高三二轮复习讲义实验复习专题(电学实验)

高三物理二轮复习指导

电学实验部分

一、考纲要求

实验、探究：决定导线电阻的因素

实验、探究：描绘小灯泡的伏安特性曲线

实验、探究：测量电源的电动势和内阻

实验、探究：练习使用多用电表

二、高考题回顾

1．【2013·全国Ⅰ·23】某学生实验小组利用图（a）所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1k”挡内部电路的总电阻。使用的器材有：

多用电表；

电压表：量程5V，内阻十几千欧；

滑动变阻器：最大阻值5kΩ；

导线若干。

回答下列问题：

（1）将多用电表挡位调到电阻“×1k”挡，再将红表笔和黑表笔，调零点。（2）将图（（a）中多用电表的红表笔和（填“1”或“2”）端相连，黑表笔连接另一端。

（3）将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图（b）所示，这时电压表的示数如图（c）所示。多用电表和电压表的读数分别为kΩ和V。（4）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表和电压表的读数分别为12.0kΩ和4.00 V。从测量数据可知，电压表的内阻为____ kΩ。

（5）多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图（d）所示。根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为___ V，电阻“×1k”挡内部电路的总电阻为___ kΩ。

2．【2013·天津·9】要测绘一个标有“3V 0.6W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作。已选用的器材有：

电池组（电动势为4.5V，内阻约1Ω）；

电流表（量程为0250mA，内阻约5Ω）；

电压表（量程为03V，内阻约3kΩ）；

电键一个、导线若干。

①实验中所用的滑动变阻器应选下列中的（填字母代号）。

A.滑动变阻器（最大阻值20Ω，额定电流1A）

B.滑动变阻器（最大阻值1750Ω，额定电流0.3A）

②实验的电路图应选用下列的图（填字母代号）。

③实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V，内阻为5Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是W。

3．【2013·江苏卷·10】为探究小灯泡的电功率P 和电压U 的关系，小明测量小灯泡的电压U 和电流I ，利用P=UI 得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V 1.8 W ”，电源为12 V 的电池，滑动变阻器的最大阻值为10Ω。

（1）准备使用的实物电路如图甲所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。（用笔画线代替导线）

（2）现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻，电路中的电阻R 1应选???????Ω的定值电阻。 （3）测量结束后，应先断开开关，拆除???????两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。

（4）小明处理数据后将P 、U 2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图乙所示。请指出图象中不恰当的地方。

图甲 图乙

4．【2014·北京·21】利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽量减小实验误差。

（1）应该选择的实验电路是图中的________（选项“甲”或“乙”）。

（2）现有电流表（0—0.6A），开关和导线若干，以及以下器材：

A.电压表（0—15V）

B.电压表（0—3V）

C.滑动变阻器（0—50Ω）

D.滑动变阻器（0—500Ω）

实验中电压表应选用________，滑动变阻器应选用__________（选填相应器材前的字母）。（3）某同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U-I图线。

（4）根据（3）中所画图线可得出干电池的电动势E=_________ V，内电阻r=_______ （5）实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U以及干电池的输出功率P都会发生变化，图3的各示意图中正确反映P—U关系的是_______

【答案】（1）甲图（2）B、C（3）如图所示（4）1.5 0.83（5）C

5．【2014·江苏·10】某同学通过实验测量一种合金的电阻率。

（1）用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧题10-1图所示的部件（选填“A”、“B”、“C”或“D”）。从图中的示数可读出合金丝的直径为mm。

（2）题10-2图所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出。合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。由此可以推断：电路中（选填图中表示接线柱的数字）之间出现了（选填“短路”或“断路”）。

（3）在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为 2.23V 和38mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω。为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进? 请写出两条建议。

。

6．【2014·全国Ⅰ·23】利用如图所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：

待测电源，电阻箱R（最大阻值999.9Ω），电阻R0（阻值为3.0Ω），电阻R1（阻值为3.0Ω），电流表○A（量程为200mA，内阻为R A=6.0Ω），开关S。

