查补易混易错17 电学实验-【查漏补缺】2022年高考物理三轮冲刺过关（原卷版）

查补易混易错17  电学实验

近几年高考实验题基本上是“一力一电”的模式，题型多样，考查内容广阔，教法灵活，注重考查物理实验的基本技能、知识的应用和拓展能力，更加注重考查考生的理解能力、实验探究能力和创新能力。

对电学实验的考查规律大致体现在以下两个方面：⑴研究小灯泡的伏安特性曲线[2021河北卷]、测电源的电动势和内阻[2021湖南、湖北卷等]的考查频次较高，其次是伏安法没电阻、各种变式测电阻，热敏电阻的测量，电表的改装，多用电表的考查等紧随其后，利用传感器制作简单的自动控制装置[2021广东、山东卷]是近几年的一个考查热点；新课标中新增的观察电容器的充、放电现象，探究影响感应电流方向的因素，探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系等实验基本没考查。⑵几乎所有的电学实验都是以闭合电路欧姆定律或者部分电路欧姆定律等基本电学理论为核心，主要表现在电表改装、多用电表、各种变式测电阻、伏安法测电动势和内阻等基于教材实验的拓展实验。

【真题示例·2021·湖南卷·12】  某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻（阻值为）、一个电流表（内阻为）、一根均匀电阻丝（电阻丝总阻值大于，并配有可在电阻丝上移动的金属夹）、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：

（1）将器材如图（a）连接：

（2）开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的___________端（填“a”或“b”）；

（3）改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角和电流表示数，得到多组数据；

（4）整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图（b）所示，图线斜率为，与纵轴截距为，设单位角度对应电阻丝的阻值为，该电池电动势和内阻可表示为___________，___________（用、、、、表示）

（5）为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值。利用现有器材设计实验，在图（c）方框中画出实验电路图__________（电阻丝用滑动变阻器符号表示）；

（6）利用测出的，可得该电池的电动势和内阻。

【易错01】测定金属丝的电阻率

1.数据处理的方法

(1)在求Rx的平均值时可用两种方法

①用Rx= 分别算出各次的阻值,再取平均值。

②用U-I图线的斜率求出阻值。

(2)计算电阻率

将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式ρ=Rx=。

2.误差分析

(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得的,直径的测量是产生误差的主要来源之一。

(2)采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。

(3)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。

(4)由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。

【易错02】测电阻的其它方法:

1.安安法

若电流表内阻已知,则可将其当做电流表、电压表以及定值电阻来使用。

(1)如图甲所示,当两电表所能测得的最大电压接近时,如果已知A1的内阻R1,则可测得A2的内阻R2=。

(2)如图乙所示,当两电表的满偏电压UA2≫UA1时,A1串联一定值电阻R0后,同样可测得A2的电阻R2=。

2.伏伏法

若电压表内阻已知,则可将其当做电流表、电压表和定值电阻来使用。

(1)如图1所示,两电表的满偏电流接近时,若已知V1的内阻R1,则可测出V2的内阻R2=R1。

(2)如图2所示,两电表的满偏电流IV1≪IV2时,V1并联一定值电阻R0后,同样可得V2的内阻R2=。

3.半偏法测电流表内阻

电路图如图所示

步骤:(1)断开S2,闭合S1,调节R0,使电流表示数为满偏电流I0。

(2)保持R0不变,闭合S2,调节R,使电流表示数为。

(3)由上可得RA=R。

4.等效替代法

如图所示,先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上,读出电流表示数I;然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上,调节电阻箱的阻值,使电流表的示数仍为I,则电阻箱的示数即待测电阻的阻值。

【易错03】测量电源的电动势和内阻

1.数据处理的方法

(1)公式法:联立六组对应的U、I数据,满足关系式U1=E-I1r、U2=E-I2r、U3=E-I3r、…,让第1式和第4式联立方程,第2式和第5式联立方程,第3式和第6式联立方程,这样解得三组E、r,取其平均值作为电池的电动势E和内阻r。

(2)图像法:在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U-I坐标系,在坐标平面内描出各组(I,U)值所对应的点,然后尽量多地通过这些点作一条直线,不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧,个别偏离直线较远的点可舍去,则直线与纵轴交点的纵坐标值即电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距),图线斜率的绝对值即电池的内阻r,即r=。

