高考电学实验总结与解析

-1-高考电学实验总结归类电学实验是高考试题中必考实验，电学实验出题灵活，内容丰富，在高考试卷中所占比重大，是高考试题中的重要得分点。以下是电学实验各种常见实验原理和做题技巧的总结，基本涵盖了电学实验中的所有题型，对学习电学实验有很大的帮助。一、电表的双重作用1（电表的替代）.有以下可供选用的器材及导线若干条，要求尽可能精确地测量出待测电流表的满偏电流．A．待测电流表A0：满偏电流约为700～800μA、内阻约100Ω，已知表盘刻度均匀、总格数为N．B．电流表A：量程0.6A、内阻0.1Ω．C．电压表V：量程3V、内阻3kΩ．D．滑动变阻器R：最大阻值200Ω．E．电源E：电动势约3V、内阻约1.5Ω．F．开关S一个．（1）根据你的测量需要，在B（电流表A）和C（电压表V）中应选择．（只需填写序号即可）（2）在虚线框内画出你设计的实验电路图．（3）测量过程中，测出多组数据，其中一组数据中待测电流表A0的指针偏转了n格，可算出满偏电流IAmax=，式中除N、n外，其他字母符号代表的物理量是．答案①C②电路如图所示③vRUnN(或3000UnN)U为电压表读数，Rv为电压表内阻解析（1）由于电流表的满偏电流太小，所以要想进行多次测量，不能使用。而对于电压表，1000ggVUIAR，大于待测电流表的满偏电流，因此，可把电压表当电流表用。故选C.（2）题中要求测多组数据，故测量电路应选用分压电路，电路图如右所示。（3）电路中的电流VUIR，又电流表刻度均匀，故有：mIInN-2-联立可解得：maxVNUInR或max3000NUIn2.某同学要测量一电压表V1的内阻。提供的器材有：A．电压表V1：量程3V，内阻约为2kΩB．电压表V2：量程10V，内阻为5kΩC．电源E：电动势约为10V，内阻不计D．滑动变阻器R：最大阻值为20ΩE．定值电阻R1：阻值5kΩF．定值电阻R2：阻值30kΩG．电键S及导线若干该同学设计了如图甲所示的实验电路图，通过改变滑动变阻器R的阻值，测量多组电压表V1的读数U1和电压表V2的读数U2，最终求出了电压表Vl的内阻。（1）实验中定值电阻应选用__________（填字母代号）；（2）该同学在实验中测得数据如下表：请在图乙的坐标中，描点作出U1－U2的图象。（3）由图象可以较准确地求出电压表Vl的内阻为_________kΩ。答案（1）R1（2）0.2kΩ解析（1）定值电阻与电压表V1串联，有：1211VUUURR，可得：5Rk，故选1R。（2）由1211VUUURR可得：1121VVRUURR，即12UU图像的斜率为11VVRRR，从所作图像中先求出斜率，随之可算出10.2VRk点评本题中，电压表的双重作用为：一是测量工具电压表，二也是一个电阻.二、伏安法测电阻(或电阻率)1、(2012·北京卷，21)在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准．待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm.(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如下图所示，其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均值)．-3-(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为：电池组(电动势3V，内阻约1Ω)，电流表(内阻约0.1Ω)、电压表(内阻约3kΩ)、滑动变阻器R(0～20Ω，额定电流2A)、开关、导线若干．某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用下图中的________图(选填“甲”或“乙”)．(3)下图是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端．请根据(2)所选的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏．(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点．请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U­I图线．，由图线得到金属丝的阻值Rx＝________Ω(保留两位有效数字)．(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________(填选项前的符号)A．1×10－2Ω·mB．1×10－3Ω·mC．1×10－6Ω·mD．1×10－8Ω·m(6)任何实验测量都存在误差．本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的选项是________(有多个正确选项)．A．用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差B．由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C．若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差D．用U­I图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差-4-解析(1)螺旋测微器的读数为0mm＋39.8×0.01mm＝0.398mm.(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5Ω.由题知Rx≪RV，故电流表外接．若滑动变阻器接为限流的形式，则Rx两端的电压最小值Umin＝5×320＋5＋1＋0.1V≈0.6V，而从实验数据可知Rx两端电压可为0.10V，因此滑动变阻器应采用分压的形式．(3)如图甲所示．图甲图乙(4)选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，如图乙所示．图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值Rx＝4.4Ω.(5)根据R＝ρlS得金属丝的电阻率ρ＝RSl＝πRd24l＝3.14×4.4×0.398×10－324×0.5Ω·m≈1.09×10－6Ω·m，故选项C正确，选项A、B、D错误．(6)由于读数引起的误差属于偶然误差，选项A错误；由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差，若将电流表和电压表的内阻计算在内，则可以消除系统误差，选项B错误、选项C正确；利用U­I图象处理数据，相当于多次测量取平均值，可以减小偶然误差，选项D正确．