新高考物理三轮冲刺知识讲练与题型归纳专题36 电学实验（含解析）

这是一份新高考物理三轮冲刺知识讲练与题型归纳专题36 电学实验（含解析），共19页。
TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc128502071" 题型一 测定金属的电阻率（练习使用螺旋测微器） PAGEREF _Tc128502071 \h 1
\l "_Tc128502072" 题型二 描绘小电珠的伏安特性曲线 PAGEREF _Tc128502072 \h 3
\l "_Tc128502073" 题型三 测定电源的电动势和内阻 PAGEREF _Tc128502073 \h 6
\l "_Tc128502074" 题型四 练习使用多用电表 PAGEREF _Tc128502074 \h 10
\l "_Tc128502075" 题型五 电表的改装与应用 PAGEREF _Tc128502075 \h 13
[考点分析]
题型一 测定金属的电阻率（练习使用螺旋测微器）
（2022•武江区模拟）某学校电工从市场买来一大捆粗铜导线，如图甲所示，他觉得其实际长度与所标的长度相差较大，为此请物理科技兴趣小组同学帮助他通过实验进行检测。
（1）为了得到该铜丝的横截面积S，兴趣小组先用小刀割去铜导线外绝缘皮，再用螺旋测微器测定裸露的铜丝的直径d，如图乙所示，则可读得d＝ 2.000 mm；
（2）兴趣小组设计如图丙所示的电路来测定铜丝电阻，请根据电路图丙把图丁实物连接完整。
（3）首先闭合开关S1，把开关S2拨向1，记下电压表的示数为U0，接下来把开关S2拨向2，调节 电阻箱 ，使得电压表的示数为 U0 ，此时电阻箱R0的阻值为2.0Ω；
（4）根据研究小组设计方案，计算铜导线长度的表达式L＝ （用铜导线的电阻R、横截面积S、电阻率ρ表示），根据以上测得的数据可计算出该铜导线的长度为 339 m。（已知铜的电阻率ρ＝1.80×10﹣8Ω•m，结果保留三位有效数字）。
【解答】解：（1）螺旋测微器的精度为0.01mm，螺旋测微器固定刻度与可动刻度示数之和是螺旋测微器的示数，所以d＝2mm+0×0.01mm＝2.000mm；
（2）按电路图连线如图所示
（3）用单刀双掷开关测导线的电阻，显然是用等效代换的方法达到目的的，由于把S2接1时，待测电阻接入电路，电压表示数为U0，再把S2接2时，电阻箱替代了待测电阻，只有电压不变，则两电阻值就相等；
（4）根据欧姆定律和电阻定律有R＝R0，
所以导线的长度L339m。
故答案为：（1）0.350；（2）见解析；（3）电阻箱，U0；（4），339。
（2022•辽宁模拟）在“测定金属丝的电阻率”的实验中，某同学进行了如下操作：
（1）用毫米刻度尺测量接入电路中的金属丝的有效长度L，再用螺旋测微器测量金属丝的直径D，如图甲所示，则D＝ 1.415 mm。
（2）该同学接着用欧姆表粗测该金属丝的电阻，他进行了如下操作：先用“×100”挡测量时发现指针偏转角度过大，则应该换用 ×10 （选填“×10”或“×1000”）挡，正确换挡、重新欧姆调零后再进行测量，指针静止时位置如图乙所示，则该金属丝的电阻Rx＝ 160 Ω（结果保留三位有效数字）。
（3）若用伏安法测量该金属丝的阻值，电路如图丙所示。除电源（电动势为4V，内阻不计）、电流表A（量程为30mA，内阻约1Ω）、待测金属丝、导线、开关外，电压表应选用 A ，滑动变阻器应选用 D （以上两空均选填以下给定器材前的字母）。电压表的左端应与电路中的 a （选填“a”或“b”）点相连。
A．电压表V1（量程为3V，内阻约3kΩ）
B．电压表V2（量程为15V，内阻约15kΩ）
C．滑动变阻器R1（总阻值为50Ω，额定电流为2A）
D．滑动变阻器R2（总阻值为200Ω，额定电流为2A）