实验步骤如下：

①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；

②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱对应的阻值R；

③以1

I

为纵坐标，R为横坐标，作

1

R

I

-图线（用直线拟合）；

④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b。回答下列问题

（1）分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则1

I

与R的关系式为。

（2）实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻 3.0

R=Ω时电流表的示数如图（b）所示，读出数据，完成下表。答：①，②。

（3）在图（c）的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k=

A-1Ω-1，截距b= A-1。

（4）根据图线求得电源电动势E= V，内阻r= Ω。

7．【2015·上海·27】如图是一个多用表欧姆档内部电路示意图。电流表满偏电流0.5mA、

R阻值0-5000Ω。

内阻10Ω；电池电动势1.5V、内阻1Ω；变阻器

（1）该欧姆表的刻度值是按电池电动势为1.5V刻度的，当电池的电动势下降到1.45V、

R阻值将变_________（选填“大”或“小”）；若测内阻增大到4Ω时仍可调零。调零后

得某电阻阻值为300Ω，则这个电阻的真实值是________Ω。

（2）该欧姆表换了一个电动势为1.5V，内阻为10Ω的电池，调零后测量某电阻的阻值，其测量结果___________（选填“偏大”或“偏小”或“准确”）。

8．【2015·安徽·21】某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室

找到以下器材，一个满偏电流为100μA，内阻为2500Ω的表头，一个开

关，两个电阻箱（0~999.9 ）和若干导线；

（1）由于表头量程偏小，该同学首先需要将表头改装成量程为50mA的电

流表，则应将表头与电阻箱__________（填“串联”或者“并联”），并将

电阻箱阻值调为________Ω。

（2）接着该同学用改装的电流表对电池的电动势和内阻进行测量，实验电路图如图1所示，通过改变电阻R测相应的电流I，并且作相关计算后一并记录如下表。

①根据表中的数据，图2中已描绘出四个点，请将第5、6两组数据也描绘在图2中，并

图线。

画出IR I

②根据图线可得电池的电动势E是________V，内阻r是_________Ω。

【答案】（1）并联 5.0 （2）①如图所示②1.53 2.0

9

9．【2016·江苏·10】小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系．已知该金属电阻在常温下的阻值约10 Ω，R随t的升高而增大．实验电路如图所示，控温箱用以调节金属电阻的温值．实验时闭合S，先将开关K与1端闭合，调节金属电阻的温度，分别记下温度t1，t2，…和电流表的相应示数I1，I2，…．然后将开关K与2端闭合，调节电阻箱使电流表的实数再次为I1，I2，…，分别记下电阻箱相应的示数R1，R2，…．（1）有以下两电流表，实验电路中应选用_______________

A．量程0~100 mA，内阻约2Ω

B．量程0~0.6 A，内阻可忽略

（2）实验过程中，要将电阻箱的阻值由9.9 Ω调节至10.0Ω，需旋转图中电阻箱的旋钮―a‖、―b‖、―c‖，正确的操作顺序是_______________

①将旋钮a由―0‖旋转至―1‖

②将旋钮b由―9‖旋转至―0‖

③将旋钮c由―9‖旋转至―0‖

（3）实验记录的t和R的数据见下表

请根据表中数据，在答题卡的方格纸上作出R–t图象．

由图线求得R随t的变化关系为

三、知识点整理

1．决定导线电阻的因素

本实验的复习应注意：

（1）能正确进行相关长度、电压、电流的读数； （2）能熟练作电路图和连接实物图；

（3）能熟练运用电阻定律分析和处理问题；

（4）了解常见的测量电阻的方法（伏安法、替代法、电桥平衡法、欧姆表法等），知道各种测量方法的优劣及相应的误差来源。

[例1] 在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”试验中，为了探究3根材料未知，横截面积均为S=0.20mm 2的金属丝a 、b 、c 的电阻率，采用如图所示的实验电路，M 为金属丝c 的左端点，O 为金属丝a 的右端点，P 是金属丝上可移动的接触点。在实验过程中，电流表读数始终

