第10章 恒定电流-微专题突破 电学实验综合 课件—2027届高考物理一轮复习课件

该高中物理高考复习课件聚焦“恒定电流”专题中的电学实验综合，依据高考评价体系梳理了测电阻的差值法、半偏法、等效替代法、电桥法及定值电阻应用五大核心考点，通过近三年高考真题分析明确半偏法（占比30%）、差值法（占比25%）等高频考点分布，归纳实验原理推导、误差分析等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题情境+素养导向”的复习策略，如以2023海南卷半偏法测微安表头内阻为例，运用科学思维中的模型建构和科学推理，拆解实验步骤与误差分析方法，培养学生实验设计能力。特设“易错点警示”（如半偏法测量值偏差原因）和“公式推导模板”，助力学生掌握得分技巧，教师可据此开展精准复习，提升冲刺效率。

第10章 恒定电流 微专题突破 电学实验综合 1 考点一 测电阻的其他几种方法 考点二 定值电阻在电学实验中的应用 2 考点一 测电阻的其他几种方法 3 1.电流表差值法（如图所示） 4 （1）基本原理：定值电阻的电流 ，电流表 两端的电压 。 （2）可测物理量： ①若为已知量，可求得电流表 的内阻 ； ②若为已知量，可求得 。 5 2.电压表差值法（如图所示） （1）基本原理：定值电阻的电压 ，流过电压表 的电流 。 6 （2）可测物理量： ①若 为已知量，可求得电压表 的内阻 ； ②若为已知量，可求得 。 7 3.电流表半偏法（电路图如图所示） （1）实验步骤 ①先断开，再闭合，将由最大阻值逐渐调小，使电流表读数等于其量程 ； ②保持不变，闭合，将电阻箱由最大阻值逐渐调小，当电流表读数等于 时 记录下的值，则 。 8 （2）实验原理 当闭合时，因为，故总电流变化极小，认为不变仍为，电流表读数为 ， 则中电流为，所以 。 （3）误差分析 ①测量值偏小：测 真。 ②原因分析：当闭合 时，总电阻减小，总电流增大，大于原电流表的满偏电流，而 此时电流表半偏，所以流经的电流比电流表所在支路的电流大， 的电阻比电流表 的电阻小，而我们把 的读数当成电流表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小。 ③减小误差的方法：选电动势较大的电源，选阻值非常大的滑动变阻器 ，满足 。 9 4.电压表半偏法（电路图如图所示） 10 （1）实验步骤 ①将的阻值调为零，闭合，调节的滑动触头，使电压表读数等于其量程 ； ②保持的滑动触头不动，调节，当电压表读数等于时记录下 的值，则 。 （2）实验原理：，接入电路时可认为电压表和 两端的总电压不变，仍为 ，当电压表示数调为时，两端电压也为，则二者电阻相等，即 。 11 （3）误差分析 ①测量值偏大：测 真。 ②原因分析：当的阻值由零逐渐增大时， 与电压表两端的总电压也将逐渐增大， 因此电压表读数等于时，两端的电压将大于，使，从而造成 的测 量值偏大。显然电压表半偏法适用于测量内阻较大的电压表的电阻。 ③减小误差的方法：选电动势较大的电源，选阻值较小的滑动变阻器 ，满足 。 12 5.等效替代法 如图所示，先让待测电阻串联后接到电动势恒定的电源上，调节<m></m>，使电表指针指在适当位置读出电表示数；然后将电阻箱串联后接到同一电源上，保持<m></m>阻值不变，调节电阻箱的阻值，使电表的读数仍为原来记录的读数，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值。 13 6.电桥法测电阻 （1）操作：如图甲所示，实验中调节电阻箱<m></m>，使灵敏电流计<m></m>的示数为0。 14 （2）原理：当时，有，则， ；电 路可以等效为如图乙所示。 根据欧姆定律有，，由以上两式解得 或，这就是电桥平衡的条件，由该平衡条件可求出被测电阻 的阻值。 15 【视角1】　差值法测电阻 例1 (2025·全国新课标)用伏安法可以研究电学元件的伏安特性。阻值不随电流、电压变化的元件称为线性电阻元件，否则称为非线性电阻元件。 16 （1）利用伏安法测量某元件的电阻，电流表和电压表的示数分别记为I和U。若将电流表内接，则U　　　　　元件两端的电压，　　　　　元件的电阻；将电流表外接，则I　　　　　流过元件的电流，　　　　　元件的电阻。(均选填“小于”或“大于”)  大于 大于 大于 小于 17 [解析] 若将电流表内接，电流表与元件串联，电流表的示数为流过元件的真实电流，而电压表测量的是电流表和元件两端的总电压，所以U大于元件两端的电压。根据R = 可知，此时U偏大，I为真实值，所以大于元件的电阻。 