资源简介

电学实验及创新
考点1| 电学常规实验
电学常用仪器的读数和使用
1．电流表和电压表
量程 精确度 读数规则
电流表0～3 A 0.1 A 与刻度尺一样，采用估读，读数规则较简单，只需要精确值后加一估读数即可
电压表0～3 V 0.1 V
电流表0～0.6 A 0.02 A 估读位与最小刻度在同一位，采用估读
电压表0～15 V 0.5 V 估读位与最小刻度在同一位，采用估读
2.多用电表的读数及使用
(1)电流的流向
电流从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出，即“红进黑出”。
(2)“机械零点”与“欧姆零点”
“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮。
(3)欧姆表使用注意事项
①选挡接着调零；②换挡重新调零；③待测电阻与电路、电源断开；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。
(4)多用电表读数
①利用欧姆挡测电阻时，电阻的阻值等于指针的示数与倍率的乘积。指针示数的读数一般不估读，有时也向后估读一位，但很不精确。(一般还是按照电压表、电流表读数原则掌握)
②测电压和电流时，如果所读表盘的最小刻度为1、0.1、0.001等，读数时应读到最小刻度的下一位，若表盘的最小刻度为0.2、0.02、0.5、0.05等，读数时只读到与最小刻度位数相同即可。
[案例1]　(2019·山东青岛三模)如图甲是多用电表的简化电路图，电流计满偏电流为0.5 mA、内阻为20 Ω；电池电动势为1.5 V、内阻可忽略；电阻R1阻值为20 Ω，R3阻值为24 990 Ω。
甲　　　　　　　　　　　乙　　　　
(1)A插孔应接________表笔(选填“红”或“黑”)。
(2)若指针指在图乙中所示位置，选择开关接1时，其读数为________；选择开关接3时，其读数为________。
(3)测量电阻时，需先进行欧姆调零，此时应将R2的阻值调整为________ Ω。
(4)用多用电表测电流或电阻的过程中，下列说法正确的是________。
A．测量电阻时，更换倍率后必须重新进行欧姆调零
B．测量电流时，更换量程后必须重新进行调零
C．测量未知电阻时，必须先选择倍率最大挡进行试测
D．测量未知电流时，必须先选择电流最大量程进行试测
[解析]　(1)从甲图可以看出，多用电表的内接电源上端为负，电流必须从表G的红接线柱流进，从黑接线柱流出，所以A插孔要接红表笔。
(2)选择开关接1时，多用电表相当于电流表，其量程为I＝Ig＋Ig＝1 mA，从图乙指针所指的数可以读出电流为0.69 mA；选择开关接3时，多用电表相当于电压表，量程为U＝Ug＋2IgR3＝25 V，结合图乙指针可以确定此时电压为17.2 V。
(3)调节调零电阻使电流计G满偏，此时通过电源的电流为2Ig，则调零电阻的阻值R2＝－＝1 490 Ω。
(4)在测量电阻时，更换倍率后，表的内部电阻发生了变化，欧姆挡的零刻度在最右边，也就是电流满偏处、所以必须重新进行调零，选项A正确；在测量电流时，根据电流表的原理，电流的零刻度在左边，更换量程后不需要调零，选项B错误；在测量未知电阻时，若先选择倍率最大挡进行试测，当被测电阻较小时，电流有可能过大，所以应从倍率较小的挡进行测试，若指针偏角过小，再换用倍率较大的挡，选项C错误；在测量未知电流时，为了电表的安全，必须先选择电流最大量程进行试测，若指针偏角过小，再换用较小的量程进行测量，故D项正确。
[答案]　(1)红　(2)0.69 mA　17.2 V　(3)1 490　(4)AD
易错提醒：
1．在选择欧姆挡的倍率挡位时，使指针指在表盘中间位置为宜，换挡后必须重新进行欧姆调零。
2．欧姆挡的刻度是左密右疏，读数时注意乘以相应的倍率，测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。
3．系统误差
(1)电池用旧后，电动势会减小，内阻会变大，导致电阻测量值偏大，要及时更换电池。
(2)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。
[跟进训练]
1．某课外兴趣小组在“伏安法测电阻”实验中，测得两电表示数如图所示，电流表读数为________A，电压表读数为________V。
[解析]　由图所示电流表可知，其量程为0～0.6 A，分度值为0.02 A，示数为0.42 A；由图所示电压表可知，其量程为0～3 V，分度值为0.1 V，示数为2.60 V。
[答案]　0.42　2.60
2．某同学在测量一只小灯泡电阻的实验中，连接了如图甲所示的实物电路图。闭合开关，发现灯泡不亮，电流表的示数为零。
甲
