第17讲 电学实验(复习讲义)-【优化探究】2026年高考物理二轮专题复习配套课件（广东专版）

第17讲　电学实验 [高考素养]　1.熟练掌握电学实验的基本原理和方法,并能借助基本实验分析拓展创新实验。2.掌握传感器的性质,能利用传感器制作简单的自动控制装置。 课堂巩固　强化关键能力 考点一　以测电阻为核心的实验 考点二　以闭合电路欧姆定律为核心的实验 考点三　创新电学实验 内容索引 考点一　以测电阻为核心的实验 一 4 1.电流表及滑动变阻器接法 (1)测量电路的两种模型 比较项目 电流表内接法 电流表外接法 电路 测量结果 R测=>Rx,偏大 R测=<Rx,偏小 适用条件 Rx≫RA(测大电阻) RV≫Rx(测小电阻) (2)控制电路的两种模型 比较项目 限流接法 分压接法 电路图 负载R上电 压调节范围 ≤U≤E 0≤U≤E 比较项目 限流接法 分压接法 负载R上电 流调节范围 ≤I≤ 0≤I≤ 闭合S前 触头位置 b端 a端 适用条件 总阻值R0与R相差不多或R比R0的总阻值还小 R0≪R;要求电压从零开始变化 2.常见的电阻测量方法汇总 名称 电路 测量原理 备注 伏安法 R=,“小外小;大内大”(小电阻采用电流表外接法,测量值小于真实值;大电阻采用电流表内接法,测量值大于真实值) 考虑电表内阻大小 名称 电路 测量原理 备注 安安法 如果已知A1的内阻R1,则可测得A2的内阻R2= 用电流表替代电压表解决电压问题 A1串联一定值电阻R0后,同样可测得A2的内阻, R2= 名称 电路 测量原理 备注 伏伏法 两电表的满偏电流接近时,若已知V1的内阻R1,则可测出V2的内阻,R2=R1 用电压表替代电流表,解决电流问题 V1并联一定值电阻R0后,同样可测出V2的内阻,R2= 名称 电路 测量原理 备注 替代法 保持滑片位置不动,单刀双掷开关分别与1、2相接,调节电阻箱R1,保证电流表两次读数相等,则R1的读数即为待测电阻的阻值 欧姆定律的应用 名称 电路 测量原理 备注 半 偏 法 闭合S1,断开S2,调节R1使G表满偏;闭合S2,只调节R2,使G表半偏(R1≫R2),则R2=R测,R测<R真 串并联电路规律,串联分压,并联分流 使R2=0,闭合S,调节R1使V表满偏;只调节R2使V表半偏(RV≫R1),则R2=R测,R测>R真 名称 电路 测量原理 备注 电桥法 调节电阻箱R3,当A、B两点的电势相等时, R1和R3两端的电压相等,设为U1,同时R2和Rx两端的电压也相等,设为U2,根据欧姆定律有=,=。 由以上两式得R1·Rx=R2·R3,这就是电桥平衡的条件,由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值 欧姆 定律 的应 用 名师点拨:无论哪一种电路,其原理核心就是对电路的彻底理解及欧姆定律的各种扩展与应用。掌握了这个核心,就理解了各种电路测电阻的基本原理。 [例1]　(2023·广东卷)某兴趣小组设计了测量盐水电导率的实验。所用器材有:电源E(电动势恒定,内阻可忽略);毫安表mA(量程15 mA,内阻可忽略);电阻R1(阻值500 Ω)、R2(阻值500 Ω)、R3(阻值600 Ω)和R4(阻值200 Ω);开关S1和S2;装有耐腐蚀电极板和温度计的有机玻璃样品池;导线若干。请完成下列实验操作和计算。 (1)电路连接 图(a)为实验原理图,在图(b)的实物图中,已正确连接了部分电路,只有R4一端的导线还未连接,该导线应接到R3的　　　　(选填“左”或“右”)端接线柱。 [解析]　根据题图(a)电路可知,R4一端的导线应接到R3的右端接线柱。 右 [解析]　②闭合开关S1,断开开关S2,毫安表的示数I3=10.0 mA,则通过电阻R4的电流为I4==30.0 mA,流过样品池的电流为I1=I3+I4=40.0 mA。 ③闭合开关S2,毫安表的示数I3'=15.0 mA,则流过R4的电流为I4'==45.0 mA,流过样品池的电流I2=I3'+I4'=60.0 mA。 (2)盐水电导率和温度的测量 ①测量并记录样品池内壁的长宽高,在样品池中注满待测盐水; ②闭合开关S1,　　　　开关S2,毫安表的示数为10.0 mA,记录此时毫安表的示数;计算得到流过样品池的电流I1为　　　　mA;  ③　　　　开关S2,毫安表的示数为15.0 mA,记录此时毫安表的示数;计算得到流过样品池的电流I2为　　　　mA;  ④断开开关S1,测量并记录盐水的温度。 断开 40.0 闭合 60.0 [解析]　设待测盐水的电阻为R0,根据闭合电路欧姆定律,开关S2断开时有E=I1(R0+R2+),开关S2闭合时有E=I2(R0++),代入数据解得R0=100 Ω。 100 (3)根据上述数据,计算得到样品池两极板间待测盐水的电阻为　　Ω,进而可求得该温度时待测盐水的电导率。  [例2]　(2025·云南卷)基于铂电阻阻值随温度变化的特性,某兴趣小组用铂电阻做了测量温度的实验。可选用的器材如下:Pt1000型号铂电阻、电源E(电动势5 V,内阻不计)、电流表A1(量程100 μA,内阻4.5 kΩ)、电流表A2(量程500 μA,内阻约 1 kΩ)、定值电阻R1(阻值15 kΩ)、定值电阻R2(阻值1.5 kΩ)、开关S和导线若干。 查阅技术手册可知,Pt1000型号铂电阻测温时的工作 电流在0.1~0.3 mA之间,在0~100 ℃范围内,铂电阻的 阻值Rt随温度t的变化视为线性关系,如图(a)所示。 [解析]　温度每升高1 ℃,该铂电阻的阻值增加ΔR=×103 Ω=3.85 Ω。 3.85 完成下列填空: (1)由图(a)可知,在0~100 ℃范围内,温度每升高1 ℃,该铂电阻的阻值增加　　　　Ω。  [解析]　由于A1内阻确定,所以用A1测量电阻的电压,用A2与A1之差来测量经过电阻的电流,故能准确测出铂电阻阻值的是乙; 由电路中的最大电流为0.3 mA可得,电路中的最小阻值Rmin= Ω≈17 kΩ, 由此可知保护电阻R应选R1。 乙 (2)兴趣小组设计了如图(b)所示的甲、乙两种测量铂电阻阻值的电路图,能准确测出铂电阻阻值的是　　　　(选填“甲”或“乙”),保护电阻R应选　　　　(选填“R1”或“R2”)。  R1 [解析]　由题图可知A1的分度值为1 μA,则其读数为62.0 μA; 根据欧姆定律可得R=, 根据题图(a)可得R=1 000+3.85t(Ω), 代入数据可得t≈51 ℃。 62.0 (3)用(2)问中能准确测出铂电阻阻值的电路测温时,某次测量读得A2示数为295 μA,A1示数如图(c)所示,该示数为　　　μA,则所测温度为 　　　℃(计算结果保留两位有效数字)。  51 二 考点二　以闭合电路欧姆定律为核心的实验 23 1.电源电动势和内阻的测定方案 方案 伏安法 伏阻法 安阻法 原理 E=U+Ir E=U+r E=IR+Ir 电路 图 电流表内接 电流表外接 方案 伏安法 伏阻法 安阻法 关系式 U=E-Ir =·+ =·R+ 误差来源 电压表的分流 电流表的分压 电压表的分流 电流表的分压 真实值和测 量值的关系 I真=I测+ U真=U测+IRA I真=+ U真=IR+IRA 方案 伏安法 伏阻法 安阻法 图像 误差 分析 E测<E真,r测<r真 (r测=) E测=E真,r测>r真 (r测=r+RA) E测<E真,r测<r真 (r测=) E测=E真,r测>r真 (r测=r+RA) 2.欧姆表 原理 闭合电路欧姆定律,I=(其中R内=Rg+R+r,I与Rx一一对应) 电路图 0 ∞ 中值电阻 Rx 红、黑表笔相接,调节滑动变阻器使指针满偏,被测电阻Rx=0 红、黑表笔不接触,电流表指针不偏转,被测电阻Rx=∞ R中=Rg+R+r 红、黑表笔间接电阻Rx,I=, Rx与I一一对应 标注 位置 满偏电流Ig处 电流为零处 刻度盘 正中央 与Rx对应的电流I处 [例3]　(2025·广东深圳二模)小张同学想探究电阻表的内置电源对测量结果的影响,设计了一个电阻表,其电路图如图甲所示。 (1)A接　　　　(选填“红”或“黑”)表笔。  [解析]　由题图甲可知,图中的A端与电阻表内置电源负极相连,故A端应与红表笔连接。 红 (2)已知图甲中电源的电动势为1.5 V,微安表的内阻约为1 200 Ω、量程250 μA,若在A、B间接电流传感器,调节Rx、R2使得微安表满偏,此时电流传感器读数为10.00 mA,则图甲中滑动变阻器Rx的规格应选______(填选项前的字母)。   A.最大电阻10 Ω,额定电流1 A B.最大电阻50 Ω,额定电流1 A C.最大电阻200 Ω,额定电流1 A [解析]　由并联电路电流关系可知Rx的电流为Ix=I-IA=9.75 mA,根据并联电路电阻与电流的关系可知=,解得Rx≈30.8 Ω,故为满足要求且方便调节,滑动变阻器Rx的规格应选最大电阻50 Ω的,故选B。 B (3)欧姆调零之后,使用该电阻表测量电阻箱的阻值,发现电阻表的读数与电阻箱阻值相同。为了探究电阻表的内置电源对测量结果的影响,把甲图中的电源换成其他型号的电源,重新欧姆调零后,测量电阻箱的阻值,发现电阻表的测量值总是偏大。该同学猜想出现上述现象的原因是更换后的电源电动势更小。 (4)为了验证上述猜想,用图甲的电路测量新电源的电动势和内阻:进行欧姆调零后,在表笔A、B间接入电流传感器和电阻箱(串联),改变电阻箱的阻值,读出电阻箱阻值R和电流传感器读数I。分析数据后描绘出R-图像(如图乙所示),则该新电源的电动势为　　　　V,电阻表总内阻为　　　　Ω,由此验证了小张同学的猜想。通过这种方法测得的电源电动势　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)它的真实值。(以上计算结果保留三位有效数字,电流传感器电阻不计)   1.33 133 等于 [解析]　根据闭合电路欧姆定律有R=-r, 根据题图乙的斜率可知E= V≈1.33 V; 由R=0时,=0.10 mA-1,代入可得电阻表总内阻为r== 133 Ω。 考虑电流传感器有内阻R',则有I=,可得R=-(R'+r),可知不影响R-图像的斜率,故通过这种方法测得的电源电动势等于它的真实值。 [例4]　(2025·湖北卷)某实验小组为测量一节干电池的电动势E和内阻r,设计了如图(a)所示电路,所用器材如下:干电池、智能手机、电流传感器、定值电阻R0、电阻箱、开关、导线等。按电路图连接电路,将智能手机与电流传感器通过蓝牙无线连接,闭合开关S,逐次改变电阻箱的阻值R,用智能手机记录对应的电流传感器测得的电流I。回答下列问题: (1)R0在电路中起　　　　(选填“保护”或“分流”)作用。  [解析]　由R0与电阻箱串联可知,R0在电路中起保护作用。 保护   (2)与E、r、R、R0的关系式为=　　　　　　。  [解析]　根据闭合电路欧姆定律得E=I(R+R0+r), 化简可得=+。 + (3)根据记录数据作出-R图像,如图(b)所示。已知R0= 9.0 Ω,可得E=　　　　V(保留三位有效数字),r= 　　　　Ω(保留两位有效数字)。   [解析]　结合上述有=+,结合题图(b)有= V-1,=7 A-1, 解得E≈1.47 V,r≈1.3 Ω。 1.47 1.3 (4)电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果　　　(选填“有”或“无”)影响。  [解析]　当电流传感器有内阻时,所测的电源内阻r测=r真+r传,导致电源内阻测量值偏大,即电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果有影响。 有 [例5]　(2025·安徽卷)某同学设计了一个具有两种挡位(“×1”挡和“×10”挡)的欧姆表,其内部电路如图甲所示。电源为电池组(电动势E的标称值为3.0 V,内阻r未知),电流表G(表头)的满偏电流Ig=20 mA、内阻Rg=45 Ω,定值电阻R0=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为200 Ω。