2027届高考物理一轮复习解题方法课件：实验探究4.2 电学实验

4.2　电学实验 新课程标准中列出了8个电学实验,除长度的测量及其测量工具的选用外,其他实验均涉及电路,需要用到电流表、电压表或多用电表等仪器,根据电路结构,研究电流、电压、电阻之间的关系。实验命题走向有给定条件进行实验设计,给定测量数据选择处理方法,给定原理和器材设计实验方案,给出实验过程情境判断实验过程、方法的合理性等。 电流表内外接法的测量电路、滑动变阻器两种连接方式的控制电路和电表改装构成电学实验的基础。重视并不断夯实基础知识,才能在多变的电学实验题中以不变应万变。 4.2　电学实验 1.电流表的内外接法 比较项 内接法 外接法 电路图     误差原因 电流表分压U测=Ux+UA 电压表分流I测=Ix+IA 4.2　电学实验 比较项 内接法 外接法 测量值与 真实值 电压测量值实际是电流表和待测电阻电压之和,电流测量值准确,故R测= =Rx+RA>Rx 当RA≪Rx时,测量值较准确 电压测量值准确,电流测量值实际是电压表和待测电阻电流之和,故 R测= Rx<Rx 当RV≫Rx时,测量值较准确 两种电路 选择标准 ,待测电阻远大于电流表内阻时选内接法 ,电压表内阻远大于待测电阻时选外接法 4.2　电学实验 特别要注意的是,在电表内阻已知的情况下,就不需要用比值法来选定电流表的内外接法了。若电流表内阻已知,选用内接法,所测电阻真实值等于测量值减去电流表内阻,即Rx=R测-RA;若电压表内阻已知,选用外接法,测量值为待测电阻与电压表内阻并联值,待测电阻为Rx=。 4.2　电学实验 2.滑动变阻器的两种接法 比较项 限流式接法 分压式接法 对比说明 电路图     限流式接法滑动变阻器只有一部分接入电路,分压式接法滑动变阻器分两部分接入电路中　 负载R0上电压的调节范围 U~U 0~U 分压式接法负载R0上电压的调节范围广 4.2　电学实验 比较项 限流式接法 分压式接法 对比说明 滑动变阻器两种接法选择 限流式接法结构简单、能耗少。在滑动变阻器的最大阻值是待测电阻阻值6倍左右,且不要求电压从零开始变化时,优先使用限流式接法 ①要求电压表能从零开始读数,或要求电压(电流)测量范围尽可能大; ②待测电阻阻值远大于滑动变阻器的最大阻值; ③采用限流式接法,电路中的最小电流仍超过电路允许的最大电流 题干中如没有明确说明,要注意题目中的表格和图像所标注的数 据 4.2　电学实验 在接通电路前,为了保护电路,两种接法中滑动变阻器的滑片位置不同,限流式接法应该将滑动变阻器全部电阻接入电路中,即滑片移向A端;而分压式接法应该将待测电阻短路,即滑片移向C端。 4.2　电学实验 3.表头改装电表 比较项 改装电压表 改装电流表 内部电路     改装原理 串联分压 并联分流 改装后量程 U=Ig(Rg+R) I=Ig 4.2　电学实验 表头改装有“串大改大电压表、并小改大电流表”的特点。在改装电表过程中,只能改大量程,不能改小量程。在复杂电路中要会简化电路图,弄清微安表并联或串联的阻值,通过串联和并联的特点准确计算改装后电表的量程。 4.2　电学实验 4.定值电阻等效为“电表” 比较项 等效为“电压表” 等效为“电流表” 电路图     改装前提 A1电阻是未知的。如果A1电阻已知,可以考虑直接将A1作为电压表使用,并联在A2的两端。A2为待测电表,其量程要小于A1的量程 V1电阻是未知的。如果V1电阻已知,可以考虑直接将V1作为电流表使用,与V2直接串联。V2为待测电压表,其量程要小于V1的量程 改装后 计算公式 RA2= IV2= RV2= 4.2　电学实验 定值电阻改装成“电表”不同于表头改装成大量程的电表,定值电阻无法直接读数,需要借助其他电表来完成测量。所以常出现在测量未知电表的题目中,测量出来的待测电表内阻没有系统误差。 4.2　电学实验 5.电学实验中选取电学仪器和实验电路的三原则 (1)安全。电流表和电压表的测量值不超量程,滑动变阻器、电源中通过的电流小于额定电流。解决方法是依据欧姆定律算出实验电路调节过程中的电流范围,再结合某器材的额定电压及给定值进行选择。 (2)方便,便于操作。主要是对滑动变阻器、电压表、电流表进行合理的选择。解决方法是要根据用电器分流、分压、限流等不同用途,采用正确的连接方式,能够既得到满足实验要求的电压范围,同时调节时电压又表现为线性稳定变化。 (3)准确。选择的仪器应使实验误差尽量小,电流表、电压表量程的选择原则是使指针指在满刻度的二分之一以上,电阻表量程的选择原则是使指针指在中心刻度附近。 4.2　电学实验 4.2.1　观察电容器的充、放电现象 典型 例题 典例1　(2025福建厦门三模)在“观察电容器的充、放电现象”实验中,所用器材有电源E、电容器C、电压表V(可视为理想电压表)、定值电阻R、电流传感器(不考虑内阻)、计算机、单刀双掷开关S、导线若干。 (1)实验电路如图甲所示,将S接1,电压表示数逐渐增大,最后稳定在8 V。在此过程中,电流传感器的示数　　　　。  A.一直稳定在某一数值 B.由某一数值逐渐减小为零 C.先逐渐增大,后逐渐减小为零 D.先逐渐增大,后逐渐减小至某一非零数值 4.2　电学实验 (2)电容器充电完成后,电容器　　　　　(选填“上”或“下”)极板带正电,再将S接2,通过电流传感器,将电流信息传入计算机,画出电流随时间变化的 I-t图像,如图乙所示,t=1.2 s时,I=1 mA,图中两阴影部分的面积之比为S1∶S2=3∶2,则t=1.2 s时,电容器两极板间电压UC=　　　　 V,电阻 R=　　　 kΩ。(结果均保留2位有效数字)  4.2　电学实验 [实验探究] 要素 探究内容 问题 实验目的: 观察电容器的充、放电现象 证据 实验器材使用: (1)将S接1,电容器充电,通过电容器的电流应该由某一数值逐渐减小为零。 (2)电容器充电时,电容器的上极板与电源正极相连,所以电容器充电完成后,电容器上极板带正电 4.2　电学实验 要素 探究内容 解释 实验数据处理: (2)电容器充电结束后,电容器两端电压U=8 V,当t=1.2 s时,电容器两端电压为UC,根据电容器的定义式有C=,联立解得UC=3.2 V;由欧姆定律有R=,解得电阻R=3.2 kΩ [答案] (1)B　(2)上　3.2　3.2 4.2　电学实验 学友聊斋 4.2　电学实验 4.2.2　 长度的测量及其测量工具的选用 典型 例题 典例2　某实验小组测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率。 (1)先用如图甲所示的游标卡尺测得圆柱体长度为　　　 mm,再用如图乙所示的螺旋测微器测得圆柱体直径为　　　 mm,然后用如图丙所示的多用电表的电阻挡“×1”倍率粗测得圆柱体的电阻为　　　　 Ω。  甲 乙 丙 4.2　电学实验 (2)较精确测量一段该圆柱体电阻的部分电路连线如图丁所示,所用实验器材有:电流表(0~0.6 A,内阻约0.1 Ω;0~3 A,内阻约0.01 Ω)、电压表(0~3 V,内阻约3 kΩ;0~15 V,内阻约15 kΩ)、滑动变阻器、两节干电池、开关及导线若干。图丁中的导线a端应与电流表的　　　(选填“-” “0.6”或“3”)接线柱连接,b端应与电流表的 　　　　(选填“-”“0.6”或“3”)接线柱连接。  丁 4.2　电学实验 (3)闭合开关,调节滑动变阻器,得到多组U和I的数据。同学A由每组U、I数据计算电阻,然后求电阻平均值;同学B通过U-I图像求电阻。则两种求电阻的方法误差较小的是　　　　(选填“同学A”或“同学B”)。  (4)设被测该段圆柱体电阻为Rx,直径为d,接入电路部分的长度为l,则计算该圆柱体电阻率的表达式是ρ=　　　。(用题目给出的物理量符号表示)  4.2　电学实验 [实验探究] 要素 探究内容 问题 实验目的: 测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率 证据 实验器材使用: (1)由题图甲可知,该圆柱体的长度为54 mm+5×0.1 mm=54.5 mm; 由题图乙可知,圆柱体的直径为5 mm+44.7×0.01 mm=5.447 mm; 由题图丙可知,多用电表的电阻挡读数为6 Ω。 实验器材选择: (2)由题意知本题用两节干电池作电源,电路中最大电流I==0.5 A,所以导线a端应与电流表的“0.6”接线柱连接; 待测圆柱体的阻值较小,电流表外接误差较小,电压表并联在电阻丝两端,则b端应与电流表的“0.6”接线柱连接 4.2　电学实验 要素 探究内容 解释 实验数据处理: (3)通过U-I图像求电阻的阻值可减小偶然误差引起的实验误差,所以两种求电阻的方法误差较小的是同学B。 (4)根据电阻定律Rx=ρ=ρ,解得该圆柱体电阻率的表达式是ρ= [答案] (1)54.5　5.447(5.446~5.448均可)　6 (2)0.6　0.6　(3)同学B　(4) 4.2　电学实验 4.2.3　测量金属丝的电阻率 长度及其测量工具的选用一般与其他实验结合进行考查。 4.2　电学实验 典例3　(2025四川卷,12)某学生实验小组要测量一段合金丝的电阻率。所用实验器材有: 待测合金丝样品(长度约1 m) 螺旋测微器 学生电源E(电动势0.4 V,内阻未知) 米尺(量程0~100 cm) 滑动变阻器(最大阻值20 Ω) 电阻箱(阻值范围0~999.9 Ω) 电流表(量程0~30 mA,内阻较小) 开关S1、S2 导线若干 4.2　电学实验 (1)将待测合金丝样品绷直固定于米尺上,将金属夹分别夹在样品20.00 cm和70.00 cm位置,用螺旋测微器测量两金属夹之间样品三个不同位置的横截面直径,读数分别为0.499 mm、0.498 mm和0.503 mm,则该样品横截面直径的平均值为　　　　 mm。  