将电流表外接，电压表与元件并联，电压表的示数为元件两端的真实电压，而电流表测量的是通过电压表和元件的总电流，所以I大于流过元件的电流。根据R = 可知，此时U为真实值，I偏大，所以小于元件的电阻。 18 （2）图(a)是某实验小组用电流表内接法测得的某元件的伏安特性曲线，由图可知，所测元件是　　　　　(选填“线性”或“非线性”)电阻元件。随着电流的增加，元件的电阻　　　　　(选填“增大”“不变”或“减小”)。  非线性 减小 [解析] 根据线性元件与非线性原件的定义由图(a)可知，所测元件的伏安特性曲线不是直线，所以所测元件是非线性电阻元件。 根据R = ，在伏安特性曲线上某点与原点连线的斜率的倒数表示电阻，随着电流的增加，曲线某点与原点连线的斜率逐渐增大，其倒数逐渐减小，所以元件的电阻减小。 19 （3）利用电流表A1(内阻r1)、电流表A2(内阻未知)以及一个用作保护电阻的定值电阻R0(阻值未知)，测量电阻Rx的阻值。将图(b)中的器材符号的连线补充完整，完成实验电路原理图。按完整的实验电路测量Rx，某次测量中电流表A1和A2的示数分别为I1和I2，则Rx = 　　　　　(用I1、I2和r1表示)。  [答案] 见解析　 [解析] 将电流表A1与Rx并联，再与电流表A2、定值电阻R0串联接入电路。电路图如图所示 根据并联电路电压相等有 I1r1 = (I2−I1)Rx 可得Rx = 20 【视角2】　电流半偏法测电表内阻 例2 (2023·海南)用如图所示的电路测量一个量程为100 μA，内阻约为2 000 Ω的微安表头的内阻，所用电源的电动势约为12 V，有两个电阻箱可选，R1(0~9 999.9 Ω)，R2(99 999.9 Ω) （1）RM应选　　　，RN应选　　　；  [解析] 根据半偏法的测量原理可知，RM与R1相当，当闭合S2之后，变阻器上方的电流应基本不变，就需要RN较大，对下方分压电路影响甚微。故RM应选R1，RN应选R2。 21 （2）根据电路图，请把实物连线补充完整； [答案]见解析 22 [解析] 根据电路图连接实物图有 23 （3）下列操作顺序合理排列是　　　　　:  ①将变阻器滑动头P移至最左端，将RN调至最大值； ②闭合开关S2，调节RM，使微安表半偏，并读出RM阻值； ③断开S2，闭合S1，调节滑动头P至某位置再调节RN使表头满偏； ④断开S1、S2，拆除导线，整理好器材 ①③②④ [解析] 根据半偏法的实验步骤应为 ①将变阻器滑动头P移至最左端，将RN调至最大值； ③断开S2，闭合S1，调节滑动头P至某位置再调节RN使表头满偏； ②闭合开关S2，调节RM，使微安表半偏，并读出RM阻值； ④断开S1、S2，拆除导线，整理好器材。 24 （4）如图是RM调节后面板，则待测表头的内阻为　　　　，该测量值　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)真实值。  小于 25 [解析] 根据RM调节后面板读数为1 998.0 Ω。 当闭合S2后，原电路可看成如下电路 闭合S2后，相当于RM由无穷大变成有限值，变小了，则流过RN的电流大于原来的电流，则流过RM的电流大于，故待测表头的内阻的测量值小于真实值。 26 (5)将该微安表改装成量程为2 V的电压表后，某次测量指针指在图示位置，则待测电压为　　　V(保留3位有效数字)。  1.28 [解析] 将该微安表改装成量程为2 V的电压表，则需要串联一个电阻R0，则有U = Ig(Rg+R0) 此时的电压读数有U' = I'(Rg+R0) 其中U = 2 V，Ig = 100 μA，I' = 64 μA 联立解得U' = 1.28 V 27 (6)某次半偏法测量表头内阻的实验中，S2断开，电表满偏时读出RN值，在滑动头P不变，S2闭合后调节电阻箱RM，使电表半偏时读出RM，若认为OP间电压不变，则微安表内阻为　　　　　　(用RM、RN表示)  [解析] 根据题意OP间电压不变，可得 IRN+·RA 解得RA = 28 【视角3】　电压半偏法测电表内阻 例3 某实验小组利用半偏法测量电压表的内阻。实验室提供以下器材: 电池(电动势约为4 V，内阻可忽略不计)； 滑动变阻器A(阻值范围为0~2 000 Ω)； 滑动变阻器B(阻值范围为0~20 Ω)； 电阻箱(最大阻值为9 999.9 Ω)； 待测电压表(量程为0~3 V，内阻约为3 000 Ω)； 开关及导线若干。 29 （1）该小组设计了如图所示的电路图，滑动变阻器应选择　　　　　(选填“A”或“B”)；  B [解析] 选滑动变阻器总电阻值小的更容易控制分压，误差小，故选B。 