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重难点 14 电学实验
1.命题情境具有一定的问题性、真实性、探究性或开放性。试题的任务情境呈现出类型多
样、、具有一定复杂程度和开放性等特点的真实情境。电学实验以电学量测量为基础，借
助数学知识探究较为抽象的物理量。
2. 高考在考查电学实验知识的同时也注重考查实验能力,并且把对能力的考查放在首要位置。
3. 命题中更多出现数字实验，创新实验方式等数字实验室系统，它们利用传感数据采集器
等收集实验数据，用计算机软件分析实验数据、得出实验结论。试题经常出现利用数字实
验或云技术平挥决一些用常规方法难以实现的疑难实验，或利用手机等信息技术工具捷地
解决某些物理学习问题。
4. 电学设计性实验题充分体现了探究性和应用性,源于教材却又高于教材,侧重考查同学们的
综合实验素质和利用基本原理,方法进行创新的能力,力求达到“只有亲自动手做过实验并能
进行再思考的考生才能得高分”的命题思想。
5. 电学实验主要考查电阻率的测量、电源电动势和内阻的测量、了解伏安法、差值法、半
偏法、等效法、电桥法等测电阻的方法。会用传感器控制电路、设计相关实验方案.学会替
换和改装电表进行实验.会利用电学实验知识探究创新实验方案。
（建议用时：30分钟）
一、实验题
1．（2023·山东枣庄·统考三模）光伏电池是将太阳能转化为电能的装置，由于其能量来源
于“取之不尽”的太阳能辐射，而且清洁、安全、无污染，目前已广泛应用于人们生活的
各个方面。小明家里就安装了一套太阳能庭院灯，小明和科技小组的同学拆下了其中的光
伏电池，欲测量其电动势和内阻。通过查阅铭牌，他们了解到电池规格为“ ”，
高亮度LED照明灯的规格为“3W 10V”。
（1）若通过分压电阻保证LED灯正常发光，则给光伏电池充满电后，理论上可使LED灯连
续照明 h；
（2）实验室可提供的器材如下：
①电流表A（量程0.6A，内阻约为 ）
②电压表V（量程15V，内阻约为 ）
③滑动变阻器 （ ）
④电阻箱 （最大阻值 ，最小分度 ）⑤电阻箱 （最大阻值 ，最小分度 ）
⑥单刀单掷开关 、单刀双掷开关 及导线若干
为测量该电池的电动势和内阻，该小组设计了如图甲所示的电路，并按以下步骤进行操作：
①闭合开关 ，断开开关 ，调节滑动变阻器 使电流表指针满偏；
②保持滑片P不动，把开关 与1接通，调节电阻箱使电流表指针半偏，读出电阻箱的阻
值 ，则可得电流表的内阻 ，该测量值 真实值（选填“大于”“小于”
或“等于”），其中电阻箱应选择 （选填“ ”或“ ”）；
③闭合开关 ，把开关 与2接通，调节滑动变阻器阻值，记下多组电流表的示数I和相
应电压表的示数U；
④以U为纵坐标，I为横坐标，作出 图线如图乙所示，图线斜率为k，纵截距为b，根
据图线求得电动势 ，内阻 ；
（3）在不计电流表内阻测量误差的情况下，测量电动势和内阻时电流表和电压表（选填“会”或“不会”）引起系统误差。
【答案】 20 小于 b 不会
【解析】（1）[1]由题意可知LED灯的额定电压为10V，故通过分压电阻保证LED灯正常发
光后，LED灯两端电压为10V，则理论上可使LED灯连续照明时间为
（2）[2]调节电阻箱使电流表指针半偏，读出电阻箱的阻值 ，则电流表的内阻约等于电阻
箱的阻值 ，即
[3]开关S 与1接通，电路中的总电阻减小，根据闭合回路欧姆定律可知，电路中的总电流
2
增大，通过R 的电流大于满偏电流，通过电阻箱的电流大于电流表的电流，电阻箱的电阻
1
小于电流表的电阻，则测得的电流表内阻小于真实值；
[4]由于电流表内阻较小，应选择分度值较小的R；
2
[5][6]根据闭合回路欧姆定律
可得
纵截距为b，则
图线斜率为k，则
故