若某次测量中，电压表和电流表示数分别为U和I，请用上述直接测量的物理量（D、L、U、I）写出金属丝的电阻率ρ的表达式，即ρ＝ 。
【解答】解：（1）由图甲所示螺旋测微器可知，读数D＝1mm+41.5×0.01mm＝1.415mm。
（2）先用“×100”挡测量时指针偏转角度过大，所选挡位太大，应该换用×10挡；由图乙所示可知，该金属丝的电阻Rx＝16×10Ω＝160Ω。
（3）电源电动势为4V，电压表应选择A；待测电阻阻值约为160Ω，滑动变阻器采用限流接法，为测多组实验数据，滑动变阻器应选择D；由题意可知：18.75，160，则，电流表应采用内接法，电压表的左端应与电路中的a点相连。由欧姆定律可知，金属丝电阻R，由电阻定律可知：R，解得：ρ
故答案为：（1）1.415；（2）×10；160；（3）A；D；a；。
题型二 描绘小电珠的伏安特性曲线
（2023•历城区校级一模）发光二极管具有耗能少、体积小、亮度高等优点，现已逐步取代传统光源。某同学研究某发光二极管的伏安特性。经正确实验操作后，绘制的U﹣I图像如图乙所示，下列为实验备选器材：
A．电压表V1（量程0﹣3V，内阻约20kΩ）
B．电压表V2（量程0﹣15V，内阻约100kΩ）
C．电流表A1（量程0﹣50mA，内阻约40Ω）
D．电流表A2（量程0﹣6A，内阻约2Ω）
E．滑动变阻器R1（0﹣10Ω，额定电流2A）
F．滑动变阻器R2（0﹣1000Ω，额定电流0.1A）
G．电源E（电动势6V，内阻不计）
H．开关S，导线若干
（1）实验时，电压表应选用 A ，电流表选用 C ，滑动变阻器选用 E （填选项字母）；
（2）图甲为实验时的部分电路实物图，请用连线代替导线将电路补充完整；
（3）已知该发光二极管的最佳工作电流为15mA。现将它与电动势为3V、内阻不计的电池组相连，根据乙图，还需串联一个阻值R＝ 53 Ω的电阻才能使它工作在最佳状态（结果保留两位有效数字）。
【解答】解：（1）电动势为6V，绘制出发光二极管的I—U图其电压在0—3V的范围，若选量程0～15V的电压表，则表盘指针的偏转将小于满偏值的，读数误差较大，故选电压表V1，故选A；
绘制出发光二极管的I—U图其电流在0—30mA的范围，若选量程0～6A的电流表，则表盘指针的偏转将小于满偏值的，读数误差较大，故选电压表A1，故选C；
绘制出发光二极管的I—U图其电流在0—30mA的范围，则电流从零开始变化，则滑动变阻器应采用分压式接法，为方便调节，滑动变阻器应选R1，故选E；
（2）绘制出发光二极管的I—U图其电流在0—30mA的范围，则电流从零开始变化，则滑动变阻器应采用分压式接法，且由I—U图可看出发光二极管的最大电阻约为
RxΩ＝100Ω，而Ω＝894.4Ω，
则电流表应采用外接法，则完整的电路实物图如下
（3）由绘制出发光二极管的I—U图可看出在发光二极管的最佳工作电流为15mA时其电压为2.2V，则将它与电动势为3V、内阻不计的电池组相连，还需串联一个RΩ＝53Ω；
故答案为：（1）A、C、E（2）（3）53
（2022•道里区校级模拟）某同学做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验，已知小灯泡L“”标称值为“5V；2.5W”，实验室中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：
电压表V1（量程为3V，内阻为3kΩ）
电流表A1（量程为0.6A，内阻约为10Ω）
电流表A2（量程为3A，内阻约为0.1Ω）
滑动变阻器R1（0～10Ω，额定电流为2A）
滑动变阻器R2（0～1kΩ，额定电流为0.5A）
定值电阻R3（阻值为10Ω）
定值电阻R4（阻值为3kΩ）
电源E（E＝12V，内阻不计）
