创新管理-专题七实验技能与创新第2讲电学实验与创新 精品

（创新管理）专题电学重要实验的创新设计
小结：电学实验设计的基本原则
1、安全性：按设计方案实施时，应安全可靠不会对人身、器材造成危害；如不超过量程，不允许通过的最大电流以内。

2、精确性：于选择方案时，应对各种可能的方案进行初步的误差分析，尽可能选用精确度高的方案。

3、方便性：设计方案应便于实验操作、读数，便于进行数据处理，便于实验者直观、明显地观察。

二、实验数据的处理和分析
例2：含有电源的黑箱相当于壹个等效电源(a、b是电源的俩极，如图甲所示)，小明想测定这个等效电源的电动势和内阻，设计了如图乙所示的测量电路，此电路同时能测出电阻R0的阻值。

小明将滑动变阻器的滑片移动到不同位置时，记录了三个电表的壹系列示数．如表格壹和表格二所示。

于图丙所示的坐标纸中分别作出R0的U-I图像和电源的U-I图像。

根据作出的图像能够求出定值电阻R0= Ω，电源电动势E= V
r= Ω。

若实验中的所有操作和数据处理均无错误，实验中测得的定值电阻
测得的电源电动势E的值实际值，内阻r的测量值
上选填“大于”、“等于”或“小于”)。

小结：数据探究型实验的主要功能是通过实验提供数据信息，分析各数据中的内于联系，找出数据中所包含的物理规律，常用的数据处理方法(如平均法、图像法、逐差法、比较法和误差分析方法(如绝对误差、相对误差等)应该掌握。