（3）[7]在不计电流表内阻测量误差的情况下，由上述分析可知测量电动势和内阻时电流
表和电压表不会引起系统误差。
2．（2024·海南·校联考一模）有一温度敏感元件，室温下它的阻值约为 ，某实验小组想要研究这温度敏感元件的电阻与温度的关系，实验室可供选择的实验器材还有：
A．电压表V（量程 ，内阻约为 ）
B．电流表A（量程 ，内阻约为 ）
C．滑动变阻器 （阻值范围 ，允许的最大电流为 ）
D．滑动变阻器 （阻值范围 ，允许的最大电流为 ）
E.干电池2节
F.开关、导线若干
（1）实验过程中要求流过被测元件的电流从零开始逐渐增加，滑动变阻器应该选用
（填器材前面的字母序号）。
（2）请用笔画线代替导线将图中实验电路的实物图补充完整 。
（3）被测元件的阻值R可根据电压表的读数U和电流表的读数I求出，通过调节滑动变阻
器接入电路的阻值，得到多组U、I数据，并对应求出多个R值。根据测得的数值作出如图
所示的 图像，根据图像可知，这一温度敏感元件属于 （填选项前的字母
序号）。
A．金属材料制成的热敏电阻 B．半导体材料制成的热敏电阻
（4）当电压表读数为 时，被测元件的发热功率为 W（用分数表示），室温
状态下被测元件的阻值为 （保留2位有效数字）。【答案】 C B
8.1/8.2/8.3/8.4
【解析】（1）[1]实验过程中要求流过被测元件的电流从零开始逐渐增加，滑动变阻器接
成分压电路，则应该选用阻值较小的C。
（2）[2]电压表的内阻远大于待测电阻，则应该采用电流表外接电路，则实物连线如图；
（3）[3]由图像可知，该元件的电阻随电压增加（温度升高）阻值减小，可知这一温度敏
感元件属于半导体材料制成的热敏电阻，故选B；
（4）[4][5]当电压表读数为1V时，被测元件的电阻为6Ω，则发热功率为
由图像可知室温状态下（U=0时）被测元件的阻值为8.2 。
3．（2023·浙江宁波·统考模拟预测）某同学买了一卷铜导线，想在不拆散导线卷情况下，
测定带卷铜导线的长度。
（1）该同学剥去导线末端的少许绝缘皮，用螺旋测微器测铜导线直径，如图（a）所示，
该铜导线直径为 mm。（2）该同学找来实验器材来测量该卷铜导线的总电阻Rₓ，电路图如图（b），其中
R=0.6Ω，R=100Ω，G为灵敏电流计，R 为电阻箱，电路其余部分电阻均不计。
1 2 3
①开关闭合前，滑动变阻器滑片应置于 端（填“A”或“B”）；
②闭合开关并移动变阻器滑片，发现电流计有示数。调节电阻箱，使电流计指针稳定指向
中央零刻度线，此时电阻箱阻值如图（c），则该卷铜导线的电阻为 Ω；
③已知铜导线的电阻率为 ，该同学测得导线的实际长度为 m（π取
3.14，保留一位小数）。
【答案】 1.779/1.780/1.781 A 0.40 55.7/55.8/55.9/56.0/56.1
【解析】（1）[1]该铜导线直径为1.5mm+0.01mm 28.0=1.780mm。
（2）①开[2]关闭合前，滑动变阻器滑片应置于A端；
②[3]当电流计指针稳定指向中央零刻度线时，电阻箱的阻值为R=150Ω，则
3
解得
R=0.40Ω
x
（3）[4]根据
解得
4．（2023·安徽·校联考二模）某实验小组要测量一段粗细均匀的金属丝的电阻率。
（1）用螺旋测微器测待测金属丝的直径如图甲所示，可知该金属丝的直径
mm。（2）用多用电表粗测金属丝的阻值。当用电阻“ ”挡时，发现指针偏转角度过大，应
换用倍率为 （填“ ”或“ ”）挡，在进行一系列正确操作后，指针静止时
位置如图乙所示，其读数为 。
（3）为了更精确地测量金属丝的电阻率，实验室提供了下列器材：
A．电流表A（量程0.6A，内阻较小可忽略）
B．保护电阻
C．电源（输出电压恒为U）
D．开关S、导线若干
①实验小组设计的测量电路如图丙所示，调节接线夹在金属丝上的位置，测出接入电路中
