方法05 电路与器材的选取--2023高考物理实验题方法总结和训练（原卷版）

电路与器材的选取

例1. （2022·全国甲卷·T22）某同学要测量微安表内阻，可利用的实验器材有：电源E（电动势，内阻很小），电流表（量程，内阻约），微安表（量程，内阻待测，约），滑动变阻器R（最大阻值），定值电阻（阻值），开关S，导线若干。

（1）在答题卡上将图中所示的器材符号连线，画出实验电路原理图_____；

（2）某次测量中，微安表的示数为，电流表的示数为，由此计算出微安表内阻_____。

【名师点评】

1、实验器材的选择

（1）仪器选择的原则

①安全因素：电表读数不能超过量程，电阻类元件电流不能超过其最大允许电流．

②误差因素（包括系统误差和偶然误差）：为减小系统误差应采用内阻小电表，应用内阻大的电表；为减小偶然误差电表的读数应不小于量程的1/3．（正常情况下电压表和电流表的指针应指到满偏的三分之二附近）。

③耗电因素：一般较少用到．

（2）变阻器的选择：除了搞清限流法和分压法外，在分压接法中，应选择电阻小而额定电流大的变阻器；在限流接法中，应选择电阻值与电路中其他电阻比较接近的变阻器．

（3）在一些特殊问题中，选择电压表、电流表还应根据变阻器可能存在的不同连接方式来加以判断，有时需反复推敲逐个排除．

2、电流表内外接法的选择

    所谓内、外接法是相对电流表的位置而言的．无论哪种接法，都会由于电表的内阻影响而带来测量误差．从下表的分析可以看出，合理的选择接法有利于减小误差．

（1）若Rx、RA、RV的大小大致可估计，可用以下三种方法来选择内、外接法：

①当Rx较大，满足Rx远大于RA时，应采用内接法，因为此时电流表的分压作用很小．当Rx较小，满足Rx远小于RV时，应采用外接法，因为此时电压表的分流作用很小．可以总结口诀为：“大内小外”

②当Rx的大小难以断定时，可采用计算临界值的方法确定大小．即算出临界电阻，若Rx＞R0则视为大电阻，若Rx＜R0则视为小电阻．当待测电阻Ｒx>时，采用电流表内接法；当待测电阻Ｒx<时，采用电流表外接法；

③试探法：内外接法试探结果电压变化大用内接法，电流变化大用外接法。

3.   控制电路的选取：限流分压电路的选择

① 限流接法（通过改变变阻器电阻来改变电路中的电流，以控制电路中的电流）如图1所示。滑变器的AP部分与负载电阻R 串联，改变滑片P 的位置，即可改变R的端电压及电流，其R上电压调节范围较小（），相同条件下，能耗较小。合上开关s 前要使滑片P位于B端（保护负载）。

② 分压接法如图所示．滑动变阻器的AP部分与负载电阻R并联后再与 AP 部分串联。当滑片从A向B 端滑动时，负载电阻R上的电压在（O～E ）范围内变化。显然比限流式接法调节范围大。合上开关s前，滑片P 应在A端，以使R上电压最小。

***分压电路的电流和电压调节范围都大于限流电路的调节范围***

滑动变阻器的限流接法和分压接法的选择

（1）通常情况下（满足安全条件），由于限流电路能耗较小，结构连接简单，因此，优先考虑以限流接法为主。

①测量时电路电流（电压）没须要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且负载电阻R接近或小于滑动变阻器电阻R0，采用滑动变阻器限流接法。如在“测电金属的电阻率” 的实验电路。

②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压接法的要求，应采用滑动变阻器限流接法。

    ③没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者无可采用时可考虑安装简便和节能因素采用滑动变阻器限流接法。

（2）在下面三种情况下必须选择分压接法。

①要使某部分电路的电压或电流从零开始连续可调节，只有分压电路才能满足。如在“测电池的电源电动势和内阻”、“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验电路。

②如果实验所提供的电压表、电流表量程或电阻元件允许通过的最大电流较小，采用限流接法时，无论怎样调节，电路中实际电流或电压都会超过电表量程和电阻元件允许的最大电流、电压，为了保护电表或元件，必须采用分压接法。

③伏安法测电阻实验中，如果所用变阻器阻值远小于待测电阻或电路中串联的其他电阻阻值，在用限流接法时，待测电阻上的电压、电流变化不大，不利于多次测量求平均值或用图像法处理数据。因此要用分压接法。

