高考电学实验总结与解析

高考电学实验总结与解析

高考电学实验总结归类 ‎ 电学实验是高考试题中必考实验，电学实验出题灵活，内容丰富，在高考试卷中所占比重大，是高考试题中的重要得分点。以下是电学实验各种常见实验原理和做题技巧的总结，基本涵盖了电学实验中的所有题型，对学习电学实验有很大的帮助。‎ 一、电表的双重作用 ‎1（电表的替代）.有以下可供选用的器材及导线若干条，要求尽可能精确地测量出待测电流表的满偏电流．‎ A．待测电流表A0：满偏电流约为700～800μA、内阻约100Ω，已知表盘刻度均匀、总格数为N． B．电流表A：量程0.6A、内阻0.1Ω． C．电压表V：量程3V、内阻3kΩ． D．滑动变阻器R：最大阻值200Ω． E．电源E：电动势约3V、内阻约1.5Ω． F．开关S一个．‎ ‎（1）根据你的测量需要，在B（电流表A）和C（电压表V）中应选择 ．（只需填写序号即可）‎ ‎（2）在虚线框内画出你设计的实验电路图．‎ ‎（3）测量过程中，测出多组数据，其中一组数据中待测电流表A0的指针偏转了n格，可算出满偏电流IAmax = ，式中除N、n外，其他字母符号代表的物理量是 ．‎ 答案 ① C ② 电路如图所示 ‎ ‎③(或)U为电压表读数，Rv为电压表内阻 解析 （1）由于电流表的满偏电流太小，所以要想进行多次测量，不能使用。而对于电压表，，大于待测电流表的满偏电流，因此，可把电压表当电流表用。故选C.‎ ‎（2）题中要求测多组数据，故测量电路应选用分压电路，电路图如右所示。‎ ‎（3）电路中的电流，又电流表刻度均匀，故有：‎ 联立可解得： 或 ‎2.某同学要测量一电压表V1的内阻。提供的器材有：‎ ‎ A．电压表V1：量程3V，内阻约为2kΩ ‎ B．电压表V2：量程10V，内阻为5kΩ ‎ C．电源E：电动势约为10V，内阻不计 ‎ D．滑动变阻器R：最大阻值为20Ω ‎ E．定值电阻R1：阻值5kΩ ‎ F．定值电阻R2：阻值30kΩ ‎ G．电键S及导线若干 ‎ 该同学设计了如图甲所示的实验电路图，通过改变滑动变阻器R的阻值，测量多组电压表V1的读数U1和电压表V2的读 数U2，最终求出了电压表Vl的内阻。‎ ‎ （1）实验中定值电阻应选用__________（填字母代号）；‎ ‎ （2）该同学在实验中测得数据如下表：请在图乙的坐标中，描点作出U1－U2的图象。‎ ‎ （3）由图象可以较准确地求出电压表Vl的内阻为_________kΩ。‎ 答案 （1）R1 （2）0.2kΩ 解析 （1）定值电阻与电压表V1串联，有：，可得：，故选 。‎ ‎（2）由可得：，即图像的斜率为，‎ ‎ 从所作图像中先求出斜率，随之可算出 ‎ 点评 本题中，电压表的双重作用为：一是测量工具电压表，二也是一个电阻.‎ 二、伏安法测电阻(或电阻率)‎ ‎1、 (2012·北京卷，21)在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准．待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.‎ ‎(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如下图所示，其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均值)．‎ ‎(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为：电池组(电动势3 V，内阻约1 Ω)，电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)、开关、导线若干．某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：‎ 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ U/V ‎0.10‎ ‎0.30‎ ‎0.70‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎1.70‎ ‎2.30‎ I/A ‎0.020‎ ‎0.060‎ ‎0.160‎ ‎0.220‎ ‎0.340‎ ‎0.460‎ ‎0.520‎ 由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用下图中的________图(选填“甲”或“乙”)．‎ ‎ ‎ ‎(3)下图是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端．请根据(2)所选的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏．‎ ‎(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点．请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出UI图线．，由图线得到金属丝的阻值Rx＝________Ω(保留两位有效数字)．‎ ‎(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________(填选项前的符号)‎ ‎ A．1×10－2 Ω·m B．