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1 / 20 第17 讲 电学实验 考点一 观察测量型实验 实验 装置图（或电路图） 注意事项 考查热点 观察电容器的 充、放电现象 ①安装：按实验装置图连接 好电路 ②观察：开关S 接1 或2， 仔细观察电压表，电流表示 数的变化特点 ①考现象：充、放电时电路 中的电流情况 ②考图像：描绘I-t 曲线 ③考计算：由I-t 曲线下的 面积求电荷量 用多用电表测量 电学中的物理量 ①电压、电流挡：相当于电 压表、电流表 ②欧姆挡：闭合电路欧姆定 律 ③调零：机械调零、欧姆调 零 ④电流方向：红表笔进，黑 表笔出 ①考读数：电压、电流、电 阻挡的读数 ②考使用：欧姆表选挡、调 零、规范操作等 ③考黑箱：多用电表探测黑 箱内的元件 ④电表改装：所需电阻或改 后量程的计算 测定金属的电阻 率 ①测量Rx：Rx＝U I （伏安 法） ②计算ρ：Rx＝ρ L S ，ρ＝ S Rx L ①考读数：U、I、L 及d ②考电路：电路设计或选 择、实物连线，器材选择 ③考运算：由U-I 图像求 Rx、ρ 测量电源的电动 势和内阻 ①伏安法：E＝U＋Ir ②安阻法：E＝I（R＋r） ③伏阻法：E＝U＋U R r ①考电路：电路设计或选 择、实物连线或改错，器材 选择 ②考作图：描点连线画图线 ③考运算：由U-I 或1 I -R 或 1 U - 1 R 图像，求E、r 【典例1】 某同学通过实验观察电容器的放电现象，采用的实验电路如图甲所示，已知所用电容器的长引线是其 正极，短引线是其负极。 （1）实验时，开关S 应先接到 1 ，再接到 2 ，观察电容器的放电现象。（选填“1”或“2”） （2）根据图甲所示的电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。 2 / 20 答案：见解析图 （3）电容器放电的同时开始计时，每隔5 s 读一次电流i 的值，记录数据如下表： 时间 t/s 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 电流 i/μA 500 392 270 209 158 101 75 49 33 23 9 3 请根据表中的数据，在图丙中作出电流i 随时间t 变化的图线。 答案：见解析图 解析：（1）实验时，开关S 应先接到1，对电容器进行充电，再接到2，电容器开始放电，观察电容器的放电现 象。 （2）根据图甲所示的电路图连接实物电路图，实物电路图如图a 所示。 （3）根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，画曲线时让尽可能多的点落在曲线上，不在曲线上，应使尽量多 的点均匀分布在曲线两侧，作出图像如图b 所示。 【典例2】 （2023·辽宁高考12 题）导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆。 现有一根用导电漆制成的截面为正方形的细长样品（固态），某同学欲测量其电阻率，设计了如图（a）所示的电 路图，实验步骤如下： a.测得样品截面的边长a＝0.20 cm； b.将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触，其中甲、乙、丁位置固定，丙可在乙、丁间左右移动； c.将丙调节至某位置，测量丙和某探针之间的距离L； d.闭合开关S，调节电阻箱R 的阻值，使电流表示数I＝0.40 A，读出相应的电压表示数U，断开开关S； e.改变丙的位置，重复步骤c、d，测量多组L 和U，作出U-L 图像如图（b）所示，得到直线的斜率k。 回答下列问题： （1）L 是丙到 乙 （填“甲”“乙”或“丁”）的距离； 3 / 20 （2）写出电阻率的表达式ρ＝ k a 2 I （用k、a、I 表示）； （3）根据图像计算出该样品的电阻率ρ＝ 6 . 5 × 10 － 5 Ω·m（保留两位有效数字）。 