（1）实验中滑动变阻器应选用 R1 ，电流表应选用 A1 ，定值电阻应选用 R4 。（均填器材的符号）
（2）实验中得到的该灯泡的伏安特性曲线如图2所示，如果将小灯泡与另一个电动势为4V，内阻为8Ω的电源直接相连，则小灯泡的实际功率为 0.50 W。（保留两位有效数字）
【解答】解：（1）实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量，所以变阻器需要分压式接入电路，故滑动变阻器应选用R1；
根据功率公式，可得小灯泡额定电流为：IA＝0.5A，电流表A2的量程太大，电流表A1量程为0.6A比较合适，实验中电流表应选用A1；
电压表V1较小，但是内阻已知，虽然需要串联一个电阻，改装成大量程的电压表，应该在上述器材中选择定值电阻R4。
（2）在灯泡的伏安特性曲线图像中作出电源（把电阻看成电源内阻）的特性曲线，如图2所示，
由图线可得，交点坐标为I＝0.28A，U＝1.8V，所以灯泡的实际功率为：P＝UI＝1.8×0.28W≈0.50W
故答案为：（1）R1，A1，R4；（2）0.50。
题型三 测定电源的电动势和内阻
（2023•武汉模拟）某同学利用如图甲所示的电路，测量某电源的电动势和内阻，所用器材如图乙所示。请回答下列问题：
（1）按照图甲所示的电路图，将图乙中的实物连线补充完整 见解析 ；
（2）将滑动变阻器滑片滑到最左端，单刀双掷开关S2与“1”连通，再闭合开关S1，调节滑动变阻器滑片，记录下多组电压表和电流表的数据（U1，I1），断开开关S1。作出U﹣I图像如图丙中的“I”所示，根据图线“Ⅰ”可得：电源电动势为 4.10 V，内阻为 5.13 Ω；（结果均保留2位小数）
（3）将滑动变阻器滑片滑到最左端，S2与“2”连通，再闭合开关S1，调节滑动变阻器滑片，记录下多组电压表和电流表的数据（U2，I2），断开开关S1，作出U﹣I图像如图丙中的“Ⅱ”所示；
（4）只考虑电表内阻所引起的误差：
i.根据上述实验计算可得：电源电动势的真实值为 4.10 V，内阻的真实值为 4.77 Ω，电流表内阻为 0.36 Ω；（结果均保留2位小数）
ii.图线“Ⅰ”和“Ⅱ”相交于P（0.34A，2.36V）点，当电路工作于P点所示的状态时，若S2与“2”连通，则滑动变阻器连入电路的阻值为 6.58 Ω（结果保留2位小数）。
【解答】解：（1）根据电路图连接实物图如图所示
（2）由闭合电路欧姆定律得U＝E﹣Ir
则U﹣I图像与纵轴交点为电动势，图线斜率为电源内阻，由图像得E＝4.10V，
（4）i.当单刀双掷开关接1时，电流表示数为零时，电压表示数准确，即图线“I”与纵轴交点为电动势真实值，所以电源电动势的真实值为4.10V；
当单刀双掷开关接2时，电压表示数为零时，电流表示数准确，则电源内阻为
则电流表内阻为RA＝r﹣r'≈0.36Ω
ii.由题意得，当电路工作于P点所示的状态时，若S2与“2”连通，则滑动变阻器连入电路的阻值为
故答案为：（1）见解析；（2）4.10，5.13；（4），4.77，0.36；。
（2023•合肥一模）某实验小组要测量一节干电池的电动势E和内阻r．实验室仅能提供如下器材：
A．待测干电池
B．电流表A1：量程0～0.6A，内阻r1约为0.5Ω
C．电流表A2：量程0～300μA，内阻r2为1000Ω
D．滑动变阻器R：阻值范围0～20Ω，额定电流2A
E．电阻箱R'：阻值范围0～9999.9Ω，额定电流1A
F．开关S、导线若干
（1）小组根据给定的器材设计了两种测量电路图，其中较为合理的电路图为 乙 （选填“甲”或“乙”）；
（2）将电流表A2和电阻箱R'串联，改装成一个量程为3.0V的电压表，电阻箱R'的阻值应调到 9000 Ω；