(1)他借助多用电表检查小灯泡，先断开开关，把多用电表的选择开关旋到欧姆挡的“×1”挡，再进行________调零；然后将红、黑表笔分别接触①、②接线柱，多用电表的表盘恰好如图乙所示，说明小灯泡正常，此时的电阻为________Ω。
乙
(2)他将多用电表选择开关旋于某直流电压挡，将红、黑表笔分别接触②、③接线柱；闭合开关，发现电压表的示数约等于电源电动势，说明②、③接线柱间的导线出现了________(选填“断路”或“短路”)。
(3)故障排除后，为了使电流表的示数从零开始，要在________(选填“①、④”或“③、④”)接线柱间再连接一根导线，并在闭合开关前把滑动变阻器的滑片置于最________(选填“左”或“右”)端。
[解析]　(1)根据欧姆表的使用方法可知，每次选完挡后应重新进行欧姆调零；欧姆表的读数为R＝6.0×1 Ω＝6.0 Ω。
(2)将红、黑表笔分别接触②、③接线柱，闭合开关，发现电压表的示数约等于电源电动势，说明②、③接线柱间的导线出现了断路。
(3)为使电流表的示数从零开始，滑动变阻器应采用分压式接法，所以应在③、④接线柱间再连接一根导线；闭合开关前应将滑片置于输出电压最小的最左端。
[答案]　(1)欧姆　6(或6.0)　(2)断路　(3)③、④　左
以测电阻为核心的电学实验
测电表内阻常见的7种实验方案
方案 方法 电路图 表达式 说明
1 伏安法
Rx＝－R U：V的示数
Ix：Ax的示数
R：电阻箱的读数
2 安安法
Rx＝·Rg Ig：A的示数
Rg：A的内阻
(已知)
3

Rx＝R Ix：Ax的示数
Ix：Ax的示数
R：电阻箱的读数
4 替代法
Rx＝Rg＋R2－R1 Rg：A的内阻(已知)
R1：S接1时R的读数
R2：S接2时R的读数
5

Rx＝R0 当单刀双掷开关分别接1和2时，调R为R0使表A示数相同
6 半偏法
Rx＝R0 S2断开时，Ax满偏；S2闭合调R＝R0时，Ax半偏
7

RV＝R2－2R1 V满偏时，R＝R1；
V半偏时，R＝R2
[案例2]　(2020·泰安市5月高三模拟考试)某实验小组利用如图所示的实验电路来测量电阻的阻值，Rx为待测电阻。
(1)闭合开关S1，单刀双掷开关S2接至1，适当调节滑动变阻器R0后保持其阻值不变。改变电阻箱的阻值R，得到一组电压表的示数U与R的数据如下表。
电阻R/Ω 5.0 10.0 15.0 25.0 35.0 45.0
电压U/V 1.00 1.50 1.80 2.14 2.32 2.45
请根据实验数据作出U?R关系图象。
(2)开关S2切换至2，读出电压表示数，利用(1)中测绘的U?R图象即可得出被测电阻的阻值。若某次测量时，电压表示数为2.00 V，可得Rx＝________ Ω。(保留2位有效数字)
(3)使用较长时间后，电池的电动势可认为不变，但内阻增大。若仍用本实验装置和(1)中测绘的U?R图象测定某一电阻阻值，则测定结果将________(选填“偏大”或“偏小”)。现将开关S2接至1，将电阻箱R的阻值调为5.0 Ω，你应如何调节滑动变阻器R0，便仍可利用本实验装置和(1)中测绘的U?R图象实现对待测电阻的准确测量？
____________________________________________________________________________________________________________________________________。
[解析]　(1)采用描点法，先将实验得到的表格中数据标在坐标系中，然后过尽可能多的点画出平滑曲线，得到U?R关系图象。
(2)根据画出的U?R关系图象知，纵坐标电压值2.00 V对应的阻值Rx＝20 Ω。
(3)使用较长时间后，电池的电动势可认为不变，但内阻增大。若仍用本实验装置和(1)中测绘的U?R图象测定某一电阻，则测定结果将偏小。现将开关S2接至1，将电阻箱R的阻值调为5.0 Ω，由于横坐标R＝5.0 Ω对应的纵坐标电压值为1.00 V，所以需要减小滑动变阻器R0的阻值，使电压表示数为1.00 V，便仍可利用本实验装置和(1)中测绘的U?R图象实现对待测电阻的准确测量。
[答案]　(1)如图所示　(2)20(19～21均可)　(3)偏小　减小滑动变阻器R0的阻值，使电压表示数为1.00 V
[跟进训练]
1．(2020·河北衡水中学第一次月考)某同学测量一金属导体的电阻率，如图甲所示，该空心导体横截面外正方形的边长是内正方形边长的2倍。经粗略测量知，该金属导体电阻为5 Ω左右。为了精确测量它的阻值R，以便进一步测出该材料的电阻率ρ，实验室备有下列器材：
A．电源E(电动势为3 V，内阻不计)；
B．电流表A1(量程为0～1 A，内阻r1约为0.1 Ω)；
C．电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻r2＝5 Ω)；