解析：（1）由题图（a）可知，电压表测的是乙、丙探针之间的样品两端的电压，从题图（b）中可以看出L 越大， 电压表示数U 越大，且U-L 图像的延长线过坐标原点，在串联电路中电压表所测电阻部分的阻值越大，电压越大， 说明L 为电压表所测样品部分的长度，即L 是丙到乙的距离。 （2）电阻决定式为R＝ρ L S ，其中所测样品横截面积为S＝a2，解得ρ＝RS L ＝R a 2 L ，其中电阻R＝U I ，解得ρ＝ U a 2 IL ，由题图（b）可知，U-L 图像的斜率为k＝U L ，所以该样品的电阻率可以表示为ρ＝k a 2 I 。 （3）由题图（b）可知斜率为k＝ 0.13V 2.0×10 －2 m＝6.5 V/m，代入电阻率的表达式得ρ＝k a 2 I ＝ 6.5×（0.2×10 －2） 2 0.40 Ω·m＝6.5×10－5 Ω·m。 【典例3】 （2024·新课标卷23 题）学生实验小组要测量量程为3 V 的电压表 的内阻RV。可选用的器材有： 多用电表，电源E（电动势5 V），电压表 （量程5 V，内阻约3 kΩ），定值电阻R0（阻值为800 Ω），滑动 变阻器R1（最大阻值50 Ω），滑动变阻器R2（最大阻值5 kΩ），开关S，导线若干。 完成下列填空： （1）利用多用电表粗测待测电压表的内阻。首先应 CAB （把下列实验步骤前的字母按正确操作顺序排列）； A.将红、黑表笔短接 B.调节欧姆调零旋钮，使指针指向零欧姆 C.将多用电表选择开关置于欧姆挡“×10”位置 再将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的 负极 、 正极 （填“正极、负极”或“负极、正极”）相连， 欧姆表的指针位置如图a 中虚线Ⅰ所示。为了减少测量误差，应将选择开关旋转到欧姆挡 × 100 （填 “×1”“×100”或“×1 k”）位置。重新调节后，测量得到指针位置如图a 中实线Ⅱ所示，则粗测得到的该电 压表内阻为 1 . 6 kΩ（结果保留1 位小数）； （2）为了提高测量精度，他们设计了如图b 所示的电路，其中滑动变阻器应选 R 1 （填“R1”或“R2”），闭 合开关S 前，滑动变阻器的滑片应置于 a （填“a”或“b”）端； （3）闭合开关S，滑动变阻器滑片滑到某一位置时，电压表 、待测电压表的示数分别为U1、U，则待测电压表 内阻RV＝ U R0 U 1－U （用U1、U 和R0表示）； （4）测量得到U1＝4.20 V，U＝2.78 V，则待测电压表内阻RV＝ 1 . 57 kΩ（结果保留3 位有效数字）。 解析：（1）使用多用电表粗测电阻的步骤应为①机械调零：使用前，若指针没有指在左端“∞”位置，要用螺丝 刀转动指针定位螺丝，使指针指在“∞”位置；②选挡：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其置于欧姆挡 的合适挡位；③欧姆调零：将红、黑表笔短接，调整调零旋钮，使指针指在表盘右端“0”刻度处；④测量：将两 4 / 20 表笔分别与待测电阻的两端接触，指针示数乘以倍率即为待测电阻阻值。故该实验中正确的操作顺序应为C、A、 B；由于多用电表在使用时电流流向为“红进黑出”，且通过电压表的电流流向为“正进负出”，所以在用多用电 表粗测电压表内阻时多用电表的红、黑表笔应分别与待测电压表的负极、正极相连；由题图a 中的虚线Ⅰ可知， 待测电压表的内阻约为1 500 Ω，则为使指针指在中央刻度线附近，应将选择开关旋转到欧姆挡“×100”位置； 由题图a 中的实线Ⅱ可知该电压表的内阻为R 粗＝16×100 Ω＝1.6 kΩ； （2）由题图b 可知滑动变阻器用作分压式接法，则为了方便调节，滑动变阻器应选最大阻值较小的R1，为了保护 电路，闭合开关前测量电路部分分压应为0，即滑动变阻器的滑片应置于a 端； （3）由题图b 可知流过待测电压表和流过定值电阻R0的电流相等，则结合部分欧姆定律和串联电路分压规律有 U RV ＝U 1－U R0 ，可得RV＝U R0 U 1－U ； （4）将U1＝4.20 V、U＝2.78 V、R0＝800 Ω 代入（3）中表达式可得RV＝2.78×800 4.20－2.78 Ω≈1.57 kΩ。 