   当两种电路都能满足要求时，从减小电能损耗考虑（以提高电路效率），应优先选用限流式接法。

例题2. （2022·全国乙卷·T23）一同学探究阻值约为的待测电阻在范围内的伏安特性。可用器材有：电压表V（量程为，内阻很大），电流表A（量程为，内阻为），电源E（电动势约为，内阻不计），滑动变阻器R（最大阻值可选或），定值电阻（阻值可选或），开关S，导线若干。

（1）要求通过的电流可在范围内连续可调，在答题卡上将图（a）所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图________；

（2）实验时，图（a）中的R应选最大阻值为______（填“”或“”）的滑动变阻器，应选阻值为______（填“”或“”）的定值电阻；

（3）测量多组数据可得的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图（b）和图（c）所示，则此时两端的电压为______V，流过的电流为_____，此组数据得到的的阻值为______（保留3位有效数字）。

热身训练

1.（2021·全国甲卷·T23）某同学用图（a）所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有：

小灯泡（额定电压2.5V，额定电流0.3A）

电压表（量程300mV，内阻300）

电流表（量程300mA，内阻0.27）

定值电阻R0

滑动变阻器R1（阻值0-20）

电阻箱R2（最大阻值9999.9）

电源E（电动势6V，内阻不计）

开关S、导线若干。

完成下列填空：

（1）有3个阻值分别为10、20、30的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在0~300mA的U-I曲线，R0应选取阻值为___________的定值电阻；

（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的___________（填“a”或“b”）端；

（3）在流过电流表的电流较小时，将电阻箱R2的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数U、I，结果如图（b）所示。当流过电流表的电流为10mA时，小灯泡的电阻为___________（保留1位有效数字）；

（4）为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V，该同学经计算知，应将R2的阻值调整为_______。然后调节滑动变阻器R1，测得数据如下表所示：

（5）由图（b）和上表可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻___________（填“增大”“减小”或“不变”）；

（6）该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160mA，可得此时小灯泡电功率P1=_______W（保留2位有效数字）；当流过电流表的电流为300mA时，小灯泡的电功率为P2，则=_______（保留至整数）。

2.（2021·全国乙卷·T23）一实验小组利用图（a）所示的电路测量一电池的电动势E（约）和内阻r（小于）。图中电压表量程为，内阻：定值电阻；电阻箱R，最大阻值为；S为开关。按电路图连接电路。完成下列填空：

（1）为保护电压表，闭合开关前，电阻箱接入电路的电阻值可以选___________（填“5.0”或“15.0”）；

（2）闭合开关，多次调节电阻箱，记录下阻值R和电压表的相应读数U；

（3）根据图（a）所示电路，用R、、、E和r表示，得___________；

（4）利用测量数据，做图线，如图（b）所示：

（5）通过图（b）可得___________V（保留2位小数），___________（保留1位小数）；

（6）若将图（a）中的电压表当成理想电表，得到的电源电动势为，由此产生的误差为___________%。

3．（2020·全国高二课时练习）要描绘一个标有“3V，0.2A”小灯泡的伏安特性曲线，小灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作．可选用的器材有：

A．电池组（电动势为4.5V，内阻约）

B．电流表（量程为，内阻约）

C．电流表（量程为，内阻约）

D．电压表（量程为，内阻约）

E．电压表（量程为，内阻约）

F．滑动变阻器（最大阻值为，额定电流为1A）

G．滑动变阻器（最大阻值为，额定电流为0.3A）

H．开关一个、导线若干

(1)为减小测量误差，在实验中，电流表应选用______，电压表应选用______，滑动变阻器应选用________；（选填器材前的字母）

(2)实验电路图应选用下列四幅图中的__________（填字母代号）。

(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示，则小灯泡的电阻值随工作电压的增大而_______（填“增大”或“减小”）。

4．利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻．除导线、开关外，实验室还提供如下器材：

A．电压表V1（3V，内阻约为5kΩ）

B．电压表V2（15V，内阻约为10kΩ）

C．电流表A1（0．6A，内阻约为1Ω）

D．电流表A2（3A，内阻约为0．03Ω）

E．阻值为2．0Ω的定值电阻R1

F．阻值为20Ω的定值电阻R2

G．最大阻值为10Ω的滑动变阻器R3

H．最大阻值为100Ω的滑动变阻器R4

要求尽量减小实验误差．

图a                    图b

（1）应该选择的实验电路是图__________（选“a”或“b”）．

（2）电流表应选择__________，电压表应选择__________，定值电阻应选择__________，滑动变阻器应选择__________．（填写选项前的序号）