．请从以下器材中选择适当仪器设计壹个电路，要求用此电路既能测量待测电阻500Ω)，又能测量电源E的电动势。

待测定值电阻Rx：阻值约500Ω
．滑动变阻器R1：总阻值1000Ω
R2：最大阻值999.9Ω
R：最大阻值99.99Ω。

第2讲电学实验与创新多用电表的使用和读数多用电表是电学实验中的常用仪器，高考中要求正确使用仪器，会进行正确读数，高考考查频率较高，是高三复习的重要知识点．[知识提炼]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．欧姆表刻度不均匀的原因：当红、黑表笔短接时，调节滑动变阻器R0(即欧姆调零)，使灵敏电流计满偏，I g＝ER g＋R0＋r，此时中值电阻R中＝R g＋R0＋r，当两表笔接入电阻R x时I＝ER g＋R0＋r＋R x，电阻R x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．[典题例析]图甲为多用电表的示意图，现用它测量一个阻值约为20 Ω的电阻，测量步骤如下：(1)调节____________，使电表指针对准________(填“电阻”或“电流”)的“0”刻线．(2)将选择开关旋转到“Ω”挡的__________位置(填“×1”“×10”“×100”或“×1 k”)．(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节____________，使电表指针对准________(填“电阻”或“电流”)的“0”刻线．(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触，若电表读数如图乙所示，该电阻的阻值为________Ω．【解析】 (1)将选择开关拨到欧姆挡前，先要进行机械调零．方法是调节机械定位螺丝，使电表指针指在电流等于零的刻线位置．(2)用多用电表测20 Ω的电阻时，要把选择开关旋转到“Ω”挡“×1”的位置．(3)将红、黑表笔短接，进行欧姆调零．调节调零旋钮，使指针指在“Ω”挡的零刻线上．(4)由乙图读出该电阻的阻值为19 Ω．【答案】 (1)定位螺丝 电流 (2)×1(3)调零旋钮 电阻 (4)19多用电表测电阻的步骤和注意事项(1)使用步骤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200 Ω就应该选“×10”的倍率，使指针的偏转角度在13满偏到23满偏之间为测量值误差较小； 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将指针示数乘以倍率，得测量值；⑤测量结束后，将选择开关扳到“OFF ”或交流电压最高挡．(2)注意事项①改换倍率必须重新进行欧姆调零；②通过选择合适倍率，指针指在刻度盘中间附近，误差较小；③测量电阻时，手不可接触表笔的金属杆部分；④测量电阻时被测元件要与电源断开．(2016·重庆巴蜀中学一诊)某同学制作了一个简单的多用电表，图甲为电表的电路图．已知选用的电流表内阻R g ＝5 Ω、满偏电流I g ＝25 mA ，当选择开关接3时为量程100 V 的电压表．该多用电表表盘如图乙所示，下排刻度均匀，C 为上排刻度线的中间刻度，由于粗心上排刻度线对应数据没有标出．(1)若指针指在图乙所示位置，选择开关接1时其读数为________；选择开关接3时其读数为________．(保留三位有效数字)(2)为了测该多用电表电阻挡的电阻和表内电源的电动势，这位同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如下实验：①将选择开关接2，红、黑表笔短接，调节R 1的阻值使电表指针满偏．②将电表红、黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使电表指针指C 处，此时电阻箱的示数如图丙，则C 处刻度应为________Ω．③计算得到多用电表内电池的电动势为________V ．(保留两位有效数字)(3)调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，若指针在图乙所示位置，则待测电阻的阻值为________Ω．(保留两位有效数字)[解析] (1)选择开关接1时测电流，多用电表为量程是25 mA 的电流表，其分度值为0．5 mA ，示数为17．3 mA ．选择开关接3时测电压，多用电表为量程100 V 的电压表，其分度值为2 V ，其示数为69．0 V ．(2)②由图丙所示电阻箱可知，电阻箱示数为0×1 000 Ω＋1×100 Ω＋5×10 Ω＋0×1 Ω＝150 Ω．③指针指在C 处时，电流表示数为12．5 mA ＝12．5×10－3 A ，C 处电阻为中值电阻，则电表内阻为150 Ω，电源电动势E ＝I ·2R ＝12．5×10－3×2×150 V ≈3．8 V ．(3)根据第(1)问可知，调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，此时电路中的电流值为17．3 mA ，而表内电池的电动势为E ＝3．8 V ，表内总电阻为150 Ω，所以待测电阻的阻值约为R ＝ 3.817.3×10－3Ω－150 Ω≈70 Ω． [答案] (1)17．3 mA(17．2～17．5 mA 均正确) 69．0 V(68．8～69．2 V 均正确) (2)②150 ③3．8 (3)70以测电阻为核心的电学实验描绘小灯泡的伏安特性曲线、测定金属丝的电阻率、测小灯泡的电功率等实验，都是以测量电阻为核心，是历年高考命题的热点．[知识提炼]1．电流表内接法与外接法的判断方法(1)比值判断法：若R V R x ＜R x R A ，R x 为大电阻，内接法误差小，应选用内接法；若R V R x ＞R x R A，R x 为小电阻，外接法误差小，应选用外接法．(2)试触法：当无法估计电阻的阻值，难以比较R VR x及R xR A的大小时，可采用电压表试触法看电流表、电压表变化大小来确定．2．滑动变阻器限流接法与分压接法的选取原则(1)限流式接法选取原则一般在滑动变阻器总电阻R0与用电器电阻R x相差不大时，若既不要求较大范围内调节电流和电压，又不要求从零开始读数，则优先选择限流式接法．(2)分压式接法选取原则①滑动变阻器的总电阻R0远小于用电器电阻R x或电路中串联的其他电阻的阻值，即R x ≫R0；②要求用电器R x的电流或电压从零开始连续变化；③采用限流式接法时，电路中的最小电流大于用电器R x的额定电流，或给定的仪表量程偏小．三条中满足一条，采用分压接法．[典题例析]现要用伏安法描绘一只小灯泡的I－U图线，已知小灯泡的额定电压为2．5 V，小灯泡正常工作时的功率小于0．7 W．有下列器材供选用：A．电压表(0～3 V，内阻3 kΩ；0～15 V，内阻10 kΩ)B．电流表(0～0．6 A，内阻0．5 Ω；0～3 A，内阻0．1 Ω)C．滑动变阻器(10 Ω，2 A)D．滑动变阻器(100 Ω，1．0 A)E．蓄电池(电动势6 V，内阻不计)(1)用如图甲所示的电路进行测量，滑动变阻器应选用________(用字母序号表示)．开关S闭合之前，滑动变阻器的滑片应该置于________端(填“A”“B”或“AB正中间”)．(2)按图甲所示电路，用笔画线代替导线在图乙中将实物连接成实验所需电路图． (3)通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图丙所示．由图线可求得此灯泡在正常工作时的电阻为________Ω．【解析】 (1)因描绘小灯泡的 I －U 图线采用滑动变阻器分压式连接，滑动变阻器应选用小电阻值的，故应选用变阻器C ；开关闭合前，为了保护电表和小灯泡，应使测量电路部分的电压为零，即将滑片置于A 端．(2)实物连接如图所示．因为灯泡的额定电压为2．5 V ，由图甲知，电压表量程应选0～3 V ，由I ＝P U 知流经灯泡的电流约为I ≈P U ＝0.72.5A ＜0．3 A ，所以电流表的量程应选0～0．6 A ．(3)由I －U 关系图象可以读出，当小灯泡的电压为2．5 V 时，其电流I ＝0．25 A ，由R ＝U I可得，小灯泡正常发光时的电阻R ＝10 Ω． 【答案】 (1)C A (2)见解析图 (3)10在连实物图时的注意事项(1)各导线都应接在接线柱上．(2)不应在导线中间出现分叉，且导线不能跨过仪器．(3)连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错．(4)开关要控制整个电路．(2016·合肥一模)在“描绘标有‘9 V 5 W ’小灯泡伏安特性曲线”的实验中，要求测量从0 V到9．0 V的电压下通过小灯泡的电流，实验室提供了下列器材A．电流表A1(量程100 mA，内阻1 Ω)B．电流表A2(量程0．6 A，内阻0．3 Ω)C．电压表V1(量程3．0 V，内阻3 kΩ)D．电压表V2(量程15．0 V，内阻10 kΩ)E．滑动变阻器R1(最大阻值为50 Ω)F．滑动变阻器R2(最大阻值为500 Ω)G．电源E(电动势15 V，内阻忽略)H．电键、导线若干(1)为了提高测量准确度和有效性，应选择的器材为(只需填写器材前面的字母即可)电流表________；电压表________；滑动变阻器________．(2)在下图给出的测量电路中，最合理的是________．[解析] (1)因为灯泡的额定电压为9 V，故电压表应选V2；额定电流为0．56 A，故电流表应选A2，滑动变阻器采用分压式接法，应该选择最大阻值较小的，有利于数据的测量，故选R1．(2)要求测量从0 V到9．0 V的电压下通过小灯泡的电流，所以应采用分压式接法．由于灯泡电阻更接近电流表内阻，所以采用电流表外接法．故选B．[答案] (1)B D E(2)B以测电动势和内阻为核心的电学实验测电源电动势和内阻可以有效地考查闭合电路欧姆定律的知识以及数据分析处理能力，除了伏安法测电源电动势和内阻外，对其他方法(如：安阻法、伏阻法、伏伏法、安安法等)的考查也颇受命题者的青睐．