金属丝的长度L，闭合开关，记录电流表A的读数I。
②改变接线夹位置，重复①的步骤，测出多组L与I的值。根据测得的数据，作出如图丁
所示的图线，横轴表示金属丝长度L（单位：m），则纵轴应用 （填“I/A”或“
”）表示；若纵轴截距为b，斜率为k，可得 ，金属丝的电阻率
（用题中给出的已知物理量U、b、k、d等表示）。
③关于本实验的误差，下列说法正确的是 （填选项字母）。A．电表读数时为减小误差应多估读几位
B．用图像求金属丝电阻率可以减小偶然误差
C．若考虑电流表内阻的影响，电阻率的测量值大于真实值
【答案】 0.720 11.0 bU B
【解析】（1）[1]根据螺旋测微器的读数规律，该读数为
（2）[2][3]当用电阻“ ”挡时，发现指针偏转角度过大，表明电阻过小，为了减小读
数的偶然误差，换用“ ”挡，则指针静止时位置的读数为
（3）[4][5][6]根据欧姆定律有
根据电阻定律有
解得
则纵轴应用 来表示。
根据图像有
，
解得
，
③[7]A．电表读数时应该根据量程确定精度，由出现不精确的位次选择估读的位次，因此
电表读数时多估读几位并不能减小误差，A错误；
B．图像法处理实验数据时，能够尽量利用到更多的数据，减小实验产生的偶然误差，即用
图像求金属丝电阻率可以减小偶然误差，B正确；
C．根据上述分析过程电阻率是根据图线的斜率求解的，令斜率为k，即
可见电阻率的测量值与是否考虑电流表的内阻无关，C错误。
故选B。
5．（2023·天津滨海新·天津经济技术开发区第一中学校联考二模）实验课上某同学测量一
个均匀新材料制成的圆柱体电阻 的电阻率 。
①该同学首先用游标卡尺测得该圆柱体的长度，再用螺旋测微器测得该圆柱体的直径d如
图甲所示，则 ；
②该同学用多用电表粗略测得该圆柱体电阻约为 ，为精确测量其电阻阻值，现有
的干电池组、开关和若干导线及下列器材：
A．电压表 ，内阻约
B．电流表 ，内阻
C．定值电阻
D．定值电阻
E．滑动变阻器测量电路如图乙所示，图中分流电阻 应选 （填器材前面的序号）；
某次实验中电压表读数为U、电流表读数为I，则该圆柱体的电阻表达式为
（用字母 表示）。
【答案】 3.851/3.852/3.853 D
【解析】①[1]由图示螺旋测微器可知，其示数
②[2]通过圆柱体电阻的最大电流约为
应并联一个分流电阻，其阻值为
图中分流电阻 应选D。
[3]该圆柱体的电阻表达式为
6．（2024·山东德州·校联考模拟预测）心脏除颤器通过一个充电的电容器对心颤患者皮肤
上的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，使心脏完全停止跳动，再刺激心颤患者的
心脏恢复正常跳动。现用图甲所示电路观察心脏除颤器中电容器的充、放电过程。电路中
的电流传感器可以捕捉瞬时的电流变化，它与计算机相连，可显示电流随时间的变化。图
甲直流电源电动势 、内阻不计，充电前电容器带电量为零。先使S与“1”端相连，
电源向电容器充电。充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流
随时间变化的 曲线如图乙所示。（1）在电容器充电与放电过程中，通过电阻 的电流方向 （选填“相同”或“相
反”）。
（2）图像阴影为 曲线图像与对应时间轴所围成的面积，乙图中阴影部分的面积
（选填“>”、“<”或“=”）。
（3）已知 ，则该电容器的电容值为 F。（保留两位有效数字）
（4）由甲、乙两图可判断阻值 （选填“>”或“<”）。
【答案】 相反 = <
【解析】（1）[1]由图甲可知，电容器充电时，通过电阻 的电流方向向左，放电时通过
的电流方向向右，故在电容器充电与放电过程中，通过电阻 的电流方向相反。
