等效为R总，则根据闭合电路欧姆定律有：E＝I(R0＋R总)。整理可得：＝＋，则b＝，k＝，解得：R总＝因R总包括待测电阻及电流计内阻，故待测电阻阻值为：R＝R总－Rg＝－Rg。
5.(2019·山东威海三模)某同学利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。实验电路如图甲所示，现有开关和导线若干，以及如下器材：
A．电流表A：量程0～0.6
A，内阻约0.125
Ω
B．电压表V：量程0～3
V，内阻约3
kΩ
C．滑动变阻器0～20
Ω
D．滑动变阻器0～200
Ω
(1)为了操作方便，减小实验误差，滑动变阻器应选用________(选填相应器材前的字母)。
(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该置于最________端(选填“左”或“右”)。
(3)图乙是该同学根据实验数据绘制的U?I图线，根据图线求得被测干电池的电动势E＝________
V，内阻r＝________
Ω(结果保留到小数点后两位)。
(4)该实验中，产生系统误差的主要原因是________。图丙中实线为根据测量数据绘制的图线，虚线代表在没有误差情况下，电压表两端电压的真实值与通过电源电流真实值关系的图线，图丙四幅图中能够正确反映两者关系的是________。
【答案】　(1)C　(2)右　(3)1.48　0.90
(4)电压表分流　D
【解析】　(1)若选C，则电路中的电流最小约为≈0.08
A，此时电流表指针偏转已经较小；若选D，则滑动变阻器阻值从200
Ω到20
Ω，电路中的电流一直很小，所以为了方便实验操作，滑动变阻器应选择C。
(2)滑动变阻器采用限流接法，为保护电路，闭合开关前滑片要置于阻值最大处，即右端。
(3)由图示电源U?I图象可知，电源电动势为：E＝1.48
V，电源内阻为：r＝＝
Ω≈0.90
Ω。
(4)由图示电路图可知，电流表采用内接法，由于电压表不是理想电表，故存在分流现象，导致测得通过电源的电流偏小；而当外电路短路时，电压表的分流可以忽略，故真实图象和测量图象在横轴上的交点相同，故D正确，A、B、C错误。

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