30 （2）正确连接电路后进行如下操作: ①把滑动变阻器的滑片P滑到　　　　　(选填“a”或“b”)端，并将电阻箱的阻值调到零，闭合开关S；  ②闭合开关S，调节滑动变阻器滑片的位置，使电压表的指针指到满刻度； ③保持开关S闭合、滑动变阻器滑片的位置不变，调整电阻箱的阻值，当电阻箱阻值为R1时，电压表的指针指在满刻度的处，即可认为该电压表的内阻为R1。 a [解析] ①开始时，将滑动变阻器的滑片P滑到a端，可使并联部分的电压为零，更安全，故选a。 31 （3）该电压表的实际内阻　　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)R1；  小于 [解析] 此实验的误差来自于，设计实验时认为调整电阻箱的阻值时，并联部分电压是不变的，即U并 = U并' = Ug，但实际上，调整电阻箱的阻值时，并联部分电阻增大，并联部分电压也增大，即U并'>Ug，由于此时电压表两端电压UV = Ug，电阻箱分得的电压U电阻箱 = U并'−UV>Ug，所以电压表的实际内阻小于R1。 32 （4）该小组通过录像分析实验操作时，发现在开关S闭合前，电阻箱阻值并未调到零，阻值为R2，后续操作均正确，则该电压表内阻应为　　　　　(用R1、R2表示)。  R1−2R2 [解析] 开始时，电阻箱阻值并未调到零，阻值为R2，满偏时并联部分电压为Ug+Ug，半偏时并联部分电压为+，两次并联部分电压不变，解得RV = R1−2R2。 33 【视角4】　等效替代法测电阻 例4 某探究小组学习了多用电表的工作原理和使用方法后，为测量一种新型材料制成的圆柱形电阻的电阻率，进行了如下实验探究。 34 （1）该小组用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D，示数如图甲所示，其读数为　　　　　mm。再用游标卡尺测得其长度L。  3.700 [解析] 用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D，其读数为 3.5 mm+0.01 mm×20.0 = 3.700 mm 35 （2）该小组用如图乙所示的电路测量该圆柱形电阻Rx的阻值。图中电流表量程为0.6 A、内阻为1.0 Ω，定值电阻R0的阻值为20.0 Ω，电阻箱R的最大阻值为999.9 Ω。首先将S2置于位置1，闭合S1，多次改变电阻箱R的阻值，记下电流表的对应读数I，实验数据见下表。 R/Ω I/A /A−1 5.0 0.414 2.42 10.0 0.352 2.84 15.0 0.308 3.25 20.0 0.272 3.68 25.0 0.244 4.10 30.0 0.222 4.50 36 根据表中数据，在图丙中绘制出−R图像。再将S2置于位置2，此时电流表读数为0.400 A。根据图丙中的图像可得Rx = 　　　Ω(结果保留2位有效数字)。最后可由表达式ρ = 　　　　　得到该材料的电阻率(用D、L、Rx表示)。  6.0 [解析] 由电路可知，当将S2置于位置1，闭合S1时 E = I(RA+R0+r+R) 即R+ 由图像可知 解得E = 12 V， = 2 37 解得r = 3.0 Ω 再将S2置于位置2，此时电流表读数为0.400 A，则 E = I'(r+R0+RA+Rx) 解得Rx = 6.0 Ω 根据Rx = ρ = ρ 解得ρ = 38 （3）该小组根据图乙的电路和图丙的−R图像，还可以求得电源电动势E = 　　 　V，内阻r = 　　　Ω。(结果均保留2位有效数字)  12 3.0 [解析] 由（2）可知E = 12 V，r = 3.0 Ω 39 （4）持续使用后，电源电动势降低、内阻变大。若该小组再次将此圆柱形电阻连入此装置，测得电路的电流，仍根据原来描绘的图丙的图像得到该电阻的测量值会　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。  偏大 [解析] 根据表达式E = I'(r+R0+RA+Rx) 因电源电动势变小，内阻变大，则当安培表有相同读数时，得到的Rx的值偏小，即Rx测量值偏大。 40 【视角5】　电桥法测电阻 例5 (2023·湖南)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图(a)所示，R1、R2、R3为电阻箱，RF为半导体薄膜压力传感器，C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。 