2.误差分析

(1)偶然误差

①由于读数不准和电表线性不良引起误差。

②用图像法求E和r时,由于作图不准确造成误差。

③测量过程中通电时间过长或电流过大,都会引起E、r变化造成误差。

(2)系统误差

由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。

a.如图甲所示,在理论上E真=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压,而实验中忽略了通过电压表的电流IV而造成误差,而且电压表示数越大,IV越大。

甲

乙

结论:①当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流测量值=真实值;

②E测<E真;

③因为r测=,所以r测<r真。

从电路的角度看,电压表看成内电路的一部分,故实际测出的是电源和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测),如图乙所示,因为电压表和电池并联,所以r测小于电池内阻r真;因为外电阻R断开时,a、b两点间电压Uab等于电动势E测,此时电源与电压表构成回路,所以Uab<E真,即E测<E真。

b.若采用如图丙所示的电路,I为电源电流真实值,理论上有E真=U+UA+Ir真,其中UA不可知而造成误差,而且电流表示数越大,UA越大,当电流为零时,UA=0,电压为准确值,等于E真。

结论:①E测=E真;

②I短测<I短真;

③因为r测=,所以r测>r真,r测为r真和RA的串联值,由于通常情况下电池的内阻较小,所以这时r测的测量误差非常大。

【易错04】用多用电表测量电学中的物理量

1.实验注意事项

(1)表内电源正极接黑表笔,负极接红表笔,但是红表笔插入“+”孔,黑表笔插入“-”孔,注意电流的实际方向。

(2)区分“机械零点”与“欧姆零点”。机械零点是刻度盘左侧的“0”位置,对应调整的是表盘下边中间的指针定位螺丝;欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置,对应调整的是欧姆调零旋钮。

(3)测电压时,多用电表应与被测元件并联;测电流时,多用电表应与被测元件串联。

(4)测量电阻时,每变换一次挡位都要重新进行欧姆调零。

(5)由于欧姆表盘刻线不均匀,估读时误差较大,故测量结果不估读,读数时注意乘倍率。

(6)使用多用电表时,手不能接触表笔的金属杆,特别是在测电阻时,更应注意不要用手接触表笔的金属杆。

(7)测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开,否则不但影响测量结果,甚至可能损坏电表。

(8)如果长期不用欧姆表,应把表内电池取出。

(9)在研究二极管的单向导电性时,切记在二极管正向导通的情况下电路中必须连有灯泡或其他用电器,不能只连接一个二极管,否则极易烧坏二极管。

2.多用电表的读数技巧

(1)测电阻时,电阻值等于指针的示数与倍率的乘积。指针示数的读数一般读两位有效数字。

(2)测电压和电流时,如果所读表盘的最小刻度为1、0.1、0.01等,读数时应读到最小刻度的下一位,若表盘的最小刻度为0.2、0.02、0.5、0.05等,读数时只读到与最小刻度位数相同即可。

【易错05】电路的故障分析

1.故障特点

(1)断路特点:表现为路端电压不为零而电流为零。

(2)短路特点:用电器或电阻发生短路,表现为有电流通过电路但用电器或电阻两端电压为零。

2.检测方法

(1)电压表检测:如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联路段短路。在运用电压表检测时,一定要注意电压表的正负接线柱和量程。

(2)电流表检测:当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电流值的分析,可以确定故障的位置。在运用电流表检测时,一定要注意电流表的正负接线柱和量程。

(3)欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处断路;当测量值很小或为零时,表示该处短路。在运用欧姆表检测时,被检测元件应从电路中拆下来。

(4)假设法:将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路发生某种故障,运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理。

1.（2021·全国甲卷）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·湖北卷）小明同学打算估测5个相同规格电阻的阻值。现有一个量程为0.6 A的电流表、一个电池组（电动势E不大于4.5 V、内阻r未知）、一个阻值为R0的定值电阻、一个阻值为R1的定值电阻（用作保护电阻），开关S和导线若干。他设计了如图（a）所示的电路，实验步骤如下：