[知识提炼]测电源电动势和内阻的三种常用方法方法原理图数据处理用电压表、电流表和可变电阻(如滑动变阻器)测量测出两组U、I值，根据E＝U＋Ir，通过计算或利用图象法处理数据用电流表、电阻箱测量测出两组I、R值，根据E＝I(R ＋r)通过计算或利用图象法处理数据用电压表、电阻箱测量测出两组U、R值，根据E＝U＋UR r，通过计算或利用图象法处理数据[典题例析](2016·高考四川卷)用如图所示电路测量电源的电动势和内阻．实验器材：待测电源(电动势约3 V，内阻约2 Ω)，保护电阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω)，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干．实验主要步骤：①将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；②逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；③以U为纵坐标，I为横坐标，作U－I图线(U、I都用国际单位)；④求出U－I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a．回答下列问题：(1)电压表最好选用________；电流表最好选用________．A．电压表(0～3 V，内阻约15 kΩ)B．电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ)C．电流表(0～200 mA，内阻约2 Ω)D ．电流表(0～30 mA ，内阻约2 Ω)(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大．两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________．A ．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱B ．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱C ．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱D ．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱(3)选用k 、a 、R 1和R 2表示待测电源的电动势E 和内阻r 的表达式E ＝________，r ＝________，代入数值可得E 和r 的测量值．【解析】 (1)测电源的电动势和内阻的原理为闭合电路的欧姆定律，即U ＝E －Ir ，I 是电路中的总电流，实际测量时电压表的分流作用会引起系统误差，为了减小系统误差，应选用内阻较大的电压表，即选A ；由于电路中的最大电流约为I ＝E r ＋R 1＋R 2＝32＋10＋5A ≈0．176 A ＝176 mA ，应选C ．(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大，说明滑动过程中滑动变阻器接入电路的阻值增大，因此说明一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱，C 项正确．(3)图象斜率绝对值k ＝r ＋R 2，图象与横轴的截距为电压表短路时的电流，即a ＝E r ＋R 2，因此电源的内阻r ＝k －R 2，电源的电动势E ＝ka ．【答案】 (1)A C (2)C (3)ak k －R 2两种数据处理方法：联立方程求解法和图象处理法，对伏安法利用电源的U －I 图象求电动势和内阻；对伏阻法和安阻法需对闭合电路欧姆定律方程E ＝U ⎝⎛⎭⎫1＋r R 和E ＝I (R ＋r )适当变形作线性处理，并利用直线方程的截距和斜率求电动势或内阻等物理量．(2016·北京二模)某同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E 和内阻r 及电阻R 1的阻值．实验器材有：待测电源，待测电阻R 1，电压表V(量程0～3 V ，内阻很大)，电阻箱R (0～99．99 Ω)，单刀单掷开关S 1，单刀双掷开关S 2，导线若干．(1)先测电阻R 1的阻值．请将该同学的操作补充完整：A ．闭合S 1，将S 2切换到a ，调节电阻箱，读出其示数R 0和对应的电压表示数U 1．B ．________________，将S 2切换到b ，读出电压表的示数U 2．C ．则电阻R 1的表达式为R 1＝____________．(2)该同学已经测得电阻R 1＝3．2 Ω，继续测电源电动势E 和内阻r ，其做法是：闭合S 1，将S 2切换到a ，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R 和对应的电压表示数U ，由测得的数据，绘出了如图乙所示的1U －1R图线，则电源电动势E ＝________V ，内阻r ＝________Ω．[解析] (1)由实验电路图分析可知在切换S 2时，应使电路中的电流保持不变，则应保持电阻箱示数不变．S 2切换到a 时，电压表测量的是电阻箱R 两端的电压，则有U 1＝IR 0，当S 2接b 时，电压表测量的是电阻箱R 和R 1两端的电压，则有U 2＝I (R 0＋R 1)，解得R 1＝U 2－U 1U 1R 0．(2)电阻箱两端的电压U ＝E R ＋R 1＋rR ，则1U ＝1E ＋（R 1＋r ）E ·1R ，再由图乙中纵轴截距可得1E ＝0．5 V －1，得E ＝2．0 V ，图线斜率R 1＋r E ＝1.5－0.50.5－0Ω/V ＝2 Ω/V ，又知R 1＝3．2 Ω，解得r ＝0．8 Ω．[答案] (1)保持电阻箱示数不变U 2－U 1U 1R 0 (2)2．0 0．8电学创新实验的分析通过对近几年的高考实验试题的研究发现，高考电学实验试题有两个显著的特点：第一，基于教材中的电学实验，着重考查实验原理的改进、实验步骤、误差分析；第二，重视电学实验的实验方法，问题设置结合科技、生产、生活的实际；因此，理解实验原理，掌握实验方法，是解决电学实验的关键．[典题例析](2016·河北省石家庄第二次质检)为了测量某电池的电动势E(约为3 V)和内阻r，选用的器材如下：A．电流表G1(量程为2 mA，内电阻为100 Ω)B．电流表G2(量程为1 mA，内电阻为200 Ω)C．电阻箱R1(0～99．99 Ω)D．电阻箱R2(0～9 999 Ω)E．滑动变阻器R3(0～1 000 Ω，允许最大电流1 A)F．待测电池G．开关一个、导线若干(1)某同学利用上述器材，采用图甲的电路测量该电池的电动势和内阻，请按照图甲将图乙所示的实物图连线．(2)图甲中利用电阻箱R1，将电流表G1改装成了量程为0．5 A的电流表，利用电阻箱R2将电流表G2改装成了量程为3 V的电压表，则电阻箱R1的阻值调到______Ω．(3)以G2示数I2为纵坐标，G1示数I1为横坐标，作出I2－I1图象如图丙所示，结合图象可得出电源的电动势为________V，电源的内阻为________Ω(结果均保留两位有效数字)．[思路点拨]【解析】 (1)如图所示(2)根据欧姆定律和串并联规律应有：I ＝I 1g ＋I 1g r 1R 1，解得R 1≈0．4 Ω， 由U ＝I 2g (r 2＋R 2)，代入数据解得：R 2＝2．8×103 Ω．(3)纵坐标截距0．9 mA ，对应着电源电动势E ＝0.9 mA 1 mA×3 V ＝2．7 V ；横坐标截距0．4 mA ，对应着流过电源的电流为0．4 mA ＋0.4×1000.4mA ＋0．6 mA ＝0．101 A ；电源内阻为r ＝ΔU ΔI＝2.7－1.80.101 Ω≈8．9 Ω． 【答案】 (1)见解析图 (2)0．4 (3)2．7 8．9对于电学实验的创新，应注意的两个问题(1)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，利用这一特点，可以拓展伏安法测电阻的方法，如伏伏法、安安法等．(2)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“自测电流或自测电压”的功能，因此在测电压表内阻时无需另并联电压表，测电流表内阻时无需再串联电流表．(2016·湖北八校二联)现有一个电压表有刻度但无刻度值，提供以下可选用的器材及导线若干，要求尽可能精确地测量一个电压表的满偏电压U g．A．待测电压表V1，满偏电压约为3 V，内电阻R V1＝3 000 Ω，刻度均匀、总格数为N；B．电流表A：量程0．6 A、内阻R A约为0．1 Ω；C．电压表V2：量程15 V、内阻R V2约为15 kΩ；D．标准电阻R1＝10 Ω；E．标准电阻R2＝10 kΩ；F．滑动变阻器R：最大阻值200 Ω；G．学生电源E，电动势15 V，内阻不计；H．开关一个．(1)虚线框中已画出部分实验电路图，请你完成剩余的部分电路图，并标上题目中所给仪器的字母代号．(2)测出多组数据，其中一组数据中待测电压表V1的指针偏转了n个格，可计算出满偏电压U g为________(用字母表示)，式中除题目已给的物理量外，其他字母符号表示的物理量的物理意义是________________________________________________________________________．[解析] (1)因待测电压表的满偏电压较小，故应串联一个定值电阻分压，又知R V1＝3 000 Ω，故串联的定值电阻应选R2，而电压值需用电压表V2测出，故要和V2并联，设计成如答案(1)中的电路图．(2)V2的示数为V1和R2两端的总电压，按照串联分压关系，则有V1两端的电压为R V1R V1＋R2 U(U为电压表V2的读数)，除以格数n即可得到每偏转1个格的电压值，再乘以总格数N即可得满偏电压．[答案] (1)如图所示(2)NUR V1n（R V1＋R2）U为电压表V2的读数专题强化训练[学生用书P161(单独成册)]1．(2016·滨州一模)(1)某同学用螺旋测微器测量一段粗细均匀的金属丝的直径，如图所示，直径d为________mm．