1×10－3 Ω·m ‎ C．1×10－6 Ω·m D．1×10－8 Ω·m ‎(6)任何实验测量都存在误差．本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的选项是________(有多个正确选项)．‎ A．用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差 B．由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差 C．若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差 D．用UI图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 解析　(1)螺旋测微器的读数为0 mm＋39.8×0.01 mm＝0.398 mm.‎ ‎(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5 Ω.由题知Rx≪RV，故电流表外接．若滑动变阻器接为限流的形式，则Rx两端的电压最小值Umin＝ V≈0.6 V，而从实验数据可知Rx两端电压可为0.10 V，因此滑动变阻器应采用分压的形式．‎ ‎(3)如图甲所示．‎ ‎ ‎ 图甲 图乙 ‎(4)选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，如图乙所示．‎ 图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值Rx＝4.4 Ω.‎ ‎(5)根据R＝ρ得金属丝的电阻率ρ＝＝＝ Ω·m≈1.09×10－6 Ω·m，故选项C正确，选项A、B、D错误．‎ ‎(6)由于读数引起的误差属于偶然误差，选项A错误；由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差，若将电流表和电压表的内阻计算在内，则可以消除系统误差，选项B错误、选项C正确；利用UI图象处理数据，相当于多次测量取平均值，可以减小偶然误差，选项D正确．‎ 答案　(1)0.398(0.395～0.399均正确)　(2)甲　(3)如解析图甲所示　(4)如解析图乙所示 ‎ 4.4(4.3～4.7均正确)　(5)C　(6)CD ‎2、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5 V,2.5 W”的小灯泡、导线和开关外，还有：‎ ‎ A．直流电源(电动势约为5 V，内阻可不计)‎ ‎ B．直流电流表(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω)‎ ‎ C．直流电流表(量程0～600 mA，内阻约为5 Ω)‎ ‎ D．直流电压表(量程0～15 V，内阻约为15 kΩ)‎ ‎ E．直流电压表(量程0～5 V，内阻约为10 kΩ)‎ ‎ F．滑动变阻器(最大阻值10 Ω，允许通过的最大电流为2 A)‎ ‎ G．滑动变阻器(最大阻值1 kΩ，允许通过的最大电流为0.5 A)‎ 实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据．‎ ‎(1)实验中电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均用序号字母表示)．‎ ‎(2)请按要求将图7-4-3中所示的器材连成实验电路．‎ ‎(3)某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如下图甲所示．现把实验中使用的小灯泡接到如图乙所示的电路中，其中电源电动势E＝6 V，内阻r＝1 Ω，定值电阻R＝9 Ω，此时灯泡的实际功率为________W．(结果保留两位有效数字)‎ ‎　‎ 甲　　　　　　　　　　　　　乙 解析　(1)由灯泡标识(5 V，2.5 W)知，I＝＝0.5 A，因此电流表选C，电压表选E.由于电路接成分压式，滑动变阻器选F.‎ ‎(2)如图所示 ‎ ‎ ‎(3)把定值电阻作为电源的内阻，则该电源短路时的电流为Imax＝＝0.6 A，在题图中的U－I图中，作出此电源的U－I图线如图中虚线所示。两图线交点即表示该灯泡的实际工作点．由图知U＝2.2 V，I＝0.38 A，所以P＝UI＝2.2×0.38 W＝0.84 W.‎ 答案　(1)C　E　F　(2)见解析图　(3)0.84(0.81～0.87)皆可 三　“替代法”测电阻 ‎1、 (2011·课标全国卷，22)为了测量一微安表头A的内阻，某同学设计了如上图所示的电路．图中A0是标准电流表，R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱，S和S1分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关，E是电池．完成下列实验步骤中的填空：‎ ‎(1)将S拨向接点1，接通S1，调节________，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时________的读数I；‎ ‎(2)然后将S拨向接点2，调节________，使________，记下此时RN的读数；‎ ‎(3)多次重复上述过程，计算RN读数的________，此即为待测微安表头内阻的测量值．