连接器材、电路--2023高考物理实验题技法（解析版）

连接器材、电路

一、          器材连接

例题：（2020·全国Ⅱ卷·T23）某同学要研究一小灯泡L（3.6 V，0.30 A）的伏安特性。所用器材有：电流表A1（量程200 mA，内阻Rg1=10.0 Ω），电流表A2（量程500 mA，内阻Rg2=1.0 Ω）、定值电阻R0（阻值R0=10.0 Ω）、滑动变阻器R1（最大阻值10 Ω）、电源E（电动势4.5 V，内阻很小）、开关S和若干导线。该同学设计的电路如图（a）所示。

（1）根据图（a），在图（b）的实物图中画出连线______。

（2）若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流，利用I1、I2、Rg1和R0写出：小灯泡两端的电压U=_______，流过小灯泡的电流I=_______。为保证小灯泡的安全，I1不能超过_______mA。

（3）实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2。所得实验数据在下表中给出。

根据实验数据可算得，当I1=173 mA时，灯丝电阻R=_______Ω（保留1位小数）。

（4）如果用另一个电阻替代定值电阻R0，其他不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所用电阻的阻值不能小于_______Ω（保留1位小数）。

【答案】    ①.     ②.     ③.     ④. 180    ⑤. 11.6    ⑥. 8.0

【解析】（1）根据电路图连接实物图如图所示

（2）①根据电路图可知灯泡两端的电压为电流表A1和R0的总电压，故根据欧姆定律有

②根据并联电路特点可知流过小灯泡的电流为

③因为小灯泡的额定电压为3.6V，故根据题目中已知数据带入①中可知I1不能超过180mA；

（3）根据表中数据可知当I1=173mA时，I2=470mA；根据前面的分析代入数据可知此时灯泡两端的电压为U=3.46V；流过小灯泡的电流为I=297mA=0.297A；故根据欧姆定律可知此时小灯泡的电阻为

（4）要测量完整的伏安特性曲线则灯泡两端的电压至少要达到3.6V，而电流表A1不能超过其量程200mA，此时结合①有

解得，即要完整的测量小灯泡伏安特性曲线所用电阻的阻值不能小于。

练习1、用笔线代替导线按照（a）电路图连接（b）实物图____

【答案】

【名师点评】实物图连接按照一定顺序连接，起始于正极终止于负极，先串联后并联，最后并联电压表，注意电表的正负极，滑动变阻器的正确解法 。

练习2. （2018北京市通州区）某同学做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验．

如图所示是实验器材的实物图，部分电路已连接，请补充连接好剩余部分电路___．

②通过实验发现，随着小灯泡两端电压的增大，灯丝的阻值也增大，这是因为_________________________________．

【答案】    随着温度升高，灯丝电阻率增大   

【解析】（1）实验中，因小灯泡电阻较小，则用电流表外接；滑动变阻器用分压电路；如图；

（2）通过实验发现，随着小灯泡两端电压的增大，灯丝的阻值也增大，这是因为随着温度升高，灯丝电阻率增大；

【名师点评】实物图连接主要考察控制电路连接方式---分压接法调节。分压接法三种情况：滑动变阻器阻值小，电路电压或电流变化范围大，电压从零调整。

练习3．（2019湖南省长沙）在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路．

（1）按如图甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来________．

（2）如图是根据实验数据作出的U－I图象，由图可知，电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.

【答案】(1).     (2). 1.5    1.0   

【解析】电压表测量路端电压，滑动变阻器与电流表串联，接线如图所示

（2）由电源的图线与纵轴的交点为电动势，图线的斜率为电源的内阻，由图可知电源的电动势为，内阻为．

练习4．（2020浙江省宁波市效实中学）应用如图所示的实验器材来研究电磁感应现象及判定感应电流方向．在给出的实物图中，已用实线作为导线连接了部分实验电路，请用实线作为导线从箭头1和2处开始完成其余部分电路的连接________．