(2)该同学用多用电表测量其电阻阻值约为5 Ω，现用伏安法进一步精确测量其电阻，备有以下器材：直流电源E：电动势约4．5 V，内阻很小；直流电流表A1：量程0～3 A，内阻约0．025 Ω；直流电流表A2：量程0～0．6 A，内阻约0．125 Ω；直流电压表V：量程0～3 V，内阻约3 kΩ；滑动变阻器R1：最大阻值为50 Ω；开关、导线若干．①在可选择的器材中应选用的电流表是________．(选填“A1”或“A2”)②仅从实验原理上看实验电路电阻的测量值________真实值．(选填“大于”“小于”或“等于”)③如图所示实物连接图，还有两根导线没有连接，请补充完整．[解析] (1)读数为4 mm＋48．7×0．01 mm＝4．487 mm．(2)①流过电流表的最大电流为I max＝35A＝0．6 A，故电流表选A2．②因为被测电阻较小，电流表应外接，由于电压表的分流，电阻的测量值小于真实值．③电路可采用限流式，电流表外接．[答案] (1)4．487(±0．002)(2)①A2②小于③如图所示2．(2016·潍坊模拟)为测定一节干电池(电动势约1．5 V，内阻约1．0 Ω)的电动势和内阻，实验室备有电流计G(满偏电流为3 mA，内阻为25 Ω)、定值电阻R0＝0．126 Ω、开关和若干导线及以下器材：A．量程0～3 V，内阻约1 000 Ω的电压表B．量程0～15 V，内阻约1 500 Ω的电压表C．总阻值为10 Ω、额定电流为2 A的滑动变阻器D．总阻值为100 Ω、额定电流为1 A的滑动变阻器(1)因电流计量程太小，需将R0与电流计________以扩大量程．(2)电压表应选择________；滑动变阻器应选择________．(填代号)(3)请在虚线框内完成实验电路图．(4)根据所画出的电路图，分析引起该实验系统误差的主要原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________．[解析] 本题中给出了电压表，虽没有电流表，但给了电流计，且内阻已知，同时还给出了定值电阻，因此需考虑将电流计改装成电流表，即将电流计与定值电阻并联，然后用伏安法测量电源电动势和内阻，根据实验可画出电路图；根据电源电动势的大约值，可选择使用量程为3 V的电压表；又因为电源内阻很小，若滑动变阻器的总阻值远大于电源内阻，则在减小滑动变阻器阻值时，开始电压表示数几乎不变，最后电压表和电流表会突然变化，造成读数误差很大，故应选用总阻值为10 Ω的滑动变阻器；本实验中由于电压表的分流作用，使得改装后的电流表测得的电流偏小(读数只是通过滑动变阻器的电流)，造成测得的电动势和内阻均偏小．[答案] (1)并联(2)A C(3)(4)由于电压表的分流作用造成改装后电流表读数总是比电池实际输出电流小3．(2016·高考全国卷乙)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999．9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，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18 V，I c约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA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650．0 Ω．(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“R1”或“R2”)．(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10 mA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＝1 800 Ω，因此在电路中应选用最大阻值为2 000 Ω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650．0 Ω；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20 mA ，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)R 2 (3)①650．0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA ，报警器可能损坏②c 报警器开始报警4．(2016·高考全国卷甲)某同学利用图(a)所示电路测量量程为2．5 V 的电压表V 的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R (最大阻值99 999．9 Ω)，滑动变阻器R 1(最大阻值50 Ω)，滑动变阻器R 2(最大阻值5 k Ω)，直流电源E (电动势3 V)，开关1个，导线若干．实验步骤如下：①按电路原理图(a)连接线路；②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置，闭合开关S ；③调节滑动变阻器，使电压表满偏；④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2．00 V ，记下电阻箱的阻值．回答下列问题：(1) 实验中选择滑动变阻器________(填“R 1”或“R 2”)．(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线．(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630．0 Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变．计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位)．(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号)．A ．100 μAB ．250 μAC ．500 μAD ．1 mA[解析] (1)为了使电阻箱调节时，滑动变阻器分得的电压变化很小，分压电路中滑动变阻器的最大阻值越小越好，因此应选用R 1．(2)见答案图．(3)如果认为滑动变阻器分得的电压不变，则调节电阻箱后，电压表两端的电压为2．00V ，电阻箱两端的电压为0．5 V ，根据串联电路的分压原理，R V R ＝2.000.5，求得电压表的内阻R V ＝4×630．0 Ω＝2 520 Ω．(4)如果此电压表由一个表头与一个电阻串联组成，可知此表头的满偏电流为I g ＝2.5 V 2 520 Ω＝1 mA ，D 项正确． [答案] (1)R 1 (2)连线如图所示 (3)2 520 (4)D5．(2016·湖北黄冈模拟)小明在实验室中发现一个外观上像电阻的未知元件D ，设计了如图甲所示电路进行实验探究，请按要求回答问题：(1)小明按图甲连接好电路，闭合开关S，将滑动变阻器滑片缓慢地从a端移到b端，发现起始阶段电压表的示数逐渐增大，后续阶段电压表示数保持6 V不变，若D为电阻元件，则该过程中它的电阻值的变化情况可能是________．A．阻值一直为0B．阻值先不变，后阶段变小C．阻值恒定且远大于R2D．阻值先不变，后阶段变大(2)根据元件D铭牌上的部分信息，小明从网络获知该元件为稳压二极管，它有正负极之分，在电路中当D的正极接高电势时，其i－u线如图乙中OC所示，当D的负极接高电势时，其i－u线如图乙中OAB所示，其中AB段为D的稳压工作区，由此可判断图甲中D 的黑色端是它的________极(填“正”或“负”)．(3)小明接着设计了用多用电表欧姆挡按图丙对该元件进行探究，图丙中虚线框部分是其内部等效电路，已知电源电动势E＝9 V，电表满偏电流I g＝3 mA．实验时小明先进行欧姆调零，则调零后多用电表内部总电阻为____________Ω；调零后按图丙连接元件D进行测量，若D恰好处于稳压工作区，则此时测得元件D的阻值应为____________Ω．[解析] (1)因在滑片移动过程中，发现起始阶段电压表的示数逐渐增大，后续阶段电压表示数保持6 V不变，则知元件阻值先不变，后阶段变小，故B正确．(2)结合第(1)问中所给条件，可知D元件黑色部分为负极．(3)由R总＝EI g，解得R总＝3 000 Ω；D恰好处于稳压工作区时，其两端电压U＝6 V，而U＝ER DR总＋R D，解得R D＝6 000 Ω．[答案] (1)B(2)负(3)3 000(或3×103) 6 000(或6×103)6．(2016·山西八校一联)太阳能是一种清洁、“绿色”能源．在我国上海举办的世博会上，大量利用了太阳能电池．太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件．某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I－U特性图线．所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干．(1)为了达到上述目的，实验电路应选用图甲中的________图(填“a”或“b”)．(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙所示的I－U图象．由图可知，当电压小于2．00 V时，太阳能电池的电阻________(填“很大”或“很小”)；当电压为2．80 V时，太阳能电池的电阻约为________Ω．(3)当有光照射时，太阳能电池板作为电源，其路端电压与总电流的关系如图丙所示，分析该曲线可知，该电池板作为电源时的电动势为________V，若把它与阻值为1 kΩ的电阻连接构成一个闭合电路，在有光照射情况下，该电池板的效率是________%．(结果保留三位有效数字)[解析] (1)用a图电路可以在电池板上得到从零开始的电压，故应选a图．(2)由图可知，当电压小于2．00 V时，通过太阳能电池的电流为零，故太阳能电池的。