D．滑动变阻器R0(阻值范围为0～3 Ω)；
E．开关S，导线若干。
甲　　　　　　　　　　乙
(1)请在图乙虚线框内补充画出完整、合理的测量电路图：________。
(2)做实验时，先把滑动变阻器滑片P滑动到A端，闭合开关S，滑动P到合适位置，记录电流表A1的读数I1，记录电流表A2的读数I2，可以求出金属导体电阻R＝________(用题中所给字母表示)，然后滑动滑片，多次测量求平均值，可得到更精确阻值。
(3)该同学测得外正方形的边长为a，金属导体的长度为L。用已经测得的物理量I1、I2、L、a及题中所给物理量可得到该金属材料电阻率的表达式为ρ＝________。
[解析]　(1)由题中的实验器材可知，滑动变阻器的最大电阻值小于待测金属材料的电阻值，因此滑动变阻器应用分压接法，利用伏安法测电阻时电路图如图所示。
(2)由并联知识和电阻定义式可知R＝。
(2)该导体横截面积为S＝a2－＝a2，由电阻定律R＝ρ，可得ρ＝。
[答案]　(1)见解析图　(2)　(3)
2．(2020·湖北八校联考)实验室有一种灵敏电流计，满偏刻度为30格。某兴趣小组想要较精确地测出它的满偏电流Ig和内阻Rg，实验室中可供利用的器材有：
待测灵敏电流计G1、G2；
电流表A(量程为1 mA，内阻约为100 Ω)；
定值电阻R1(阻值为400 Ω)；
定值电阻R2(阻值为600 Ω)；
电阻箱R(0～9 999.9 Ω，最小调节量0.1 Ω)；
滑动变阻器R3(阻值范围为0～2 000 Ω，额定电流1.5 A)；
直流电源E(电动势1.5 V，内阻不计)；
开关S，导线若干。
该小组设计的实验电路图如图所示，连接好电路，并进行下列操作。
(1)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表示数适当。
(2)若灵敏电流计G2中的电流由b流向a，再调节电阻箱，使电阻箱R接入电路的阻值________(选填“增大”或“减小”)，直到G2中的电流为0。
(3)读出电阻箱连入电路的电阻为1 200.0 Ω，电流表的示数为0.6 mA，灵敏电流计G1的指针指在20格的刻度处，则灵敏电流计满偏电流Ig＝________ μA，内阻Rg＝________ Ω。
[解析]　(2)灵敏电流计G2中的电流由b流向a，说明b点电势比a点电势高，R2的阻值小于电阻箱接入电路的阻值，减小电阻箱R接入电路的阻值，当a、b两点电势相等时，流过G2的电流为0。
(3)流过G2的电流为0，由图示电路图可知＝，即＝，解得Rg＝800 Ω；流过两支路电流之比＝＝＝＝，由图示电路图可知，IG1＋I1＝IA，又IA＝0.6 mA，则IG1＝0.2 mA，因灵敏电流计满偏刻度30格，此时G1的指针指在20格的刻度处，则灵敏电流计满偏电流Ig＝IG1＝×0.2 mA＝300 μA。
[答案]　(2)减小　(3)300　800
以测电源电动势和内阻为核心的电学实验
1．测电源电动势和内阻的常用方法
伏安法 伏阻法 安阻法
实验原理 E＝U＋Ir E＝U＋r E＝IR＋Ir
实验电路


数据处理 计算法 由
解得E、r 由
解得E、r 由
解得E、r
图象法
U＝－rI＋E
＝·＋
＝·R＋
误差来源 电压表的分流
E测＜E真；r测＜r真 电压表的分流
E测＜E真；r测＜r真 电流表的分压
E测＝E真；r测＞r真
2.对实验的两点说明
(1)任何一种实验方法，一定要紧扣闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，其中最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I。
(2)“化曲为直”思想的应用。利用图象得出电动势和内阻是常见的方法，当图线不为直线时，往往要变换坐标轴表示的物理量，使图线为直线。以安阻法为例，可作?R图象；以伏阻法为例，可作?图象，也可作U?图象等，目的是使图象是直线。故这类问题重点关注图象的斜率、截距的物理意义。
[案例3]　(2020·德州市重点中学高三考前强化)某物理课外活动小组学习了“测量电源的电动势和内阻”后，设计了如图甲所示的实验电路。
甲　　　　　　乙　　　　　　丙
(1)若闭合开关S1, 将单刀双掷开关S2掷向a，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电压表的读数U，处理数据得到如图乙所示图象，写出?关系式________。
(2)若断开S1，将单刀双掷开关S2掷向b，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电流表的读数I，处理数据得到如图丙所示图象，写出?R关系式________。
