高考物理最新模拟题精选训练(电学实验)专题07电学创新实验(含解析)

高考物理二轮复习热点训练解析—电学创新实验1.[2021·山西太原市3月模拟(一)]用一张锌片和一张铜片，中间夹一张浸过盐水的纸，并从锌片和铜片各引出一个电极，这样就组成了一个电池。

将两个相同的电池串联起来为红色的LED 供电时，LED 会发光。

为研究该电池组的特性，某同学进行了以下实验：(计算结果保留3位有效数字)图1(1)将电池组按图1(a)所示接入电路，图中电流表的量程为10mA ，内阻为100Ω；(2)闭合开关，调节电阻箱的值，发现当R ＝100Ω时，电流表的示数I 如图(b)所示，则I ＝________mA ；(3)反复调节电阻箱的值，读出多组电流表的示数I (算出1I 的值)和对应电阻箱的阻值R 并描在图2中。

将(2)中的数据描在图2中，连同已描出的点绘出1I－R 图线；图2图3(4)由图2可知，该电池组的电动势为________V，内电阻为________Ω；(5)已知红色LED的伏安特性如图3所示，当用该电池组直接为此LED供电时，LED的功率为________W。

答案(2)5.96(3)见解析(4)1.4747.0(5)6.20解析(2)由图(b)中电流表的指针停留位置，可知I＝5.96mA。

(3)1I－R图像如下图所示(4)根据公式E＝I(r＋R A＋R电阻箱)代入题图中的两组I和R的值，可得E＝1.47V，r＝47.0Ω。

(5)在下图中，绘制电源的伏安特性曲线，如图所示，根据LED的伏安特性曲线，以及两组电池为LED供电，可得LED的功率P＝UI，代入伏安特性曲线与电源伏安特性曲线的交点的数据得P＝6.20W。

2.(2021·1月辽宁普通高校招生适应性测试，12)某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系，设计了如图4所示的电路。

所用器材有：置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻R G，小灯泡和刻度尺，阻值为R的定值电阻，理想电压表，电动势为E、内阻为r的电源，开关S，导线若干。

“小灯泡伏安特性”中的功率问题一、实验题1.做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验时，已知所用小电珠的额定电压和额定功率分别为2.5V、1.2W，，实验可供选择的器材如下:a.电流表A1（量程0～0.6A，内阻约5Ω）b.电流表A2（量程0～3A，内阻约0.1Ω）c.电压表V1（量程0～3V，内阻约3kΩ）d.电压表V2（量程0～15V，内阻约2000Ω）e.滑动变阻器R1（阻值0～10Ω，额定电流1A）f.滑动变阻器R2（阻值0～5000Ω，额定电流500mA）g.直流电源的电动势为3.0V，内阻忽略不计h.开关k,导线若干①为了完成实验且尽可能减小实验误差，电流表应选择，电压表应选择，滑动变阻器应选择（填写实验器材前的序号）②请设计合理的电路来完成该实验，把电路图画在方框里。

③实验中，当电压表的示数为U 时，电流表的示数为I，则小电珠电阻的真实值U（填“大于”“等于＂或“小于＂）。

I④通过实验得到多组数据，做出小电珠的伏安特性曲线，如图所示。

如果取两个这样的小电珠并联以后再与一阻值为2.0Ω的定值电阻串联，接在电动势为3.0V、内阻忽略不计的直流电源两端，则每个小电珠消耗的实际功率为W 。

（结果保留两位小数）【答案】a c e 大于0.55（0.53—0.55）【解析】（1）灯泡额定电压是2.5V，电压表应选c；由表中实验数据可知，最大电流为0.49A，电流表选a；为方便实验操作，滑动变阻器应选e；（2）描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流要从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；由表中实验数据可知，灯泡最大电阻约为3.7Ω，电压表内阻约为2kΩ，灯泡电阻阻值远小于电压表内阻，电流表应采用外接法，电路图如图所示：（3）由于电压表的分流作用，所以电流表的示数比流经灯泡的电流偏大，故根据欧姆定律R =U测量电阻偏小，即计算得到的小电珠的电阻值IU小于真实值；则小电珠电阻的真实值大于。

I（4）将定值电阻与电源等效为内阻为2.0Ω，电动势为3.0V 的电源，由闭合电路欧姆定律得：U＝3.0﹣2.0I，将路端电压与电流的关系图象作入图象中，如图所示：由图可知，U＝1.28V，I＝0.43A，所以灯泡的实际功率为：P =UI = 0.55W2.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，实验室提供了如下器材：A．小灯泡(3V，1．8W)B.电压表(量程3V，内阻约为20kΩ)C.电流表(量程0.6A，内阻约为0．2Ω)D．滑动变阻器(0～10Ω，2A)E.电源(电动势3V，内阻不计)F.开关及导线若干，坐标纸实验中要求小灯泡上的电压从零开始测量尽可能准确，调节测量多组对应的U、I 值。