1-7-15 电学实验与创新课时强化训练1．(2018·天津理综)某同学用伏安法测定待测电阻R x的阻值(约为10 kΩ)，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0～1 V，内阻约10 kΩ)B．电压表(量程0～10 V，内阻约100 kΩ)C．电流表(量程0～1 mA，内阻约30 Ω)D．电流表(量程0～0.6 A，内阻约0.05 Ω)E．电源(电动势1.5 V，额定电流0.5 A，内阻不计)F．电源(电动势12 V，额定电流2 A，内阻不计)G．滑动变阻器R0(阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A)(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]本题考查伏安法测电阻。

(1)由于R x的阻值约为10 kΩ，电压表内阻应远大于10 kΩ，故电压表应选B；电路电流最大值约为1 mA，故电流表应选C；电源应选F。

(2)因R x>RARV，属于大电阻，故电流表采用内接法，而滑动变阻器R0的阻值小于R x，则滑动变阻器R0采用分压式接法，如答案图所示。

(3)由于电压表的读数为电阻R x和电流表内阻的分压和，而电流表的读数是流过R x的实际电流，故待测电阻测量值会大于其真实值。

[答案] (1)B C F(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(其他正确表述也可)[知识拓展] 若滑动变阻器的阻值小于被测电阻值，为减小误差，滑动变阻器采用分压式接法。

2．(2018·山东菏泽一模)某同学设计如图所示的电路测电源的电动势和内阻，图中两个电流表相同，定值电阻阻值为R0。

第2课时电学实验与创新考向1 电表读数、多用电表的使用例1在练习使用多用电表时：（1）下列关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的是( ）A．测量电阻时,如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则不会影响测量结果B．双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏大C．测量电路中的电阻时，应该把该电阻与电路断开D．欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但仍能调零，其测量结果与原来相比不变（2）用多用电表探测二极管的极性,用欧姆挡测量,黑表笔接a端，红表笔接b端时，指针向右偏转角较大，然后黑、红表笔反接指针偏转角较小,说明________（填“a"或“b”）端是二极管正极．(3）某同学想通过多用电表A中的欧姆档，直接去测量相同规格的多用电表B中量程为2。

5 V的电压档的内阻，如图1甲连线,选择倍率为×1k欧姆挡,测量前应对多用电表A进行______________，按正确的操作步骤测量，两表指针位置相同,如图乙所示，从A表读出B 表内阻约为________________kΩ，从B表读出电压约为________ V。

图1计算出多用电表A的电源电动势约为________ V(已知表盘正中电阻刻度值为15，计算结果保留两位有效数字）．解析（2）当用多用电表的红表笔接触二极管a端、黑表笔接触二极管b端时，b端电势高、a端电势低，此时发现多用电表的指针偏转量非常小，说明此时电阻很大，说明此时二极管反向偏压，则a端是二极管的正极．（3）选挡后要先进行欧姆调零,欧姆表读数＝表盘读数×倍率＝13×1 kΩ＝13 kΩ；电压表读数为1。

32 V；欧姆表内电阻等于中值电阻，为r＝15 kΩ；根据闭合电路欧姆定律，有：E＝Ir＋U≈2.8 V.答案(1)AC (2)a （3）欧姆调零13 1.32 2.8以题说法 1.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R0（即欧姆调零)，使灵敏电流计满偏，I g＝错误!，此时中值电阻R中＝R g＋R0＋r，当两表笔接入电阻R x时I＝错误!，电阻R x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．2．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．(2014·重庆·6（1）)某照明电路出现故障，其电路如图2所示，该电路用标称值12 V的蓄电池为电源，导线及其接触完好．维修人员使用已调好的多用表直流50 V挡检测故障．他将黑表笔接在c点，用红表笔分别探测电路的a、b点．图2①断开开关，红表笔接a点时多用表指示如图3所示，读数为________ V，说明________正常(选填“蓄电池”、“保险丝”、“开关”或“小灯”）．图3②红表笔接b点，断开开关时，表针不偏转,闭合开关后，多用表指示仍然和图3相同，可判断发生故障的器件是________．（选填“蓄电池”、“保险丝”、“开关”或“小灯”）答案①11。

