3年高考2年模拟1年原创备战2019高考物理专题18 电学实验(含解析)

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专题18 电学实验

【2019年高考考点定位】

高考考纲中共涉及到这几个实验，即测量金属的电阻率、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测定电源的电动势和内阻、练习使用多用电表和传感器的简单使用，其中测量金属的电阻率涉及到螺旋测微器和游标卡尺的读数，描绘小灯泡伏安特性曲线涉及到电路的连接和电表的选择，测定电源电动势和内阻涉及到闭合回路的欧姆定律以及多用表的使用，知识点较多，需要我们仔细梳理，认真掌握。

【考点pk】名师考点透析

考点一、测量金属丝的电阻率

【名师点睛】

○1实验原理LRS，根据电压表和电流测出电阻URI，测出金属丝的长度和横截面积就可以计算出电阻率。

○2对于金属丝的长度的测量多用到游标卡尺；而横截面积通过测量直径来计算，直径的测量经常用到螺旋测微器。

如上图所示为游标卡尺，主要有主尺和游标尺两部分组成，主尺一般以毫米为单位，而游标尺有10分度，20分度和50分度的游标尺，分度值分别为0.1mm，0.05mm和0.02mm；读数时分为两部分，其一为游标尺零刻度线左侧对应的主尺上面毫米的整数倍；其二为与主尺对齐的游标尺第N条刻度线，N乘以精确度；二者之和即为最终读数，单位为毫米。注意精确度，末尾的零不可以省去。

上图所示为螺旋测微器，又称千分尺，其读数有固定刻度和可动刻度两部分构成，读数时先读出固定刻度上面露出的0.5mm的整数倍，再读出刻度可动刻度上面与固定刻度对齐的刻度线乘以精确度0.01mm，提醒大家注意，可动刻度线必须估读到下一位；二者之和为最终读数；由于最终读数精确到千分之一毫米，所以又叫做千分尺。

考点二、描绘小灯泡的伏安特性曲线

【名师点睛】

○1实验原理：通过滑动变阻器调节小灯泡两端的电压和流过小灯泡的电流，记录小灯泡两端的电压和电流表示数，最终描点连线，做出UI图像。

○2电流表的内接和外接：电流表内接法如下图

由于电流表和待测电阻串联而分压，导致电压表测量的电压不但包括待测电阻电压而且包括电流表电压，所以此种方法电流表准确，电压表偏大，导致测量的电阻偏大；对于测量大电阻时，由于电流表阻值较小，分压少，误差较小，所以一般测量大电阻用内接法。归纳为：大内偏大

电流表外接法如下图

由于电压表和待测电阻并联而分流，导致电流表所测电流包括待测电阻和和电压表的电流，此种方案所测电压为准确的，而电流偏大，所以导致测量的电子偏小；对于测量小电阻时，由于电压表内阻较大，分流少，误差较小，所以一般测量小电阻用外接法，归纳为：小外偏小

综合考虑小灯泡电阻较小，所以选择电流表外接法.

○3电压表和电流表量程选择要注意考虑小灯泡的额定电压和额定电流，调节滑动变阻器过程一般不能超过额定电压

和额定电流。

○4滑动变阻器的链接方式有分压式和限流式

上图为限流式，滑动变阻器与待测电阻串联，滑动变阻器右半部分被短路，滑片向右移动，电流变小，待测电阻电压变小，但是电压和电流最小都无法减小到0.

上图为分压式，滑动变阻器左半部分与待测电阻并联，后与滑动变阻器右半部分串联，滑片向右滑动，待测电阻的电压和电流增大，向左移动，待测电阻的电压和电流逐渐减小，当滑片移动到最左端时，待测电阻被短路，待测电阻的电压和电流均为0.与限流式不同之处在于电压和电流可以从零开始调节。

考点三、测量电源的电动势和内阻

【名师点睛】

○1实验原理：根据闭合回路欧姆定律，uEIr，测量出路端电压和干路电流，做出路端电压随电流变化的图像就可以找到电动势和内阻。

○2 数据处理；根据路端电压随电流变化的数据记录描点作图如下，那么图线与纵轴的截距即电源电动势，斜率即电源内阻，需要注意计算斜率是要看纵轴是否从0开始。

考点四、练习使用多用电表

【名师点睛】

○1电阻的测量：A，机械调零，旋转机械调零旋钮，把指针调整到左侧零刻线处。B，把红黑表笔分别插入正负插孔，并根据电阻大小旋转到合适的倍率。C，红黑表笔短接，此时相当于电阻等于零，旋转欧姆调零旋钮，把指针调整到右侧的零刻度线处，即欧姆调零。D，红黑表笔分别于待测电阻相连，最终电阻读数为指针对应刻度乘以倍率。E，使用完毕后，拔出红黑表笔，把旋钮旋转到OFF档或交流电压最高档。

注意：（1）测量电阻时，右边为小阻值，左边为大阻值。开始测量前，指针在左侧，若接入电阻后指针偏角过小，说明示数太大，倍率太小，应该换大倍率；若偏角过大，说明示数太小，倍率太大，应该换小倍率。（2）欧姆表测量电阻时，电源在欧姆表内部，电流方向为红进黑出，红表笔接电源负极，为低电势，黑表笔接电源正极，为高电势。

○2电流电压的测量：A，机械调零，通过机械调整旋钮把指针调整到左侧零刻度线处B，测电流则通过红黑表笔把万用表串联入电路，测电压则通过红黑表笔把万用表并联如电路，电流方向遵循红进黑出，此时红表笔为高电势，黑表笔为低电势。C，根据估测的电压和电流选择合适的量程。D，读数时，刻度盘共计50格，可以用量程除以50计算每格的具体数值，根据指针指示的刻度乘以每格的数值即为最终读数。