4.2　电学实验 (2)该小组采用限流电路,则图甲中电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱　　　　(选填“a”或“b”)相连。闭合开关前,滑动变阻器滑动片应置于　　　　(选填“左”或“右”)端。  甲 4.2　电学实验 (3)断开S2、闭合S1,调节滑动变阻器使电流表指针恰好指到15.0 mA刻度处。断开S1、闭合S2,保持滑动变阻器滑动片位置不变,旋转电阻箱旋钮,使电流表指针仍指到15.0 mA处,此时电阻箱面板如图乙所示,则该合金丝的电阻率为　　　 Ω·m。(π取3.14,结果保留2位有效数字)  乙 4.2　电学实验 (4)为减小实验误差,可采用的做法有　　　　(有多个正确选项)。  A.换用内阻更小的电源 B.换用内阻更小的电流表 C.换用阻值范围为0~99.99 Ω的电阻箱 D.多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率,再求平均值 4.2　电学实验 [实验探究] 要素 探究内容 问题 实验目的: 测量一段合金丝的电阻率 证据 实验器材使用: (2)限流接法分别接滑动变阻器上、下两个接线柱,下端已接好,所以电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱a相连;做实验开关闭合前,滑动变阻器接入电路的电阻应最大,所以滑动变阻器滑动片应置于左端 4.2　电学实验 要素 探究内容 解释 实验数据处理: (1)合金丝样品横截面直径的平均值 mm =0.500 mm。 (3)由题图乙知电阻箱读数为3.2 Ω,所以接入电路合金丝的电阻为R=3.2 Ω,根据电阻定律R=ρ,其中S=π,代入数据解得合金丝的电阻率为ρ=1.3×10-6 Ω·m 4.2　电学实验 要素 探究内容 交流 实验误差分析: (4)换用内阻更小的电源、换用内阻更小的电流表对本实验无影响,A、B项错误;换用阻值范围为0~99.99 Ω的电阻箱可提高电阻箱的测量精度,C项正确;多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率,再求平均值可减小测量造成的偶然误差,D项正确 [答案] (1)0.500　(2)a　左　(3)1.3×10-6　(4)CD 4.2　电学实验 师语解惑 4.2　电学实验 [创新能力] 考查电阻测量的实质是考查部分电路的欧姆定律,对应的基础实验及变形实验见下图: 4.2　电学实验 4.2　电学实验 4.2.4　 用多用电表测量电学中的物理量 典型 例题 典例4　(2025黑吉辽蒙卷,11)在测量某非线性元件的伏安特性时,为研究电表内阻对测量结果的影响,某同学设计了如图甲所示的电路。选择多用电表的直流电压挡测量电压。实验步骤如下: 甲 4.2　电学实验 ①滑动变阻器的滑动片置于适当位置,闭合开关; ②表笔分别连a、b接点,调节滑动片位置,记录电流表示数I和a、b间电压Uab; ③表笔分别连a、c接点,调节滑动片位置,使电流表示数仍为I,记录a、c间电压Uac; ④表笔分别连b、c接点,调节滑动片位置,使电流 表示数仍为I,记录b、c间电压Ubc,计算Uac-Ubc; ⑤改变电流,多次重复步骤②③④,断开开关。 作出I-Uab、I-Uac及I-(Uac-Ubc)曲线如图乙所示。 乙 4.2　电学实验 回答下列问题: (1)将多用电表的红、黑表笔插入正确的插孔,测量a、b间的电压时,红表笔应连　　　　(选填“a”或“b”)接点;  (2)若多用电表选择开关旋转到直流电压挡“0.5 V”位置,电表示数如图丙所示,此时电表示数为　　　　 V(结果保留3位小数);  丙 4.2　电学实验 (3)图乙中B是　　　　(选填“I-Uab”或“I-Uac”)曲线;  (4)实验结果表明,当此元件阻值较小时,　　(选填“A”或“B”)曲线与 I-(Uac-Ubc)曲线更接近。  4.2　电学实验 [实验探究] 要素 探究内容 问题 实验目的: 研究电表内阻对测量某非线性元件的伏安特性结果的影响 证据 实验器材使用: (1)多用电表使用时电流从红表笔流入,黑表笔流出,所以红表笔应连a接点。 (2)多用电表使用直流电压挡“0.5 V”,分度值为0.01 V,故此时电表示数为0.377 V。 (3)当电路中的电流一定时,Uac>Uab,故B是I-Uac曲线 4.2　电学实验 要素 探究内容 解释 实验数据处理: (4)I-U图线上某点与原点连线的斜率k=,当元件阻值较小时,图线的斜率较大,则此时I-(Uac-Ubc)曲线与A曲线更接近 [答案] (1)a　(2)0.377(0.376~0.378均可) (3)I-Uac　(4)A 4.2　电学实验 师语解惑 4.2　电学实验 4.2.5　 测量电源的电动势和内阻 典型 例题 典例5　(2025湖北卷,11)某实验小组为测量一节干电池的电动势E和内阻r,设计了如图甲所示电路,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: 甲 4.2　电学实验 (1)R0在电路中起　　　　　　(选填“保护”或“分流”)作用。  (2)与E、r、R、R0的关系式为=　　　　　。  (3)根据记录数据作出-R图像,如图乙所示。已知R0=9.0 Ω,可得 E=　　　 V(保留3位有效数字),r=　　　 Ω(保留2位有效数字)。  乙 (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。  4.2　电学实验 [实验探究] 要素 探究内容 问题 实验目的: 测量一节干电池的电动势E和内阻r 证据 实验原理及方案: (1)R0串联在电路中,所以R0在电路中起保护作用。 (2)根据闭合电路欧姆定律有E=I(R+R0+r),整理得R+ 解释 实验数据处理: (3)由-R图像,知斜率k=,纵截距b=,代入数据解得E=1.47 V,r=1.3 Ω 4.2　电学实验 要素 探究内容 交流 实验误差分析: 若电流传感器有内阻,则E=I(R+R0+r+RA),整理得R+,电源内阻的测量值r测=r+RA,所以电源内阻的测量值比真实值偏大,故电流传感器的电阻对干电池内阻的测量结果有影响 [答案] (1)保护　(2)R+　(3)1.47　1.3 (4)有 4.2　电学实验 师语解惑 4.2　电学实验 [创新能力] 本实验的原理是闭合电路的欧姆定律,创新点也均围绕此定律展开。如表所示: 电路图 实验原理 数据处理 系统误差分析   伏安法 E=U+Ir   斜率的绝对值为r,纵截距为E 电压表产生的误差 E=U+r 4.2　电学实验 电路图 实验原理 数据处理 系统误差分析   安阻法 E=IR+Ir   斜率的绝对值为,纵截距为 电流表产生的误差 E=IR+I(r+RA)   伏阻法 E=U+r   斜率的绝对值为,纵截距为 电压表产生的误差 E=U+r 4.2　电学实验 电路图 实验原理 数据处理 系统误差分析   伏伏法 E=U1+r   斜率的绝对值为,纵截距为E 两电压表产生的误差 E=U1+r 4.2　电学实验 电路图 实验原理 数据处理 系统误差分析   安安法 E=Ig(rg+R0)+Ir   斜率的绝对值为 纵截距为 电流表产生的误差 E=Ig(rg+R0)+(I+Ig)r 4.2　电学实验 电路图 实验原理 数据处理 系统误差分析   电阻表 E=I(r+rg+R+Rx) — 电池用久后,电压 减小产生的误差 4.2　电学实验 4.2.6　 探究影响感应电流方向的因素 典型 例题 典例6　某学习小组利用如图甲所示的装置探究影响感应电流方向的因素。螺线管A、滑动变阻器、开关与电池构成闭合回路;螺线管B与电流表构成闭合回路,螺线管B套在螺线管A的外面。 (1)电路按图甲所示连接好,闭合开关S,随后同学们进行了下列操作,电流表指针会发生偏转的是　　　　。  A.螺线管A和螺线管B相对静止向上运动 B.螺线管B不动,螺线管A插入或拔出螺线管B C.螺线管A、B不动,移动滑动变阻器的滑动片 D.螺线管A、B不动,在螺线管A中插入铁芯 甲 4.2　电学实验 (2)利用图乙所示的装置进一步探究感应电流的方向与磁通量变化的关系,螺线管B与电流表构成闭合回路。正确连接好实验电路后,将条形磁体N极朝下插入螺线管B,观察到电流表G的指针向右偏。若要使电流表G的指针往左偏,可行的操作是　　　　。  A.将条形磁体N极朝下拔出螺线管B B.将条形磁体S极朝下插入螺线管B C.将条形磁体S极朝下拔出螺线管B D.保持条形磁体在螺线管B中不动 乙 4.2　电学实验 (3)某同学想应用实验得到的楞次定律判断线圈的缠绕方向,在图乙的基础上设计了如图丙所示的实验装置。把条形磁体N极向下插入线圈时,二极管C发光;拔出时,二极管D发光。由此可知线圈缠绕方向为图丁中的 　　　(选填“①”或“②”)。  4.2　电学实验 [实验探究] 要素 探究内容 问题 实验目的: 探究影响感应电流方向的因素 证据 实验原理及操作: (1)开关S闭合,螺线管A和螺线管B相对静止向上运动,穿过螺线管B的磁通量未发生变化,电流表指针不偏转,A项错误;螺线管B不动,螺线管A插入或拔出螺线管B,穿过螺线管B的磁通量发生变化,电流表指针偏转,B项正确;螺线管A、B不动,移动滑动变阻器的滑动片,螺线管A中电流发生改变,穿过螺线管B的磁通量发生变化,电流表指针偏转,C项正确;保持开关闭合,螺线管A、B不动,在螺线管A中插入铁芯,穿过螺线管B的磁通量发生变化,电流表指针偏转,D项正确。 