第2讲电学实验与创新多用电表的使用和读数多用电表是电学实验中的常用仪器，高考中要求正确使用仪器，会进行正确读数，高考考查频率较高，是高三复习的重要知识点．[知识提炼]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．欧姆表刻度不均匀的原因：当红、黑表笔短接时，调节滑动变阻器R0(即欧姆调零)，使灵敏电流计满偏，I g＝ER g＋R0＋r，此时中值电阻R中＝R g＋R0＋r，当两表笔接入电阻R x时I＝ER g＋R0＋r＋R x，电阻R x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．[典题例析]图甲为多用电表的示意图，现用它测量一个阻值约为20 Ω的电阻，测量步骤如下：(1)调节____________，使电表指针对准________(填“电阻”或“电流”)的“0”刻线．(2)将选择开关旋转到“Ω”挡的__________位置(填“×1”“×10”“×100”或“×1 k ”)．(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节____________，使电表指针对准________(填“电阻”或“电流”)的“0”刻线．(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触，若电表读数如图乙所示，该电阻的阻值为________Ω．【解析】 (1)将选择开关拨到欧姆挡前，先要进行机械调零．方法是调节机械定位螺丝，使电表指针指在电流等于零的刻线位置．(2)用多用电表测20 Ω的电阻时，要把选择开关旋转到“Ω”挡“×1”的位置．(3)将红、黑表笔短接，进行欧姆调零．调节调零旋钮，使指针指在“Ω”挡的零刻线上．(4)由乙图读出该电阻的阻值为19 Ω．【答案】 (1)定位螺丝 电流 (2)×1(3)调零旋钮 电阻 (4)19多用电表测电阻的步骤和注意事项(1)使用步骤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200 Ω就应该选“×10”的倍率，使指针的偏转角度在13满偏到23满偏之间为测量值误差较小； 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将指针示数乘以倍率，得测量值；⑤测量结束后，将选择开关扳到“OFF ”或交流电压最高挡．(2)注意事项①改换倍率必须重新进行欧姆调零；②通过选择合适倍率，指针指在刻度盘中间附近，误差较小；③测量电阻时，手不可接触表笔的金属杆部分；④测量电阻时被测元件要与电源断开．(2016·巴蜀中学一诊)某同学制作了一个简单的多用电表，图甲为电表的电路图．已知选用的电流表阻R g＝5 Ω、满偏电流I g＝25 mA，当选择开关接3时为量程100 V的电压表．该多用电表表盘如图乙所示，下排刻度均匀，C为上排刻度线的中间刻度，由于粗心上排刻度线对应数据没有标出．(1)若指针指在图乙所示位置，选择开关接1时其读数为________；选择开关接3时其读数为________．(保留三位有效数字)(2)为了测该多用电表电阻挡的电阻和表电源的电动势，这位同学在实验室找到了一个电阻箱，设计了如下实验：①将选择开关接2，红、黑表笔短接，调节R1的阻值使电表指针满偏．②将电表红、黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使电表指针指C处，此时电阻箱的示数如图丙，则C处刻度应为________Ω．③计算得到多用电表电池的电动势为________V．(保留两位有效数字)(3)调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，若指针在图乙所示位置，则待测电阻的阻值为________Ω．(保留两位有效数字)[解析] (1)选择开关接1时测电流，多用电表为量程是25 mA的电流表，其分度值为0．5 mA，示数为17．3 mA．选择开关接3时测电压，多用电表为量程100 V的电压表，其分度值为2 V，其示数为69．0 V．(2)②由图丙所示电阻箱可知，电阻箱示数为0×1 000 Ω＋1×100 Ω＋5×10 Ω＋0×1 Ω＝150 Ω．③指针指在C 处时，电流表示数为12．5 mA ＝12．5×10－3 A ，C 处电阻为中值电阻，则电表阻为150 Ω，电源电动势E ＝I ·2R ＝12．5×10－3×2×150 V ≈3．8 V ．(3)根据第(1)问可知，调零后将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连，此时电路中的电流值为17．3 mA ，而表电池的电动势为E ＝3．8 V ，表总电阻为150 Ω，所以待测电阻的阻值约为R ＝ 3.817.3×10－3Ω－150 Ω≈70 Ω． [答案] (1)17．3 mA(17．2～17．5 mA 均正确) 69．0 V(68．8～69．2 V 均正确)(2)②150 ③3．8 (3)70以测电阻为核心的电学实验 描绘小灯泡的伏安特性曲线、测定金属丝的电阻率、测小灯泡的电功率等实验，都是以测量电阻为核心，是历年高考命题的热点．[知识提炼]1．电流表接法与外接法的判断方法(1)比值判断法：若R VR x ＜R x R A ，R x 为大电阻，接法误差小，应选用接法；若R VR x ＞R x R A ，R x为小电阻，外接法误差小，应选用外接法．(2)试触法：当无法估计电阻的阻值，难以比较R V R x 及R x R A 的大小时，可采用电压表试触法看电流表、电压表变化大小来确定．2．滑动变阻器限流接法与分压接法的选取原则(1)限流式接法选取原则一般在滑动变阻器总电阻R0与用电器电阻R x相差不大时，若既不要求较大围调节电流和电压，又不要求从零开始读数，则优先选择限流式接法．(2)分压式接法选取原则①滑动变阻器的总电阻R0远小于用电器电阻R x或电路中串联的其他电阻的阻值，即R x≫R0；②要求用电器R x的电流或电压从零开始连续变化；③采用限流式接法时，电路中的最小电流大于用电器R x的额定电流，或给定的仪表量程偏小．三条中满足一条，采用分压接法．[典题例析]现要用伏安法描绘一只小灯泡的I－U图线，已知小灯泡的额定电压为2．5 V，小灯泡正常工作时的功率小于0．7 W．有下列器材供选用：A．电压表(0～3 V，阻3 kΩ；0～15 V，阻10 kΩ)B．电流表(0～0．6 A，阻0．5 Ω；0～3 A，阻0．1 Ω)C．滑动变阻器(10 Ω，2 A)D．滑动变阻器(100 Ω，1．0 A)E．蓄电池(电动势6 V，阻不计)(1)用如图甲所示的电路进行测量，滑动变阻器应选用________(用字母序号表示)．开关S闭合之前，滑动变阻器的滑片应该置于________端(填“A”“B”或“AB正中间”)．(2)按图甲所示电路，用笔画线代替导线在图乙中将实物连接成实验所需电路图．(3)通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图丙所示．由图线可求得此灯泡在正常工作时的电阻为________Ω．【解析】 (1)因描绘小灯泡的 I －U 图线采用滑动变阻器分压式连接，滑动变阻器应选用小电阻值的，故应选用变阻器C ；开关闭合前，为了保护电表和小灯泡，应使测量电路部分的电压为零，即将滑片置于A 端．(2)实物连接如图所示．因为灯泡的额定电压为2．5 V ，由图甲知，电压表量程应选0～3 V ，由I ＝P U 知流经灯泡的电流约为I ≈P U ＝0.72.5A ＜0．3 A ，所以电流表的量程应选0～0．6 A ．(3)由I －U 关系图象可以读出，当小灯泡的电压为2．5 V 时，其电流I ＝0．25 A ，由R ＝UI 可得，小灯泡正常发光时的电阻R ＝10 Ω．【答案】(1)C A (2)见解析图(3)10在连实物图时的注意事项(1)各导线都应接在接线柱上．(2)不应在导线中间出现分叉，且导线不能跨过仪器．(3)连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错．(4)开关要控制整个电路．(2016·一模)在“描绘标有‘9 V 5 W’小灯泡伏安特性曲线”的实验中，要求测量从0 V到9．0 V的电压下通过小灯泡的电流，实验室提供了下列器材A．电流表A1(量程100 mA，阻1 Ω)B．电流表A2(量程0．6 A，阻0．3 Ω)C．电压表V1(量程3．0 V，阻3 kΩ)D．电压表V2(量程15．0 V，阻10 kΩ)E．滑动变阻器R1(最大阻值为50 Ω)F．滑动变阻器R2(最大阻值为500 Ω)G．电源E(电动势15 V，阻忽略)H．电键、导线若干(1)为了提高测量准确度和有效性，应选择的器材为(只需填写器材前面的字母即可)电流表________；电压表________；滑动变阻器________．(2)在下图给出的测量电路中，最合理的是________．[解析] (1)因为灯泡的额定电压为9 V，故电压表应选V2；额定电流为0．56 A，故电流表应选A2，滑动变阻器采用分压式接法，应该选择最大阻值较小的，有利于数据的测量，故选R1．(2)要求测量从0 V到9．0 V的电压下通过小灯泡的电流，所以应采用分压式接法．由于灯泡电阻更接近电流表阻，所以采用电流表外接法．故选B．[答案] (1)B D E (2)B以测电动势和阻为核心的电学实验测电源电动势和阻可以有效地考查闭合电路欧姆定律的知识以及数据分析处理能力，除了伏安法测电源电动势和阻外，对其他方法(如：安阻法、伏阻法、伏伏法、安安法等)的考查也颇受命题者的青睐．