（2）[2] 曲线图像与对应时间轴所围成的面积表示电荷量，充电和放电电荷量相等，
所以乙图中阴影部分的面积 。
（3）[3]由于电源内阻不计，可知电容器两端电压等于电源电动势，则该电容器的电容值
为
（4）[4]由图乙可知，充电时的最大电流大于放电时的最大电流，则由闭合电路的欧姆定
律可知
7．（2023·北京房山·统考二模）实验测量、实验操作、数据分析和误差分析是物理实验的
重要环节。
（1）用10分度的游标卡尺测量某物体直径如图所示，则直径d = cm。
（2）在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，如图所示为所用实验器材，
可拆变压器，学生电源，数字万用表。
关于本实验，下列说法正确的是 。
A．为了保证人身安全，只能使用低压交流电源，原线圈所接电压不超过12V
B．为了保证人身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱
C．变压器正常工作后，通过铁芯导电将电能从原线圈传递到副线圈
D．使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选用适当的挡位
进行测量
（3）现将数字多用电表的选择开关旋至最合适的挡位后，分别测量原线圈匝数为n 时的
1
输入电压U 和副线圈匝数为n 时的输出电压U，数据如下表。
1 2 2
原线圈匝数n（匝） 副线圈匝数n（匝） 输入电压U（V） 输出电压U（V）
1 2 1 2
100 200 4.32 8.27
100 800 4.32 33.90
400 800 4.33 8.26400 1600 4.33 16.52
①在误差允许范围内，表中数据基本符合 规律。
②进一步分析数据，发现输出电压比理论值偏小，请分析原因 。
【答案】 0.52 ABD/ADB/BAD/BDA/DBA/DAB 在误差允许的范围内，变压器原、
副线圈的电压之比等于匝数之比 有漏磁、铁芯发热、导线发热等
【解析】（1）[1]根据游标卡尺的读数规则有
0.5cm＋2 × 0.1mm = 0.52cm
（2）[2]A．变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流
电源，所用交流电压不超过12V，A正确；
B．为了保证人身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱，B正确；
C．变压器开始正常工作后，通过电磁感应将电能从原线圈传递到副线圈，C错误；
D．使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，D正确。
故选ABD。
（3）①根据表中数据，在误差允许的范围内基本符合，变压器原、副线圈的电压之比等于
匝数之比，即有
②电压之比与匝数之比并不相等，主要原因是变压器不是理想变压器，有漏磁、铁芯发热、
导线发热等能量损耗，使副线圈两端电压偏低。
8．（2023·浙江·校联考一模）某科技小组对充电宝不同电量时的电动势和内阻进行了研究。
A小组的同学对电量百分比为 的充电宝进行了如下实验：两只数字多用表分别作为电
压表和电流表；滑动变阻器 用于改变电路中的电流； 作为保护电阻，以防止滑动
变阻器调节过度导致短路；电路中的电源为充电宝，通过充电宝的连接线接入电路。剥开
充电宝连接线的外绝缘层，里面有四根导线，红导线为充电宝的正极，黑导线为负极，其
余两根导线空置不用。实物电路如图甲所示。（1）图甲中作为电流表的多用电表是 （填“A”或“B”）。
（2）通过实验作出 图像如图乙所示，则可得到充电宝的电动势 ，内阻
（计算结果保留两位小数）。
（3）若考虑电表内阻，则充电宝内阻测量的结果 （选填“偏大”“准确”“偏