‎ 解析　本题为用替代法测未知电流表的内阻，其实验步骤为：(1)将S拨向接点1，接通S1，调节R0，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时标准电流表(或A0)的读数I；(2)然后将S拨向接点2，调节RN，使标准电流表(或A0)的读数仍为I，记下此时RN的读数；(3)多次重复上述过程，计算RN读数的平均值，此即为待测微安表头内阻的测量值．‎ 答案　(1)R0　标准电流表(或A0)　(2)RN　标准电流表(或A0)的读数仍为I　(3)平均值 ‎2、(电压表替代) 某同学要测电压表的内阻RV，测量的电路如下图a所示，供选择的器材如下：‎ ‎①待测电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ)；‎ ‎②电压表(0～6 V，内阻约6 kΩ)；‎ ‎③定值电阻R1＝3 kΩ；‎ ‎④定值电阻R2＝30 Ω；‎ ‎⑤滑动变阻器R3(0～1 kΩ，1 A)；‎ ‎⑥滑动变阻器R4(0～10 Ω，2 A)；‎ ‎⑦电源3.0 V，内阻不计；‎ ‎⑧开关一个，导线若干．‎ 根据上述条件，请你完成下面的实验．‎ ‎(1)定值电阻应选________；滑动变阻器应选________．‎ ‎(2)根据电路图a，在上图b中用实线把实物连成电路；‎ (3) 实验过程中的测量步骤为：移动滑动变阻器触头到某一位置，记录、的读数U1、U2；不断改变滑动变阻器触头的位置，得到一组U1、U2的值，分别以U1、U2为坐标轴建立坐标系，作出相应图线(如下图所示)，测得该图线的斜率为k.根据图线的斜率k和选定的定值电阻，写出待测电压表内阻的表达式为RV＝________.‎ 解析　(1)定值电阻应选R1，滑动变阻器应选R4‎ ‎，若选用大电阻的滑动变阻器，就会出现在移动滑动触头的时候，刚开始电压表上的电压几乎不变，到了某个位置后又突然增大的现象，不易操作．(2)根据电路图a，在图b中用实线把实物连成电路，如答案图所示．(3)待测电压表内阻的表达式为RV＝. ‎ 答案　(1)R1　R4　(2)如图所示　(3) 预测高考命题视角 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三个显著的特点：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，重视电学的实验方法，问题设置结合科技、生产、生活的实际；第三，基本仪器的使用是考查的热点，实验的器材选择、实际操作是考查的重点，设计型实验是考查的难点，实验的基本原理和思想方法是考查的核心．‎ 四、测电源电动势内阻 ‎1、（伏安法）某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5 Ω的保护电阻R0，实验电路如图下所示．‎ ‎(1)连好电路后，当该同学闭合电键时，发现电流表示数为0，电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错，接触良好且未发生短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接a、b，b、c，d、e时，示数均为0，把两表笔接c、d时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是________．‎ ‎ ‎ ‎(2)在下图中按电路原理图及用多用电表的电压挡检查电路时，把两表笔分别接c、d时的实物电路图(如图所示)以笔画线代替导线连接起来．‎ ‎(3)排除故障后，该同学顺利完成实验，测定得到下列数据，根据表中数据在图中的坐标上画出UI图线，由图线知：电池的电动势为________，内阻为________．‎ 解析　(1)用电压表检测c、d时，电压表有示数，说明有电流通过电压表，但没有电流通过多用电表所并联的电路，说明多用电表所并联的电路发生断路故障．由已知条件可知，是滑动变阻器R发生故障．(3)电源的伏安特性曲线为直线，使直线通过尽量多的数据点，其他点均匀分布在线的两侧．由U＝E－I(r＋R0)可知，纵轴截距表示电动势，则E＝1.50 V，斜率绝对值表示r＋R0，则：r＋R0＝ Ω＝3.0 Ω，则r＝0.5 Ω.‎ 答案　(1)R断路　(2)如图甲所示 ‎(3)如图乙所示　1.50 V(1.41～1.51 V均可)‎ ‎2、（伏阻法) (2012·福建卷，19(2))某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势E.‎ ‎①先直接用多用电表测定该电池电动势．在操作无误的情况下，多用电表表盘示数如图所示，其示数为________V.‎ ‎②然后，用电压表、电阻箱R、定值电阻R0、开关S、若干导线和该电池组成电路，测定该电池电动势．‎ ‎(ⅰ)根据图乙所示电路图，用笔画线代替导线，将图甲中的实物图连接成完整电路．‎ ‎(ⅱ)闭合开关S，调整电阻箱阻值R，读出电压表相应示数U.该学习小组测出大量数据，分析筛选出下表所示的R、U数据，并计算出相应的与 的值．请用表中数据在图中的坐标纸上描点，并作出图线.