[知识提炼]测电源电动势和阻的三种常用方法方法原理图数据处理用电压表、电流表和可变电阻(如滑动变阻器)测量测出两组U、I值，根据E＝U＋Ir，通过计算或利用图象法处理数据用电流表、电阻箱测量测出两组I、R值，根据E＝I(R＋r)通过计算或利用图象法处理数据用电压表、电阻箱测量测出两组U、R值，根据E＝U＋URr，通过计算或利用图象法处理数据[典题例析](2016·高考卷)用如图所示电路测量电源的电动势和阻．实验器材：待测电源(电动势约3 V，阻约2 Ω)，保护电阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω)，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干．实验主要步骤：①将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；②逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；③以U为纵坐标，I为横坐标，作U－I图线(U、I都用国际单位)；④求出U－I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a．回答下列问题：(1)电压表最好选用________；电流表最好选用________．A．电压表(0～3 V，阻约15 kΩ)B．电压表(0～3 V，阻约3 kΩ)C．电流表(0～200 mA，阻约2 Ω)D．电流表(0～30 mA，阻约2 Ω)(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大．两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________．A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和阻r的表达式E＝________，r＝________，代入数值可得E和r的测量值．【解析】(1)测电源的电动势和阻的原理为闭合电路的欧姆定律，即U＝E－Ir，I是电路中的总电流，实际测量时电压表的分流作用会引起系统误差，为了减小系统误差，应选用阻较大的电压表，即选A；由于电路中的最大电流约为I＝Er＋R1＋R2＝32＋10＋5A≈0．176 A＝176 mA，应选C．(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大，说明滑动过程中滑动变阻器接入电路的阻值增大，因此说明一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱，C项正确．(3)图象斜率绝对值k＝r＋R2，图象与横轴的截距为电压表短路时的电流，即a＝Er＋R2，因此电源的阻r＝k－R2，电源的电动势E＝ka．【答案】(1)A C (2)C (3)ak k－R2两种数据处理方法：联立方程求解法和图象处理法，对伏安法利用电源的U －I 图象求电动势和阻；对伏阻法和安阻法需对闭合电路欧姆定律方程E ＝U ⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋r R 和E ＝I (R ＋r )适当变形作线性处理，并利用直线方程的截距和斜率求电动势或阻等物理量．(2016·二模)某同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E 和阻r 及电阻R 1的阻值．实验器材有：待测电源，待测电阻R 1，电压表V(量程0～3 V ，阻很大)，电阻箱R (0～99．99 Ω)，单刀单掷开关S 1，单刀双掷开关S 2，导线若干．(1)先测电阻R 1的阻值．请将该同学的操作补充完整：A ．闭合S 1，将S 2切换到a ，调节电阻箱，读出其示数R 0和对应的电压表示数U 1．B ．________________，将S 2切换到b ，读出电压表的示数U 2．C ．则电阻R 1的表达式为R 1＝____________．(2)该同学已经测得电阻R 1＝3．2 Ω，继续测电源电动势E 和阻r ，其做法是：闭合S 1，将S 2切换到a ，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R 和对应的电压表示数U ，由测得的数据，绘出了如图乙所示的1U －1R图线，则电源电动势E ＝________V ，阻r ＝________Ω．[解析] (1)由实验电路图分析可知在切换S 2时，应使电路中的电流保持不变，则应保持电阻箱示数不变．S 2切换到a 时，电压表测量的是电阻箱R 两端的电压，则有U 1＝IR 0，当S 2接b 时，电压表测量的是电阻箱R 和R 1两端的电压，则有U 2＝I (R 0＋R 1)，解得R 1＝U 2－U 1U 1R 0．(2)电阻箱两端的电压U ＝E R ＋R 1＋r R ，则1U ＝1E ＋（R 1＋r ）E ·1R，再由图乙中纵轴截距可得1E ＝0．5 V －1，得E ＝2．0 V ，图线斜率R 1＋r E ＝1.5－0.50.5－0Ω/V ＝2 Ω/V ，又知R 1＝3．2 Ω，解得r ＝0．8 Ω．[答案] (1)保持电阻箱示数不变U 2－U 1U 1R 0(2)2．0 0．8电学创新实验的分析 通过对近几年的高考实验试题的研究发现，高考电学实验试题有两个显著的特点：第一，基于教材中的电学实验，着重考查实验原理的改进、实验步骤、误差分析；第二，重视电学实验的实验方法，问题设置结合科技、生产、生活的实际；因此，理解实验原理，掌握实验方法，是解决电学实验的关键．[典题例析](2016·省第二次质检)为了测量某电池的电动势E (约为3 V)和阻r ，选用的器材如下：A ．电流表G 1(量程为2 mA ，电阻为100 Ω)B ．电流表G 2(量程为1 mA ，电阻为200 Ω)C ．电阻箱R 1(0～99．99 Ω)D．电阻箱R2(0～9 999 Ω)E．滑动变阻器R3(0～1 000 Ω，允许最大电流1 A)F．待测电池G．开关一个、导线若干(1)某同学利用上述器材，采用图甲的电路测量该电池的电动势和阻，请按照图甲将图乙所示的实物图连线．(2)图甲中利用电阻箱R1，将电流表G1改装成了量程为0．5 A的电流表，利用电阻箱R2将电流表G2改装成了量程为3 V的电压表，则电阻箱R1的阻值调到______Ω．(3)以G2示数I2为纵坐标，G1示数I1为横坐标，作出I2－I1图象如图丙所示，结合图象可得出电源的电动势为________V，电源的阻为________Ω(结果均保留两位有效数字)．[思路点拨]【解析】(1)如图所示(2)根据欧姆定律和串并联规律应有：I ＝I 1g ＋I 1g r 1R 1，解得R 1≈0．4 Ω，由U ＝I 2g (r 2＋R 2)，代入数据解得：R 2＝2．8×103 Ω．(3)纵坐标截距0．9 mA ，对应着电源电动势E ＝0.9 mA 1 mA×3 V ＝2．7 V ；横坐标截距0．4 mA ，对应着流过电源的电流为0．4 mA ＋0.4×1000.4mA ＋0．6 mA ＝0．101 A ；电源阻为r ＝ΔU ΔI ＝2.7－1.80.101Ω≈8．9 Ω． 【答案】 (1)见解析图 (2)0．4 (3)2．7 8．9对于电学实验的创新，应注意的两个问题(1)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，利用这一特点，可以拓展伏安法测电阻的方法，如伏伏法、安安法等．(2)对一些特殊电阻的测量，如电流表或电压表阻的测量，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“自测电流或自测电压”的功能，因此在测电压表阻时无需另并联电压表，测电流表阻时无需再串联电流表．(2016·八校二联)现有一个电压表有刻度但无刻度值，提供以下可选用的器材及导线若干，要求尽可能精确地测量一个电压表的满偏电压U g．A．待测电压表V1，满偏电压约为3 V，电阻R V1＝3 000 Ω，刻度均匀、总格数为N；B．电流表A：量程0．6 A、阻R A约为0．1 Ω；C．电压表V2：量程15 V、阻R V2约为15 kΩ；D．标准电阻R1＝10 Ω；E．标准电阻R2＝10 kΩ；F．滑动变阻器R：最大阻值200 Ω；G．学生电源E，电动势15 V，阻不计；H．开关一个．(1)虚线框中已画出部分实验电路图，请你完成剩余的部分电路图，并标上题目中所给仪器的字母代号．(2)测出多组数据，其中一组数据中待测电压表V1的指针偏转了n个格，可计算出满偏电压U g为________(用字母表示)，式中除题目已给的物理量外，其他字母符号表示的物理量的物理意义是________________________________________________________________________．[解析] (1)因待测电压表的满偏电压较小，故应串联一个定值电阻分压，又知R V1＝3 000 Ω，故串联的定值电阻应选R2，而电压值需用电压表V2测出，故要和V2并联，设计成如答案(1)中的电路图．(2)V2的示数为V1和R2两端的总电压，按照串联分压关系，则有V1两端的电压为R V1U(U为电压表V2的读数)，除以格数n即可得到每偏转1个格的电压值，再乘以R V1＋R2总格数N即可得满偏电压．[答案] (1)如图所示(2)NUR V1n（R V1＋R2）U为电压表V2的读数专题强化训练[学生用书P161(单独成册)]1．(2016·滨州一模)(1)某同学用螺旋测微器测量一段粗细均匀的金属丝的直径，如图所示，直径d为________mm．