(3)同学们对实验结果进行了误差分析，发现将两个图象综合利用，完全可以避免由于电压表分流和电流表分压带来的系统误差。已知图象乙和丙的纵轴截距分别为b1、b2，斜率分别为k1、k2，则电源的电动势E＝________，内阻r＝________。
(4)不同小组的同学用不同的电池组(均由同一规格的两节干电池串联而成)，按照(1)中操作完成了上述实验后，发现不同组的电池组的电动势基本相同，只是内电阻差异较大，同学们选择了内电阻差异较大的Ⅰ、Ⅱ两个电池组做进一步探究，对电池组的输出功率P随外电阻R变化的关系，以及电池组的输出功率P随路端电压U变化的关系进行了猜想，并分别画出了下列的P?R和P?U图象。若已知Ⅰ电池组的内电阻较大，则下列各图中可能正确的是________(填正确选项标号)。

A　　　　　　B　　　　　C　　　　　　　D
[解析]　(1)若闭合开关S1，将单刀双掷开关S2掷向a，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电压表的读数U，根据闭合电路欧姆定律可知，E＝U＋Ir＝U＋r，则＝·＋。(2)根据闭合电路欧姆定律E＝I(R＋r)，得到与R的关系式＝R＋。(3)由题图所示电路图可知，利用伏阻法时，由于电压表的分流作用，通过电源的电流大于，这是造成系统误差的原因。若考虑通过电压表的电流，则表达式为E＝U＋Ir＝U＋r，则＝＋·，则＝k1；利用安阻法时，考虑电流表内阻，可得＝R＋，则题图丙中?R图象的斜率的倒数等于电源的电动势E。那么根据＝k1，＝k2，可得E＝，r＝。
(4)根据电源的输出功率规律可知，当内、外电阻相等时输出功率最大，当外电阻大于内电阻时，随着外电阻的增大，输出功率将越来越小，又由Pmax＝可知，电动势相同，内阻越小，最大输出功率越大，故B正确，A错误。当内、外电阻相等时，输出功率最大，此时输出电压为电动势的一半，且电池组Ⅱ的输出功率比Ⅰ的大，而当外电路断开时，路端电压等于电源的电动势，此时输出功率为零，故C正确，D错误。
[答案]　(1)＝·＋　(2)＝R＋
(3)　　(4)BC
方法拓展：双电压表测电源电动势和内阻
(1)电路设计如图所示。
(2)测量方法为：断开S，测得V1、V2的示数分别为U1、U2，再闭合S，V1的示数为U′1。
(3)数据处理：E＝U1＋U2＋r，E＝U′1＋r，＝，RV为V1的内阻；解方程组可求得E和r。
[跟进训练]
1．(2020·华中师大附中测试)为了同时测量一电源的电动势E和内阻r，以及未知阻值的电阻Rx，某同学设计了一电路。实验室提供的器材如下：待测电源、待测电阻、电阻箱一个、内阻很大的电压表一个、单刀单掷开关两个、导线若干。
(1)为实现上述目的，请完善实物图的连接；
(2)该同学实验的主要步骤：
①闭合S1、S2，多次调节电阻箱，并记录其阻值及对应的电压表的示数；
②保持S1闭合，断开S2，多次调节电阻箱，并记录其阻值及对应的电压表的示数；
③根据记录的数据，作出两条?图线如图所示。
由图线可得电动势E＝________，内阻r＝________，Rx＝________(用图中所给字母a、b、c表示)
[解析]　(1)由题意可知，本实验采用电阻箱与电压表测电源电动势与内阻，电压表与电阻箱并联，开关S2与待测电阻并联，实物电路图如图所示。
(2)由实验步骤可知，电源电动势
E＝U＋Ir＝U＋r，E＝U＋I(r＋Rx)＝U＋(r＋Rx)
整理得＝·＋，＝·＋
由图示图线可知＝c，＝，＝
解得E＝，r＝，Rx＝－。
[答案]　(1)见解析图　(2)　　－
2．(2020·临沂市、枣庄市6月高三联考)图a为某同学测量一节干电池的电动势和内电阻的电路图。
图a
(1)虚线框内是用毫安表改装成电流表的电路。已知毫安表表头的内阻为10 Ω，满偏电流为100 mA，电阻R1＝2.5 Ω，由此可知，改装后电流表的量程为________ mA。
(2)实验步骤如下，请完成相应的填空：
①将滑动变阻器R的滑片移到________端(选填“左”或“右”)，闭合开关S；
②多次调节滑动变阻器的滑片，记下电压表的示数U和毫安表的示数I；某次测量时毫安表的示数如图b所示，其读数为________ mA；
③以U为纵坐标，I为横坐标，作U?I图象，如图c所示；
④根据图象求得电源的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω。(结果均保留到小数点后两位)
图b　　　　　　　　　图c
[解析]　(1)根据电流表的改装原理有IgRg＝(I－Ig)R1，解得I＝500 mA。(2)①滑动变阻器采用限流接法，开关闭合前，应使滑动变阻器连入电路的电阻最大，滑片应滑到最右端；②毫安表的最小刻度为2 mA，读数为56 mA；④根据闭合电路欧姆定律有E＝U＋5Ir＋IRg，得U＝E－(5r＋10 Ω)I，结合图象得E＝1.48 V，斜率表示5r＋10 Ω＝ Ω，r＝0.80 Ω。
