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： vR U n N ⋅ 3000 U n N ⋅ 1000g g V UI AR µ= = V UI R = mII n N = 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)． max V N UI n R = ⋅ max 3000 N UI n = ⋅ 1 2 1 1V U U U R R −= 5R k≈ Ω 1R 1 2 1 1V U U U R R −= 1 1 2 1 V V RU UR R = + 1 2U U− 1 1 V V R R R+ 1 0.2VR k= Ω (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＝ 5 × 3 20＋5＋1＋0.1 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 l S得 金 属 丝 的 电 阻 率 ρ ＝ RS l ＝ πRd2 4l ＝ 3.14 × 4.4 × (0.398 × 10－3)2 4 × 0.5 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＝ P U＝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＝ E R＋r＝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＝ R1 k－1. 答案　(1)R1　R4　(2)如图所示　(3) R1 k－1 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＋R 0) 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＝1.50－0.20 0.43 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1 R与1 U的值．请用表中数据在图中的坐 标纸上描点，并作出1 U 1 R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 1 R(×10－2 Ω－1) 0.60 1.40 2.00 3.00 4.00 5.00 1 U(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＋U R(r＋R0) 变形得1 U＝1 E＋r＋R0 E 1 R，从上式看出在1 U 1 R图象中，纵轴的截距即为1 E，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