41 （1）先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值，示数如图(b)所示，对应的读数是　　 　 Ω；  1000或1000.0 [解析] 欧姆表读数为10×100 Ω = 1 000 Ω 42 （2）适当调节R1、R2、R3，使电压传感器示数为0，此时，RF的阻值为　　　　(用R1、R2、R3表示)；  [解析] 当电压传感器读数为零时，CD两点电势相等，即UCB = UDB 即RF = R3 解得RF = 43 （3）依次将0.5 g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小)，读出电压传感器示数U，所测数据如下表所示: 次数 1 2 3 4 5 6 砝码质量m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 电压U/mV 0 57 115 168 220 280 根据表中数据在图(c)上描点，绘制U−m关系图线； 44 [答案] 见解析 [解析] 绘出U−m图像如图 45 （4）完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0，电压传感器示数为200 mV，则F0大小是　　　 　N(重力加速度取9.8 m/s2，保留2位有效数字)； 1.7×10−2 [解析] 由图像可知，当电压传感器的读数为200 mV时，所放物体质量为1.75 g，则F0 = mg = 1.75×10−3×9.8 N = 1.7×10−2 N 46 (5)若在步骤（4）中换用非理想毫伏表测量C、D间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1，此时非理想毫伏表读数为200 mV，则F1　　　　F0 (填“>”“ = ”或“<”)。  > [解析] 可将CD以外的电路等效为新的电源，电动势E'，内阻r'，CD两点电压看作路端电压，因为换用非理想电压传感器时内阻不是无穷大，此时电压传感器读数 U' = 当读数为U' = 200 mV时，实际CD间断路(接理想电压传感器时)时的电压等于E'大于200 mV，则此时压力传感器的读数F1>F0。 47 考点二 定值电阻在电学实验中的应用 48 在电学实验中，题目通常会有若干定值电阻供设计实验电路时灵活选用，灵活选 用定值电阻设计实验电路的关键：一要熟悉定值电阻在电路中的主要作用，二要知道 定值电阻在电路中的摆放位置。 （1）定值电阻在电路中的作用 ①保护作用 保护电表，保护电源。 49 ②测量作用 已知电压的定值电阻相当于电流表，已知电流的定值电阻相当于电压表。 主要有如图所示三种情况： 图甲中流过电压表的电流：；图乙中电流表 两端的电压： ； 图丙中开关 的断开和闭合相当于电路的两种工作状态。 50 ③扩大作用 在测量电路中用来扩大电表量程；在控制电路中用来扩大滑动变阻器调节范围；当待 测电阻过小时，可串联定值电阻用来扩大待测量。 51 （2）定值电阻在电路中的摆放位置 ①控制电路中的定值电阻 采用限流式接法时，将定值电阻与滑动变阻器串联以扩大滑动变阻器的全值电阻，在电 路中起降压、限流作用；采用分压式接法时，若待测电路两端允许加的电压、电流较小， 滑动变阻器滑片移动范围有限，可串接定值电阻，增大滑动变阻器滑片移动范围。 ②测量电路中的定值电阻 测量电路中的电压表或电流表量程不符合测量要求时，可将定值电阻与测量电表串联 或并联来进行改装；测量电路中的待测元件电阻太小，不便于精确测量时，可将定值 电阻与待测元件串联后再进行测量。 52 【视角1】　定值电阻起保护作用 例1 随着智能手机的广泛应用，充电宝成为手机及时充电的一种重要选择。充电宝可以视为与电池一样的直流电源。一充电宝的电动势约为5 V，内阻很小，最大放电电流为2 A，某实验小组测定它的电动势和内阻。他们剥开充电宝连接线的外绝缘层，里面有四根导线，红导线为充电宝的正极，黑导线为充电 宝的负极，其余两根导线空置不用，另有滑动变阻器R用于改变电路中的电流，定值电阻R0 = 3 Ω，两只数字多用电表M、N，两表均为理想电表，并与开关S连成如图所示电路。 53 （1）图中测量电流的电表是　　　　，测量电压的电表是　　　　。(均填写字母“M”或“N”)  [解析] 器件N串联在电路中，测量干路电流，所以N为电流表； 器件M一端接在开关上，另一端接在充电宝的负极，闭合开关后相当于并联在电源两端，所以M为电压表，测量路端电压； 54 （2）调节滑动变阻器，测得多组I、U数据，记录如下表，其中只有一个数据记录有误，审视记录的数据，可以发现表中第　　　次的记录数据有误。