测量电阻的特殊方法（其中R0阻值已知） 主要仪器 电路图 步骤 表达式 电压表和 定值电阻 R0 ①如图所示，将被测电阻Rx与定值电阻R0串 联接入电路；②用电压表分别测电阻Rx、R0两 端的电压U1、U2 由 U 1 U 2 ＝ Rx R0 得 Rx＝U 1 U 2 R0 ①如图所示，连接电路，闭合开关S1、S2，记 下电压表示数U1；②断开开关S2，记下电压表 示数U2 由 U 1－U 2 R0 ＝ U 2 Rx 得Rx＝ U 2 U 1－U 2 R0 电流 表和 定值 电阻 R0 ①如图所示，将被测电阻Rx与定值电阻R0并 联接入电路；②用电流表分别测量通过电阻 Rx、R0的电流I1、I2 由I1Rx＝I2R0得Rx＝I 2 I 1 R0 ①闭合S1、断开S2，读出电流表的示数I1；② 闭合S1、S2，读出电流表的示数I2 由I1R0＝（I2－I1）Rx得Rx＝ I 1 I 2－I 1 R0 主要仪器 电路图 步骤 表达式 电流表和 定值电阻 R0 ①闭合S1、S2，读出电流表的示数I1；②闭合 S1、断开S2，读出电流表的示数I2 由I1R0＝I2（Rx＋R0） 得Rx＝（I 1－I 2）R0 I 2 一只电流表和已知最 大阻值 ①闭合S，将滑片P 移动到a 端读出电流表的 示数I1；②闭合S，将滑片P 移动到b 端读出 由I1Rx ＝I2（Rx＋R0） 5 / 20 为R0的滑动变阻器 电流表的示数I2 得Rx＝I 2 R0 I 1－I 2 【典例4】 （2024·甘肃高考12 题）精确测量干电池电动势和内阻需要考虑电表内阻的影响。可用器材有：电压 表（量程1.5 V，内阻约为1.5 kΩ）、电流表（量程0.6 A）、滑动变阻器、开关、干电池和导线若干。某小组 开展了以下实验。 （1）考虑电流表内阻影响 ①用图1 所示电路测量电流表的内阻。从图2 电压表和电流表读数可得电流表内阻RA＝ 1 . 0 Ω（保留2 位有效 数字）。 ②用图3 所示电路测量干电池电动势和内阻。电压表读数、电流表读数、干电池内阻和电流表内阻分别用U、I、r 和RA表示，则干电池电动势E＝U＋ I （ R A＋ r ） （用I、r 和RA表示）。 ③调节滑动变阻器测得多组电表读数，作出图4 所示的U-I 图像。则待测干电池电动势E＝ 1 . 40 （ 1 . 41 也可 ） V（保留3 位有效数字），内阻r＝ 1 . 0 （ 1 . 1 也可 ） Ω（保留1 位小数）。 （2）考虑电压表内阻影响 该小组也尝试用图5 所示电路测量电压表内阻，但发现实验无法完成。原因是 D （单选，填正确答案标号）。 6 / 20 A.电路设计会损坏仪器 B.滑动变阻器接法错误 C.电压太大无法读数 D.电流太小无法读数 解析：（1）①根据题图2 可知，电压表示数为0.60 V，电流表示数为0.58 A，根据部分电路欧姆定律得RA＝ 0.60 0.58 Ω≈1.0 Ω。②根据闭合电路欧姆定律得E＝U＋I（RA＋r）。③由②可知U＝E－I（RA＋r），结合题图4 可知电源的电动势E＝1.40 V，图线斜率的绝对值表示电流表内阻与电源内阻之和，则RA＋r＝| 1.40－1.00 0.20 | Ω，解得r＝1.0 Ω。 （2）由于电压表内阻很大，且串联接入电路，则回路中的电流会非常小，无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电流 表示数都非常小，D 正确。 【典例5】 （2024·浙江衢、丽、湖三地质检）某同学为研究水果电池的电动势和内阻，利用猕猴桃做的水果电 池进行实验。 （1）他先后用电压表（量程为0～3 V）和数字多用电表的直流电压2 V 档（其内阻远大于电压表的内阻）直接 测量了水果电池两端的电压，如图1、图2 所示，则该水果电池的电动势更接近 数字多用电表 （选填“电压 表”或“数字多用电表”）测量的值，其值为 0 . 660 V； （2）为了估算该水果电池的内阻，该同学需进一步测量电压表的内阻RV，以一节内阻不计的干电池为电源组成测 量电路如图3 所示，改变电阻箱的阻值R，并读出电压表的读数U，作出R- 1 U 图像如图4，则电压表的内阻为 b （用图4 中所给字母表示）； （3）若该电压表的内阻为3.2 kΩ，则可估算该水果电池的内阻约为 4 . 1 kΩ（保留两位有效数字）。 