高考电学实验情况总结与解析

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A 0：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A 0的指针偏转了n 格，可算出满偏电流I Amax = ，式中除N 、n 外，其他字母符号代表的物理量是 ．

答案 ① C ② 电路如图所示 ③

v

R U n N ?(或3000U

n N ?)U 为电压表读数，R v 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，1000g g V

U I A R μ==，

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V U I R =

，又电流表刻度均匀，故有：m I

I n N

=

联立可解得：max V N U I

n R =

? 或max 3000

N U I n =? 2.某同学要测量一电压表V 1的内阻。提供的器材有： A ．电压表V 1：量程3V ，内阻约为2k Ω B ．电压表V 2：量程10V ，内阻为5k Ω C ．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20Ω E ．定值电阻R 1：阻值5k Ω F ．定值电阻R 2：阻值30k Ω G ．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V 1的读数U 1和电压表V 2的读

数U 2，最终求出了电压表V l 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U 1－U 2的图象。

（3）由图象可以较准确地求出电压表V l 的内阻为_________k Ω。 答案 （1）R 1 （2）0.2k Ω

解析 （1）定值电阻与电压表V 1串联，有：

121

1V U U U R R

-=，可得：5R k ≈Ω，故选1

R 。 （2）由

121

1V U U U R R -=可得：1121V V R U U R R =+，即12U U -图像的斜率为11V V R R R

+， 从所作图像中先求出斜率，随之可算出10.2V R k =Ω

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50 cm.

(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)．

(2)用伏安法测金属丝的电阻R x.实验所用器材为：电池组(电动势3 V，内阻约1 Ω)，电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)、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1234567

U/V0.100.300.70 1.00 1.50 1.70 2.30

I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520

)．

x

(3)下图是测量R x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U-I图线．，由图

线得到金属丝的阻值R x＝________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·m B．1×10－3Ω·m

C．1×10－6Ω·m D．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U-I图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差

解析 (1)螺旋测微器的读数为0 mm ＋39.8×0.01 mm ＝0.398 mm.

(2)由实验记录的数据可知R x 的阻值大约为5 Ω.由题知R x ?R V ，故电流表外接．若滑动变阻器接为限流的形式，则R x 两端的电压最小值U min ＝

5×3

20＋5＋1＋0.1

V ≈0.6 V ，而从实验数

据可知R x 两端电压可为0.10 V ，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R x ＝4.4 Ω.

(5)根据R ＝ρl S 得金属丝的电阻率ρ＝RS l ＝πRd 24l ＝3.14×4.4×(0.398×10－

3)24×0.5

Ω·m ≈1.09×10

－

6 Ω·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U -I 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)CD

2、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“5 V ,2.5 W”的小灯泡、导线和开关外，还有：

A ．直流电源(电动势约为5 V ，内阻可不计)

B ．直流电流表(量程0～3 A ，内阻约为0.1 Ω)

C ．直流电流表(量程0～600 mA ，内阻约为5 Ω)

D ．直流电压表(量程0～15 V ，内阻约为15 kΩ)

E ．直流电压表(量程0～5 V ，内阻约为10 kΩ)

F ．滑动变阻器(最大阻值10 Ω，允许通过的最大电流为2 A)

G ．滑动变阻器(最大阻值1 kΩ，允许通过的最大电流为0.5 A) 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

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＝6 V，内阻r＝1 Ω，定值电阻R＝9 Ω，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(5 V，2.5 W)知，I＝P

U＝0.5 A，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I max＝

E

R＋r

＝0.6 A，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＝2.2 V，I＝0.38 A，所以P＝UI＝2.2×0.38 W＝0.84 W.

答案(1)C E F(2)见解析图(3)0.84(0.81～0.87)皆可

三“替代法”测电阻

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R N

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R N的读数；

(3)多次重复上述过程，计算R N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R N，使标准电流表(或A0)的读数仍为I，记下此时R N的读数；(3)多次重复上述过程，计算R N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)R N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R V，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(0～3 V，内阻约3 kΩ)；

②电压表(0～6 V，内阻约6 kΩ)；

③定值电阻R1＝3 kΩ；

④定值电阻R2＝30 Ω；

⑤滑动变阻器R3(0～1 kΩ，1 A)；

⑥滑动变阻器R4(0～10 Ω，2 A)；

⑦电源3.0 V，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

R V＝________.

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

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R V＝R1

k－1

.

答案(1)R1R4(2)如图所示(3)R1

k－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

2.5 Ω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________．

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，使直线通过尽量多的数据点，其他点均匀分布在线的两侧．由U ＝E －I (r ＋R 0)可知，纵轴截距表示电动势，则E ＝1.50 V ，斜率绝对值表示r ＋R 0，则：r ＋R 0＝1.50－0.20

0.43 Ω

＝3.0 Ω，则r ＝0.5 Ω.

答案 (1)R 断路 (2)如图甲所示

(3)如图乙所示 1.50 V(1.41～1.51 V 均可)

2、（伏阻法) (2012·福建卷，19(2))某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势E .

①先直接用多用电表测定该电池电动势．在操作无误的情况下，多用电表表盘示数如图所示，其示数为________V .