（3）如表是小组在实验中记录的多组数据，其中第三组的I2没有记录，该数据如图丙A2表盘示数所示，请读出I2并记录在下表空格处；
（4）请根据该实验小组记录的数据，在图丁的直角坐标系上画出I2﹣I1图象 如解析所示 ；依据画出的图象可以得到电池的电动势E＝ 1.46 V，内电阻r＝ 0.72 Ω。（结果均保留两位小数）
【解答】解：（1）考虑到电流表A1的内阻对电源内阻的测量影响，则应采用图乙电路测量合理；
（2）将电流表A2和电阻箱R'串联，改装成一个量程为3.0V的电压表，电阻箱R'的阻值应调到：R′9000Ω；
（3）由图可知，微安表的满偏值为300μA，最小分度为10μA，所以图丙的读数为120μA；
（4）先根据表格中的数据描点，然后把这些点尽量画在一条直线上，偏离直线太远的点舍去，画出的I2﹣I1图象如下图，
由电压表改装可知，微安表A2的300μA刻度对应电压U＝I2（RA2+R′）＝300×10﹣6×（1000+9000）V＝3V。
根据闭合电路欧姆定律有U＝E﹣I1r，结合图象可知，等效“纵轴截距”为1.46V，即电动势：E＝1.46V
内阻：。
故答案为：（1）乙；（2）9000；（3）120；（4）如解析所示；、1.46（1.45～1.50 均正确）、0.74（0.72～0.76均正确）。
题型四 练习使用多用电表
（2022•东方校级二模）（1）某实验小组要对未知电阻Rx进行测量。如图甲所示，他们先用多用电表欧姆挡进行粗测，若多用电表的电阻挡有三个倍率，先用“×100”挡测量电阻Rx时，操作步骤正确，发现表头指针的偏转角度过大，为了较准确地进行测量，下列说法正确的是 C 。
A.先将选择开关拨到“×1K”挡，再将红黑表笔短接欧姆调零，且测量结果为1.40×104Ω
B.先将红黑表笔短接欧姆调零，再将选择开关拨到“×1K”挡，且测量结果为1.40×104Ω
C.先将选择开关拨到“×10”挡，再将红黑表笔短接欧姆调零，且测量结果为140Ω
D.先将红黑表笔短接欧姆调零，再将选择开关拨到“×10”挡，且测量结果为140Ω
（2）为准确测定该电阻的阻值，甲同学设计图（a）所示的电路进行实验。
①实验室提供了两种滑动变阻器；滑动变阻器R1（0～1000Ω）、滑动变阻器R2（0～10Ω），则实验中滑动变阻器应选 R2 （选填“R1”或“R2”）；
②实验操作时，按电路图（a）先将滑动变阻器的滑动触头移到A端，保持S2断开，闭合S1，调节滑动变阻器使电流表指针偏转至某一位置，并记下此时电流表读数I1；
③依次断开S和S1，保持滑动变阻器阻值不变，调整电阻箱R0阻值在150Ω左右，再闭合S2和S，调节R0阻值使得电流表读数为 I1 时，R0的读数即为待测电阻Rx的阻值；
（3）乙同学利用电路图（b）进行实验，多次改变电阻箱R0的阻值，读出电流表相应的电流I，因电源和电流表内阻较小，乙同学忽略不计，由测得的数据作出图像，根据图像的斜率和截距求出待测电阻Rx的阻值。若电源和电流表内阻是未知且不可忽略的，考虑实验产生的系统误差，则上述电路（a）中，电阻Rx的测量值 等于 真实值；电路（b）中电阻Rx的测量值 大于 真实值。（均选填“大于”“小于”或“等于”）
【解答】解：（1）表头指针偏转角度过大，说明选择挡位太大，因此换用较小的挡位，即选择开关拨到“×10”挡，再将红黑表笔短接欧姆调零，且测量结果为14×10Ω＝140Ω
故C正确，ABD错误；
（2）①图甲选用分压式连接，为了方便调节，选择阻值较小的R2；
③图中所用方法为类似半偏法测电阻，依次断开S和S1，保持滑动变阻器阻值不变，调整电阻箱R0阻值在150Ω左右，再闭合S2和S，调节R0阻值使得电流表读数为I1时，R0的读数即为待测电阻Rx的阻值；
（3）若电源和电流表内阻是不可忽略的，因为电源和电流表内阻对用（a）测电阻没有影响，电路（a）测电阻没有系统误差，而电路（b）测量值增加了电源和电流表的内阻，比真实值大。