考查点(一)研究灯丝泡在水中时的伏安特性曲线[例1]某实验小组为了研究小灯泡的伏安特性曲线，先按照图甲所示的电路图连接电路，实验过程中操作规范，测量准确，得到一系列数据，如图乙中的散点。

该实验小组对实验进行了改进，如图丙所示，将小灯泡L的玻璃罩敲碎，灯丝保存完好，仍然置于灯座上，取一个大小合适的玻璃杯，将灯座倒扣在杯沿上，在玻璃杯里慢慢加水，使得突出的灯丝刚好完全没入水中，电路的其余部分均不接触水，再将该灯座依然接入图甲中小灯泡L处，这样接通电路以后，灯丝不至于热到发光，温度可以基本控制在25 ℃。

实验过程中操作规范，测量准确，得到一组数据，如图丁中的一组散点。

已知水的电阻远大于灯丝的电阻。

(1)请在图乙上描绘小灯泡的伏安特性曲线K1；曲线K1表明，随着电压升高，小灯泡的电阻____________(填“越来越小”“基本不变”或“越来越大”)。

(2)请在图丁上描绘小灯泡灯丝的伏安特性曲线K2；曲线K2表明，随着电压升高，水中灯丝电阻____________(填“越来越小”“基本不变”或“越来越大”)。

(3)对比两次实验表明，在同样的电压值下，曲线K1的电流值基本都远远小于曲线K2的电流值，其原因是__________________________________________________________。

[解析](1)用平滑的曲线将各点相连，如图1所示；因I-U图像中图像的斜率表示电阻的倒数，故由图1可知，电阻越来越大。

(2)同理作出图像如图2所示，由图2可知，电阻基本保持不变。

(3)由两I-U图像可知，在同样的电压下，曲线K1的电流值基本都远小于曲线K2的电流值，即曲线K1的电阻值明显大于曲线K2对应的电阻值，原因是描绘曲线K2时灯丝保持恒温，而描绘曲线K1时灯丝的温度高于描绘曲线K2时灯丝的温度，而金属导体的电阻随温度的升高而增大。

[答案](1)如解析图1所示越来越大(2)如解析图2所示基本不变(3)描绘曲线K2时灯丝保持恒温，而描绘曲线K1时灯丝的温度发生变化，且一直高于描绘曲线K2时灯丝的温度考查点(二)测量LED灯正常工作时的电阻[例2](2017·邯郸模拟)某实验小组要精确测定一个额定电压为3 V的LED灯正常工作时的电阻，已知该灯正常工作时电阻大约为300 Ω，电学符号与小灯泡电学符号相同。

2021届高三物理一轮复习高考热点强化训练——电学创新
实验
1．小明用电学方法测量电线的长度．首先，小明测得电线铜芯的直径为1.00 mm ，估计其长度不超过50 m(已知铜的电阻率为1.75×10－
8 Ω·m)．
现有如下实验器材：①量程为3 V 、内阻约为3 kΩ的电压表；②量程为0.6 A 、内阻约为 0.1 Ω的电流表；③阻值为0～20 Ω的滑动变阻器；④内阻可忽略、输出电压为3 V 的电源； ⑤阻值为R 0＝4.30 Ω的定值电阻，开关和导线若干．
小明采用伏安法测量电线电阻，正确连接电路后，调节滑动变阻器，电流表的示数从0开始增加，当示数为0.50 A 时，电压表示数如图1甲所示，读数为______ V ．根据小明测量的信息，图乙中P 点应该________(选填“接a ”“接b ”“接c ”或“不接”)，Q 点应该________(选填“接a ”“接b ”“接c ”或“不接”)．小明测得的电线长度为______ m.
甲 乙
图1 答案 2.50 接b 接a 31.4
解析 电压表量程为3 V ，所以要估读，即读数为2.50 V ；R x 与R 0串联后为小电阻，故应采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，实验电路图如图所示：
根据R x ＋R 0＝U I ，R x ＝ρL S ，S ＝πd 24
，联立可知L ≈31.4 m. 2．(2019·广东茂名市第一次综合测试)热敏电阻包括正温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)，正温度系数热敏电阻的电阻随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻的电阻随温度的升高而减小．某实验小组选用下列器材探究某一热敏电阻R x 的导电特性．
A ．电流表A 1(量程10 mA ，内阻r 1＝1 Ω)。