[答案]　(1)500　(2)①右　②56　③1.48　0.80
考点2| 等级考其它实验
1．“观察电容器的充、放电现象”实验过程与数据分析
(1)将电压、多挡电流传感器接入数据采集器，按图所示连接实验板EXB?10、滑动变阻器、学生电源，并将电阻箱阻值调至30 Ω接入电路；
(2)分别对电压传感器和多挡电流传感器进行调零，然后断开电源开关；
(3)启动“组合图线”功能，调节采样频率到200 Hz并将电源接入实验板EXB?10，开关K由2拨到1；当曲线平缓上升趋于稳定后，再把K由1拨到2，即可得到充、放电图线；
(4)利用控制选择图线的功能，选择“电流—时间”图线；
(5)选择电容器放电的一段“电流—时间”图线并积分，得到电容器的电荷量Q；
(6)将实验数据及图象进行保存。
注意：可以将计算表格内的实验数据复制后用于其他分析软件，亦可直接导入Excel。
2．“探究影响感应电流方向的因素”注意事项
(1)确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时，要用试触法并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长损坏电流表。
(2)电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计。
(3)实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向。
(4)按照控制变量的思想进行实验。
(5)进行一种操作后，等电流计指针回零后再进行下一步操作。
3．“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”误差分析
(1)由于漏磁，通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差。
(2)原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)，造成误差。
(3)铁芯中有磁损耗，产生涡流，造成误差。
4．“利用传感器制作简单的自动控制装置”注意事项
(1)在做“热敏特性实验”时，加开水后要等一会儿再测量其阻值，使电阻温度与水的温度相同，同时读出水温。
(2)若“光敏特性实验”现象不明显，可制造密闭箱体，将光敏电阻置于其中，通过改变箱体的透光程度达到实验目的。
(3)光电计数器是比较精密的仪器，使用过程中要轻拿轻放，严格按要求进行操作。
(4)热敏电阻、烧杯、温度计易破损，实验时务必小心。
(5)温度自动报警器、光电计数器所需电压都很小(小于6 V)，切勿超电压使用。
[题组训练]
1．电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是反应比较灵敏，且可以和计算机相连，能画出电流与时间的变化图象。图甲是用电流传感器观察充、放电过程的实验电路图，图中电源电压为6 V。
甲　　　　　　　　　乙　　
先使开关S与1接通，待充电完成后，把开关S再与2接通，电容器通过电阻放电，电流传感器将电流信息传入计算机，显示出电流随时间变化的I?t图象如图乙所示。根据图象估算出电容器全部放电过程中释放的电荷量为________C，该电容器电容为________μF。(均保留三位有效数字)
[解析]　根据题图乙的含义，因Q＝It，可知图形与时间轴围成的面积表示电荷量；根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子的电荷量为8×10－5 C，由大于半格算一个，小于半格舍去，因此图象所包含的格子个数为38，所以释放的电荷量为q＝8×10－5 C×38＝3.04×10－3 C。
根据电容器的电容C＝可知，C＝ F≈5.07×10－4 F＝507 μF。
[答案]　3.04×10－3　507
2．在“探究感应电流的方向与哪些因素有关”的实验中，请完成下列实验步骤：
(1)为弄清灵敏电流表指针摆动方向与电流方向的关系，可以使用一个已知正负极性的直流电源进行探究。某同学想到了多用电表内部某一挡，含有直流电源，他应选用多用电表的________(选填“欧姆”“直流电流”“直流电压”“交流电流”或“交流电压”)挡，对灵敏电流表进行测试，由实验可知当电流从正接线柱流入电流表时，指针向右摆动。
(2)该同学先将多用电表的红表笔接灵敏电流表的正接线柱，再将黑表笔________(选填“短暂”或“持续”)接灵敏电流表的负接线柱，若灵敏电流表的指针向左摆动如图，说明电流由电流表的________(选填“正”或“负”)接线柱流入灵敏电流表的。
(3)实验中该同学将磁铁某极向下从线圈上方插入线圈时，发现电流表的指针向右偏转，请在图中用箭头画出线圈电流方向并用字母N、S标出磁铁的极性。