（3）通过实验采集数据，分别以电流表的示数I（A）和电压表的示数U（V）为横、纵坐标，计算机拟合得到U-I图象，拟合公式为U=-2．6I+1．4．则电源的电动势E=__________V；内阻r=__________Ω．

（4）在该实验中，产生系统误差的主要原因是__________．

A．电压表的分流作用                    B．电压表的分压作用

C．电流表的分压作用                    D．电流表的分流作用

E．定值电阻的分压作用

F．滑动变阻器的分流作用

5．（2020·四川高二期末）某实验小组为了探究一标有“10Ω，0.5A”电阻的U﹣I图线，实验桌上备有下列器材：

A．电压表（0～5V，内阻约10kΩ）

B．电压表（0～10V，内阻约20kΩ）

C．电流表（0～0.3A，内阻约1Ω）

D．电流表（0～0.6A，内阻约0.4Ω）

E．滑动变阻器（5Ω，2.0A）

F．滑动变阻器（500Ω，0.2A）

为尽量减小实验误差，要求电压从零开始且需要测出多组U、I数据，则实验中电压表应选用___________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________（均用序号前的字母表示）

6．（2020·四川绵阳中学高三月考）实际电流表有内阻，可等效为理想电流表与电阻的串联。测量实际电流表G内阻r的电路如图所示。供选择的仪器如下：

①待测电流表G1（，内阻约）

②电流表G2（2.0~10mA，内阻约100Ω）

③定值电阻R1（300Ω）

④定值电阻R2（10Ω）

⑤滑动变阻器R3（0~1000Ω）

⑥滑动变阻器R4（0~20Ω）

⑦干电池（1.5V）

⑧电键S及导线若干

(1)定值电阻应选_______________，滑动变阻器应选_________________；（只能在空格内填写序号）

(2)用连线连接实物图_______________；

(3)补全实验步骤：①按电路图连接电路，_____________________；

②闭合电键S，移动滑动触头至某一位置，记录G1，G2的读数I1，I2；

③__________________________________________；

④以I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线，如图所示；

(4)根据I2–I1图线的斜率k及定值电阻，写出待测电流表内阻的表达式_____________________。

7．（2019·青铜峡市高级中学高二期末）小明测定干电池的电动势和内阻，实验室有如下实验器材：

干电池一节(电动势约为1.5V)

量程为3.0V的电压表V1

量程为15V的电压表V2

量程为0.6A的电流表A1

量程为3.0A的电流表A2

最大阻值为20Ω的滑动变阻器R1

最大阻值为100Ω的滑动变阻器R2

开关一个，导线若干。

根据所学的知识回答下列问题：

（1）为了减小实验误差，实验中电压表应选择__________（填“V1”或“V2”）；电流表应选择_______（填“A1”或“A2”）；滑动变阻器应选择__________（填“R1”或“R2”）。

（2）考虑到电压表和电流表内阻对电路的影响，本实验系统误差产生的主要原因是___________（填“电流表分压”或“电压表分流”）

（3）将如图所示中的器材，在实物图中用笔画线代替导线，将电路连接线补充完整_________。

（4）根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图所示的U－I图象，则干电池的电动势E=__V，内电阻r=____Ω。（保留两位有效数字）

8．（2020·甘肃省静宁县第一中学高二期末）一学习小组要用伏安法尽量准确地描绘一个标有“6V，1.5W”的小灯泡的I-U图线,现有下列器材供选用：

A．学生电源（直流9V）

B．开关一个、导线若干

C．电压表（0~3V，内阻约10KΩ）

D．电压表（0~6V，内阻约10KΩ）

E．电压表（0~15V，内阻约30KΩ）

F．电流表（0~0．3A，内阻约0．3Ω）

G．电流表（0~0．6A，内阻约0．4Ω）

H．电流表（0~3A，内阻约0．6Ω）

I．滑动变阻器（10Ω，2A）

J．滑动变阻器（200Ω，1A）

（1）实验中电压表应选______，电流表应选_______，滑动变阻器应选_______（用字母序号表示）；

（2）在下面方框内画出实验电路图______：

（3）对应实验电路图将实物连线补充完整________________；

（4）闭合开关前，滑动变阻器滑片的位置应在__________选填“a”、“b”或“ab正中间”）端。

9．（2018·广东华南师大附中高二期中）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中，需测量一个标有，”灯泡两端的电压和通过灯泡的电流，现有如下器材：