解析：（1）由于数字多用电表的内阻远大于电压表的内阻，则电动势更接近数字多用电表的测量值，由图2 可知， 读数为0.660 V。 （2）根据题意，由串联分压原理有U RV ＝E－U R 7 / 20 整理可得R＝ERV· 1 U －RV 结合图4 可得，电压表的内阻为RV＝b。 （3）由图1 可知，电压表读数为0.29 V，则由串联分压原理有 0.29V 3.2×10 3 Ω＝0.66V －0.29V R内 解得R 内≈4.1×103 Ω＝4.1 kΩ。 伏阻法与安阻法测电源电动势和内阻 方案 伏阻法 安阻法 关系式 1 U ＝r E · 1 R ＋1 E 1 I ＝1 E R＋r E 图像 误差 分析 E 测＜E 真，r 测＜ r 真(r测＝ RV r RV ＋r) E 测＝E 真，r 测＞ r 真（r 测＝r＋RA） 考点二 探究型实验 实验 装置图 归纳总结 考查热点 探究影响感应电 流方向的因素 ①安装：按装置连接电路 ②操作：观察线圈绕向、电流方 向 ③记录：实验现象 ④分析：感应电流磁场方向 ①考连线：连接电路 ②考现象：分析指针偏转方向 ③考分析：分析多种实验电路及 实验现象 ④考运用：结论的运用 实验 装置图 归纳总结 考查热点 探究变压器原、 副线圈电压与匝 数的关系 ①估计：被测电压的大致范围 ②选择：交流电压挡适当量程 ③组装：把两个线圈穿在可拆变 压器铁芯上，闭合铁芯 ④测量：输入、输出电压 ①考操作：改变电压、线圈匝数 前均要先断开开关 ②考注意：电压不能超过12 V， 不能用手接触裸露部件 ③考选挡：先用最大量程挡试 测，再选用适当量程测量 【典例6】 （2024·山东德州模拟）某同学利用如图1 所示实验装置来完成“探究影响感应电流方向的因素”的 实验。 8 / 20 （1）下表为该同学记录的实验现象： 序号 磁体磁场的方向 （正视） 磁体运 动情况 指针偏 转情况 感应电流的磁场方向 （正视） 1 向下 插入线圈 向左 向上 2 向下 拔出线圈 向右 向下 3 向上 插入线圈 向右 向下 4 向上 拔出线圈 向左 向上 ①分析上述4 组实验记录的感应电流的磁场方向与原磁场方向，可得结论是感应电流的磁场总要 阻碍引起感应 电流的磁通量的变化 。 ②已知当电流从正接线柱流入电流表时，指针向右摆动。如图2 所示实验中该同学将条形磁体某极向下从线圈上 方插入线圈时，发现电流表的指针向右偏转，则条形磁体的下端为 S 极（填“N”或“S”）。 （2）该同学为了进一步研究实验，设计图3 所示实验装置。其中甲、乙为两个完全相同的电流表。已知闭合开关 后，当滑动变阻器R 的滑片P 不动时，甲、乙两个电流表指针位置如图3 所示。若要使电流表乙的指针向右偏转， 则进行的操作正确的是 AD （填正确选项前的字母）。 A.闭合开关，等电路稳定后再断开开关的瞬间 B.断开开关，等电路稳定后再闭合开关的瞬间 C.滑动变阻器的滑片向M 端迅速滑动 D.滑动变阻器的滑片向N 端迅速滑动 解析：（1）①由该同学记录的实验现象可知，1、3 组实验中磁铁插入线圈，则穿过闭合回路的磁通量增大时，感 应电流的磁场方向与原磁场方向相反。2、4 组实验中磁铁拔出线圈，则穿过闭合回路的磁通量减小时，感应电流 的磁场方向与原磁场方向相同。由此得出的结论是感应电流的磁场，总是阻碍原磁场磁通量的变化。②根据题意 可知，感应电流方向为顺时针（俯视图），感应电流引起的磁场向下，条形磁铁的磁通量竖直向上增加，所以条 形磁体的下端为S 极。 （2）闭合开关后，线圈A 中的电流方向是从上到下，电流表甲中的电流从正极流向负极，指针向右偏转，断开开 关瞬间，线圈A 中电流减小，穿过线圈B 的磁通量减小，线圈B 中的感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，由 右手定则可知，电流表乙中的电流从正极流向负极，指针向右偏转，A 正确；断开开关，等电路稳定后再闭合开 9 / 20 关的瞬间，线圈A 中电流增大，穿过线圈B 的磁通量增大，线圈B 中的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反， 由右手定则可知，电流表乙中的电流从负极流向正极，指针向左偏转，B 