【答案】

【解析】[1]将线圈L1连接在电路中，作为磁体，将L2和电流表连接，观察是否能产生感应电流，导线不能交叉，如图所示：

【名师点评】实物图连接的时候尽量避免导线交叉画。

练习5.（2019上海市虹口）如图为“研究感应电流产生的条件”的实验电路图。

（1）将电路连接完整______

（2）保持电键S始终闭合。列举使线圈B中产生感应电流的两种方法：①______，②______。

【答案】    断开电键    上下移动线圈A（或移动滑动变阻器的滑片）。   

【解析】（1）[1]探究电磁感应现象实验电路分两部分，电源、开关、滑动变阻器、A线圈组成闭合电路，检流计与B线圈组成另一个闭合电路；电路图如图所示；

（2）[2][3]根据感应电流产生条件：穿过线圈的磁通量变化，当闭合电键后，能使线圈B中产生感应电流的方法：①断开电键；②上下移动线圈A（或移动滑动变阻器的滑片）。

练习6.（2019湖南二校10月联考）在用“伏安法测小灯泡的电阻”实验中．

（1）在如图甲，请你将电压表正确连入电路，完成电路的连接__________.

（2）在闭合开关之前，图中滑动变阻器的滑片应放在最______端．（填“左”或“右”）

（3）小明同学在做实验时，电路连接无误．闭合开关后，发现电流表的指针明显偏转，而电压表的示数为零．该故障的原因可能是__________.

（4）这个电路除了可以测小灯泡的电阻外，还可以用来测量小灯泡的功率．由图乙两表示数可求出小灯泡的功率P=_________W．（保留两位有效数字）

【答案】    左    小灯泡短路或电压表损坏    0.44   

【解析】（1）[1]由题目中的电压表 表盘可知，电压表选择的量程，电压表与灯泡并联，电流从正接线柱流入，从负接线柱流出，如图所示：

（2）[2]滑动变阻器右边的电阻接入电路，滑片处于左端接入电路的电阻最大，电路的电流最小，对电路有保护作用．

（3）[3]电流表由明显的偏转，说明电路的电流太大，总电阻减小，由电压表的示数为零，故障只能是灯泡短路或电压表损坏．

（4）[4]由乙图可得电压表的读数为，电流表的读数，所以小灯泡的功率为

二、          电路的设计和连接

例题：（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_____。

【答案】    ①. 见解析    ②. 990

【解析】（1）[1]为了准确测出微安表两端的电压，可以让微安表与定值电阻R0并联，再与电流表串联，通过电流表的电流与微安表的电流之差，可求出流过定值电阻R0的电流，从而求出微安表两端的电压，进而求出微安表的内电阻，由于电源电压过大，并且为了测量多组数据，滑动电阻器采用分压式解法，实验电路原理图如图所示

（2）[2]流过定值电阻R0的电流

加在微安表两端的电压

微安表的内电阻

练习1.（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）（3）略

【答案】    ①.

【解析】（1）[1]电流表内阻已知，电流表与并联扩大电流表量程，进而准确测量通过的电流，电压表单独测量的电压；滑动变阻器采用分压式接法，电表从开始测量，满足题中通过的电流从连续可调，电路图如下

练习2、（2020河北省唐山市）将满偏电流Ig＝300μA、内阻未知的电流表G改装成电压表并进行核对．

（1）利用如图1所示的电路测量电流表G的内阻（图中电源的电动势E＝4V）：先闭合S1，调节R，使电流表指针偏转到满刻度；再闭合S2，保持R不变，调节R′，使电流表指针偏转到满刻度的一半，读出此时R′的阻值为450Ω，则电流表内阻的测量值Rg＝_____Ω，这个测量值比电流表内阻的真实值_____填“偏大”或“偏小”）．

（2）将该表改装成量程为3V的电压表，需_____（填“串联”或“并联”）阻值为R0＝_____Ω的电阻．

（3）把改装好的电压表与标准电压表进行核对，试在图2画出实验电路图．

【答案】450    偏小    串    9550       

【解析】(1)[1][2]先闭合S1，调节R，使电流表指针偏转到满刻度；再闭合S2，保持R不变，调节R′，当S2闭合，R和R′并联电压相等，使电流表指针偏转到满刻度的一半，则有 ：Rg=R′=450Ω，闭合S2后，电路总电阻变小，电路总电流变大，通过R′的电流大于原来电流的二分之一，该实验测出的电表内阻偏小。

