2025届高考物理三轮复习学案：电学实验基础

电学实验基础 一、测量电路的选择 1．电流表的内接法和外接法的比较 比较项目 电流表内接法 电流表外接法 电路 误差来源 电流表的分压 电压表的分流 测量结果 R测＝>Rx，偏大 R测＝<Rx，偏小 适用条件 测大电阻 测小电阻 口诀 大内大 小外小 2．两种接法的选择 方法一：设电流表、电压表内阻分别为RA、RV，被测电阻为Rx，则： 当或时，电流表分压作用小，应选用内接法。 当或时，电压表分流作用小，应选用外接法。 当时，电流表分压作用和电压表分流作用相差不大，两种方法均可。 方法二：在RA、RV均不知的情况下，可采用试触法.如图所示， 分别将p端与a、b接触，如果前后两次电流表示数比电压 表示数变化明显，说明电压表分流作用大，应采用内接法； 如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显，说明电流 表分压作用大，应采用外接法。 二、控制电路的选择 1．两种接法的比较 限流接法 分压接法 电路图 负载R上电压调节范围(不计电源内阻) ≤U≤E 0≤U≤E 负载R上电流调节范围(不计电源内阻) ≤I≤ 0≤I≤ 闭合S前滑片位置 b端 a端 2．控制电路的选择： ①从节能的角度考虑，优先选用限流式． ②以下三种情况必须用分压式： a．要求待测电路的U、I从0开始变化． b．R滑≪Rx c．选用限流式时，Ux、Ix过大(超过电流表量程，烧坏电表、电源或用电器等)． 三、电表的改装 表征灵敏电流计性能的参数有：内阻、满偏电流、满偏电压。 改装成电压表 改装成电流表 内部电路 改装后 的量程 U＝Ig(R＋Rg) I＝Ig 量程扩大 的倍数 n＝ n＝ 接入电阻 的阻值 R＝－Rg＝(n－1)Rg R＝＝ 改装后的 总电阻 Rx＝Rg＋R＝nRg Rx＝＝ 四、常用仪器的读数方法 1．电流表、电压表的读数 　①最小分度是“1”的电表，测量误差出现在下一位，下一位按估读。（与mm刻度尺的读数一样） 　②最小分度是“2”的电表，测量误差出现在同一位上，同一位按估读，估读半小格，不足半小格的舍去，超过半小格的，按半小格估读。 　③最小分度是“5”的电表，测量误差出现在同一位上，同一位按估读。 2．电阻箱的读数 ①没有估读，各旋盘指示点的示数乘对应倍数，相加就是接入电路的电阻值 ②旋盘倍数为“×0.1”的指示点为0时，十分位的0不能省略，如724.0 Ω 3．多用电表欧姆档的使用和读数 (1)使用前要机械调零。 (2)两表笔在使用时，电流总是“红进黑出”。 (3)测电阻时 ①指针指中值附近（刻度盘的中间）较准，否则换挡。 ②每换一次挡必须重新欧姆调零。 ③读出示数要乘以倍率。 (4)使用完毕，选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡，长期不用应取出电池。 4．游标卡尺读数的“三看”“一读”（不要估读） (1)第一看：看精确度。 (2)第二看：看游标尺上的0刻度线位置，区分零刻度与标尺最前端。 (3)第三看：看游标尺的哪条(第N条)刻度线与主尺上的刻度线对齐。 (4)读数 若用x表示由主尺上读出的整毫米数，N表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标尺的格数，则记录结果表示为(x＋N×精确度)mm。 5．螺旋测微器的读数要注意 (1)半毫米刻度线是否露出； (2)一定要估读一位； (3)如果以mm为单位记录读数，小数点后一定是三位数字，如：5.700 mm、0.234 mm等。 五、电学实验仪器的选择 1．根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。 首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的），以减少测量误差。 2．根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器。 注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，电流、电压就有很大变化的，不宜采用。 练习： 1．(2020·全国卷Ⅰ·T22)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx，所用电压表的内阻为1 kΩ，电流表内阻为0.5 Ω，该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O 、P两点之间，另一种是跨接在O 、Q两点之间，测量得到如图(b)所示的两条U­I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数。 (a) 回答下列问题： (1)图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在______(填“O 、P ”或“O 、Q ”)两点的方案测量得到的。 (b) (2)根据所用实验器材和图(b)可判断，由图线________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为________Ω(保留1位小数)。 (3)考虑到实验中电表内阻的影响，需对(2)中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为________Ω(保留1位小数)。 2．为测量“12 V，5 W”的小电珠在不同电压下的功率，给定了以下器材： 电源：12 V，内阻不计； 电流表：量程0～0.6 A、0～3 A，内阻约为 0.2 Ω； 电压表：量程0～3 V、0～15 V，内阻约为15 kΩ； 滑动变阻器：0～20 Ω，允许最大电流1 A； 开关一个，导线若干，实验要求加在小电珠上的电压可从零开始调节。 (1)以下四个电路图你认为最合适的是________。 A　　　　　　　　　B C　　　　　　　　　D (2)在本实验中，电流表的量程可选________。 3．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100 μA，表头上标记的内阻值为900 Ω。R1、R2和R3是定值电阻。利用R1和表头构成1 mA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1 V；若使用a、c两个接线柱，电压表的量程为3 V。则根据题给条件，定值电阻的阻值应选R1＝________ Ω，R2＝________ Ω，R3＝________ Ω。 (2)用量程为3 V、内阻为2 500 Ω的标准电压表V对改装表3 V挡的不同刻度进行校准。所用电池的电动势E为5 V；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为50 Ω和5 kΩ。为方便实验中调节电压，图中R应选用最大阻值为________ Ω的滑动变阻器。 4．(1)图甲使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表______ A，图中指针示数是______ A；当使用 3 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表______ A，图中指针示数为______ A。 (2)图乙使用较小量程时，每小格表示________ V，图中指针的示数为______ V；若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示______ V，图中指针示数为________ V。 (3)旋钮式电阻箱如图丙所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为________ Ω。今欲将接入电路的电阻改为 2 087 Ω， 最简单的操作方法是____________。若用两个这样的电阻箱，即可得到的电阻值范围为________。 5．(1)如图所示的三把游标卡尺，它们的游标卡尺从上至下分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为________ mm，______ mm，________ mm。 甲 乙 丙 (2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图丁所示，则金属丝的直径是________ mm。 丁 6．(20241月九省联考安徽卷)多用电表是一种多功能、多量程的电学仪表，可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻等物理量。 (1)指针式多用电表使用前应该调整______，使指针指向“0”。 (2)某电阻阻值约为几百欧姆，现用该电表测此电阻，测量前，需要以下操作，其顺序是______。(填写序号) A．将红表笔和黑表笔直接接触 B．把选择开关旋转到“×10”位置 C．调节欧姆调零旋钮使指针指向欧姆零点 正确进行实验操作后，电表的读数如图甲所示，该读数是________ Ω。 (3)图乙是某同学设计的多用电表测电阻的欧姆调零原理图，电池的负极应接________(选填“红”或“黑”)表笔。图中G为表头，量程 100 μA, 内阻Rg＝2.5 kΩ，RT＝0.5 kΩ，通过调节a、b间的触点，使G满偏。已知R2＝4.8 kΩ， 电池电动势为1.50 V(电池内阻可忽略)，触点在a端时G满偏，则R1＝______ kΩ。 7．(2021福建卷T11) 某实验小组使用多用电表和螺旋测微器测量一长度为电阻丝的电阻率，该电阻丝的电阻值约为，材料未知。实验过程如下： （1）用螺旋测微器测量该电阻丝的直径，示数如图（a）所示。该电阻丝的直径为___________。 （2）对多用电表进行机械调零。 （3）将多用电表的选择开关旋至___________倍率的电阻挡（填“”“”“”或“”）。 （4）将黑、红表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在电阻挡零刻度线。 （5）将黑、红表笔并接在待测电阻丝两端，多用电表的示数如图（b）所示。该电阻丝的电阻值为___________。 （6）测量完成之后，将表笔从插孔拔出，并将选择开关旋到“OFF”位置。 （7）实验测得的该电阻丝电阻率为___________（结果保留3位有效数字）。 8． (2022福建卷T12)在测量某电源电动势和内阻时，因为电压表和电流表的影响，不论使用何种接法，都会产生系统误差，为了消除电表内阻造成的系统误差，某实验兴趣小组设计了如图甲实验电路进行测量。