‎ R(Ω)‎ ‎166.7‎ ‎7-1-.4‎ ‎50.0‎ ‎33.3‎ ‎25.0‎ ‎20.0‎ U(V)‎ ‎8.3‎ ‎5.9‎ ‎4.8‎ ‎4.2‎ ‎3.2‎ ‎2.9‎ (×10－2 Ω－1)‎ ‎0.60‎ ‎1.40‎ ‎2.00‎ ‎3.00‎ ‎4.00‎ ‎5.00‎ (V－1)‎ ‎0.12‎ ‎0.17‎ ‎0.21‎ ‎0.24‎ ‎0.31‎ ‎0.34‎ ‎(ⅲ)从图线中可求得E＝________V.‎ 解析　①读出示数为：9.4 V. ②(ⅰ)连接电路如图所示．‎ ‎ ‎ ‎(ⅱ)作图线如图所示 ‎(ⅲ)由闭合电路欧姆定律得E＝U＋(r＋R0)‎ 变形得＝＋，从上式看出在图象中，纵轴的截距即为，由图象得出截距为0.1，所以E＝10.0 V(9.5 V～11.1 V内均正确)．‎ 答案　见解析 ‎3、（安阻法）某个实验小组认为用一只已知内阻的电流表和电阻箱，采用如图甲所示的电路测电源电动势与内阻，比常规的伏安法更准确．若电流表内阻阻值为RA，则测量的方法与步骤是：‎ ‎(1)将电阻箱阻值R调到最大，闭合S后观察电流表示数，然后再调节电阻箱，使电流表的示数指到某两个恰当的值，记下此时电阻箱的阻值R1、R2及对应的电流I1、I2；‎ ‎(2)根据以上的数据及闭合电路欧姆定律，建立方程组，即可求出电源的电动势E与内阻r.该方程组的表达式是：________、________.该实验小组现在手头只有一个电流表，只知其内阻很小，却不知具体阻值．为了测出该电流表的内阻，她们找来了如图乙所示两节干电池等实验器材．请你用笔画线将图中的实物连接成能测出电流表内阻的电路．注意滑动变阻器串联接入电路起限流作用，开关闭合前其阻值应_________________________．‎ 解析　根据题图示电路，利用闭合电路欧姆定律可得：E＝I1(R1＋RA＋r)、E＝I2(R2＋RA＋r)；两节干电池的电动势大约为3 V，电流表应选0.6 A量程，在连接电路时，本着先串后并的原则进行．‎ 答案　E＝I1(R1＋RA＋r)　E＝I2(R2＋RA＋r)‎ 连线如图　调至最大 五、　考查多用电表的使用及读数 ‎1、 (2011·北京卷，21(1)) 用如上图所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T.请根据下列步骤完成电阻测量．‎ ‎(1)旋动部件________，使指针对准电流的“0”刻线．‎ ‎(2)将K旋转到电阻挡“×100”的位置．‎ ‎(3)将插入“＋”、“－”插孔的表笔短接，旋动部件______，使指针对准电阻的________(填“0刻线”或“∞刻线”)．‎ ‎(4)将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小．为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按________的顺序进行操作，再完成读数测量．‎ A．将K旋转到电阻挡“×1 k”的位置 B．将K旋转到电阻挡“×10”的位置 C．将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接 D．将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准 解析　机械调零需调节S，电阻调零(欧姆挡调零)需调节调零旋钮T ‎.指针偏转角度过小说明该电阻是一个大电阻，需换用阻值较大的挡来测量才准确，换挡之后需要重新电阻调零．故正确顺序应为ADC. 答案　(1)S　(3)T　0刻线　(4)ADC ‎2、（多用表测黑箱） (2012·江苏卷，10)如下图甲所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件，小明使用多用电表对其进行探测．‎ 甲　　　　　　　　　　乙 ‎(1)在使用多用电表前，发现指针不在左边“0”刻度线处，应先调整图乙中多用电表的________(选填“A”、“B”或“C”)．‎ ‎(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源时，一表笔接a，另一表笔应________(选填“短暂”或“持续”)接b，同时观察指针偏转情况．‎ ‎(3)在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至“×1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值．测量中发现，每对接点间正反向阻值均相等，测量记录如下表．两表笔分别接a、b时，多用电表的示数如图乙所示．‎ 请将记录表补充完整，并在黑箱图中画出一种可能的电路.‎ 两表笔接的接点 多用电表的示数 a、b ‎________Ω a、c ‎10.0 Ω b、c ‎15.0 Ω 解析　(1)多用电表使用前应进行机械调零，机械调零装置为A.(2)使用多用电表进行测量时，为保证电表不被损坏往往要进行试触，即让两表笔进行短暂接触，观察指针偏转情况，若持续接触则有可能损坏电表．(3)黑箱中无电源且每对接点间正反阻值相等，由多用电表读数可知所缺数据为5.0 Ω，由a、b间电阻为5 Ω，a、c间为10 Ω，b、c间为15 Ω知，电路为a、b间5 Ω的电阻与a、c间10 Ω电阻串联而成，电路图如答案图所示．‎ 答案　(1)A　(2)短暂　(3)5.0　电路图见下图