小”）。
B小组的同学利用如下器材对电量百分比为 的同一充电宝进行了实验：除蓄电池、开
关、导线外，可供使用的实验器材还有
A．电阻箱 （量程为 ）
B．电压表 （量程 ，内阻 ）
C．定值电阻
D．定值电阻
小组同学将电压表进行了改装为量程为 后用如图丙所示电路图进行测量。
（4）在1、2处分别放上定值电阻，则1处应选择的定值电阻为 （填“ ”或者“ ”）。
（5）电压表的读数为 ，电阻箱的读数为 ，将测得的数据绘制成 图像，如图丁所
示，可得出的结论为当充电宝的电量百分比发生变化时，其电动势将 ，内阻
（以上两空均选填“变大”“变小”或“基本不变”）。
【答案】 B 5.06V/5.07V/5.08V / / / / 偏
小 基本不变 基本不变
【解析】（1）[1]电流表应与滑动变阻器串联，故图甲中作为电流表的多用电表是B。
（2）[2][3]根据闭合回路欧姆定律可得
可得
根据图像在纵轴上的截距可得充电宝的电动势
充电宝的内阻等于图像倾斜直线的斜率的绝对值
（3）[4]由于电压表的分流作用，电流测量值小于真实值，当外电路短路时电流测量值等
于真实值，电源U-I图像如图所示
所以内阻的测量值偏小。
（4）[5]小组同学将电压表进行了改装为量程为 ，则需要串联的电阻为
则1处应选择的定值电阻为 。（5）[6][7]电路的欧姆定律可得
解得
由图像可知
解得
，
所以当充电宝的电量百分比发生变化时，其电动势将基本不变，内阻基本不变。
一、 电阻率的测量原理
由R＝ρ得ρ＝＝，因此，只要测出金属丝的 长度 l、 直径 d 和金属丝的电阻R，即可求出金
属丝的电阻率ρ.
二、测电动势和内电阻的原理
1.伏安法2.安阻法
闭合电路的欧姆定律E＝IR＋Ir，电路图如图所示．
3.伏阻法
闭合电路欧姆定律E＝U＋r，电路图如图所示．
三、 电表的改装与校准
电表的两种改装的比较
改装成大量程电压表 改装成大量程电流表
内部电路
改装原理 串联分压 并联分流
所需电阻
R＝－R R＝
g
阻值
改装后
U＝I(R＋R) I＝I
g g g
的量程
校准电路
四、 测量电路与控制电路的选择
1．电流表的内、外接法
内接法 外接法
电路图
电流表分压 电压表分流
误差原因
U ＝U＋U I ＝I＋I
测 x A 测 x V
R ＝ R ＝
测 测
电阻测量值 ＝R＋R >R ＝时，选用电流表内接法
A x x
选择标准 当R ≫R 或R<时，选用电流表外接法
V x x
2.滑动变阻器两种连接方式的对比
限流接法 分压接法 对比说明
串、并联关
电路图
系不同
负载R上电压调节范 分压电路调节范
≤U≤E 0≤U≤E
围(不计电源内阻) 围大
都是为了保护电
闭合S前触头位置 b端 a端
路元件
3.滑动变阻器两种接法的选择
滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且不要求电压从零开始变化，通常情况下，
由于限流式结构简单、耗能少，优先使用限流式．
滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况：
①要求电压表能从零开始读数，要求电压(电流)测量范围尽可能大；
②当待测电阻R≫R(滑动变阻器的最大阻值)时(限流式接法滑动变阻器几乎不起作用)；
x
③若采用限流式接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许的最大电流．
五、差值法测电阻
1．电流表差值法(如图所示)
(1)基本原理：定值电阻R 的电流I＝I－I，电流表 的电压U＝(I－I)R.
0 0 2 1 1 2 1 0
(2)可测物理量：
①若R 为已知量，可求得电流表 的内阻r＝；
0 1
②若r 为已知量，可求得R＝.