实验技能与创新电学实验与创新题型总结一．导体电阻率的测量1．（2024•温州二模）滑动变阻器由陶瓷筒和密绕在其上的螺线管状电阻丝组成。

现为了测定某一滑动变阻器电阻丝的电阻率。

实验器材有：两节干电池（电动势为3V ，内阻为r ），电流表（量程为0.6A ，内阻为0.8Ω），电阻箱R （0～999.9Ω），待测滑动变阻器（总匝数120匝，匝数清晰可数），开关及导线若干。

器材按图1连接，将滑动变阻器滑片移至最右端，闭合开关，调节电阻箱至合适阻值并保持不变，移动待测滑动变阻器的滑片，多次记录该滑动变阻器接入电路的匝数n 和相应电流表的读数I 。

作出图像，如图2所示。

（1）用螺旋测微器测量滑动变阻器电阻丝的直径如图3所示，电阻丝直径d ＝mm ；（2）某次测量时，电流表指针位置如图4所示，读数I ＝A ； （3）已知待测变阻器螺线管的直径D ＝3.15cm ，则待测变阻器电阻丝电阻率为Ω•m （结果保留2位有效数字）；（4）若已知实验中电阻箱接入电路中的电阻为4.0Ω，则两节干电池串联的总内阻r ＝Ω（结果保留2位有效数字）； （5）实验中所用的电源因长时间使用，内阻增大，则测得的电阻率 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。

变式练习：2．（2024•宁波模拟）某同学买了一卷铜导线，想在不拆散导线卷情况下，测定带卷铜导线的长度。

（1）该同学剥去导线末端的少许绝缘皮，用螺旋测微器测铜导线直径，如图（a）所示，该铜导线直径为电学实验与创新题型总结--2024高考二轮复习mm。

（2）该同学找来实验器材来测量该卷铜导线的总电阻Rₓ，电路图如图（b），其中R1＝0.6Ω，R2＝100Ω，G 为灵敏电流计，R3为电阻箱，电路其余部分电阻均不计。

①开关闭合前，滑动变阻器滑片应置于端（填“A”或“B”）；②闭合开关并移动变阻器滑片，发现电流计有示数。

调节电阻箱，使电流计指针稳定指向中央零刻度线，此时电阻箱阻值如图（c），则该卷铜导线的电阻为Ω；③已知铜导线的电阻率为1.78×10﹣8Ω⋅m，该同学测得导线的实际长度为m（π取3.14，保留一位小数）。