4.2　电学实验 要素 探究内容 证据 (2)条形磁体N极朝下插入螺线管B,磁场方向向下,磁通量变大,感应磁场方向向上,电流表G的指针向右偏,则将条形磁体N极朝下拔出螺线管B,磁场方向向下,磁通量变小,感应磁场方向向下,电流表G的指针向左偏,A项正确;将条形磁体S极朝下插入螺线管B,磁场方向向上,磁通量变大,感应磁场方向向下,电流表G的指针向左偏,B项正确;将条形磁体S极朝下拔出螺线管B,磁场方向向上,磁通量变小,感应磁场方向向上,电流表G的指针向右偏,C项错误;保持条形磁体在螺线管B中不动,磁通量不变,无感应磁场,电流表G的指针不偏转,D项错误 4.2　电学实验 要素 探究内容 解释 实验现象分析: (3)条形磁体N极向下插入线圈,二极管C发光,说明通过二极管的电流是向上的,从而确定感应电流是从螺线管下端流出的,根据楞次定律可知,感应电流的磁场方向应该是向上的,结合电流流向,由右手螺旋定则可知,缠绕方向为题图丁中的① [答案] (1)BCD　(2)AB　(3)① 4.2　电学实验 4.2.7　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 典型 例题 典例7　(2023重庆卷,12)一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比,以及交变电流频率对输出电压的影响。图甲为实验电路图,其中L1和L2为变压器的原、副线圈,S1和S2为开关,P为滑动变阻器RP的滑动片,R为电阻箱,E为正弦式交流电源(能输出电压峰值不变、频率可调的交变电流)。 (1)闭合S1,用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑动片P向右滑动后,与滑动前相比,电表的示数　　　(选填“变大”“不变”或“变小”)。  甲 4.2　电学实验 (2)保持S2处于断开状态,调整电源输出的交变电流频率为50 Hz,滑动滑动片P,用多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为2 500 mV时,用示波器测得线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如图乙所示,则线圈L1两端与线圈L2两端的电压之比为　　　(保留3位有效数字)。  乙 4.2　电学实验 (3)闭合S2,滑动P到某一位置并保持不变。分别在电源输出的交变电流频率为50 Hz、1 000 Hz的条件下,改变R的阻值,用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U,得到U-R关系曲线如图丙所示。 丙 用一个阻值恒为20 Ω的负载R0替换电阻箱R,由图丙可知,当频率为1 000 Hz时,R0两端的电压为　　　　 mV;当频率为50 Hz时,为保持R0两端的电压不变,需要将R0与一个阻值为　　　　 Ω的电阻串联。(均保留3位有效数字)  4.2　电学实验 [实验探究] 要素 探究内容 问题 实验目的: 研究某变压器的输入和输出电压之比,以及交变电流频率对输出电压的影响 证据 实验原理及方案: (1)原线圈两端电压U1=E,当滑动片向右滑动时,R左变大,则U1变大,电表示数变大 4.2　电学实验 要素 探究内容 解释 实验数据处理: (2)由题图乙知,电压的最大值为280 mV,则线圈L1两端与线圈L2两端的电压之比=12.6 4.2　电学实验 要素 探究内容 解释 (3)由题图丙知,当频率为1 000 Hz、电阻R0=20 Ω时,电阻两端电压为 270 mV,当频率变为50 Hz时,设串联电阻Rx两端电压为Ux,则,即Ux=Rx,在题图丙中作出串联电阻的U-R图线,与频率为50 Hz的曲线的交点对应的横坐标即为R0和Rx的总阻值,如图所示,则Rx=(32.6-20) Ω =12.6 Ω   4.2　电学实验 [答案] (1)变大　(2)12.6　(3)270　12.6 4.2　电学实验 典型 例题 4.2.8　利用传感器制作简单的自动控制装置 典例8　(2024河北卷,12)某种花卉喜光,但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器,以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下:学生电源、多用电表、数字电压表(0~20 V)、数字电流表(0~20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω,1.5 A)、灯泡、可调电阻R1(0~50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。 