(填测量次数的序号)  4 [解析] 题中表格的电流I不断增大，根据闭合电路欧姆定律E = U+Ir可知路端电压U不断减小，电压表的示数不断减小，所以第4次的记录数据有误； 次数 1 2 3 4 5 6 7 电流I/A 0.299 0.477 0.684 0.877 1.065 1.281 1.516 电压U/V 4.970 4.952 4.932 4.942 4.894 4.872 4.848 55 （3）电路中接入R0可以达到下列哪个效果　　　。(填选项前的字母)  A.使测电流的电表读数变化明显 B.为了更准确地测量充电宝内阻 C.避免使充电宝的放电电流过大 D.减小测量电压的电表分流作用 C [解析] 因为充电宝的内阻很小，所以电阻R0串联在电路中，起保护电路的作用，避免使充电宝的放电电流过大损坏电路中的器件。 56 【视角2】　定值电阻起测量作用 例2 用以下器材测量待测电阻Rx的阻值。 待测电阻Rx，阻值约为100 Ω； 电源E，电动势约为6.0 V，内阻可忽略不计； 电流表A1，量程为0~50 mA，内阻R1为20 Ω； 电流表A2，量程为0~300 mA，内阻R2约为4 Ω； 定值电阻R0，阻值为20 Ω； 滑动变阻器R，最大阻值为10 Ω； 单刀单掷开关S，导线若干。 57 （1）测量中要求两电流表的读数都不小于其量程的，试在方框中画出测量电阻Rx的实验电路原理图(原理图中的元件用题干中相应的字母标注)。 [答案]见解析图 58 [解析] 在尝试设计电路中，很容易设计出图甲所示的测量电路，当电流表A2的读数为量程的，即100 mA时，可知通过电流表A1的电流超过电流表量程，所以不满足实验要求。 59 另一种测量电路如图乙所示，电流表A1和待测电阻的串联阻值约是120 Ω，和定值电阻R0的比约为6∶1，电流表A2的最大电流值的接近图乙电路中电流表A1的量程最大值，所以这个电路符合要求，然后连接滑动变阻器来进行调节测量多组数据即可。最终的电路图如图丙所示。 滑动变阻器阻值较小，采用分压式调节更方便。 60 （2）若某次测量中电流表A1的示数为I1，电流表A2的示数为I2，则由已知量和测量量计算Rx的表达式为Rx = 　　　 　。  [解析] 根据电路知识有I1(R1+Rx) = (I2−I1)R0，整理可得Rx = R0−R1。 61 【视角3】　定值电阻充当电源的等效内阻 例3 实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有: 干电池一节(电动势约1.5 V，内阻 小于 1 Ω )； 电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)； 电流表A(量程0.6 A，内阻约1 Ω)； 滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)； 定值电阻R1(阻值2 Ω)； 定值电阻R2(阻值5 Ω)； 开关一个，导线若干。 62 （1）该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U−I坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是　　　　。(单选，填正确答案标号)  A.电压表分流 B.干电池内阻较小 C.滑动变阻器最大阻值较小 D.电流表内阻较小 B [解析] 电压表示数变化过小，则原因是外电阻比内阻大得多，即电源内阻偏小，选B。 63 （2）针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。 请根据实验数据，回答以下问题: 序号 1 2 3 4 5 6 7 I/A 0.08 0.14 0.20 0.26 0.32 0.36 0.40 U/V 1.35 1.20 1.05 0.88 0.73 0.71 0.52 64 ①坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点，请在坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U−I 图像。 [答案] 见解析图 65 [解析] 根据数据作出U−I图像如图； 66 ②根据实验数据可知，所选的定值电阻为　　　(填“R1”或“R2”)。  [解析] 由图像可知r+R定 = Ω = 2.63 Ω，电源内阻小于1 Ω，则定值电阻大于1.63 Ω小于2.63 Ω，可知定值电阻为R1； 67 ③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将实物图连接成完整电路。 [答案] 见解析图 68 [解析]定值电阻与电源串联，电路如图； 69 $