第2讲电学实验与创新本部分在高考试题中每年都出现，实验原理、仪器的选择、电路的分析是高考的重点.在备考过程中要：(1)掌握基本仪器的原理和使用；(2)掌握基本的实验目的、原理和实验思想，如伏安法测电阻，电流表的内、外接法及滑动变阻器的连接方式；(3)掌握处理实验数据的基本方法，如图象法、平均值法等．涉及电源电动势和内阻的实验、电路故障分析、实物图的连接是实验命题的重点．热点题型一电表改装与多用电表的使用实验仪表图及原理图使用方法及原理考查热点练习使用多用电表及掌握内部结构①电压、电流挡：相当于电压表、电流表②欧姆挡：闭合电路欧姆定律③调零：机械调零、欧姆调零④电流方向：红表笔进，黑表笔出⑤原理：串联分压、并联分流①考读数：电压、电流、电阻挡的读数②考使用：欧姆表选挡、调零、规范操作等③考黑箱：多用电表探测黑箱内的元件④电表改装：所需电阻或改后量程的计算(2019·高考全国卷Ⅰ)某同学要将一量程为250μA 的微安表改装为量程为20mA的电流表．该同学测得微安表内阻为1200Ω，经计算后将一阻值为R 的电阻与该微安表连接，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，将图(b )中的实物连线．(2)当标准毫安表的示数为16.0mA 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 ．18mAB ．21mAC ．25mAD ．28mA(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1200ΩB ．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1200ΩC ．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 ＝________．[解析](1)量程为250μA 的微安表改装成量程为20mA 的电流表，量程扩大了80倍，需要将定值电阻与微安表并联，然后根据题图(a)的原理图连线．(2)当标准毫安表示数为16.0mA 时，对应的微安表读数为160μA ，说明量程扩大了100倍，因此所改装的电表量程是25mA ，选项C 正确．(3)当标准毫安表示数为16.0mA 时，对应的微安表读数应为200μA ，而实际测量时微安表读数为160μA ，实际测量时微安表读数偏小，若R 值计算无误，而微安表内阻测量错误，则说明微安表实际内阻大于1200Ω，选项A 正确，B 错误；若微安表内阻测量无误，而R 值计算错误，则并联接入的电阻的阻值偏小，R 的分流较大，导致微安表中电流较小，选项C 正确，D 错误．(4)预期目的是将量程为250μA 的微安表改装成量程为20mA 的电流表，量程扩大80倍，根据并联电路规律有I g R g ＝79I g kR ；当标准毫安表示数为16.0mA 时，对应的微安表读数为160μA ，量程扩大了100倍，根据并联电路规律有I g R g ＝99I g R ；联立解得k ＝9979.[答案](1)连线如图所示(2)C(3)AC(4)9979多用电表测电阻的“五步”“一注意”(1)多用电表测电阻的五步骤①选倍率：一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率，如估计值为200Ω，就应该选“×10”的倍率．②进行欧姆调零．③将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量．④读出指针示数乘以倍率，得测量值．⑤测量结束后，将选择开关扳到“OFF”挡或交流电压最高挡．(2)多用电表测电阻的注意点：用欧姆挡测电阻时，如果指针偏转角度太小(即指针所指的欧姆刻度值太大)，应该适当增大倍率重新调零后再测量；如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太小)，应该适当减小倍率重新调零后再测量．1.(2019·高考全国卷Ⅲ)某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100μA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15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度．可选用的器材还有：定值电阻R0(阻值14kΩ)，滑动变阻器R1(最大阻值1 500Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值500Ω)，电阻箱(0～99999.9Ω)，干电池(E＝1.5V，r ＝1.5Ω)，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________k Ω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)由题知当两表笔间接入15k Ω的电阻时，电流表示数为50μA ，由闭合电路欧姆定律有I g 2＝E R g ＋r ＋R x ＋R 0＋R，代入数据解得R ＝900Ω，所以滑动变阻器选择R 1.(2)欧姆表的内阻R ′g ＝R g ＋r ＋R 0＋R ＝15k Ω，当电流为25μA 时有I g4＝E R ′g ＋R ′x⇒R ′x ＝3R x ＝45k Ω；当电流为75μA 时有3I g 4＝E R ′g ＋R ″x ⇒R ″x ＝13R x ＝5k Ω.(3)红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向0处．题图(c)中电阻箱读数为35000.0Ω.答案：(1)如图所示900R 1(2)455(3)035000.0热点题型二电阻的测量实验两种测量电路图两种控制电路图考查热点电阻的测量①考读数：U 、I ②考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择③考数据：数据处理、误差分析(2018·高考全国卷Ⅲ)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻R x 的阻值，图中R 0为标准定值电阻(R0＝20.0Ω)；V 可视为理想电压表；S 1为单刀开关，S 2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)按照实验原理线路图(a)，将图(b)中实物连线；(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合S1；(3)将开关S 2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表V 的示数U 1；然后将S 2掷于2端，记下此时电压表V 的示数U 2；(4)待测电阻阻值的表达式R x ＝________(用R 0、U 1、U 2表示)；(5)重复步骤(3)，得到如下数据：12345U 1/V 0.250.300.360.400.44U 2/V 0.86 1.03 1.22 1.36 1.49U 2U 13.443.433.393.403.39(6)利用上述5次测量所得U 2U 1的平均值，求得R x ＝________Ω.