考点五、练习使用多用电表

【名师点睛】

○1传感器是把一些非电学量转化为电压或电流等电学量，从而放大后输入控制系统。

○2常见传感器有热敏电阻，随温度升高而减小；光敏电阻，随光强度增强而减小。

【试题演练】

1．某同学设计了一个如图甲所示的实验电路，用以测定电源电动势和内阻，使用的实验器材：待测干电池组(电动势E约3V)、电流表A（量程10mA，内阻小于1Ω）、电阻箱R（0~99.99Ω）、滑动变阻器（0~400Ω）、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干.考虑到干电池的内阻较小，电流表的内阻不能忽略，故先测量电流表的内阻。

（1）该同学设计用甲图测量电流表内阻步骤如下：

①断开单刀双掷开关以及开关K，将滑动变阻器滑片P滑至B端、电阻箱R阻值调到最大。

②_______________________________________________________________________。

③_______________________________________________________________________。

④读出此时电阻箱的阻值R=0.2Ω，即为电流表内阻的测量值。可分析测量值应____________（填“大于”“等于”或“小于”）真实值。

（2）通过控制开关状态，该同学又进行了电池电动势和电池内阻的测量实验，他一共记录了六组电流I和电阻箱R的对应数值，并建立坐标系，作出“1I–R”图线如图乙，由此求出电动势E=________V、内阻r=________Ω。（计算结果保留两位有效数字）

【答案】 保持单刀双掷开关断开，闭合开关K，滑动滑片P，使电流表满偏。 将单刀双掷开关接C触点，保持滑片位置不动，调节电阻箱R的阻值，直到电流表指针指在刻度盘正中央 小于 2.9 2.4

【解析】（1）本实验采用半偏法测量电流表的内阻，实验步骤为：②保持单刀双掷开关断开，闭合开关K，

【点睛】由电路的结构可知测定电流表内阻实验的原理为半偏法，分析两次实验中电路的变化可知误差产生的原因；实验中采用的是电阻箱和电流表的方式测定电动势和内电阻；根据实验的原理可知应采用的步骤；分析电流与电阻的关系，由闭合电路欧姆定律可得出符合本实验的公式，再结合图象的性质利用函数关系即可求得电动势和内电阻．

2．某同学想要描绘标有“2.5V，0.3A”字样的小灯泡L的伏安特性曲线，要求灯泡两端的电压由零逐渐增加到额

定值，且尽量减小实验误差，可供选择的器材除小灯泡、开关、导线外，还有：

A. 电压表V，量程0~3V，内阻约5kΩ

B. 电流表A1，量程0~300mA，内阻约0.25Ω

C. 电流表A2，量程0~100mA，内阻约5Ω

D.滑动变阻器R1，最大阻值10Ω，额定电流2.0A

E. 滑动变阻器R2，最大阻值100Ω，额定电流1.0A

F. 直流电源E，电动势约3V，内阻2Ω

①上述器材中，电流表应选__________，滑动变阻器应选___________（填写所选器材前的字母代号）。

②请将虚线框内图1所示的实验电路图补画完整，并在图2中进行实物连线。

③如图3是该同学根据实验数据描绘出的伏安特性曲线。从图线可以得出小灯泡灯丝的电阻率随温度变化的特点是___________________。

④在实验中，当小灯泡两端加2.5V的电压时，此时小灯泡的电阻为__________Ω（保留两位有效数字）。

⑤在滑动变阻器滑动过程中，若用P、I、U、R分别表示小灯泡的功率、通过的电流、两端的电压和电阻，则下列图像可能正确的是_________

【答案】 ①B D

②（如图所示） ③随着温度的升高，小灯泡灯丝的电阻率增大 ④8.3 ⑤AC

【解析】①小灯泡额定电流为0.3A，故电流表选A1。根据题意，要求小灯泡两端电压从零开始变化，故滑动变阻器采用分压式接法，应选用总阻值较小的R1；

②滑动变阻器采用分压式接法，同时灯泡的电阻较小，为了减小误差，故只能采用电流表外接法，如图所示：

【点睛】①首先要明白实验原理，根据给定的仪表进行选择；①然后要判断实验电路的接法，知道本实验是采用电流表外接法，和滑动变阻器的分压式解法，连接电路并绘制电路图；③根据图象切线斜率的物理意义，可以判断电阻率的变化；④伏安特性曲线中的U和I一一对应，可以求出任一电压对应下的电阻值；

3．(1)某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理如图所示，其中，虚线框内为用灵电流计G改装的电流表A，V为标准电压表，E为待测电池组，S为开关，R为滑动变阻器，是标称值为的定值电阻。

①已知灵敏电流计G的满偏电流、内阻，若要改装后的电流表满偏电流为，应并联一只___（保留2位有效数字）的定值电阻。

②某次实验的数据如表所示：该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法（逐差法）计算出电池组的内阻____（保留3位有效数字）

③该小组在前面实验的基础上，为探究电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大，若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是_____（填选项前的字母）

A．电压表内阻的影响

B．滑动变阻器的最大阻值偏小

C．的实际阻值比计算值偏小

D．的实际阻值比标称值偏大

(2)某同学测量一个额定电压为3V，额定电流约为的小灯泡的伏安特性曲线，选用下列实验器材进行实验，电路图如下图所示：