错误；滑动变阻器的滑片向M 端迅速滑 动，线圈A 中电流增大，穿过线圈B 的磁通量增大，线圈B 中的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，由右手 定则可知，电流表乙中的电流从负极流向正极，指针向左偏转，C 错误；滑动变阻器的滑片向N 端迅速滑动，线 圈A 中电流减小，穿过线圈B 的磁通量减小，线圈B 中的感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，由右手定则可 知，电流表乙中的电流从正极流向负极，指针向右偏转，D 正确。 【典例7】 （2024·福建厦门三模）小强同学在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中使用的可拆 式变压器如图甲所示，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。 （1）除图甲中的器材外，下列器材中还需要的是 CD （填仪器前的字母）； A. 干电池 B. 磁铁 C. 低压交流电源 D. 多用电表 E. 直流电压表 F. 直流电流表 （2）变压器铁芯的结构和材料是 C （填选项前字母）； A.整块不锈钢铁芯 B.整块硅钢铁芯 C.绝缘的硅钢片叠成 （3）在实验操作过程中横铁芯没有与竖直铁芯对齐，原线圈输入电压为U1＝4 V，匝数为n1＝200 匝，改变副线 圈匝数n2，测量副线圈两端的电压U2，得到U2-n2图像如图乙所示，则可能正确的是图线 c （选填“a”“b”或 “c”）。 10 / 20 解析：（1）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，使用的是低压交流电源，所以不需要干电池， 磁场是利用了电流的磁效应，所以也不需要条形磁铁，测量线圈两端的电压需要使用多用电表的交流电压挡，不 需要直流电压表和直流电流表。故选C、D。 （2）变压器铁芯的结构和材料是绝缘的硅钢片叠成，故选C。 （3）实验操作过程中横铁芯没有与竖直铁芯对齐，则可能导致漏磁，使得输出电压偏小，则有U 1 n1 ＞U 2 n2 ，则可能 正确的图线只有c。 考点三 创新型电学实验 【典例8】 （2024·湖南高考11 题）某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律，搭建了如图a 所示的 装置。电阻测量原理如图b 所示，E 是电源， 为电压表， 为电流表。 （1）保持玻璃管内压强为1 个标准大气压，电流表示数为100 mA，电压表量程为3 V，表盘如图c 所示，示数 为 1 . 25 （ 1 . 24 ～ 1 . 26 均可 ） V，此时金属丝阻值的测量值R 为 12 . 5 Ω（保留3 位有效数字）； （2）打开抽气泵，降低玻璃管内气压p，保持电流I 不变，读出电压表示数U，计算出对应的金属丝阻值； （3）根据测量数据绘制R-p 关系图线，如图d 所示； （4）如果玻璃管内气压是0.5 个标准大气压，保持电流为100 mA，电压表指针应该在图c 指针位置的 右 侧 （填“左”或“右”）； （5）若电压表是非理想电压表，则金属丝电阻的测量值 小于 真实值（填“大于”“小于”或“等于”）。 解析：（1）由电压表读数规则可知题图c 的示数为1.25 V；根据题图b 由欧姆定律可知R＝U I ＝ 1.25 100×10 －3 Ω ＝12.5 Ω。 （4）玻璃管内气压降低到0.5 个标准大气压，由题图d 可知金属丝的阻值增大，又保持电流为100 mA，所以电 压表示数增大，即电压表指针应该在题图c 指针位置的右侧。 11 / 20 （5）若电压表是非理想电压表，则流过金属丝的电流的测量值偏大，由欧姆定律可知金属丝的电阻的测量值小于 真实值。 创新分析 （1）本实验的实验目的是探究一金属丝的阻值随气压变化的规律； （2）采用伏安法测量电阻，根据测量数据绘制R-p 关系图线，从而得到不同气压下的阻值。 