[答案]　(1)欧姆　(2)短暂　负　(3)如图所示
3．理想变压器是指在变压器变压的过程中，线圈和铁芯不损耗能量、磁场被束缚在铁芯内不外漏的变压器。现有一个理想变压器有一个原线圈(匝数为n1)和一个副线圈(匝数为n2)。甲、乙两位同学想探究这个理想变压器的原、副线圈两端的电压与线圈匝数的关系。
(1)甲同学的猜想是U1∶U2＝n1∶n2；乙同学的猜想是U1∶U2＝n2∶n1。你认为猜想合理的同学是________，你作出上述判断所依据的物理规律是___________________________________。
(2)为了验证理论推导的正确性，可以通过实验来探究。为保证实验安全、有效地进行，应选用________电源。
(3)在实验时，若采用多用电表进行测量，应先将选择开关置于________挡，并选用________量程进行测试，大致确定被测数据后，再选用适当的量程进行测量。
[解析]　(1)由变压器的工作原理可知，猜想合理的同学是甲同学。作出上述判断依据的物理规律是法拉第电磁感应定律。
(2)为了保证实验安全、有效地进行，应选用低压(一般低于12 V)交流电源。
(3)使用多用电表时，应先将选择开关置于交流电压挡，并选用较大(或最大)量程进行测试。
[答案]　(1)甲　法拉第电磁感应定律
(2)低压(一般低于12 V)交流
(3)交流电压　较大(或最大)
4．(原创题)为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制成光控开关来控制照明系统。光敏电阻是一种光敏感元件，其阻值会随照射光的强度发生变化。
(1)物理学中用照度来描述光的强弱，光越强照度就越大，照度的单位为勒克斯(lx)。某光敏电阻RG在不同照度下的阻值如下表。
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
阻值/kΩ 75 40 28 23 20 18
请根据表中数据，在图(a)所示的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线。
图(a)　　　　　　　　　图(b)
(2)某实验小组利用如图(b)所示的电路来研究该光敏电阻阻值随照度的变化关系。其中定值电阻阻值R0＝30 kΩ，电压表内阻为RV＝15 kΩ，R是最大阻值为50 kΩ的电位器(功能相当于滑动变阻器)，电源(电动势为E，内阻可忽略不计)。
①在闭合S1前，电位器的旋钮应旋至________(填“最大”或“最小”)阻值处。
②在某次实验时，将S2与1接通，闭合S1，调节电位器R，使电压表的示数为E。保持电位器R旋钮的位置不变，将S2与2接通，然后用某一强度的光照射光敏电阻RG，测得电压表的示数为E，则该光敏电阻的阻值为RG＝________ kΩ，该强度的光的照度为________ lx。
③改变光照强度，得到多组不同数据。
[解析]　(1)将表格中的数据在坐标系中描点，然后用平滑曲线连接。(2)为保护电路，在开关S1接通前，应将电位器的旋钮旋至电位器最大阻值处；当开关S2接1时，由于电压表的示数为E，故有＋＝，代入数据可解得R＝5 kΩ，即电位器接入电路中的电阻为5 kΩ；当开关S2接2时，电压表的示数为E，则有＋＝，代入数据可解得RG＝20 kΩ，由表格可知，此时光的照度为1.0 lx。
[答案]　(1)如图所示　(2)①最大　②20　1.0
考点3| 电学创新实验
新储备·等级考提能
高考试题中出现的电学创新实验，大都是在教材常规实验的基础上，进行重组、包装、拓展、创新，它们源于教材，但高于教材，解决这类创新实验时，应注意以下三点：
(1)实验仪器的选取，电流表内、外接法的判断，滑动变阻器的分压电路与限流电路的分析。
(2)在解决设计型实验时，要注意条件的充分利用，如对于给定确切阻值的电压表和电流表，电压表可当作电流表使用，电流表也可当作电压表使用。
(3)对一些特殊电阻的测量，如电流表或电压表内阻的测量，电路设计有其特殊性，即首先要注意到其自身量程对电路的影响，其次要充分利用其“自报电流”或“自报电压”的功能。
新案例·等级考评价
实验原理的创新
[案例4]　(2020·山东新高考名校联考)某研究性学习小组将一量程为Ig＝1 mA的灵敏电流计G改装为双量程电流表、双量程电压表和双倍率欧姆表，电路图如图所示，已知电流计内阻Rg＝200 Ω，R1＝90 Ω，R2＝10 Ω，R3＝600 Ω，电源的电动势为E＝1.5 V，试回答如下问题：
(1)接线柱A应接________(填“红表笔”或“黑表笔”)，表笔接在A和D时是________(填“双量程电流表”“双量程电压表”或“双倍率欧姆表”)。
(2)若表笔接在A和C，单刀双掷开关S掷向1时是________(填“电压表”“电流表”或“欧姆表”)，量程为________。