(保留1位小数)[解析]开关S 2掷于1端，由欧姆定律可得通过R x 的电流I ＝U1R 0，将开关S 2掷于2端，R 0和R x 两端电压为U 2，R x 两端电压为U ＝U 2－U 1，由欧姆定律可得待测电阻阻值R x ＝UI ＝U 2－U 1U 1R 0＝(U 2U 1－1)R 0.5次测量所得U 2U 1的平均值为15(3.44＋3.43＋3.39＋3.40＋3.39)＝3.41，代入得R x ＝(3.41－1)×20.0Ω＝48.2Ω.[答案](1)实物连线如图(4)(U 2U 1－1)R 0(6)48.2测电阻的两种典型方法(1)最精确的电阻测量方法——等效替代法电流等效替代电压等效替代(2)最专一的电表内阻测量方法——半偏法①用半偏法测电流表内阻，如图所示，电阻箱应和电流表并联，然后与大电阻滑动变阻器串联，R 测<R 真．②若测电压表内阻，如图所示，电阻箱应和电压表串联，然后与小电阻滑动变阻器并联，R 测>R 真．2.(2018·高考天津卷)某同学用伏安法测定待测电阻R x 的阻值(约为10kΩ)，除了R x 、开关S 、导线外，还有下列器材供选用：A ．电压表(量程0～1V ，内阻约10k Ω)B ．电压表(量程0～10V ，内阻约100k Ω)C ．电流表(量程0～1mA ，内阻约30Ω)D ．电流表(量程0～0.6A ，内阻约0.05Ω)E ．电源(电动势1.5V ，额定电流0.5A ，内阻不计)F ．电源(电动势12V ，额定电流2A ，内阻不计)G ．滑动变阻器R 0(阻值范围0～10Ω，额定电流2A)(1)为使测量尽量准确，电压表选用________，电流表选用________，电源选用________．(均填器材的字母代号)(2)画出测量R x 阻值的实验电路图．(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会________其真实值(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是_________________________．解析：若选用电动势为1.5V 的电源，则实验中电流最大值仅为0.15mA ，两个电流表均无法准确测量，故选用电动势为12V 的电源F ；此时，实验中最大电流约为1.2mA ，故电流表选用C ；电压表选用B .由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值，所以滑动变阻器采用分压式接法；待测电阻的阻值远大于电流表内阻，所以电流表内接．由于电流表的分压作用，电阻测量值偏大，所以电阻测量值大于其真实值．答案：(1)B CF(2)如图所示(3)大于电压表的读数大于待测电阻两端实际电压热点题型三测定金属的电阻率实验电路图实验原理考查热点测定金属的电阻率①测R x ∶R x ＝UI (伏安法)②算ρ：R x ＝ρL S ，ρ＝SRxL①考读数：U 、I 、L及d②考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择③考运算：由U －I 图象求R x ，ρ(2020·山东等级考模拟)某同学为了测量一根铅笔芯的电阻率，设计了如图甲所示的电路测量该铅笔芯的电阻值．所用器材有电流表A 1、A 2，电阻箱R 1、滑动变阻器R 2、待测铅笔芯R x 、电源E 、开关S 及导线等．操作步骤如下：调节滑动变阻器和电阻箱的阻值达到最大；闭合开关，适当调节滑动变阻器和电阻箱的阻值；记录两个电流表A 1、A 2的示数分别为I 1、I 2.请回答以下问题：(1)若电流表的内阻可忽略，则电流表示数I2＝________I 1时，电阻箱的阻值等于待测笔芯的电阻值．(2)用螺旋测微器测量该笔芯的直径，螺旋测微器的示数如图乙所示，该笔芯的直径为________mm.(3)已测得该笔芯的长度L ＝20.00cm ，电阻箱R 1的读数为5.00Ω，根据上面测量的数据可计算出笔芯的电阻率ρ＝________Ω·m.(结果保留3位有效数字)(4)若电流表A 2的内阻不能忽略，仍利用(1)中方法，则笔芯电阻的测量值________真实值(填“大于”“小于”或“等于”)．[解析](1)由并联电路特点可知，当I 2＝12I 1时，电阻箱的阻值与待测笔芯的阻值相等；(2)螺旋测微器的读数1.000mm ；(3)由公式R ＝ρL S可计算，笔芯的电阻率为1.96×10－5Ω·m ；(4)电流表A 2的内阻不能忽略时，电流表A 2与电阻箱的电阻之和等于待测笔芯的电阻，即电阻的测量值小于真实值．[答案](1)12(2)1.000(3)1.96×10－5(4)小于测金属丝电阻率的三点说明(1)在求R x 的平均值时可用两种方法：①用R x ＝UI 分别算出各次的数值，再取平均值．②用U －I 图线的斜率求出．(2)电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法．(3)电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大．3.在“测定金属的电阻率”的实验中，被测金属丝的电阻大约为6Ω，先用刻度尺测出金属丝的长度l 以及金属丝的直径d ，接着用伏安法测出金属丝两端的电压U 和通过金属丝的电流I ，计算出它的电阻，再根据电阻公式计算出该金属材料的电阻率．在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测的金属丝外，还有如下供选择的实验器材：直流电源E ：电动势约为4.5V ，内阻很小；电流表A 1：量程0～0.6A ，内阻为0.125Ω；电流表A 2：量程0～3A ，内阻为0.025Ω；电压表V 1：量程0～3V ，内阻为3k Ω；电压表V 2：量程0～15V ，内阻为15k Ω；滑动变阻器R 1：最大阻值10Ω，允许通过的最大电流为0.2A ；滑动变阻器R 2：最大阻值20Ω，允许通过的最大电流为1.0A ；开关，导线若干．要求有较高的测量精度，并能测得多组数据．(1)在可供选择的器材中，应该选用的电流表是________，应该选用的电压表是________，应该选用的滑动变阻器是________(填器材符号)．(2)根据所选的器材，在如图所示虚线框中画出实验电路图．(3)用测得的物理量表示电阻率的表达式为ρ＝________(用字母表示)．解析：(1)电源电动势约为4.5V ，被测金属丝电阻约为6Ω，干路中的最大电流约为0.75A ，故电流表选A 1，电压表选V 1，滑动变阻器R 1的最大允许电流0.2A 太小，影响测量的范围，所以滑动变阻器选R 2.(2)待测金属丝电阻较小，电流表应采用外接法，要求能测得多组数据，故滑动变阻器应采用分压接法，电路图如图所示．(3)由R ＝U I 及R ＝ρl S ，又S ＝＝πd 24，得ρ＝RS l ＝U I ·πd 24l ＝U πd 24Il .答案：(1)A 1V 1R 2(2)见解析图(3)U πd 24Il热点题型四测定电源的电动势和内阻实验电路图实验原理考查热点测定电源的电动势和内阻①伏安法：E ＝U ＋Ir ②安阻法：E ＝I (R ＋r )③伏阻法：E ＝U ＋URr①考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择②考作图：描点连线画图线③考运算：由U －I 或I －1－R 或U －1－R－1图象，求E 、r(2019·日照模拟)某同学设计了一个“测定电池电动势和内阻”的实验，可供选择的器材如下：A ．