4.2　电学实验 (1)判断发光二极管的极性使用多用电表的“×10 k”电阻挡测量二极管的电阻。如图甲所示,当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时,多用电表指针位于表盘中a位置(见图乙);对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图乙),由此判断M端为二极管的　　　　(选填“正极”或“负极”)。  4.2　电学实验 (2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性。 ①采用图丙中的器材进行实验,部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的示数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的　　　　、　　　　、　　　　接线柱。(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)  丙 4.2　电学实验 ②图丁为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线,图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知,光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而　　　　(选填“增大”或“减小”)。  丁 4.2　电学实验 (3)组装光强报警器电路并测试其功能,图戊为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后,三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后,在测试过程中发现,当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时,发光二极管并不发光,为使报警器正常工作,应 　　　　　　(选填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值,直至发光二极管发光。  戊 4.2　电学实验 [实验探究] 要素 探究内容 问题 实验目的: 制作简易光强报警器 证据 实验器材使用: (1)根据多用电表结构,使用多用电表电阻挡时,黑表笔接内部电源正极,当黑表笔接M端时,电阻无穷大,当红表笔接M端时,有一定的电阻,说明M端为二极管负极。 (2)①要求电压表、电流表读数从0开始,所以滑动变阻器采用分压式接法连接电路,故L1、L2接滑动变阻器A接线柱,L3必须接在金属杆两端接线柱任意一个,即C或D。 (另若L1接金属杆两端接线柱任意一个,即C或D,L2接滑动变阻器A接线柱,L3接滑动变阻器B接线柱也符合题意) 4.2　电学实验 要素 探究内容 解释 实验数据处理: (2)②由题图丁可知,随光照强度增加,I-U图像斜率增大,所以光敏电阻的阻值减小 交流 实验结果分析: (3)三极管未导通时,RG与R1串联。随着光照增强,RG电阻减小,此时三极管仍未导通,说明R1分压小,故需要增大R1的阻值 [答案] (1)负极 (2)①A　A　C或D　②减小 (3)增大 4.2　电学实验 师语解惑 4.2　电学实验 题号 选题理由 1 通过铅笔芯电阻率测量实验,让学生理解电流表内外接法的原理,掌握如何通过实验图表数据计算铅笔芯的电阻率 2 将测量干电池电动势和内阻的实验拓展为检查并排除电路故障 3 考查电容器充放电的现象和学生理解图像的能力 4 通过考查电表改装、电阻表原理与电阻表的使用,构建完整的物理知识体系 5 通过探究新旧电池不宜混用的原因,让学生体会物理知识在实际生活中的应用 4.2　电学实验 1.(2024山东卷,14)某学习小组对两种型号铅笔芯的电阻率进行测量。实验器材如下: 学生电源(输出电压0~16 V); 滑动变阻器(最大阻值10 Ω,额定电流2 A); 电压表V(量程0~3 V,内阻未知); 电流表A(量程0~3 A,内阻未知); 待测铅笔芯R(X型号、Y型号); 游标卡尺,螺旋测微器,开关S,单刀双掷开关K,导线若干。 