已知。 （1）按照图甲所示的电路图，将图乙中的器材实物连线补充完整_____。 （2）实验操作步骤如下： ①将滑动变阻器滑到最左端位置 ②接法Ⅰ：单刀双掷开关S与1接通，闭合开关，调节滑动变阻器R，记录下若干组数据的值，断开开关 ③将滑动变阻器滑到最左端位置 ④接法Ⅱ：单刀双掷开关S与2闭合，闭合开关，调节滑动变阻器R，记录下若干组数据 的值，断开开关 ⑤分别作出两种情况所对应的和图像 （3）单刀双掷开关接1时，某次读取电表数据时，电压表指针如图丙所示，此时_____V。 （4）根据测得数据，作出和图像如图丁所示，根据图线求得电源电动势____________，内阻____________。（结果均保留两位小数） （5）由图丁可知____________（填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”）测得的电源内阻更接近真实值。 （6）综合考虑，若只能选择一种接法，应选择____________（填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”）测量更合适。 9．(2023福建卷T13)某同学用图（a）所示的电路观察矩形波频率对电容器充放电的影响。所用器材有：电源、电压传感器、电解电容器C（，），定值电阻R（阻值）、开关S、导线若干。 （1）电解电容器有正、负电极的区别。根据图（a），将图（b）中的实物连线补充完整_________； （2） 设置电源，让电源输出图（c）所示的矩形波，该矩形波的频率为_________； （3）闭合开关S，一段时间后，通过电压传感器可观测到电容器两端的电压随时间周期性变化，结果如图（d）所示，A、B为实验图线上的两个点。在B点时，电容器处于_________状态（填“充电”或“放电”）在_________点时（填“A”或“B”），通过电阻R的电流更大； （4）保持矩形波的峰值电压不变，调节其频率，测得不同频率下电容器两端的电压随时间变化的情况，并在坐标纸上作出电容器上最大电压与频率f关系图像，如图（e）所示。当时电容器所带电荷量的最大值_________C（结果保留两位有效数字）； （5） 根据实验结果可知，电容器在充放电过程中，其所带的最大电荷量在频率较低时基本不变，而后随 着频率的增大逐渐减小。 10． (2024福建卷T13)某实验小组探究不同电压下红光和蓝光发光元件的电阻变化规律，并设计一款彩光电路。所用器材有：红光和蓝光发光元件各一个、电流表（量程30mA）、电压表（量程3V）、滑动变阻器（最大阻值20Ω，额定电流1A）、5号电池（电动势1.5V）两节、开关、导线若干。 （1）图（a）为发光元件的电阻测量电路图，按图接好电路； （2）滑动变阻器滑片先置于________（填“a”或“b”）端，再接通开关S，多次改变滑动变阻器滑片的位置，记录对应的电流表示数I和电压表示数U； （3）某次电流表示数为10.0mA时，电压表示数如图（b）所示，示数为________V，此时发光元件的电阻为________Ω（结果保留3位有效数字）； （4）测得红光和蓝光发光元件的伏安特性曲线如图（c）中的Ⅰ和Ⅱ所示。从曲线可知，电流在1.0~18.0mA范围内，两个发光元件的电阻随电压变化的关系均是：________________； （5）根据所测伏安特性曲线，实验小组设计一款电路，可使红光和蓝光发光元件同时在10.0mA的电流下工作。在图（d）中补充两条导线完成电路设计。_____ 参考答案： 1、(1)O、P　(2)Ⅰ　50.5　(3)50.0 [解析]　(1)当用电流表内接法时，测量值为Rx1＝Rx＋RA＞Rx，当用电流表外接法时，测量值为Rx2＝＜Rx，图(b)中图线Ⅱ的斜率较小，所以应为使用电流表外接法测量的结果，即电压表跨接在O、P间测量得到的。 (2)由图线可得Rx约为50.0 Ω，可知Rx＞，所以用电流表内接法测量的结果误差较小，即由图线Ⅰ得到的结果更接近待测电阻的真实值，测量结果Rx1＝＝50.5 Ω。 (3)因为Rx1＝Rx＋RA，所以Rx＝Rx1－RA＝50.0 Ω。 2、(1)A　(2)0～0.6 A [解析]　(1)C与D电路图不符合电压从零开始调节，小电珠的电阻RL＝＝ Ω＝28.8 Ω，＝144，≈520.8，由于<，故电流表应采用外接法，应选A。 (2)小电珠的额定电流I＝＝ A≈0.4 A，故电流表量程应选0～0.6 A。 3、(1)100　910　2 000　(2)50 [解析]　(1)根据题意，R1与表头G构成1 mA的电流表，则IgRg＝(I－Ig)R1，得R1＝100 Ω；若使用a、b两个接线柱，电压表的量程为1 V，则R2＝＝910 Ω；若使用a、c两个接线柱，电压表的量程为3 V，则R3＝－R2＝2 000 Ω。 (2)电压表与改装电表并联之后，电阻小于2 500 Ω，对于分压式电路，要求滑动变阻器的最大阻值小于并联部分，同时还要便于调节，故滑动变阻器选择小电阻，即选择最大阻值为50 Ω的滑动变阻器。 4、(1)0.02　0.44　0.1　2.20　(2)0.1　1.70　0.5　8.5　 (3)1 987　将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0　0～19 998 Ω [解析]　(1)使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，指针示数为0.44 A；当使用3 A量程时，每一小格为0.1 A，指针示数为2.20 A。 (2)电压表使用3 V量程时，每小格表示 0.1 V，指针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格表示0.5 V，指针示数为8.5 V。 (3)电阻为1 987 Ω。最简单的操作方法是将 “×1 k” 旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0。每个电阻箱的最大阻值是9 999 Ω，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9 999 Ω＝19 998 Ω，故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻值范围为0～19 998 Ω。 5、(1)17.6　23.85　3.18　(2)2.160 [解析]　(1)图甲读数：整毫米是17，不足1毫米数是6×0.1 mm＝0.6 mm，最后结果是17 mm＋0.6 mm＝17.6 mm。 图乙读数：整毫米是23，不足1毫米数是17×0.05 mm＝0.85 mm，最后结果是23 mm＋0.85 mm＝23.85 mm。 图丙读数：整毫米是3，不足1毫米数是9×0.02 mm＝0.18 mm，最后结果是3 mm＋0.18 mm＝3.18 mm。 (2)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为16.0，最后的读数：2.0 mm＋16.0×0.01 mm＝2.160 mm。 6、(1)指针定位螺丝　(2)BAC　193　(3)红　2 [解析]　(1)指针式多用电表使用前应该调整指针定位螺丝，使指针指向“0”； (2)用指针式多用电表测几百欧姆电阻时，应先将开关旋转到“×10”位置，再将红表笔和黑表笔直接接触，最后调节欧姆调零旋钮使指针指向欧姆零点，所以正确的顺序是BAC。 该电阻的阻值为19.3×10 Ω＝193 Ω。 (3)电池的负极应接多用电表的负极，则应接多用电表的红表笔； 触点在a端时G满偏，则RT与G串联，串联部分的电压为U1＝Ig(RT＋Rg)＝0.30 V 根据串并联电路的特点可知R2两端的电压为 U2＝E－U1＝1.20 V 所以通过R2的电流为I＝＝250 μA 则通过R1的电流为I1＝I－Ig＝150 μA 根据部分电路欧姆定律得 R1＝＝2 000 Ω＝2 kΩ。 7、 ①. 1.414（1.411~1.415均可） ②. ③. 160 ④. [解析]　（1）[1]该电阻丝的直径为 （3）[2]使用多用电表欧姆挡测电阻时，为了减小误差，应尽可能使指针偏转至刻度盘中央附近，由于该电阻丝的阻值在100~200Ω，而表盘中央刻度在15~20左右 ，所以应选择×10倍率的电阻挡； （5）[3]15~20之间的分度值为1，所以该电阻丝的电阻值为 （7）[4]根据电阻定律有 解得该电阻丝的电阻率为 8、 ①. 见解析 ②. 1.30 ③. 1.80 ④. 2.50 ⑤. 接法Ⅱ ⑥. 接法Ⅱ [解析]　（1）[1]根据图甲所示的电路图，实物连接如图所示 （3）[2]量程为的电压表分度值为，需要估读到分度值的下一位，由图丙可知电压表读数为 （4）[3]当单刀双掷开关接1时，电流表示数为零时，电压表测量准确，故电动势为的纵轴截距，则有 [4]当单刀双掷开关接2时，电压表示数为零时，电流表测量准确，由图像可知此时电路电流为，根据闭合电路欧姆定律可知 解得内阻为 （5）[5]由图丁可知图像斜率为 解得 由图丁可知图像的斜率为 解得 可得 故接法Ⅱ测得的电源内阻更接近真实值。 （6）[6]由电路图可知接法Ⅰ的误差来源是电流表的分压，接法Ⅱ的误差来源是电压表的分流，由于电源内阻较小，远小于电压表内阻，结合（5）问分析可知，若只能选择一种接法，应选择接法Ⅱ更合适。 9、 ①. ②. 40 ③. 充电 ④. B ⑤. [解析]　（1）[1]根据电路图连接实物图，如图所示 （2）[2]由图（c）可知周期，所以该矩形波的频率为 （3）[3][4]由图（d）可知，B点后电容器两端的电压慢慢增大，即电容器处于充电状态；从图中可得出，A点为放电快结束阶段，B点为充电开始阶段，所以在B点时通过电阻R的电流更大。 （4）[5]由图（e）可知当时，电容器此时两端的电压最大值约为 根据电容的定义式得此时电容器所带电荷量的最大值为 10、①. a ②. 2.82 ③. 282 ④. 电阻随电压增大而减小 ⑤. [解析]　（2）[1]实验电路中滑动变阻器采用分压式接法，为了保护用电器，开关S闭合前应将滑动变阻器的滑片置于a端，使测量部分电路两端电压为0； （3）[2]电压表量程为3V，分度值为0.1V，所以图（b）所示电压表示数为2.82V； [3]根据欧姆定律可知，发光元件的电阻为 （4）[4]根据欧姆定律可知，电流在1.0~18.0mA范围内，两个发光元件的电阻随电压增大而减小； （5）[5]由图（c）可知，电流为10.0mA时蓝光发光元件的电压大于红光发光元件，因此可将滑动变阻器R2与红光发光元件串联后再与蓝光发光元件并联后接入电路，如图所示 1 学科网（北京）股份有限公司 $$