待测干电池一节B ．电流表A (量程为0～60mA ，内阻R A ＝18Ω)C ．电压表V (量程为0～3V ，内阻R V 约为3k Ω)D ．滑动变阻器R 1(阻值为0～5Ω)E ．滑动变阻器R2(阻值为0～30Ω)F ．定值电阻R 3(阻值为2Ω)G ．定值电阻R 4(阻值为10Ω)(1)为完成实验，滑动变阻器应该选________，定值电阻应该选________．(填器材后面的代号)(2)请完善图(a)中的电路图．(3)根据图(b)中已描出的点画出U －I 图象，由图象得该电源的电动势E ＝________V ，内阻r ＝________Ω.(结果保留三位有效数字)[解析](1)因为电池的内阻较小，约为几欧，故为了能起到控制调节作用，滑动变阻器应采用总阻值为30Ω的R 2；因为给出的电流表量程为0～60mA ，量程偏小，为了能准确测量，可以采用串联定值电阻的方法来减小电流，需要的电阻R ＝ 1.5V 60×10－3A＝25Ω，两定值电阻均达不到要求，所以应考虑改装电流表，为了让量程变大，应将较小的电阻与电流表并联，电流表改装后的量程为I ＝I g ＋I g R A R 360mA ＋60×182mA ＝600mA ，符合实验要求．(2)根据(1)中分析可知，电路图如图所示．(3)根据已描出的点画出的U －I 图象如图所示．设电压表示数为U ，电流表示数为I ，则根据闭合电路的欧姆定律有U ＝E －10Ir ，可知电路的U －I 图线与纵轴的交点即为电源的电动势，故E ＝1.49V ，图线的斜率k ＝1.49－0.90.056Ω＝10r ，则r ＝1.05Ω.[答案](1)R 2R 3(2)图见解析(3)图见解析 1.49(1.47～1.49均可) 1.05(1.04～1.07均可)用实验数据求E 、r 的处理方法(1)列方程求解：由U ＝E －Ir 1＝E －I 1r2＝E －I 2r ，解得E 、r .(2)用作图法处理数据，如图所示．①图线与纵轴交点为E ；②图线与横轴交点为I 短＝E r；③图线的斜率表示r ＝|ΔU ΔI |.4.某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，现备有下列器材：A ．被测干电池一节B ．电流表1：量程0～0.6A ，内阻r ＝0.3ΩC ．电流表2：量程0～0.6A ，内阻约为0.1ΩD ．电压表1：量程0～3V ，内阻未知E ．电压表2：量程0～15V ，内阻未知F ．滑动变阻器1：0～10Ω，2AG ．滑动变阻器2：0～100Ω，1AH ．开关、导线若干伏安法测电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差，在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻．(1)在上述器材中请选择适当的器材(填写器材前的字母)：电流表选择__________，电压表选择________，滑动变阻器选择________．(2)实验电路图应选择下图中的__________(填“甲”或“乙”)．(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U －I 图象，则在修正了实验系统误差后，干电池的电动势E ＝__________V ，内电阻r ＝__________Ω.解析：(1)因为一节干电池的电动势为1.5伏左右，故电压表选择D ；通过电源的电流不超过0.6A ，因B 电流表的内阻已知，故电流表选择B ，滑动变阻器选择F.(2)因电流表内阻已知，故实验电路图应选择图中的甲．(3)电池的电动势E ＝1.5V ，内电阻r ＝ΔU ΔI－R AΩ＝0.7Ω.答案：(1)B D F (2)甲(3)1.50.7热点题型五传感器的简单应用实验电路图实验原理考查热点传感器的简单应用传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)①考热敏：热敏电阻特性(欧姆表法、伏安法)②考光敏：光敏电阻特性(欧姆表法、伏安法)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过I c 时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9Ω)，直流电源(输出电压为U ，内阻不计)，滑动变阻器R 1(最大阻值为1000Ω)，滑动变阻器R 2(最大阻值为2000Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干．在室温下对系统进行调节．已知U 约为18V ，I c 约为10mA ；流过报警器的电流超过20mA 时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60℃时阻值为650.0Ω.(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线．(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R 1”或“R 2”)．(3)按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a ”或“b ”)端附近，不能置于另一端的原因是________________________________________________________________________．②将开关向______(填“c ”或“d ”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________________________________________________________________．(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．[解析](1)根据题述，应该采用滑动变阻器的限流接法，连接的电路如答案图所示．(2)根据题述，流过报警器的工作电流超过10mA 时，报警器就会报警，可知滑动变阻器的最大阻值至少为R ＝U I c ＝1810×10－3Ω＝1800Ω，因此在电路中应选用最大阻值为2000Ω的滑动变阻器R 2.(3)①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为热敏电阻在60℃时的阻值650.0Ω；滑动变阻器的滑片应置于接入电路的阻值最大处，即b 端附近，不能置于另一端的原因是：若置于a 端，则导致闭合开关后，报警器中电流大于20mA ，报警器可能损坏．②将开关向c 端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警．[答案](1)连线如图所示(2)R2(3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏②c报警器开始报警5.