(3)双倍率欧姆表的中值电阻分别为________(S掷向1时)和________(S掷向2时)。
[解析]　(1)因为红表笔与内部电源负极相接，所以接线柱A应接红表笔，表笔接在A和D时，灵敏电流计与电阻并联，是双量程电流表。(2)单刀双掷开关掷向1时，等效表头的满偏电流Ia＝Ig＋Ig＝3 mA，单刀双掷开关掷向2时，等效表头的满偏电流Ib＝Ig＋Ig＝30 mA，表笔接在A和C时，单刀双掷开关掷向1时为电压表，Ua＝IaR3＋IgRg＝2 V，量程为0～2 V。(3)开关掷向1时，欧姆表的中值电阻为R中a＝＝500 Ω，开关掷向2时，欧姆表的中值电阻为R中b＝＝50 Ω。
[答案]　(1)红表笔　双量程电流表　(2)电压表　0～2 V　(3)500 Ω　50 Ω
实验器材的创新
[案例5]　(2019·全国卷Ⅱ·T23)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：
(a)
(b)
(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________(选填“变大”或“变小”)，电压表示数________(选填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向________(选填“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＝________×10－3V/℃(保留2位有效数字)。
[解析]　(1)实验中硅二极管与定值电阻R0串联，由欧姆定律可知，定值电阻两端电压U1＝IR0＝50.0 μA×100 Ω＝5.00 mV；由图(b)可知，当控温炉内温度升高时，硅二极管两端电压减小，又图(b)对应的电流恒为50.0 μA，可知硅二极管的正向电阻变小，由“串反”规律可知，定值电阻R0两端电压增大，即电压表示数增大，应增大滑动变阻器接入电路的阻值以减小电路中的电流，从而使电压表示数保持不变，故应将R的滑片向B端移动。(2)由图(b)可知＝ V/℃＝2.8×10－3 V/℃。
[答案]　(1)5.00　变小　增大　B　(2)2.8
实验情景的创新
[案例6]　(2020·山东省六地市部分学校6月联考)举世瞩目的嫦娥四号，其能源供给方式实现了新的科技突破。它采用同位素温差发电与热电综合利用技术结合的方式供能，也就是用航天器两面太阳翼收集的太阳能和月球车上的同位素热源两种能源供给探测器。图甲中探测器两侧张开的是光伏发电板，光伏发电板在外太空将光能转化为电能。
甲　　　　　乙　　　　　　丙
某同学利用图乙所示的电路探究某光伏电池的路端电压U与电流I的关系，图中定值电阻R0＝5 Ω，设相同光照强度下光伏电池的电动势不变，电压表、电流表均可视为理想电表。
丁
(1)实验一：用一定强度的光照射该电池，闭合开关S，调节滑动变阻器R的阻值，通过测量得到该电池的U?I图线如图丁中的曲线a。由此可知，该电源内阻是否为固定值？________(选填“是”或“否”)。某时刻电压表示数如图丙所示，读数为________ V，由图丁可知，此时电源内阻为________ Ω。
实验二：减小实验一光照的强度，重复实验，测得U?I图线如图丁中的曲线b。
(2)在实验一中，当滑动变阻器的电阻为某值时路端电压为2.0 V，则在实验二中滑动变阻器仍为该值时，滑动变阻器消耗的电功率为________ W(计算结果保留两位有效数字)。
[解析]　(1)由U?I图线的斜率等于电源的内阻，可知电源内阻不是固定值；由题图可知，电压表所选的量程为3.0 V，而分度值为0.1 V，则读数为1.80 V；由题图丁中读出，此时电路中的电流为220 mA，因电源的电动势为E＝2.90 V，可得此时电源的内阻r＝＝ Ω＝5.0 Ω。(2)在实验一中，当滑动变阻器的电阻为某值时路端电压为2.0 V，可得此时的电流为200 mA，则滑动变阻器的阻值为R＝ Ω＝5.0 Ω；在实验二中滑动变阻器仍为该值时，外电路电阻为R外＝R＋R0＝10 Ω，将外电路电阻的U?I图线画在此电源的U?I图象中，如图。直线与图线b的交点为电路此时的工作点，I＝74 mA，则滑动变阻器消耗的电功率为P＝I2R＝0.0742×5 W＝2.7×10－2 W。
[答案]　(1)否　1.80　5.0(4.8～5.2均可)　(2)2.7×10－2(2.5×10－2～2.9×10－2均可)
[题组训练]
1．小明想测额定电压为2.5 V的小灯泡在不同电压下的电功率，电路图如图甲所示。
甲　　　　　　　　乙
(1)在实验过程中，调节滑片P，电压表和电流表均有示数但总是调不到零，其原因是________的导线没有连接好(图中用数字标记的小圆点表示接线点，空格中请填写图中的数字，如“7点至8点”)。