第一步∶把5个待测电阻分别单独接入A、B之间，发现电流表的示数基本一致，据此他认为5个电阻的阻值相等，均设为R。

第二步∶取下待测电阻，在A、B之间接入定值电阻R0，记下电流表的示数I0。

第三步∶取下定值电阻R0，将n个（n=1，2，3，4，5）待测电阻串联后接入A、B之间，记下串联待测电阻的个数n与电流表对应示数In。

请完成如下计算和判断∶

（1）根据上述第二步，与R0、R1、E、r的关系式是=___________。

（2）定义，则Y与n、R、R0、E的关系式是Y=__________。

（3）已知R0=12.0Ω，实验测得I0=0.182 A，得到数据如下表∶

根据上述数据作出图像，如图（b）所示，可得R=______Ω（保留2位有效数字），同时可得E=______V（保留2位有效数字）。

（4）本实验中电流表内阻对表中Y的测量值_______影响（选填“有"或“无"）。

3.（2021·海南卷）在伏安法测电阻的实验中，提供以下实验器材：电源E（电动势约，内阻约），待测电阻（阻值小于），电压表V（量程，内阻约），电流表A（量程，内阻约），滑动变阻器（最大阻值），单刀开关，单刀双掷开关，导线若干。某同学利用上述实验器材设计如图所示的测量电路。

回答下列问题：

（1）闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应滑到___________（填“a”或“b”）端；

（2）实验时，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应将拨向___________（填“c”或“d”）；在上述操作正确的情况下，引起实验误差的主要原因是___________（填正确选项前的标号）；

A．电流表分压        B．电压表分流        C．电源内阻分压

（3）实验时，若已知电流表的内阻为，在此情况下，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应将拨向___________（填“c”或“d”）；读得电压表的示数为，电流表的示数为，则___________（结果保留两位有效数字）。

4.（2021·北京卷）在“测量金属丝的电阻率”实验中，某同学用电流表和电压表测量一金属丝的电阻。

（1）该同学先用欧姆表“”挡粗测该金属丝的电阻，示数如图1所示，对应的读数是_______。

（2）除电源（电动势3.0 V，内阻不计）、电压表（量程0 ~ 3 V，内阻约3 kΩ）、开关、导线若干外，还提供如下实验器材：

A．电流表（量程0 ~ 06 A，内阻约0.1 Ω）

B．电流表（量程0 ~ 3.0 A，内阻约0. 02 Ω）

C．滑动变阻器（最大阻值10 Ω，额定电流2 A）

D．滑动变阻器（最大阻值1 kΩ，额定电流0.5 A）

为了调节方便、测量准确，实验中电流表应选用________，滑动变阻器应选用_______。（选填实验器材前对应的字母）

（3）该同学测量金属丝两端的电压U和通过金属丝的电流I，得到多组数据，并在坐标图上标出，如图2所示。请作出该金属丝的U- I图线_____，根据图线得出该金属丝电阻R =________Ω（结果保留小数点后两位）。

（4）用电流传感器测量通过定值电阻的电流，电流随时间变化的图线如图3所示。将定值电阻替换为小灯泡，电流随时间变化的图线如图4所示，请分析说明小灯泡的电流为什么随时间呈现这样的变化。（       ）

5（2021·浙江卷）小李在实验室测量一电阻Rx的阻值。

（1）因电表内阻未知，用如图1所示的电路来判定电流表该内接还是外接。正确连线后，合上开关S，将滑动变阻器的滑片P移至合适位置。单刀双掷开关K掷到1，电压表的读数，电流表的示数如图2所示，其读数___________A；将K掷到2，电压表和电流表的读数分别为，。由此可知应采用电流表___________（填“内”或“外”）接法。

（2）完成上述实验后，小李进一步尝试用其它方法进行实验：

①器材间连线如图3所示，请在虚线框中画出对应的电路图___________；

②先将单刀双掷开关掷到左边，记录电流表读数，再将单刀双掷开关挪到右边，调节电阻箱的阻值，使电流表的读数与前一次尽量相同，电阻箱的示数如图3所示。则待测电阻___________。此方法___________（填“有”或“无”）明显的实验误差，其理由是___________。

6．（2021·浙江绍兴市高三二模）（1）小明同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，有一根导线处于断路状态，如图1所示。为了寻找这根导线，小明同学想先闭合开关，调节滑动变阻器滑片到某位置，把多用电表的黑表笔接在电路中的a点，再将红表笔分别在图中b、c、d点进行测量，下列选档中，符合操作规程的是______；