②然后，用电压表、电阻箱R 、定值电阻R 0、开关S 、若干导线和该电池组成电路，测定该电池电动势．

(ⅰ)根据图乙所示电路图，用笔画线代替导线，将图甲中的实物图连接成完整电路．

(ⅱ)闭合开关S ，调整电阻箱阻值R ，读出电压表相应示数U .该学习小组测出大量数据，分析筛选出下表所示的R 、U 数据，并计算出相应的1R 与1

U 的值．请用表中数据在图中的坐

标纸上描点，并作出1U 1

R

图线.

R (Ω) 166.7 7-1-.4 50.0 33.3 25.0 20.0 U (V) 8.3 5.9 4.8 4.2 3.2 2.9 1R

(×10－2 Ω－1) 0.60 1.40 2.00 3.00 4.00 5.00 1U

(V －1) 0.12

0.17 0.21

0.24

0.31

0.34

(ⅲ)从图线中可求得E ＝________V .

解析 ①读出示数为：9.4 V . ②(ⅰ)连接电路如图所示．

(ⅱ)作图线如图所示

(ⅲ)由闭合电路欧姆定律得E ＝U ＋U

R

(r ＋R 0)

变形得1U ＝1E ＋r ＋R 0E 1R ，从上式看出在1U 1R 图象中，纵轴的截距即为1

E ，由图象得出截距为0.1，

所以E ＝10.0 V(9.5 V ～11.1 V 内均正确)． 答案 见解析

3、（安阻法）某个实验小组认为用一只已知内阻的电流表和电阻箱，采用如图甲所示的电

路测电源电动势与内阻，比常规的伏安法更准确．若电流表内阻阻值为R A ，则测量的方法与步骤是：

(1)将电阻箱阻值R调到最大，闭合S后观察电流表示数，然后再调节电阻箱，使电流表的示数指到某两个恰当的值，记下此时电阻箱的阻值R1、R2及对应的电流I1、I2；

(2)根据以上的数据及闭合电路欧姆定律，建立方程组，即可求出电源的电动势E与内阻r.该方程组的表达式是：________、________.该实验小组现在手头只有一个电流表，只知其内阻很小，却不知具体阻值．为了测出该电流表的内阻，她们找来了如图乙所示两节干电池等实验器材．请你用笔画线将图中的实物连接成能测出电流表内阻的电路．注意滑动变阻器串联接入电路起限流作用，开关闭合前其阻值应_________________________．

解析根据题图示电路，利用闭合电路欧姆定律可得：

E＝I1(R1＋R A＋r)、E＝I2(R2＋R A＋r)；两节干电池的电

动势大约为3 V，电流表应选0.6 A量程，在连接电路时，

本着先串后并的原则进行．

答案E＝I1(R1＋R A＋r)E＝I2(R2＋R A＋r)

连线如图调至最大

五、考查多用电表的使用及读数

1、(2011·北京卷，21(1)) 用如上图所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T.请根据下列步骤完成电阻测量．

(1)旋动部件________，使指针对准电流的“0”刻线．

(2)将K旋转到电阻挡“×100”的位置．

(3)将插入“＋”、“－”插孔的表笔短接，旋动部件______，

使指针对准电阻的________(填“0刻线”或“∞刻线”)．

(4)将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小．为

了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，

并按________的顺序进行操作，再完成读数测量．

A．将K旋转到电阻挡“×1 k”的位置

B．将K旋转到电阻挡“×10”的位置

C．将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接

D．将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准

解析机械调零需调节S，电阻调零(欧姆挡调零)需调节调零旋钮T.指针偏转角度过小说明该电阻是一个大电阻，需换用阻值较大的挡来测量才准确，换挡之后需要重新电阻调零．故

正确顺序应为ADC. 答案(1)S(3)T0刻线(4)ADC

2、（多用表测黑箱）(2012·江苏卷，10)如下图甲所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件，小明使用多用电表对其进行探测．

甲乙

(1)在使用多用电表前，发现指针不在左边“0”刻度线处，应先调整图乙中多用电表的________(选填“A”、“B”或“C”)．

(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源时，一表笔接a，另一表笔应________(选填“短暂”或“持续”)接b，同时观察指针偏转情况．

(3)在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至“×1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值．测量中发现，每对接点间正反向阻值均相等，测量记录如下表．两表笔分别接a、b 时，多用电表的示数如图乙所示．

请将记录表补充完整，并在黑箱图中画出一种可能的电路.

两表笔接的接点多用电表的示数

a、b ________Ω

a、c 10.0 Ω

b、c 15.0 Ω

解析(1)

为保证电表不被损坏往往要进行试触，即让两表笔进行短暂接触，观察指针偏转情况，若持续接触则有可能损坏电表．(3)黑箱中无电源且每对接点间正反阻值相等，由多用电表读数可知所缺数据为5.0 Ω，由a、b间电阻为5 Ω，a、c间为10 Ω，b、c间为15 Ω知，电路为a、b间5 Ω的电阻与a、c间10 Ω电阻串联而成，电路图如答案图所示．

答案(1)A(2)短暂(3)5.0电路图见下图