(2)正确连好电路，闭合开关，调节滑片P，当电压表的示数达到额定电压时，电流表的指针如图乙所示，则电流为________，此时小灯泡的功率为________W。
(3)做完实验后小明发现在实验报告上漏写了电压为1.00 V时通过小灯泡的电流，但在草稿纸上记录了下列数据，你认为最有可能的是________。
A．0.08 A B．0.12 A C．0.20 A
[解析]　(1)在实验过程中，调节滑片P，电压表和电流表均有示数但总是调不到零，说明滑动变阻器接成了限流接法，由图示电路图可知，其原因是1点至4点的导线没有连接好。
(2)电流表量程为0.6 A，分度值为0.02 A，示数为0.30 A，灯泡额定功率：P＝UI＝2.5×0.30 W＝0.75 W；
(3)电压为2.5 V时，小灯泡电阻为R＝＝ Ω≈8.3 Ω；由于灯泡电阻随温度升高而增大，电压越小灯泡额定功率越小，灯丝温度越低，灯泡电阻越小，则电压为1.0 V时，小灯泡电阻小于8.3 Ω，根据欧姆定律I＝得，电流I′> A≈0.12 A，故C正确。
[答案]　(1)1点至4点　(2)0.30 A　0.75　(3)C
2．小李同学尝试用电压表量度弹簧的拉力。他设计了如图甲所示的实验装置，其中MN是一条长20 cm、电阻为20 Ω的均匀电阻丝。电阻不计的金属弹簧下端与滑动接触头P相连，上端连有接线柱。将电阻丝固定在竖直位置，当弹簧被拉长时，P可沿MN自由的滑动。直流电源的电动势为4.5 V，内阻可忽略。将电阻箱的阻值设定为40 Ω，当拉力为零时，P刚好触及电阻丝的端点M，此时让接入的电压表读数为零。
甲
乙
(1)为达到实验目的，请你帮他完成实物连线图(导线要接在接线柱上)；
(2)当P触及端点N时，电压表的读数为__________V；
(3)已知该弹簧的伸长量x与拉力F关系图线如图乙所示，则弹簧拉力F与电压表读数U的关系式为__________。
[解析]　(1)直流电源的电动势为4.5 V，所以电压表选3 V挡，电路如图所示：
(2)当P触及端点N时，电压表测MN两端的电压，电压表的读数为：
U＝IR1＝R1＝×20 V＝1.50 V。
(3)由图可知：F＝200x，电压为：
U＝R1＝×20× V，
联立可得：U＝F，则F＝U。
[答案]　(1)见解析图　(2)1.50(1.5也对) (3)F＝U
3．(2020·全国卷Ⅲ·T23)已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。
(1)在方框中所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。
(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为________ kΩ。(保留2位有效数字)实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图(a)所示。
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图(a)求得，此时室温为________ ℃(保留3位有效数字)。
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图(b)所示。图中，E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警，若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中________(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________ kΩ(保留2位有效数字)。

图(a)　　　　　　　　　　　图(b)
[解析]　(1)由于滑动变阻器的最大阻值比待测电阻的阻值小得多，因此滑动变阻器应用分压式接法，由于电压表可视为理想电表，则电流表应用外接法，电路图如答案图所示。(2)由欧姆定律得R＝＝ Ω≈1.8×103 Ω＝1.8 kΩ。(3)由题图(a)可直接读出热敏电阻的阻值为2.2 kΩ时，室温为25.5 ℃。(4)由题意可知随温度的升高R2两端的输出电压应增大，又由串联电路的特点可知，R1的阻值应减小或R2的阻值应增大，而热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，因此R1应为热敏电阻；当环境温度为50℃时，热敏电阻的阻值为0.8 kΩ，则由串联电路的特点有＝，解得R2＝1.2 kΩ。
[答案]　(1)如图所示　(2)1.8　(3)25.5　(4)R1　1.2
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