A．直流10V挡        B．直流0.5A挡

C．直流2.5V挡        D．欧姆挡×10

（2）在（1）中的测量结果如下表

则断路的导线应是______（填图中导线的编号）；

（3）排除故障后，小明分别描绘了采用电流表内接法和电流表外接法两种情况下的伏安特性曲线，如图乙所示，则图线I是采用电流表______（填“内接法”或“外接法”），电流表内阻约______Ω（保留2位有效数字）。

7．（2021·天津南开区高三一模）小明欲测量某段圆柱形样品材料的电阻率，该材料电阻约为左右。现提供以下实验器材

A．电压表V（量程，内阻约为）

B．电流表（量程，内阻）

C．电流表（量程，内阻约为）

D．滑动变阻器（，额定电流）

E.直流电源E（电动势为，内阻很小）

F.开关一只，导线若干

回答下列问题：

(1)用游标卡尺测得该样品的长度如图甲所示，其示数______，用螺旋测微器测得该样品的直径如图乙所示，其示数______；

(2)为尽可能精确地测量该样品电阻率，在方框中画出电路图并标明所选器材；______

(3)请写出实验还需测量物理量的名称和符号______，并用所测得的物理量符号和已知物理量的符号表示这种材料的电阻率______。

8．（2021·济南市历城二中高三模拟）实验小组用如图（a）所示的实验电路测定电源电动势E和电压表内阻R，提供的器材如下：

A．待测电源E（电动势约3V，内阻可忽略）

B．待测电压表V（量程0~3.0v，内阻约3）

C．电阻箱（总阻值999.9）

D．电阻箱（总阻值9999）

（1）电阻箱应选择________（填序号）；

（2）连接好实验电路，调节R，测得系列对应电压U，在坐标中描点作图如图（b），图线在纵坐标轴上的截距为a，某点坐标为，则电源电动势和电压表内阻的测量值分别为____________、____________；

（3）图（c）中图线1为实验所得，若电源内阻不能忽略，则实际图线可能是图（c）中的图线_____________，由于忽略电源内阻，导致电源电动势的测量值____________（填“大于”“等于”或“小于”）真实值。

9．（2021·湖南娄底市高三零模）某手机电池的电动势约为4V左右，为精确测出该电池的电动势和内阻。除待测手机电池外，实验室可供选用的器材有：

A．电流表A：（量程0.6A、内阻）

B．电压表V：（量程15V、内阻约）

C．滑动变阻器：最大阻值5Ω

D．电阻箱：（0~9999.9Ω）

E.一个开关及导线若干

（1）为了能精确测量电池的电动势和内阻。请选用合适的器材设计电路，并把设计的电路画在方框内。（______）

（2）根据设计的电路。在用图像法处理数据时，若纵轴为，为了保证得到的图像为直线。则横轴为______，得到图像1，若图像1与纵轴的截距为，斜率为，则电池的电动势______，内阻______；

（3）为了保证得到的图像为直线，还可以以电流表的示数I为横轴，以______为纵轴；得到图像2；若图像2与纵轴的截距为，斜率的绝对值为，则电池的电动势______，内阻______。（用题中给出的物理量符号表示）

10．（2021·湖南衡阳市高三一模）（1）在“测定金属丝的电阻率”的实验中，需要测出金属丝的电阻，甲乙两同学分别采用了不同的方法进行测量：甲同学直接用多用电表测其电阻，所使用的多用电表欧姆挡共有“”“”“”“”四个挡，该同学选择倍率，用正确的操作方法测量时，发现指针转过角度太大。为了准确地进行测量，进行如下操作：

A．旋转选择开关至欧姆挡___________

B．将两表笔短接调节欧姆调零旋钮使指针对准刻度盘上欧姆挡的零刻度

C．将两表笔分别连接到的两端，指针指在图甲所示位置，的测量值为___________

D．旋转选择开关至“”，并拔出两表笔

（2）如图乙所示为欧姆表表头原理图，已知电流计的量程为，电池电动势为，则该欧姆表的内阻是___________。

（3）为了较精确地测量另一定值电阻的阻值，乙同学采用如图丙所示的电路。电源电压恒定，电阻箱接入电路的阻值可调且能直接读出。

①用多用电表测电路中的电流

②闭合电键，多次改变电阻箱阻值，记录相应的和多用电表读数，得到的关系如图丁所示，不计此时多用电表的内阻。则___________，电源电压___________。