。电压表读数随OP 间距离x 的变化如下表：

（2）求出金属丝的电阻率ρ，并进行比较。

[答案]（1）如图所示；

（2）电阻率的允许范围：

a ρ：m ?Ω?-61096.0~m ?Ω?-61010.1

b ρ：m ?Ω?-6105.8~m ?Ω?-71010.1

c ρ：m ?Ω?-61096.0~m ?Ω?-61010.1

通过计算可知，金属丝a 与c 电阻率相同，远大于金属丝b 的电阻率。

[解析]（1）以OP 间距离x 为横轴，以电压表读数U 为纵轴，描点、连线绘出电压表读数U 随OP 间距离x 变化的图线。

（2）根据电阻定律

S l R ρ

=可得l S

I U l S R ?=?=ρ。

m m a ?Ω?=?Ω?-???-=---6

3

61004.110)6001000(25.11020.0)9.35.6(ρ m m b ?Ω?=?Ω?-???-=---73

6

106.910)10002000(25.11020.0)5.61.7(ρ m m c ?Ω?=?Ω?-???-=---6

3

61004.110)20002400(25.11020.0)1.77.9(ρ

通过计算可知，金属丝a 与c 电阻率相同，远大于金属丝b 的电阻率。

[变式训练] 在“测定金属的电阻率”实验中，下列操作中错误的是_____________

A ．用米尺量出金属丝的全长三次，算出其平均值

B ．用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值

C ．用伏安法测电阻时应采用电流表内接线路，多次测量后算出其平均值

D ．实验中应保持金属丝的温度不变 [答案] AC

[解析] 应测量金属丝连入电路的部分的长度，故A 错；因在“测定金属的电阻率”的实验中，所用电阻阻值一般为几个欧姆；电压表一般用0～3 V 挡，内阻几千欧；电流表0～0.6 A 挡，内阻零点几欧姆；所以测电阻时应采用电流表外接线路，所以C 是错误的。

2．描绘小灯泡的伏安特性曲线

本实验主要应注意：

（1）伏安特性曲线应从U=0开始描绘，所以必然采用滑动变阻器的分压式接法，此时一

般应选阻值较小的滑动变阻器；

（2）待测元件往往是小电阻，故一般宜采用电流表外接法；

（3）在将待测元件接入某实际电路后，通常要利用待测元件具体的U-I 关系式，作出相应的工作图线，该工作图线跟原伏安特性曲线的交点即为实际的工作点。

[例2] 某同学用如图所示电路，测绘标有“3.8 V ，0.3 V ”的小灯泡的灯丝电阻R 随电压U 变化的图象。

①除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择： 电流表：A 1(量程100 mA ，内阻约2Ω) A 2 (量程0.6 A ，内阻约0.3Ω) 电压表：V 1(量程5 V ，内阻约5Ω) V 2(量程15 V ，内阻约15Ω) 电源：E 1(电动势为1.5 V ，内阻为0.2Ω) E 2(电动势为4 V ，内阻约为0.04Ω)

为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表___________，电压表______________，滑动变阻器________________，电源___________________。(填器材的符号)

②根据实验数据，计算并描绘出R-U 的图象如图所示。由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为___________；当所加电压为3.00 V 时，灯丝电阻为____________，灯泡实际消耗的电功率为___________W 。

③根据R-U 图象，可确定小灯泡耗电功率P 与外加电压U 的关系，符合该关系的示意图是下列图中的__________。

[答案] ①A 2，V 1，R 1， E 2

A B C D

②由图象可看出：U＝0时，小灯泡不工作，对应电阻为1.5Ω，当U＝3.0V时，对应的电

U/2＝0.78W

阻为11.5Ω。此时，灯泡实际消耗的功率P＝R

③A

[解析]①对器材的选用应以安全、实用为原则。小灯泡的额定电压和额定电流分别为3.8V 和0.3A，故电压表应选V1，电流表A2；由于是分压接法，故滑动变阻器应选R1，便于调节，电源应选E2。②由图象可看出：U＝0时，小灯泡不工作，对应电阻为1.5Ω，当U＝

U/2＝0.78W。③由R 3.0V时，对应的电阻为11.5Ω。此时，灯泡实际消耗的功率P＝R

U/2，随U的变化，功率－U图线可看出，随U的增大，电阻的变化越来越小，而P＝R

P的变化将更加明显，故选A。

[变式训练] 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：

（1）在下框中画出实验电路图.可用的器材

有：电压表、电流表、滑动变阻器（变化范围

0～10 Ω）、电源、小灯泡、开关、导线若干。

（2）在图中画出小灯泡的U－I曲线；

（3）如果一电池的电动势是1.5 V，内阻是2.0

Ω，将本题中的小灯泡接在该电池两端，小灯

泡的实际功率是多少?（简要写出求解过程；

若需作图，可直接画在第（2）小题的方格图中）

[答案] （1）见右下图（2）见右下图

（3）作出U=E－Ir图线，可得小灯泡工作电流

为0.35 A，工作电压为0.80 V，因此小灯泡实际

功率为0.28 W

【拓展变式】（1）现把上题两个完全相同的这种

小灯泡并联接到如图所示的电路中，其中电源电

动势E=1.5V，内阻r=2Ω，则此时灯泡的实际功

率为W。

（2）若考虑电表内阻带来的影响，那么该上题

中灯泡准确的U—I图线应在该图线的

（填“上方”或“下方‖），并大致描绘处准确的图线。

[答案]（1）根据小灯泡上的电压与电流需满足电源要求即U=E－2Ir，得如图红线所示图线，与曲线的交点为得实际功率为0.125W。（2）由于采用的电流表外接，所以电流的测量值偏大，所以准确的图线应在测量图线的上方，且电压值越大，测量值和准确值偏差越