故答案为：（1）C；（2）R2，I1，（3）等于，大于
（2022•汕头三模）多用电表的“×1Ω”欧姆挡的电路简化图如图（a）所示，其刻度盘如图（b）所示，已知电流表的电阻Rg＝2.0Ω，满偏电流Ig＝100mA，R1为可变电阻。
（1）某同学在使用前将两表笔短接，调节可变电阻R1，但因电源老化发现指针始终无法对齐“0Ω”刻度线，指针偏转角度最大时在图（b）中的位置A，此时可变电阻R1的滑动片位于 N （选填“M”或“N”）端，通过电流表的电流为 92 mA。
（2）使指针偏转角度最大后保持可变电阻R1阻值不变，在两表笔间接入电阻箱，逐渐减小电阻箱的阻值R，指针偏转角度随之 增大 （选填“增大”或“减小”）。
（3）当电阻箱阻值为12.0Ω时指针位置如图（b）中的位置B，则电源的电动势为 1.1 V，内阻为 10 Ω。（结果保留两位有效数字）
【解答】解：（1）指针偏转角度最大时通过电流表的电流最大，所以可变电阻R1阻值最小等于零，滑动片位于N端。因电流表满偏电流Ig＝100mA，由0～10挡位代表0～100mA，可知一格代表2mA，由电流电压刻度线得通过电流表的电流为80mA+2×6mA＝92mA。
（2）电阻箱阻值减小，回路中电流增大，指针偏转角度增大。
（3）指针在位置A时电流
由（1）可知 IA①
IA＝92mA＝0.092A ②
在位置B时电流
IB③
IB＝40mA+2×3mA＝46mA。
IB＝46mA＝0.046AIA ④
联立①②③④解得：r′＝10.0Ω
E′＝1.10V
故答案为：（1）N，92；（2）增大；（3）1.1，10。
题型五 电表的改装与应用
（2023•信阳二模）物理兴趣小组想要用图1所示的器材精确测量微安表（量程100μA，内阻几百欧）的内阻，并将其改装成一个量程为1mA的电流表，在此基础上再将它改装成量程为3V的电压表。图中MN是固定在刻度尺上的电阻丝，P是可调节的鳄鱼铗。
（1）已知电源的电动势为4V，内阻很小，实验室提供了两个滑动变阻器，且两种滑动变阻器都能正常使用，此实验中应选择 R2 ；
A．滑动变阻器R1（阻值范围0～500Ω）
B．滑动变阻器R2（阻值范围0～10Ω）
（2）因桥式电路测量电阻比较准确，实验时要求采用桥式电路进行测量。图中已连接了两条导线，请用笔画代替导线将未完成的电路连接好 见解析 。实验中发现鳄鱼铗P到右侧N的距离是MN长度的时灵敏电流计中恰无电流。此时若将P向MN中点移动而不改变电阻箱的阻值，则此时流过灵敏电流计的电流应是 Q向P （选填：P向Q、Q向P）。反复调整鳄鱼铗P和电阻箱，直到P处在MN的中点时，灵敏电流计示数为零，电阻箱的示数如图2所示时，则灵敏电流计的电阻为 900.0Ω 。
（3）然后兴趣小组设计了图3所示的改装电路图，并标出R3和R4，其中最左端为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱，电阻箱的阻值应取R3＝ 100 Ω，R4＝ 2910 Ω（保留到个位）
【解答】解：（1）由于电源的电动势为4V，且两种滑动变阻器都是安全的，而待测电阻有几百欧，宜接成分压电路，为便于调节，变阻器宜小不宜大，故选用R2。
（2）题中要求用桥式电路进行测量，先将电源、电键和滑动变阻器接成主电路，然后在分压电路中将待测元件和电阻箱串联后与电阻并联，用灵敏电流计作为电桥，可连接成图示实验电路。
电桥平衡时电流计中无电流，P、Q两点等电势，当P向MN中点移动时Q端的电势不变，而P端的电势降低，故有Q向P的电流。
当P处在MN的中点电桥再次平衡时，电阻箱和微安表的内阻相等，读图知电阻箱的示数为900Ω，故表头内阻Rg＝900.0Ω
（3）电表改装时应按满量程计算。接a时量程为1mA，有IgRg＝（I﹣Ig）R3