(2)[3][4]利用电流的改装原理，电压表利用串联分压，要串联一个电阻R0，由U=Ig（Rg+R0），可得：R0=9550Ω

(3)[5]改装后的电压表电阻较大，对电表进行矫正，滑动变阻选择分压接法，电路原理图如图，根据原理图，连接实物图如图所示：

【名师点评】滑动变阻器分压接法是，两下接电源（滑动变阻器下面两个接线柱接在电源两端），一上一下并电阻（下面一个接线柱和上面一个接线柱并联在控制的电阻两端）

练习3．（2018江苏泰兴）在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，某同学通过调节滑动变阻器测得的数据如下：

⑴在图（1）画出该实验电路图_____。

⑵在图给出的U－I坐标系中已经作出了U-I图线，利用该图线求得电动势E=____V，内阻r=___Ω．（均保留3位有效数字）。

⑶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_______（选填“电流表的分压”或“电压表的分流”）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。

【答案】    1.48-1.50  1.70-1.80  电压表的分流  偶然

【解析】（1）根据实验原理可知，本实验采用相对于电源来说的电流表外接法；原理图如下；

（2）由图象可知，图象与纵坐标的交点为1.48V，故电动势为1.48V；内阻 ；

（3）由图可知，电压表示数是准确的，但由于电压表的分流，导致电流表测量的电流小于通过电源的真实电流；而采用图象法处理实验数据可以减小实验的偶然误差，不能减小系统误差；
【名师点评】本题考查测量电动势和内电阻实验的数据的处理，要求能正确分析误差的来源，并能用图象法求出电势和内电阻．

练习4.某同学要测量一段电阻丝的电阻率，电阻丝电阻约为4 Ω，可提供的实验器材有：

A．电流表G，内阻Rg＝120 Ω，满偏电流Ig＝3 mA

B．电流表A，内阻约为0.2 Ω，量程为0～0.6 A

C．电阻箱(0～9 999 Ω，0.5 A)

D．滑动变阻器R(10 Ω，1 A)

E．电池组(3 V，0.05 Ω)

F．电阻丝Rx

G．一个开关和若干导线

该同学进行了以下操作：

(1)如图所示为他设计的实验电路图的一部分，请将电路图补画完整__________；

(2)测量并计算电阻率，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片到某位置，当电阻箱阻值为R0时，电流表G的示数为I1，电流表A的示数为I2.若电阻丝长度用L表示，电阻丝直径用d表示，则电阻率的表达式为p＝__________(用相关字母表示)．

【答案】       

【解析】 (1)该电路为测电阻丝的电阻，结合题目条件可知电路最好为限流电路(滑动变阻器用分压接法也对)，电流表外接，如图所示．

（2）根据欧姆定律得，，根据电阻定律得，，联立两式得，．

【名师点评】解决本题的关键掌握知道电表改装的原理，会分析实验的误差，知道误差的来源．

练习5.（青岛市2017）某实验探究小组利用半偏法测量电压表内阻，实验室提供了下列实验器材：

A．待测电压表V(量程为3V，内阻约为3000)

B．电阻箱R1(最大阻值为9999．9)

C．滑动变阻器R2(最大阻值为10，额定电流为2 A)

D．电源E(电动势为6V，内阻不计)

E．开关两个，导线若干
(1)虚线框内为探究小组设计的部分测量电路，请你补画完整；

(2)根据设计的电路图，连接好实验电路，进行实验操作，请你补充完善下面操作步骤。首先闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R2的滑片，使电压表达到满偏；保持______不变，断开开关_______(选填“S1”或“S2”)，调节________的阻值，使电压表示数达到半偏，读取并记录此时电阻箱的阻值R0；