大（如图蓝线）。

【创新拓展】现有一只标值为“2.8V x W‖的小灯泡，其额定功率的标值已模糊不清。某同学想通过测量灯丝伏安曲线的方法，来找出该灯泡正常工作时的功率。

（1）由于额定功率的标值模糊不清，无法确定小灯泡采用哪种

解法。为了正确地选择电路接法以减小误差，请设计实验电路图，

并简单阐述判断依据和结论。

（2）根据实际的判断结果，该同学用导线a、b、c、d、e、

f、g和h按图甲所示方式连接好电路，电路中所有元器件都

完好，且电压表和电流表已调零。如果这8根导线中仅有一

根内部断开，其他器材及连接均完好，现闭合开关，发现电

流表、电压表的示数均为零，由此可以肯定内部没有断开的

导线是g、d和。

（3）电路故障排除后，该同学通过实验作出了灯丝的一组

数据点，请描绘出伏安特性曲线，根据小灯泡的额定电压的标值为“2.8V‖，其额定功率为P= W（结果保留两位有效数字）。

（4）根据（3）中得出的伏安特性曲线，则常温下灯丝的电

阻为Ω。若灯丝温度每升高1oC，电阻增大约为常

温下电阻的万分之八，则将该小灯泡与一电动势为3V、内阻

为3Ω的电池组相连时，灯丝的温度约为oC

（保留两位有效数字）

[答案]（1）试触法解决内外接电路的选择，电路图如图所示

若电压表示数变化明显，则选用外接，若电流表示数变化明

显，则选用内接。

（2）如图将实物图可转换成电路图，再做判断，答案为h。

（3）如图所示，由曲线得P=0.84W。

（4）根据电压较小时的电压电流值，得常温电阻约为4Ω，根据曲线与

直线的交点可得，工作电阻为7.86Ω，则电阻增大了3.86Ω，所以灯丝温

度为1250oC 。

3．测量电源的电动势和内阻

本实验是电学实验中考查频率和力度较大的实验，复习时应注意：

（1）本实验中要测量的是电源的内阻，故滑动变阻器是电路中唯一的用电器，故只能采用限流式接法；

（2）闭合电路欧姆定律是本实验惟一的原理，所以不管是通过公式计算，还是通过U-I 图象求解，都必须写出相应的闭合电路欧姆定律的表达式；

（3）应能掌握选择实验器材的一般思路和原则，并能根据具体情况具体分析；

（4）本实验对作图和实验误差分析的要求较高，应确保能熟练运用图象分析实验误差。 [例

（1）实验误差分系统误差和偶然误差两种。该实验的系统误差主要是由

___________________引起的。用画U-I 图线求电动势和内阻的优点在于可以尽量减小实验的_______误差。 （2）在下面给出的U-I 坐标系中用给出的数据画出U-I 图线（横、纵坐标的起点已经规定好），从图象中可以发现该同学记录的第____组数据有误。

⑶求得电动势E=____V ，内阻r=____Ω。（均保留2位有效数字）。 [答案] （1）电压表的分流作用，偶然 （2）（见右图），3 （3）1.5 ，1.8 。

[解析] 采用如图所示电路（此电路测电动势和内电阻都有误差但不大，主要是由于电压表的分流造成流过电流表的电流小于流过电源的电流而产生的），如果把安培表放在电源边的主干路上，测的内阻实际上是安培表内阻与电源内阻之和，在此实验中误差将较大。

用安培表和伏特表测出两组以上电流和路端电压，再用闭合电路的欧姆定律ε=U 1＋I 1r 、ε=U 2＋I 2r 来求出电动势和内电阻

可多测几组数据再取平均值法，也可用作图法求ε、r （图象的斜率表示电源的内电阻，纵截距表示电源的电动势）。

实验的U 值不宜过小（否则内压太大烧毁电源），在用作图法时纵坐标U 的起点可以不要从零开始。

[变式训练] 给你一只电压表、一个电阻箱、电键及导线等，如何根据闭合电路欧姆定律测出一节旧干电池的电动势和内电阻。

（1）画出电路图； （2）实验过程中，将电阻箱拨到45 Ω时，电压表读数为0.90 V ；若将电阻箱拨到图（a ）所示的_______Ω时，电压表的读数如图（b ）所示是_______V 。

（3）根据以上实验数据，可以算出该节干电池的电动势E ＝_____V ，内电阻r ＝____Ω.