直流电源（电动势，内阻不计）

开关导线若干

电流表A1（量程，内阻约）

电压表V1（量程，内阻约）

电流表A2（量程，内阻约）

电压表V2（量程，内阻约）

滑动变阻器（阻值，额定电流）

滑动变阻器（阻值，额定电流）

(1)请在甲图方框内完成电路图______，并在乙图中将相应的实验电路图连接好______；

(2)实验中电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________；（用对应序号的字母表示）

(3)用图中的方法测定某电路元件的伏安特性曲线数据得到的图线，由图线可知该原件的电阻随着电压的增大而________（选填“变大”、“变小”或“不变”），在电压为时，电阻值为________；

(4)某同学在实验时的电压表和电流表如图所示，其中电压表接量程，电流表接量程，则电压表的读数为________，电流表的读数为________；

(5)由于实验用的电流表损坏，所以需将一量程为的表头改装成量程为的电流表，已知其内阻为，则需要________（填“串联”或“并联”）一个值为________的定值电阻。

10．（2019·陕西省黄陵县中学高二期末）有一个小灯泡上标有“4V，2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I一U图线，现有下列器材供选用：

A．电压表（0～5V，内阻10kΩ）

B．电压表（0～15V，内阻20kΩ）

C．电流表（0～3A，内阻0.4Ω）

D．电流表（0～0.6A，内阻1Ω）

E．滑动变阻器（最大阻值为10Ω，允许最大电流为2A）

F．滑动变阻器（最大阻值为500Ω，允许最大电流为l A）

G．学生电源（直流6V）、开关、导线若干

（1）实验中所用电压表应选用__，电流表应选用_____，滑动变阻器应选用__．（用序号字母表示）

（2）实验时，所用电路应选图______（填“甲”或“乙”）

11．（2019·四川省遂宁市第二中学校高三）某实验室欲将电流表改装为两用电表：欧姆表：中央刻度为30的“×l0”档；电压表：量程0～6V。

A．干电池组（E＝3.0 V）

B．电流表A1（量程0～10mA，内阻为100Ω）

C．电流表A2（量程0～0.6A，内阻为0.2Ω）

D．滑动变阻器R1（0～300Ω）

E．滑动变阻器R2（0～30Ω）

F．定值电阻R3（10Ω）

G．定值电阻R4（500Ω）

H．单刀双掷开关S，一对表笔及若干导线

(1)图中A为_______（填“红”或“黑”）表笔，测量电阻时应将开关S扳向______（填“l”或“2”）。

(2)电流表应选用__________ （填“A1”或“A2”），滑动变阻器应选用__________（填“R1”或“R2”），定值电阻R应选__________（填“R3”或“R4”）。

(3)在正确选用器材的情况下，正确连接好实验电路，若电流表满偏电流为Ig，则电阻刻度盘上指针指在处所对应的阻值__________Ω。

12．（2020·全国高三专题练习）在“描绘小灯泡的伏安物性曲线”的实验中，提供了以下实验器材：

A．待测小灯泡“12V，6W”

B．电流表量程，内阻约

C．电流表量程，内阻约

D．电压表量程，内阻约

E.电压表量程，内阻约

F.滑动变阻器阻值，额定电流

G.蓄电池、开关各一个，导线若干

(1)在实验中：电流表应选______，电压表应选______填字母代号

(2)根据实验要求，设计该实验电路图并画在图1方框中________．

(3)由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的图象应是______．

13．（2019·武威第六中学高三月考）有一个额定电压为2.8V，功率约为0.8W的小灯泡，现要用伏安法描绘这个灯泡的I﹣U图线，有下列器材供选用：

A．电压表（0～3V，内阻6kΩ）；

B．电压表（0～15V，内阻30kΩ）；

C．电流表（0～3A，内阻0.1Ω）；

D．电流表（0～0.6A，内阻0.5Ω）；

E．滑动变阻器（10Ω，2A）；

F．滑动变阻器（200Ω，0.2A）；

G．蓄电池（电动势6V，内阻不计）。

（1）某同学误将电流表和电压表接成如图甲所示的电路，其他部分连接正确，接通电源后，小灯泡的发光情况是__________（填“亮”或“不亮”）。要求小灯泡的电压从零开始增大，应选择图乙中的电路图是__________ （填“a”或“b”）。

（2）用正确的电路进行测量，电压表应选用__________，电流表应选用__________。（用序号字母表示）

（3）滑动变阻器应选用__________。（用序号字母表示）