(2)该同学用多用电表测量其电阻阻值约为5 Ω，现用伏安法进一步精确测量其电阻，备有以下器材：直流电源E：电动势约4．5 V，阻很小；直流电流表A1：量程0～3 A，阻约0．025 Ω；直流电流表A2：量程0～0．6 A，阻约0．125 Ω；直流电压表V：量程0～3 V，阻约3 kΩ；滑动变阻器R1：最大阻值为50 Ω；开关、导线若干．①在可选择的器材中应选用的电流表是________．(选填“A1”或“A2”)②仅从实验原理上看实验电路电阻的测量值________真实值．(选填“大于”“小于”或“等于”)③如图所示实物连接图，还有两根导线没有连接，请补充完整．[解析] (1)读数为4 mm＋48．7×0．01 mm＝4．487 mm．(2)①流过电流表的最大电流为I max＝35A＝0．6 A，故电流表选A2．②因为被测电阻较小，电流表应外接，由于电压表的分流，电阻的测量值小于真实值．③电路可采用限流式，电流表外接．[答案] (1)4．487(±0．002) (2)①A2②小于③如图所示2．(2016·潍坊模拟)为测定一节干电池(电动势约1．5 V，阻约1．0 Ω)的电动势和阻，实验室备有电流计G(满偏电流为3 mA，阻为25 Ω)、定值电阻R0＝0．Ω、开关和若干导线及以下器材：A．量程0～3 V，阻约1 000 Ω的电压表B．量程0～15 V，阻约1 500 Ω的电压表C．总阻值为10 Ω、额定电流为2 A的滑动变阻器D．总阻值为100 Ω、额定电流为1 A的滑动变阻器(1)因电流计量程太小，需将R0与电流计________以扩大量程．(2)电压表应选择________；滑动变阻器应选择________．(填代号)(3)请在虚线框完成实验电路图．(4)根据所画出的电路图，分析引起该实验系统误差的主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________．[解析] 本题中给出了电压表，虽没有电流表，但给了电流计，且阻已知，同时还给出了定值电阻，因此需考虑将电流计改装成电流表，即将电流计与定值电阻并联，然后用伏安法测量电源电动势和阻，根据实验可画出电路图；根据电源电动势的大约值，可选择使用量程为3 V的电压表；又因为电源阻很小，若滑动变阻器的总阻值远大于电源阻，则在减小滑动变阻器阻值时，开始电压表示数几乎不变，最后电压表和电流表会突然变化，造成读数误差很大，故应选用总阻值为10 Ω的滑动变阻器；本实验中由于电压表的分流作用，使得改装后的电流表测得的电流偏小(读数只是通过滑动变阻器的电流)，造成测得的电动势和阻均偏小．[答案] (1)并联(2)A C(3)(4)由于电压表的分流作用造成改装后电流表读数总是比电池实际输出电流小3．(2016·高考全国卷乙)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(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999．9 Ω)，直流电源(输出电压为U，阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，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18 V，I c约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA 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650．0 Ω．(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10 mA 时，报警器就会报警，可知滑动变阻器的最大阻值至少为R ＝UI c ＝1810×10－3 Ω＝1 800 Ω，因此在电路中应选用最大阻值为2 000 Ω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650．0 Ω；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20 mA ，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)①650．0 b接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏②c报警器开始报警4．(2016·高考全国卷甲)某同学利用图(a)所示电路测量量程为2．5 V的电压表V的阻(阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99 999．9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ)，直流电源E(电动势3 V)，开关1个，导线若干．实验步骤如下：①按电路原理图(a)连接线路；②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置，闭合开关S；③调节滑动变阻器，使电压表满偏；④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2．00 V，记下电阻箱的阻值．回答下列问题：(1) 实验中选择滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)．(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线．(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630．0 Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变．计算可得电压表的阻为________Ω(结果保留到个位)．(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号)．A ．100 μAB ．250 μAC ．500 μAD ．1 mA[解析] (1)为了使电阻箱调节时，滑动变阻器分得的电压变化很小，分压电路中滑动变阻器的最大阻值越小越好，因此应选用R 1．(2)见答案图．(3)如果认为滑动变阻器分得的电压不变，则调节电阻箱后，电压表两端的电压为2．00 V ，电阻箱两端的电压为0．5 V ，根据串联电路的分压原理，R V R＝2.000.5，求得电压表的阻R V ＝4×630．0 Ω＝2 520 Ω．(4)如果此电压表由一个表头与一个电阻串联组成，可知此表头的满偏电流为I g ＝2.5 V2 520 Ω＝1 mA ，D 项正确． [答案] (1)R 1 (2)连线如图所示 (3)2 520 (4)D5．(2016·黄冈模拟)小明在实验室中发现一个外观上像电阻的未知元件D ，设计了如图甲所示电路进行实验探究，请按要求回答问题：(1)小明按图甲连接好电路，闭合开关S，将滑动变阻器滑片缓慢地从a端移到b端，发现起始阶段电压表的示数逐渐增大，后续阶段电压表示数保持6 V不变，若D为电阻元件，则该过程中它的电阻值的变化情况可能是________．A．阻值一直为0B．阻值先不变，后阶段变小C．阻值恒定且远大于R2D．阻值先不变，后阶段变大(2)根据元件D铭牌上的部分信息，小明从网络获知该元件为稳压二极管，它有正负极之分，在电路中当D的正极接高电势时，其i－u线如图乙中OC所示，当D的负极接高电势时，其i－u线如图乙中OAB所示，其中AB段为D的稳压工作区，由此可判断图甲中D 的黑色端是它的________极(填“正”或“负”)．(3)小明接着设计了用多用电表欧姆挡按图丙对该元件进行探究，图丙中虚线框部分是其部等效电路，已知电源电动势E＝9 V，电表满偏电流I g＝3 mA．实验时小明先进行欧姆调零，则调零后多用电表部总电阻为____________Ω；调零后按图丙连接元件D进行测量，若D恰好处于稳压工作区，则此时测得元件D的阻值应为____________Ω．[解析] (1)因在滑片移动过程中，发现起始阶段电压表的示数逐渐增大，后续阶段电压表示数保持6 V不变，则知元件阻值先不变，后阶段变小，故B正确．(2)结合第(1)问中所给条件，可知D元件黑色部分为负极．(3)由R总＝EI g，解得R总＝3 000 Ω；D恰好处于稳压工作区时，其两端电压U＝6 V，而U＝ER DR总＋R D，解得R D＝6 000 Ω．[答案] (1)B (2)负(3)3 000(或3×103)6 000(或6×103)6．(2016·八校一联)太阳能是一种清洁、“绿色”能源．在我国举办的世博会上，大量利用了太阳能电池．太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件．某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I－U特性图线．所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干．(1)为了达到上述目的，实验电路应选用图甲中的________图(填“a”或“b”)．(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙所示的I－U图象．由图可知，当电压小于2．00 V时，太阳能电池的电阻________(填“很大”或“很小”)；当电压为2．80 V时，太阳能电池的电阻约为________Ω．。