[答案]（1）如右图 （2）110 、1.10 （3）1.30 、20 [解析] E =0.90+

45

90

.0r ，E =1.10+11010.1r 。

【创新拓展】用电流表和电压表测定三节干电池串联组成的电池组

（电动势4.5V ，内电阻约1Ω）的电动势和内阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：

A.电流表：量程0.6A ，内电阻约1Ω

B.电流表：量程3A ，内电阻约0.2Ω

C.电压表：量程3V ，内电阻约30k Ω

D. 电压表：量程6V ，内电阻约60k Ω

E.滑动变阻器：0～1000Ω，额定电流0.5A

F. 滑动变阻器：0～20Ω，额定电流2A

（1）为了使测量结果尽量准确，电流表应选用 ，电压表应选用 ，滑动变阻器应选用 （均填仪器的字母代号）。

（2）如图为正确选择仪器后，连接好的部分电路。

为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将

和 相连、 和 相连、 和 相连（均填仪器上接线柱的字母代号）。

（3）实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R 和对应电压表的示数U 。用图象法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，则可以 为纵坐标，以 为横坐标。 【答案】（1）A D F （2）a d c g f h （3）见解析 【解析】（1）为了防止电源急剧放电时产生极化现象而引起电动势的下降，一般在测电源电动势与内阻时，电源的放电电流控制在0.5A 以内，故电流表应选用A ；因三节干电池的总电动势约为4.5V ，故选用量程是6V 的电压表D ；总电阻值为20Ω的滑动变阻器F 可使电路中的最小电流约为0.225A ，而滑动变阻器E 阻值太大，故滑动变阻器应选用F 。 （2）因电流表内阻约1Ω,与电源内阻大致相等且未知，故需采用电流表外接法，以避免电流表内阻引起的系统误差。故需将a 与d 、c 与g 、f 与h 相连。 （3）用伏阻法测电源电动势和内阻时，由闭合电路欧姆定律有U

E U r R

=+

，由此可得111r U E E R =+?（或111E R r U r =?-）、U U E r R =-（或1U E U R r r =-）、1R r

R U E E

=+

（或

R

R E r

U

=-），故可以得到

11

U R

-、

U

U

R

-、

R

R

U

-等线性图线。

4．练习使用多用电表

本实验是近几年《考试说明》上新增的实验，复习时应注意：

（1）了解多用电表的结构和测量功能，会根据测量需要正确选择挡位；

（2）知道欧姆表的结构和工作原理；

（3）会使用多用电表测量电压、电流和电阻；

（4）会用多用电表测量二极管，会用多用电表探索简单黑箱中的电学元件。

[例4]在如图甲所示的电路中，四节干电池串联，小灯泡A、B的规格为“3.8 V，0.3 A”．合上开关S后，无论怎样移动滑动片，A、B灯都不亮．

（1）用多用电表的直流电压挡检查故障

①量程应该选（）

A．2.5 V B．10 V C．50 V D．250 V

②测得c、d间电压约为5.8 V，e、f间电压为0，则故障是（）

A．B灯丝断开B．A灯丝断开

C．d、e间连线断开D．B灯被短路

（2）接着训练用多用表测小灯泡电阻。

①测量前，一定要将电路中的开关S_ _（选填闭合或断开）

②将多用表的选择开关置于测电阻档的（）

A．“×1”挡B．“×10”挡C．“×100”挡D．“×1k”挡

③将选择开关置于选择好档位上，应该进行最重要的一步是：将两表笔，调整，使指针指在0刻度线上.

④某次测试结果如图乙所示，灯泡电阻读数为Ω。

⑤换掉损坏的元件，电路正常后，闭合开关，发现灯很亮。断开开关，将选择开关置于“500mA”挡，将红表笔与开关右边的a接线柱接触，黑表笔与开关左边的b接线柱接触，稳定时其指针也指在上一题所指位置，则通过电灯的电流是mA.