1 0
2．电压表差值法(如图所示)(1)基本原理：定值电阻R 的电压U＝U－U，电压表 的电流I＝.
0 0 2 1 1
(2)可测物理量：
①若R 为已知量，可求得电压表 的内阻
0
r＝R；
1 0
②若r 为已知量，可求得R＝r.
1 0 1
五、半偏法测电表内阻
1．电流表半偏法(电路图如图所示)
(1)实验步骤
①先断开S，再闭合S，将R 由最大阻值逐渐调小，使电流表读数等于其量程I ；
2 1 1 m
②保持R 不变，闭合S，将电阻箱R 由最大阻值逐渐调小，当电流表读数等于I 时记录下
1 2 2 m
R 的值，则R ＝R.
2 A 2
(2)实验原理
当闭合S 时，因为R≫R ，故总电流变化极小，认为不变仍为I ，电流表读数为，则R
2 1 A m 2
中电流为，所以R ＝R.
A 2
(3)误差分析
①测量值偏小：R ＝R＜R
A测 2 A真．
②原因分析：当闭合S 时，总电阻减小，总电流增大，大于原电流表的满偏电流，而此时
2
电流表半偏，所以流经R 的电流比电流表所在支路的电流大，R 的电阻比电流表的电阻小，
2 2
而我们把R 的读数当成电流表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小．
2
③减小误差的方法：选电动势较大的电源E，选阻值非常大的滑动变阻器R，满足R≫R .
1 1 A
2．电压表半偏法(电路图如图所示)
(1)实验步骤
①将R 的阻值调为零，闭合S，调节R 的滑动触头，使电压表读数等于其量程U ；
2 1 m
②保持R 的滑动触头不动，调节R，当电压表读数等于U 时记录下R 的值，则R ＝R.
1 2 m 2 V 2(2)实验原理：R ≫R ，R 接入电路时可认为电压表和R 两端的总电压不变，仍为U ，当
V 1 2 2 m
电压表示数调为时，R 两端电压也为，则二者电阻相等，即R ＝R.
2 V 2
(3)误差分析
①测量值偏大：R ＝R>R
V测 2 V真．
②原因分析：当R 的阻值由零逐渐增大时，R 与电压表两端的总电压也将逐渐增大，因此
2 2
电压表读数等于U 时，R 两端的电压将大于U ，使R>R ，从而造成R 的测量值偏大．
m 2 m 2 V V
显然电压表半偏法适用于测量内阻较大的电压表的电阻．
③减小误差的方法：选电动势较大的电源E，选阻值较小的滑动变阻器R，满足R≪R .
1 1 V
六、等效替代法测电阻
如图所示，先让待测电阻串联后接到电动势恒定的电源上，调节R ，使电表指针指在适当
2
位置读出电表示数；然后将电阻箱串联后接到同一电源上，保持 R 阻值不变，调节电阻箱
2
的阻值，使电表的读数仍为原来记录读数，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值．
七、电桥法测电阻
(1)操作：如图甲所示，实验中调节电阻箱R，使灵敏电流计G的示数为0.
3
(2)原理：当I ＝0时，有U ＝0，则U ＝U ，U ＝U ；电路可以等效为如图乙所示．
G AB R1 R3 R2 Rx
根据欧姆定律有＝，＝，由以上两式解得RR＝RR 或＝，这就是电桥平衡的条件，由该
1 x 2 3
平衡条件可求出被测电阻R 的阻值．
x
八、定值电阻在电学实验中的应用
定值电阻在电路中的主要作用
(1)保护作用：保护电表，保护电源．
(2)测量作用：已知电压的定值电阻相当于电流表，已知电流的定值电阻相当于电压表，主要有如图所示两种情况：
图甲中流过电压表V 的电流：I＝；
2 2
图乙中电流表A 两端的电压U＝(I－I)R；
2 2 1 2
(3)扩大作用：测量电路中用来扩大电表量程；当待测电阻过小时，可串联定值电阻用来扩
大待测量．