回答以下问题: (1)使用螺旋测微器测量铅笔芯直径,某次测量结果如图甲所示,该读数为 2.450 mm; 甲 4.2　电学实验 (2)把待测铅笔芯接入图乙所示电路,闭合开关S后,将滑动变阻器的滑动片由最右端向左调节到合适位置,将单刀双掷开关K分别掷到1、2端,观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显,则测量铅笔芯电阻时应将K掷到 1 (选填“1”或“2”)端; 乙 4.2　电学实验 (3)正确连接电路,得到Y型号铅笔芯I-U图像如图丙所示,求得电阻RY=1.91 Ω(保留3位有效数字);采用同样方法得到X型号铅笔芯的电阻为1.70 Ω; 丙 (4)使用游标卡尺测得X、Y型号铅笔芯的长度分别为40.68 mm、60.78 mm。使用螺旋测微器测得X、Y型号铅笔芯直径近似相等,则X型号铅笔芯的电阻率大于(选填“大于”或“小于”)Y型号铅笔芯的电阻率。 4.2　电学实验 【实验探究】 要素 探究内容 问题 实验目的: 测量两种型号铅笔芯的电阻率 证据 实验器材使用: (1)根据螺旋测微器的读数规则可知,其读数为 d=2 mm+0.01×45.0 mm=2.450 mm。 (2)由于电压表示数变化更明显,说明电流表分压影响较大,因此电流表应采用外接法,即测量铅笔芯电阻时应将K掷到1端 4.2　电学实验 要素 探究内容 解释 实验数据处理: (3)根据题图丙结合欧姆定律有RY==1.91 Ω 交流 实验结果分析: (4)根据电阻定律R=ρ可得,ρ=,两种材料的横截面积近似相等,分别代入数据可知,ρX>ρY 4.2　电学实验 2.(2024甘肃卷,12)精确测量干电池电动势和内阻需要考虑电表内阻的影响。可用器材有:电压表(量程0~1.5 V,内阻约为1.5 kΩ)、电流表(量程0~0.6 A)、滑动变阻器、开关、干电池和导线若干。某小组开展了以下实验。 4.2　电学实验 (1)考虑电流表内阻影响。 ①用图甲所示电路测量电流表的内阻。从图乙电压表和电流表读数可得电流表内阻RA=1.0 Ω(保留2位有效数字)。 甲 乙 4.2　电学实验 ②用图丙所示电路测量干电池电动势和内阻。电压表读数、电流表读数、干电池内阻和电流表内阻分别用U、I、r和RA表示,则干电池电动势 E=U+ I(r+RA) (用I、r和RA表示)。 丙 ③调节滑动变阻器测得多组电表读数,作出图丁所示的U-I图像。则待测干电池电动势E=1.40 V(保留3位有效数字),内阻r=1.0 Ω(保留1位小数)。 丁 4.2　电学实验 (2)考虑电压表内阻影响 该小组也尝试用图戊所示电路测量电压表内阻,但发现实验无法完成,原因是 D (单选,填正确选项标号)。 丁 A.电路设计会损坏仪器 B.滑动变阻器接法错误 C.电压太大无法读数 D.电流太小无法读数 4.2　电学实验 【实验探究】 要素 探究内容 问题 实验目的: 测量干电池电动势和内阻 证据 实验原理: (1)②由闭合电路欧姆定律可知,干电池电动势的表达式为E=U+I(r+RA),变形得U=-(r+RA)I+E。 实验器材组装: (2)由于将电压表串联接在电路中,电压表内阻很大,电路中电流太小,故无法完成实验的原因可能是电流太小无法读数,D项正确 4.2　电学实验 要素 探究内容 解释 实验数据处理: (1)①由题图乙可知,电压表读数为U=0.60 V,电流表读数为I=0.58 A,根据欧姆定律可得电流表内阻为RA= Ω=1.0 Ω。 ③根据题图丁可知,纵截距b=E=1.40 V,斜率的绝对值|k|=r+RA= Ω=2.0 Ω,所以待测干电池电动势为E=1.40 V,电源内阻为r=1.0 Ω 4.2　电学实验 3.(2024重庆卷,12)为探究电容器充放电规律,设计的实验装置如图甲所示,有电源E,定值电阻R0,电容器C,单刀双掷开关S。 (1)为探究电容器充放电过程电压U和电流I的变化规律,需在①、②处接入测量仪器,位置②应该接入测电压(选填“电流”或“电压”)的仪器。 (2)连接好电路并接通开关使电容器充电,当电压表示数最大时,电流表示数为 0 。 4.2　电学实验 (3)根据测到的数据,某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图如图乙所示。该过程为放电(选填“充电”或“放电”)。放电过程中电容器两端电压U随时间t变化关系如图丙所示。t=0.2 s时R0消耗的功率为 0.32 W。 4.2　电学实验 要素 探究内容 问题 实验目的: 探究电容器充放电规律 证据 实验器材选择: (1)位置②与电容器并联,应为测电压的仪器。 实验原理: (2)电压表示数最大,说明电容器充电完毕,此时无电荷从电源移动到电容器,电流表示数为0 4.2　电学实验 要素 探究内容 解释 数据处理: (3)电容器充电时,电压变大、电流变小;电容器放电时,电压变小、电流也变小,题图乙中电压变小时电流也变小,所以题图乙反映了电容器的放电过程。