设计后表盘如图乙所示,中间刻度值为“15”。 (1)测量前,要进行欧姆调零:将滑动变阻器的阻值调至最大,闭合开关S1、S2,此时欧姆表处于“×1”挡,将红表笔与黑表笔　　　　　,调节滑动变阻器的阻值,使指针指向　　　　　(选填“0”或“∞”)刻度位置。  [解析]　测量前,要进行欧姆调零:将滑动变阻器的阻值调至最大,闭合开关S1、S2,此时欧姆表处于“×1”挡,将红表笔与黑表笔短接,调节滑动变阻器的阻值,使指针指向欧姆挡的0刻度位置。 短接 0 (2)用该欧姆表对阻值为150 Ω的标准电阻进行试测,为减小测量误差,应选用欧姆表的　　　　　　(选填“×1”或“×10”)挡。进行欧姆调零后,将电阻接在两表笔间,指针指向图乙中的虚线位置,则该电阻的测量值为　　　　　Ω。  [解析]　用该欧姆表对阻值为150 Ω的标准电阻进行试测,为减小测量误差,应选用欧姆表的×10挡;进行欧姆调零后,将电阻接在两表笔间,指针指向题图乙中的虚线位置,则该电阻的测量值为16×10 Ω=160 Ω。 ×10 160 (3)该同学猜想造成上述误差的原因是电源电动势的实际值与标称值不一致。为了测出电源电动势,该同学先将电阻箱以最大阻值(9 999 Ω)接在两表笔间,接着闭合S1、断开S2,将滑动变阻器的阻值调到零,再调节电阻箱的阻值。当电阻箱的阻值调为228 Ω时,指针指向“15”刻度位置(即电路中的电流为10 mA);当电阻箱的阻值调为88 Ω时,指针指向“0”刻度位置(即电路中的电流为20 mA)。由测量数据计算出电源电动势为　　　　　　V(结果保留两位有效数字)。  [解析]　根据闭合电路欧姆定律得E=I1(r+Rg+R阻),E=I2(r+Rg+R阻'),代入数据I1=10 mA,I2=20 mA,联立可得r=7 Ω,E=2.8 V。 2.8 三 考点三　创新电学实验 43 [例6]　(2025·山东卷)某实验小组为探究远距离高压输电的节能优点,设计了如下实验。所用实验器材为:学生电源,可调变压器T1、T2,电阻箱R,灯泡L(额定电压为6 V),交流电流表A1、A2、A3,交流电压表V1、V2,开关S1、S2,导线若干。 部分实验步骤如下: (1)模拟低压输电。按图甲连接电路,选择学生电源交流挡,使输出电压为12 V,闭合S1,调节电阻箱阻值,使V1示数为6.00 V,此时A1(量程为250 mA)示数如图乙所示,为　　　mA,学生电源的输出功率为　　　　W。  [解析]　根据题图可知电流表的分度值为5 mA,故读数为200 mA;学生电源的输出功率P1=12×200×10-3 W=2.4 W。 200 2.4 (2)模拟高压输电。保持学生电源输出电压和 电阻箱阻值不变,按图丙连接电路后闭合S2。 调节T1、T2,使V2示数为6.00 V,此时A2示数为 20 mA,则低压输电时电阻箱消耗的功率为高压输电时的　　　　倍。   [解析]　低压输电时电阻箱消耗的功率为P2=6×200×10-3 W=1.2 W,电阻箱接入电路的电阻为R= Ω=30 Ω,高压输电时,电阻箱消耗的功率为P3=(20×10-3)2×30 W=0.012 W,则==100,即低压输电时电阻箱消耗的功率为高压输电时的100倍。 100 (3)A3示数为125 mA,高压输电时学生电源的输出功率比低压输电时减少了　　　　W。  [解析]　A3示数为125 mA时,学生电源的输出功率P4=12×125×10-3 W=1.5 W,高压输电时学生电源的输出功率比低压输电时减少了ΔP=P1-P4=2.4 W-1.5 W=0.9 W。 0.9 四 课堂巩固 强化关键能力 1.(2025·广州模拟预测)某同学想把量程为0~3 V但内阻未知(约为几千欧)的电压表V改装成量程为0~15 V的电压表,并进行校准。实验室提供的器材为: A.待测电压表V; B.电阻箱R(最大阻值为99 999.9 Ω); C.最大阻值为100 Ω的滑动变阻器; D.最大阻值为1 000 Ω的滑动变阻器; E.