(2019·德州模拟)为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻R P在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.8 1.0 1.2电阻(kΩ)754028232018(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：(符号，阻值见上表)；光敏电阻R P直流电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S 及导线若干．解析：(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示．特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．(2)控制开关自动启动照明系统，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0lx 时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20k Ω，两端电压为2V ，电源电动势为3V ，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10k Ω，即选用R 1，电路原理图如图乙所示．答案：见解析热点题型六创新实验解决电学设计型实验常用的三种方法转换法将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，然后再反求待测物理量的值，这种方法叫转换测量法(简称转换法)．如在测量金属丝电阻率的实验中，虽然无法直接测量电阻率，但可通过测量金属丝的长度和直径，并将金属丝接入电路测出其电阻，然后再计算出它的电阻率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，要使其中的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，如探究影响导体电阻的因素实验(2018·高考全国卷Ⅰ)某实验小组利用如图(a)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R T，其标称值(25℃时的阻值)为900.0Ω；电源E(6V，内阻可忽略)；电压表V(量程150mV)；定值电阻R0(阻值20.0Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2.实验时，先按图(a)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/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列问题：(1)在闭合S1前，图(a)中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出R2－t曲线；图(a)图(b)图(c)(3)由图(b)可得到R T在25～80℃范围内的温度特性．当t＝44.0℃时，可得R T＝________Ω；(4)将R T握于手心，手心温度下R2的相应读数如图(c)所示，该读数为________Ω，则手心温度为________℃.[解析](1)题图(a)的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的阻值最大，使电路中电流最小，即题图(a)中R1的滑片应移到b端．(2)将t＝60℃和t＝70℃对应的两组数据画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2－t曲线．(3)根据题述实验过程可知，测量的R2的数据等于对应的热敏电阻R T的阻值．由画出的R2－t曲线可知，当t＝44.0℃时，对应的R T＝450Ω.(4)由画出的R2－t曲线可知，当R T＝620.0Ω时，手心温度t＝33.0℃.[答案](1)b(2)如图(3)450(4)620.033.06.某实验小组为了研究小灯泡的伏安特性曲线，先按照图甲所示的电路图连接电路，实验过程中操作规范，测量准确，得到一系列数据，如图乙中的散点．该实验小组对实验进行了改进，如图丙所示，将小灯泡L的玻璃罩敲碎，灯丝保存完好，仍然置于灯座上，取一个大小合适的玻璃杯，将灯座倒扣在杯沿上，在玻璃杯里慢慢加水，使得突出的灯丝刚好完全没入水中，电路的其余部分均不接触水，再将该灯座依然接入图甲中小灯泡L处，这样接通电路以后，灯丝不至于热到发光，温度可以基本控制在25℃.实验过程中操作规范，测量准确，得到一组数据，如图丁中的一组散点．已知水的电阻远大于灯丝的电阻．(1)请在图乙上描绘小灯泡的伏安特性曲线K1；曲线K1表明，随着电压升高，小灯泡的电阻________(填“越来越小”“基本不变”或“越来越大”)．(2)请在图丁上描绘小灯泡灯丝的伏安特性曲线K2；曲线K2表明，随着电压升高，水中灯丝电阻________(填“越来越小”“基本不变”或“越来越大”)．(3)对比两次实验表明，在同样的电压值下，曲线K1的电流值基本都远远小于曲线K2的电流值，其原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________.解析：(1)用平滑的曲线将各点相连，如图1所示；图I－U图象中图线的斜率表示电阻的倒数，故由图1可知，随着电压升高，电阻越来越大．(2)同理作出图象如图2所示，由图2可知，电阻基本保持不变．(3)由两I－U图象可知，在同样的电压下，曲线K1的电流值基本都远小于曲线K2的电流值，即曲线K1的电阻值明显大于曲线K2对应的电阻值，原因是描绘曲线K2时灯丝保持恒温，而描绘曲线K1时灯丝的温度高于描绘曲线K2时灯丝的温度，而金属导体的电阻随温度的升高而增大．答案：(1)如解析图1所示越来越大(2)如解析图2所示基本不变(3)描绘曲线K 2时灯丝保持恒温，而描绘曲线K 1时灯丝的温度发生变化，且一直高于描绘曲线K 2时灯丝的温度(建议用时：60分钟)1．(2019·湖南五校联考)为了精确测量一电阻的阻值R x ，现有以下器材：蓄电池组E ，电流表A ，电压表V ，滑动变阻器R ，电阻箱R P ，开关S 1、S 2，导线若干．某实验小组设计了如图甲所示的电路，实验的主要步骤如下：A ．闭合S 1，断开S 2，调节R 和R P ，使电流表和电压表的示数适当，记下两表示数分别为I 1、U 1；B ．保持S 1闭合、R P 阻值不变，闭合S 2，记下电流表和电压表示数分别为I 2、U 2.(1)按图甲所示的电路图将如图乙所示的实物连成电路．(2)被测电阻的阻值R x ＝________(用两电表的示数表示)．(3)由于电流表、电压表都不是理想电表，则被测电阻的阻值R x 的测量值________真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)．解析：(1)如图所示．(2)由题意易知R P ＝U 1I 1，又R P 、R x 并联的阻值为R 并＝U 2I 2，又1R P ＋1R x ＝1R 并，联立解得R x ＝U 1U 2U 1I 2－U 2I 1.(3)若考虑电流表和电压表不是理想电表，则在分析时应考虑电压表的内阻，即在第(2)。