(3)实验测出的电压表内阻R测=________，它与电压表内阻的真实值RV相比，R测____RV (选填“>”、“=”或“<”)。

【答案】  如图所示：

  的滑片位置         

【解析】（1）根据半偏法测电压表内阻的原理，滑动变阻器应接成分压电路，所以电路如图

（2）闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R2的滑片，使电压表达到满偏；保持的滑片位置不变，使左半部分得电压不变，断开开关“S2”，使电压表和电阻箱串联，调节电阻箱接入电路的阻值，使电压表示数达到半偏，读取并记录此时电阻箱的阻值R0；

（3）依据上述操作，被测电压表和电阻箱分得电压相等，即电压表内阻和此时电阻箱接入电路部分电阻箱等，可通过读取电阻箱接入电路部分电阻，得到被测电压表内阻， ；因为，断开开关“S2”后总电阻增大，使左半部分得电压增大，即两端电压大于被测电压表两端电压， 的阻值大于被测电压表的内阻，则。

练习6.（2018湖南师大附中）在“测定导体电阻”的实验中，电源使用两节新干电池，被测电阻Rx的阻值约为5 Ω，电流表内阻约0.2 Ω，电压表内阻约为2 kΩ，滑动变阻器的规格是“10 Ω　1.5 A”．

(1)图甲是不完整的实验电路，请你将电路图画完整__________；

(2)电路连接正确，实验数据记录如下表所示，其中一组数据有拼凑的嫌疑，请指出并说明判断依据______.

【答案】  （1）电路图；

  （2）第1组数据有拼凑的嫌疑，电压最低大约1V或电流最小大约0.2A

【解析】（1）由于电压表的内阻远大于被测电阻的阻值，故应采用电流表外接法，电路如下图：

（2）第1组数据有拼凑的嫌疑。因为滑动变阻器的电阻全部接入电路时，电流最小大约。

点睛：根据被测电阻与电压表内阻和电流表内阻的关系选择测量电路；滑动变阻器的电阻全部接入电路时，电流最小

三、          设计电路连接实物图

例题．（2019贵州省遵义市第四教育集团）某同学要测量一段未知材料电阻丝的电阻率，已知电阻丝长度为L，电阻约为20 Ω，可提供的实验仪器有：

A．电流表G，内阻Rg=120 Ω，满偏电流Ig=3 mA

B．电流表A，内阻约为0.2 Ω，量程为0～0.6 A

C．螺旋测微器

D．变阻箱(0--9999 Ω，0.5 A)

E．滑动变阻器R(5 Ω，1 A)

F．电池组(3 V，0. 05 Ω)

G. 一个开关和导线若干

他进行了以下操作：

(l)用螺旋测微器测量这段电阻丝的直径，如图所示为螺旋测微器的示数部分，则该次测量

测得电阻丝的直径d=_______mm.

(2)把电流表G与电阻箱串联当作电压表用．这块“电压表”最大能测量3V的电压，则电阻箱的阻值应调为Ro=___ Ω．

(3)图虚线框中只是他设计的实验电路图的一部分，请将电路图补画完整_________．

(4)请根据设计的合理的电路图进行正确的电路连线___________．

(5)闭合开关，调节滑动变阻器的滑片到某确定位置，电流表G的示数为I1，电流表A的示数为I2．请用测得的物理量和已知量写出计算电阻率的表达式ρ=____．

【答案】0.264-0.267；    880；               

【解析】(1)螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读；

(2)电流表改装为大量程的电压表，需串联电阻起分压作用，根据欧姆定律求出串联电阻的阻值；

(3)将电流表外接误差较小，因为改装后的电压表测量的是电阻丝的准确电压，用电流表的电流减去电流表G的电流为通过电阻丝的准确电流．根据测量的误差确定滑动变阻器的分压还是限流接法；

(4)根据电路图连接实物图；

(5)通过欧姆定律、电阻定律求出电阻率的表达式．

【详解】(1) 螺旋测微器的读数为：0+0.01×26.5mm=0.265mm；

(2) 根据欧姆定律得，；

(3) 电流表采取外接法测量误差较小，因为改装后的电压表测量的是电阻丝的准确电压，用电流表的电流减去电流表G的电流为通过电阻丝的准确电流．若限流，电压表变化范围约在2.4V-3V之间，误差较大．所以采用滑动变阻器分压式接法误差较小，电路图如图：