电源(电动势约15 V,内阻很小); F.开关S、导线若干。 (1)在改装前,需要对电压表内阻进行测 量,他画出了甲、乙两个电路图,为能够 尽可能减小测量误差,电路图应该选 　　 (选填“甲”或“乙”),滑动变阻器R0应该选　　　(选填“C”或“D”)。  解析:本实验采用半偏法测电阻,故应使用滑动变阻器的分压接法,若选题图乙,因电源电动势约15 V,电压表内阻几千欧姆,即使让滑动变阻器达到最大值1 000 Ω,也会让电压表的电压超过量程,所以选择甲图合适;为便于调节,滑动变阻器R0应该选C。 甲 C (2)选择好正确的电路原理图,连接线路(保持开关S断开),将 电阻箱R的阻值调节为0,将滑动变阻器R0的滑片滑动到最左 端,闭合开关S。调节滑动变阻器R0的滑片,使电压表满偏;保 持滑动变阻器R0的滑片位置不变,调节电阻箱R的阻值,使电 压表半偏。如图丙所示,记下电阻箱的阻值R'=　　　　Ω, 电压表内阻的真实值　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)R'。  解析:题图丙电阻箱的读数为2 500.0 Ω;调节电阻箱R的阻值,则总电阻变大,干路电流减小,内阻和滑动变阻器右部分电压减小,电阻箱和电压表的总电压变大,即大于3 V,当电压表的示数为1.5 V时,电阻箱的电压大于1.5 V,由于它们串联,所以电阻箱的电阻大于电压表的电阻,故电压表的实际阻值小于2 500.0 Ω。 2 500.0 小于 (3)为把该电压表改装成0~15 V的电压表,需　　　　(选填“串”或“并”)联一个阻值为　　　　Ω的定值电阻R1。通过标准表检验发现,当标准表为15 V时,改装的电压表读数为14.7 V,该同学猜想可能是由内阻的测量值不准确导致的,为进行修正只需将定值电阻R1换为　　　　Ω(结果保留一位小数)即可。  解析:为把该电压表改装成0~15 V的电压表,根据欧姆定律有=,解得R1=4RV=10 000 Ω,即需串联一个阻值为10 000 Ω的定值电阻。改装后=,又R1'=4RV真,得R1'≈9 751.2 Ω。 串 10 000 9 751.2 2.(2025·广东湛江二模)某实验小组对两节旧干电池进行了实验探究。 (1)用多用电表2.5 V挡直接接在其中一节 干电池的两端,示数如图甲所示,则该示数 为　　　　V,用同样方法测另一节干电 池,两次示数也相差无几,小组成员猜测多 用电表测量不准,需进一步精测。   解析:根据电压表读数规则可知电压为1.40 V。 1.40 (2)实验小组用如图乙所示的电路测量两节干电池的总电动势和总内阻(约为20 Ω),除开关、导线外,现有如下器材可供选择: A.电流表A1(0~100 mA,内阻为5 Ω); B.电流表A2(0~3 A,内阻为2 Ω); C.电压表V(0~3 V,内阻约为3 kΩ); D.定值电阻R0=5 Ω; E.滑动变阻器R1(0~20 Ω); F.滑动变阻器R2(0~100 Ω)。 电流表应选　　　　,滑动变阻器应选　　　　。(均填器材前的字母)   解析:两节旧干电池电压约为2.8 V,电阻约为20 Ω,电路中的最大电流约为 140 mA,故电流表应该选A; 由数据可知,测量的最小电流为16.7 mA=0.016 7 A,此时电路的总电阻R== Ω≈83.83 Ω,此时滑动变阻器的电阻R2=(83.83-20-2.5)Ω= 61.33 Ω>20 Ω,滑动变阻器应选F。 A F (3)小组实验后测得多组U、I值如表所示,可得两节干电池的总电动势为　　　V,总内阻为　　　Ω。(结果均保留一位小数)  解析:作出U-I图像如图,由闭合电路欧姆定律有 E=U+2I(r+)=U+I(2r+R0), 可得两节干电池的总电动势为E=2.7 V, 总内阻为r=(-5)Ω=17.5 Ω。 2.7 电压/V 2.03 1.90 1.60 1.35 1.00 电流/mA 16.7 20.0 27.5 33.8 42.5 17.5 $