得R3＝100Ω
接b时量程为3V，有U＝IgRg+IR4
得R4＝2910Ω
故答案为：（1）R2（2）见解析；Q向P；900.0Ω；（3）100；2910。
（2022•天心区校级一模）某同学要将量程为3mA的毫安表G改装成量程为30mA的电流表。他先测量出毫安表G的内阻，然后对电表进行改装，最后再利用一标准毫安表对改装后的电流表进行校准，可供选择的器材如下：毫安表头G（量程3mA，内阻约为几百欧姆）
A．滑动变阻器R1（0～1kΩ）；
B．滑动变阻器R2（0～10kΩ）；
C．电阻箱R（0～9999.9Ω）；
D．电源E1（电动势约为1.5V）；
E．电源E2（电动势约为9V）；开关、导线若干具体实验步骤如下：
①按电路原理图a连接电路；
②将滑动变阻器的阻值调到最大，闭合开关S1后调节滑动变阻器的阻值，使毫安表G的指针满偏；
③闭合S2，保持滑动变阻器不变，调节电阻箱的阻值，使毫安表G的指针偏转到量程的三分之一位置；
④记下电阻箱的阻值。
回答下列问题：
（1）为减小实验误差，实验中电源应选用 E2 （填器材前的字母），滑动变阻器应选用 R2 （填器材前的字母）；
（2）如果按正确操作步骤测得电阻箱的阻值为90.0Ω，则毫安表G内阻的测量值Rg＝ 180 Ω，与毫安表内阻的真实值Rg'相比，Rg ＜ （填“＞”“＝”或“＜”）Rg'；
（3）若按照第（2）问测算的Rg，将上述毫安表G并联一个定值电阻R改装成量程为30mA的电流表，接着该同学对改装后的电表按照图b所示电路进行校准，当标准毫安表的示数为16.0mA时，改装表的指针位置如图c所示，由此可以推测出改装的电表量程不是预期值，要想达到实验目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将定值电阻R换成一个阻值为kR的电阻即可，其中k＝ 。
（4）若用该电流表[量程3mA，内阻按照第（2）问测算的Rg]按正确的步骤改装成欧姆表并测标准电阻Rx的阻值时（如图d），理论上其测量结果与标准电阻Rx实际阻值相比较 相等 （填“偏大”“偏小”或“相等”）。
【解答】解：（1）本实验误差来自于闭合S2电阻箱R2并入电路后，干路电流会发生变化，为使干路电流变化较小，应使干路中滑动变阻器进入电路的阻值尽量大，为使电流表能够满偏，相应的电源电动势应较大。故电源选择电动势约为9V的电源E2，毫安表G的满偏电流为3mA，则干路中滑动变阻器进入电路的最小阻值约大于Ω＝3000Ω，故滑动变阻器应选用最大阻值为10kΩ的R2。
（2）实验中闭合S2，保持R1不变，调节R2的阻值，使毫安表G的指针偏转到量程的三分之一位置，此过程认为干路电流仍等于毫安表G的满偏电流Ig，则有：（Ig）R2
解得：Rg＝2R2＝2×90Ω＝180Ω
因于闭合S2电阻箱R2并入电路后，电路的总电阻变小，干路电流会变大，即干路电流大于Ig，而流过毫安表G的电流为Ig，则流过电阻箱R2的电流大于Ig，即流过电阻箱R2的电流实际上大于流过毫安表G的电流的2倍，根据并联电路的特点，可知毫安表G内阻真实值大于电阻箱R2的阻值的2倍，可知测量值偏小，即Rg＜Rg′。
（3）当标准毫安表的示数为16.0mA时，改装表的读数为15.0mA，则当改装表满偏时，对应的真实电流为32.0mA，即把毫安表G改装成32mA的电流表时
RRg
把毫安表G改装成30mA的电流表时
R'Rg
所以
k
（4）测量时欧姆表进行欧姆调零，表头的内阻的误差不影响欧姆表的内阻，所以，测量值等于真实值。
故答案为：（1）E2，R2；（2）180，＜；（3）；（4）相等测量次数
1
2
3
4
5
6
A1示数I1/A
0.12
0.20
0.36
0.38
0.50
0.57
A2示数I2/μA
137
132
120
114
110
105