由题图丙可知,当t=0.2 s时,U=8 V,结合题图乙,I=40 mA,所以R0消耗的功率P=UI=0.32 W 4.2　电学实验 4.(2025甘肃白银三模)某实验小组把表头改装成一个有“×1”倍率与“×10”倍率的电阻表,实验器材如下: A.表头G(量程为0~1 mA,内阻为90 Ω) B.定值电阻R1、R2 C.电源(电动势为1.5 V,内阻不计) D.滑动变阻器R3(最大阻值20 Ω) E.滑动变阻器R4(最大阻值2 000 Ω) F.单刀双掷开关、导线若干 4.2　电学实验 (1)该小组先设计如图甲所示的电路图,将表头改装成量程分别为0~10 mA和0~100 mA的电流表,则R1=1 Ω,R2=9 Ω。 (2)该小组再按图乙电路将电流表改装成电阻表,接线柱A应接红(选填“红”或“黑”)表笔。 (3)改装后电阻表表盘的中值刻度为“15”,则选择电阻挡“×1”倍率时,单刀双掷开关应拨到 1 (选填“1”或“2”)处,此时调零电阻接入电路的阻值是 14.01 Ω。 4.2　电学实验 【实验探究】 要素 探究内容 问题 实验目的: 把表头改装成一个有“×1”倍率与“×10”倍率的电阻表 4.2　电学实验 要素 探究内容 证据 实验器材选择: (1)由题图甲可知当开关接在1处时,电流表的最大测量值I1=Ig+,当开关接在2处时,电流表的最大测量值I2=Ig+,显然有I1>I2,则I1=100 mA,I2=10 mA,可得R1=1 Ω,R2=9 Ω。 实验器材使用: (2)接线柱B与电源的正极连接,故B应接黑表笔,则A应接红表笔。 4.2　电学实验 要素 探究内容 证据 (3)由第(1)问可知,当开关接在1处时,电流表的量程为0~100 mA,接在2处时电流表的量程为0~10 mA,电阻表的内阻等于中值电阻,开关分别接1、2时的中值电阻分别为r1=15 Ω、r2=150 Ω,可知单刀双掷开关应接在1处,此时电流表总电阻R内==0.99 Ω,故调零电阻接入电路的阻值为14.01 Ω 4.2　电学实验 5.(2025福建宁德三模)小宁同学将新、旧电池混搭使用,发现混搭后电池组的电能似乎消耗得很快,不宜混用。为了弄清新、旧电池不宜混用的原因,小宁利用新、旧电池进行如下实验。实验器材如下: A.新、旧电池各一个 B.电压表(量程0~3.0 V,内阻约为30 kΩ) C.电流表(量程0~100 mA,内阻约为5 Ω) D.电流表(量程0~0.6 A,内阻约为0.5 Ω) E.滑动变阻器(最大阻值15 Ω,额定电流2 A) F.开关与导线若干 4.2　电学实验 (1)小宁设计了图甲所示的电路,在测量新电池时选择量程0~0.6 A的电流表进行实验,图乙为某次测量的电流表示数,为0.16 A;改变滑动变阻器的阻值测量出多组电流与电压的值,并在图丙中描绘了新电池的U-I图线。 4.2　电学实验 (2)仅将电路中的新电池换成旧电池,重新实验,发现无论怎么改变滑动变阻器的阻值,电流表的指针偏角都很小,无法准确读数,小宁推测可能是电流表量程太大,于是换上量程0~100 mA的电流表,重复(1)操作,顺利完成实验,也在图丙中描绘了旧电池的U-I图线,则旧电池的U-I图线是图丙中的A(选填“A”或“B”),其电动势为1.40 V,内阻为14.0 Ω。(结果均保留3位有效数字)。 (3)若将上述新、旧电池串联后,直接给伏安特性曲线如图丙中C所示的小灯泡(额定电压2.8 V)供电,该电池组工作效率约为(17±1)%或(0.17±0.01)(结果保留2位有效数字);由此可推测新旧电池不宜混用的主要原因是混用后电池组工作效率低或混用后电池组内阻消耗的功率很大或旧电池内阻很大。 4.2　电学实验 要素 探究内容 问题 实验目的: 弄清新、旧电池不宜混用的原因 证据 实验器材使用: (1)电流表最小刻度为0.02 A,则此时的示数为0.16 A 解释 实验数据处理: (2)根据U=E-Ir,旧电池的电动势偏小,内阻较大,即U-I图线的斜率绝对值较大,可知U-I图线是题图丙中的A,由U-I图线可知电动势为 E1=1.40 V,内阻为r1= Ω=14.0 Ω 4.2　电学实验 要素 探究内容 交流   实验结论论证: (3)由题图丙可知新电池的电动势E2=1.50 V,内阻r2= Ω=1.0 Ω,新、旧电池串联后的等效电动势和内阻分别为E=E1+E2=2.9 V,r=r1+r2=15.0 Ω,与灯泡串联时U=E-Ir,将此函数关系画在题图丙中,如图所示,可知交点坐标I=0.16 A,U=0.5 V,则电源工作效率 η=×100%=×100%=17%。由此可推测新、旧电池不宜混用的主要原因是混用后电池组工作效率低、混用后电池组内阻消耗的功率很大或旧电池内阻很大 4.2　电学实验 $