【典例1】某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻，考虑到水果电池组的内阻较大，为了提高实验的精度，需要测量电压表的内阻。

实验室中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表，该同学便充分利用这块表，设计了如图所示的实验电路，既能实现对该电压表的内阻的测量，又能利用该表完成水果电池组电动势和内阻的测量。

他用到的实验器材有：待测水果电池组(电动势约4 V，内阻约50 Ω)、双向电压表(量程为2 V，内阻约为2 kΩ)、电阻箱(0～9999 Ω)、滑动变阻器(0～200 Ω)、一个单刀双掷开关及若干导线。

(1) 该同学按如图所示电路图连线后，首先利用半偏法测出了电压表的内阻。

请完善测量电压表内阻的实验步骤：①将R2的滑片滑至最左端，将S拨向1位置，将电阻箱R1阻值调为0；②调节R2的滑片，使电压表示数达到满偏；③保持________不变，调节R1，使电压表的示数达到________；④读出电阻箱的阻值，记为R1，则电压表的内阻R V＝________。

(2)若测得电压表内阻为2 kΩ，可分析此测量值应________真实值。

(填“大于”“等于”或“小于”)(3)接下来测量电源电动势和内阻，实验步骤如下：①将开关S拨至________(填“1”或者“2”)位置，将R2的滑片移到最________端，不再移动；②调节电阻箱的阻值，使电压表的示数达到一合适值，记录电压表的示数和电阻箱的阻值；③重复第二步，记录多组电压表的示数和对应的电阻箱的阻值。

(4)若将电阻箱与电压表并联后的阻值记录为R ，作出1R －1U图象。

则可消除系统误差，如图所示，其中横轴截距为b ，斜率为k ，则电动势的表达式为：________，内阻的表达式为：________。

【答案】 (1)③R 2 半偏(或1 V) ④R 1 (2)大于 (3)①2 左 (4)1b 1kb 【典例2】 为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。