答案(1)0.398(0.395～0.399均正确)(2)甲(3)如解析图甲所示(4)如解析图乙所示4.4(4.3～4.7均正确)(5)C(6)CD2、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5V,2.5W”的小灯泡、导线和开关外，还有：A．直流电源(电动势约为5V，内阻可不计)B．直流电流表(量程0～3A，内阻约为0.1Ω)C．直流电流表(量程0～600mA，内阻约为5Ω)D．直流电压表(量程0～15V，内阻约为15kΩ)E．直流电压表(量程0～5V，内阻约为10kΩ)F．滑动变阻器(最大阻值10Ω，允许通过的最大电流为2A)G．滑动变阻器(最大阻值1kΩ，允许通过的最大电流为0.5A)实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据．(1)实验中电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均-5-用序号字母表示)．(2)请按要求将图7-4-3中所示的器材连成实验电路．(3)某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如下图甲所示．现把实验中使用的小灯泡接到如图乙所示的电路中，其中电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，定值电阻R＝9Ω，此时灯泡的实际功率为________W．(结果保留两位有效数字)甲乙解析(1)由灯泡标识(5V，2.5W)知，I＝PU＝0.5A，因此电流表选C，电压表选E.由于电路接成分压式，滑动变阻器选F.(2)如图所示(3)把定值电阻作为电源的内阻，则该电源短路时的电流为Imax＝ER＋r＝0.6A，在题图中的U－I图中，作出此电源的U－I图线如图中虚线所示。两图线交点即表示该灯泡的实际工作点．由图知U＝2.2V，I＝0.38A，所以P＝UI＝2.2×0.38W＝0.84W.答案(1)CEF(2)见解析图(3)0.84(0.81～0.87)皆可三“替代法”测电阻-6-1、(2011·课标全国卷，22)为了测量一微安表头A的内阻，某同学设计了如上图所示的电路．图中A0是标准电流表，R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱，S和S1分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关，E是电池．完成下列实验步骤中的填空：(1)将S拨向接点1，接通S1，调节________，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时________的读数I；(2)然后将S拨向接点2，调节________，使________，记下此时RN的读数；(3)多次重复上述过程，计算RN读数的________，此即为待测微安表头内阻的测量值．解析本题为用替代法测未知电流表的内阻，其实验步骤为：(1)将S拨向接点1，接通S1，调节R0，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时标准电流表(或A0)的读数I；(2)然后将S拨向接点2，调节RN，使标准电流表(或A0)的读数仍为I，记下此时RN的读数；(3)多次重复上述过程，计算RN读数的平均值，此即为待测微安表头内阻的测量值．答案(1)R0标准电流表(或A0)(2)RN标准电流表(或A0)的读数仍为I(3)平均值2、(电压表替代)某同学要测电压表的内阻RV，测量的电路如下图a所示，供选择的器材如下：①待测电压表(0～3V，内阻约3kΩ)；②电压表(0～6V，内阻约6kΩ)；③定值电阻R1＝3kΩ；④定值电阻R2＝30Ω；⑤滑动变阻器R3(0～1kΩ，1A)；⑥滑动变阻器R4(0～10Ω，2A)；⑦电源3.0V，内阻不计；⑧开关一个，导线若干．根据上述条件，请你完成下面的实验．(1)定值电阻应选________；滑动变阻器应选________．(2)根据电路图a，在上图b中用实线把实物连成电路；(3)实验过程中的测量步骤为：移动滑动变阻器触头到某一位置，记录、的读数U1、U2；不断改变滑动变阻器触头的位置，得到一组U1、U2的值，分别以U1、U2为坐标轴建立坐标系，作出相应图线(如下图所示)，测得该图线的斜率为k.根据图线的斜率k和选定的定值电阻，写出待测电压表内阻的表达式为RV＝________.解析(1)定值电阻应选R1，滑动变阻器应选R4，若选用大电阻的滑动变阻器，就会出现在-7-移动滑动触头的时候，刚开始电压表上的电压几乎不变，到了某个位置后又突然增大的现象，不易操作．(2)根据电路图a，在图b中用实线把实物连成电路，如答案图所示．(3)待测电压表内阻的表达式为RV＝R1k－1.答案(1)R1R4(2)如图所示(3)R1k－1预测高考命题视角通过对近几年的高考实验试题的研究发现，高考电学实验试题有三个显著的特点：第一，基于教材中的电学实验，着重考查实验原理的改进、实验步骤、误差分析；第二，重视电学的实验方法，问题设置结合科技、生产、生活的实际；第三，基本仪器的使用是考查的热点，实验的器材选择、实际操作是考查的重点，设计型实验是考查的难点，实验的基本原理和思想方法是考查的核心．四、测电源电动势内阻1、（伏安法）某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5Ω的保护电阻R0，实验电路如图下所示．(1)连好电路后，当该同学闭合电键时，发现电流表示数为0，电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错，接触良好且未发生短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接a、b，b、c，d、e时，示数均为0，把两表笔接c、d时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是________．(2)在下图中按电路原理图及用多用电表的电压挡检查电路时，把两表笔分别接c、d时的实物电路图(如图所示)以笔画线代替导线连接起来．(3)排除故障后，该同学顺利完成实验，测定得到下列数据，根据表中数据在图中的坐标上画出UI图线，由图线知：电池的电动势为________，内阻为________．-8-解析(1)用电压表检测c、d时，电压表有示数，说明有电流通过电压表，但没有电流通过多用电表所并联的电路，说明多用电表所并联的电路发生断路故障．由已知条件可知，是滑动变阻器R发生故障．(3)电源的伏安特性曲线为直线，使直线通