(4) 实物连线图如图

(5) 根据欧姆定律得，，根据电阻定律得， ，联立两式得，．

【名师点评】解决本题的关键掌握螺旋测微器的读数方法，以及知道电表改装的原理，会分析实验的误差，知道误差的来源．

练习1．测量一只量程已知的电压表内阻，器材如下：

A．待测电压表（量程3V，内阻约3KΩ)

B．电流表（量程0.6A，内阻0.01Ω）

C．定值电阻R（阻值2KΩ，额定电流0.5A）

D．电源E（电动势约3V，内阻不计）

E．开关两只，S1、S2，导线若干

（1）某同学设计了如图 (甲)所示的测量电路，在实验操作时，发现不可行。你认为主要问题是___________________________________________。

（2）请从上述所给器材中选用所需器材，帮助该同学设计一个能尽量减小实验误差的测量电路，并在虚线框内画出原理图，要求标明给定器材的符号。用需要测量的物理量和电路中器材已给的物理量，写出电压表内阻的计算式Rv=_______________。并从图中所给的器材中选出你所需要的器材，连接成实验电路图。

【答案】（1）不可行理由：电流表量程太大，而电路中电流太小，电流表没有明显读数。

（2） 电路图   连线

【解析】（1）由图甲可知，电压表与电流表串连接入电路，根据电源电动势及电表内阻，由闭合电路的欧姆定律求出电路电流，然后根据根据该电流分析答题．

（2）为了减小实验误差，可以把电压表与定值电阻串连接入电路，用开关控制定值电阻是否接入电路，然后由串联电路特点及欧姆定律求出电压表内阻．

【详解】（1）图甲所示电路中，电路最大电流I==≈0.001A，电路电流太小，电流表量程是0～0.6A，电流表量程太大，电流表指针偏转不明显，电流表没有明显读数，因此图甲所示电路不可行．

（2）电压表与定值电阻串联，开关S2与定值电阻并联，实验电路图如图所示；

根据实验电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示；

闭合开关S1、S2读出电压表示数U1，电源电动势E=U1，然后断开开关S2，读出电压表示数U2，定值电阻两端电压：UR=E-U2=U1-U2，此时电路电流I==，电压表内阻RV===；

练习2.（黑龙江省顶级名校2019-2020学年高三上学期期中）某同学要测量一段未知材料电阻丝的电阻率。已知电阻丝长度为，电阻约为，可提供的实验仪器有：

A．电流表，内阻，满偏电流=

B．电流表，内阻约为，量程

C．游标卡尺

D．变阻箱（，）

E．滑动变阻器（，）

F．电池组（，）

G．一个开关和导线若干

他进行了以下操作：

(1)用游标卡尺测量这段电阻丝的直径，如图所示，则该次测量的电阻丝直径=_______；

(2)把电流表与电阻箱串联当作电压表用。这块“电压表”最大能测量的电压，则电阻箱的阻值应调为_______；

(3)设计实验电路图。虚线框中只是他设计的实验电路图的一部分，请帮他将电路图补画完整__。

(4)实验电路连接。该同学完成了部分连接，请帮他补充完整。___

(5)测量并计算电阻率。闭合开关，调节滑动变阻器的滑片到某确定位置，电流表的示数为，电流表的示数为。则电阻率的表达式为：=_________。（使用、、、、、、及数字表示）

【答案】0.3    880               

【解析】 (1)[1]由图示游标卡尺可知，游标卡尺的主尺读数为0mm，游标读数为0.1×3mm=0.3mm，则最终读数为0mm+3×0.1mm=0.3mm；

(2)[2]把电流表改装成3V的电压表需要串联分压电阻，串联电阻阻值：

(3)[3]由题意可知，电流表应采用外接法，可准确测出待测电阻两端的电压和流过的电流；滑动变阻器最大阻值约为待测电阻阻值的2倍，滑动变阻器可以采用限流接法，实验电路图如图所示：

(4)[4]根据实验电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示：

(5)[5]电阻丝电阻：

由电阻定律可知：解得：