专题12 电学实验-2019年高考物理黄金押题(原卷版)
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2 2019年高考物理黄金押题
专题12 电学实验
【高考考纲】
1.实验基本能力：重点考查多用电表等的读数、构造、原理、重要的实验方法、实验器材的选择、电路实物连线和运用图象与表格分析处理实验数据、实验结论、误差分析及电学实验中的故障分析等。
2．设计与创新能力：要求考生将教材中的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，以完成新的实验要求的设计性实验，将逐步取代对原教材中实验的考查。
【真题感悟】
例1、(2018·全国Ⅱ，22)某同学组装一个多用电表。可选用的器材有：微安表头(量程100μA，内阻900Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99999.9Ω)；导线若干。
要求利用所给器材先组装一个量程为1mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1mA和电压3V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)
【名师点睛】电表改装与读数、多用电表使用与读数
1．电流表、电压表、欧姆表的对比
仪器 极性 量程选择 读数
电流表
有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负极流出 使指针指在比满偏刻度13多的位置 若最小分度为1、0.1、0.01等，需要估读到最小分度的下一位；如果最小分度不是1、0.1、0.01等，只需要读到最小分度位即可 电压表
使指针尽量指在表盘的中间位置左右 取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率 欧姆表
2．欧姆表的原理
(1)欧姆表内有电源，红表笔与内部电源负极相连，黑表笔与内部电源的正极相连，故其电流方向为“红表笔1
2 流进，黑表笔流出”。
(2)测电阻的原理是闭合电路欧姆定律。当红、黑表笔短接时，调节滑动变阻器R。(即欧姆调零)，使灵敏电流计满偏，Ig＝ERg＋R0＋r，此时中值电阻R中＝Rg＋R0＋r，当两表笔接入电阻Rx时，I＝ERg＋R0＋r＋Rx，电阻Rx与电路中的电流相对应，但不是线性关系，故欧姆表刻度不均匀。
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”挡或交流电压的最高挡。
【变式探究】某同学改装和校准电压表的电路图如图所示，图中虚线框内是电压表的改装电路。
(1)已知表头G满偏电流为100μA，表头上标记的内阻值为900Ω。R1、R2和R3是定值电阻。利用R1和表头构成1mA的电流表，然后再将其改装为两个量程的电压表。若使用a、b两个接线柱，电压表的量程为1V；若使用a、c两个接线柱，电压表的量程为3V。则根据题给条件，定值电阻的阻值应选R1＝__100___Ω，R2＝__910___Ω，R3＝__2000___Ω。
(2)用量程为3V，内阻为2500Ω的标准电压表○V对改装表3V挡的不同刻度进行校准。所用电池的电动势E为5V；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为50Ω和5kΩ。为了方便实验中调节电压，图中R应选用最大阻值为__50___Ω的滑动变阻器。
(3)校准时，在闭合开关S前，滑动变阻器的滑动端P应靠近__M___(填“M”或“N”)端。
(4)若由于表头G上标记的内阻值不准，造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小，则表头G内阻的真实值__大于___(填“大于”或“小于”)900Ω。
例2、(2018·全国Ⅰ，23)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RT，其标称值(25℃时的阻值)为900.0Ω；电源E(6V，内阻可忽略)；电压表(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。 1
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图(a)
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/℃ 25.0 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(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，并作出R2－t曲线。
图(b)
(3)由图(b)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(c)所示，该读数为____Ω，则手心温度为____℃。
图(c)
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2 【举一反三】(2018·全国Ⅲ，23)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值。图中R0为标准定值电阻(R0＝20.0Ω)；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)按照实验原理线路图(a)，将图(b)中实物连线。
图(a)
图(b)
(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合S1。
(3)将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位置，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)重复步骤(3)，得到如下数据。
1 2 3 4
5
U1/V 0.25 0.30 0.36 0.40 0.44
U2/V 0.86 1.03 1.22 1.36 1.49
U2U1 3.44 3.43 3.39 3.40 3.39
(6)利用上述5次测量所得U2U1的平均值，求得Rx＝_______Ω。(保留1位小数)
【名师点睛】电阻测量的八种方法
电阻测量包括：描绘小电珠的伏安特性曲线；测定金属的电阻率；测大电阻、小电阻、电压表电阻、电流表电阻。测量方法主要有八种。 1
2 1．伏安法测电阻
(1)电流表外接法，如图1所示。产生误差的原因：电压表V分流。适用于测小阻值电阻，即Rx远小于RV时。
(2)电流表内接法，如图2所示。产生误差的原因：电流表A分压。适用于测大阻值电阻，即Rx远大于RA时。
2．安安法测电阻
若电流表内阻已知，则可当作电流表、电压表及定值电阻来使用。
(1)如图3所示，当两电压所能测得的最大电压接近时，如果已知A1的内阻R1，则可测得A2的内阻R2＝I1R1/I2。
(2)如图4所示，当两电表的满偏电压UA2≫UA1时，A1串联一电阻R0，同样可测得A2的内阻R2＝I1(R1＋R0)/I2。
3．伏伏法测电阻
若电压表内阻已知，则可当作电流表、电压表及定值电阻来使用。
(1)如图5所示，当两电表的满偏电流接近时，如果已知V1的内阻R1，则可测得V2的内阻R2＝U2R1/U1。
(2)如图6所示，当两电表的满偏电流IV2≫IV1时，V1并联一电阻R0，同样可测得V2的内阻为R2＝U2U1R1＋U1R0。
4．电阻箱或定值电阻当电表用
(1)电阻箱作电压表用，如图7所示：可测得电流表A2的内阻R2＝(I1－I2)R/I2
图中电阻箱R可测得电压为(I1－I2)R
(2)电阻箱作电流表用
如图8所示，若已知R及RV，则测得干路电流为：I＝UR＝URv 1
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5．比较法测电阻
如图9所示，测得电阻箱R1的阻值及A1表、A2表的示数I1、I2，可得Rx＝I2R1/I1。
若考虑电表内阻的影响，则I1(Rx＋RA1)＝I2(R1＋RA2)
6．替代法测电阻
如图10所示，①S接1，调节R，读出电流表示数为I；
②S接2，保持R不变，调节电阻箱R1，使电流表示数也为I。
由上可得Rx＝R1
该方法的优点是消除了电表内阻对测量结果的影响，缺点是电阻箱内阻不可以连续调节。
7．半偏法测电阻
(1)半偏法测电流表内阻
如图11所示，测电流表G的内阻：
①将电阻箱R的电阻调到0；
②闭合S调节R0，使电流表G达到满偏电流I0；
③保持R0不变，调节R使电流表G示数为12I0；
④由上可得RG＝R。 1
2 注意：当RG≫R0时，测量误差小，此方法适合测大阻值电流表内阻，且测量值偏大。
(2)半偏法测电压表内阻
如图12所示，测电压表V的内阻：
①将滑动变阻器的滑片滑到最右端，电阻箱R的阻值调到最大；
②闭合S1、S2，调节R0，使电压表示数指到满刻度；
③打开S2，保持R0不变，调节R，使电压表示数指到满刻度的一半；
④由上可得RV＝R
8．消除电表内阻对测量结果的影响
伏安法测电阻电路由于电表内阻的影响，不论电表内接还是外接都存在系统误差，为消除系统误差而设计的补偿电路如图13所示，测电阻Rx阻值。
【变式探究】(2018·天津，9(3))某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10kΩ)，除了Rx、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10kΩ)
B．电压表(量程0～10V，内阻约100kΩ)
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R0(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Rx阻值的实验电路图。