【典例9】 （2024·河北高考12 题）某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警 器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表（0～20 V）、 数字电流表（0～20 mA）、滑动变阻器R（最大阻值50 Ω，1.5 A）、白炽灯、可调电阻R1（0～50 kΩ）、发光 二极管LED、光敏电阻RG、NPN 型三极管VT、开关和若干导线等。 （1）判断发光二极管的极性 使用多用电表的“×10 k”欧姆挡测量二极管的电阻。如图1 所示，当黑表笔与接线端M 接触、红表笔与接线端 N 接触时，多用电表指针位于表盘中a 位置（见图2）；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b 位置（见图2）。由 此判断M 端为二极管的 负极 （填“正极”或“负极”）。 （2）研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性 ①采用图3 中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0 开始。导线L1、 L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的 A 、 A 、 C （ 或 D ） 接线柱（以上三空选填接线柱标号 “A”“B”“C”或“D”）。 ②图4 为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。 由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而 减小 （填“增大”或“减小”）。 12 / 20 解析：（1）使用多用电表时，通过多用电表的电流流向遵循“红进黑出”，使用多用电表的欧姆挡时，当黑表笔 与M 端接触、红表笔与N 端接触时，若有电流，则二极管中电流方向为M→N，而由题图2 可知此时多用电表指 针位于a 位置，即此时二极管电阻无穷大，由二极管的单向导电性可知，此时二极管所接电压为反向电压，则M 端为二极管的负极。 （2）由于要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0 开始，则滑动变阻器应采用分压式接法，L1、L2的另一端应 接A 接线柱，L3另一端应接C（或D）接线柱。②I-U 图像上某点与坐标原点连线的斜率的倒数表示光敏电阻的阻 值，由题图4 可知，光照增强时，光敏电阻的阻值减小，即光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而减小。 创新分析 （1）本题的实验目的是制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。 （2）电路中含有二极管，需要判断二极管的极性，三极管的工作原理题目中有提示。 【典例10】 （2023·湖南高考12 题）某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的 装置，其电路如图（a）所示，R1、R2、R3为电阻箱，RF为半导体薄膜压力传感器，C、D 间连接电压传感器（内 阻无穷大）。 （1）先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值，示数如图（b）所示，对应的读数是 1 000 Ω； （2）适当调节R1、R2、R3，使电压传感器示数为0，此时，RF的阻值为 R1 R2 R3 （用R1、R2、R3表示）； 13 / 20 （3）依次将0.5 g 的标准砝码加载到压力传感器上（压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小），读出电压 传感器示数U，所测数据如下表所示： 次数 1 2 3 4 5 6 砝码质量m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 电压U/mV 0 57 115 168 220 280 根据表中数据在图（c）上描点，绘制U-m 关系图线； 答案：见解析图 （4）完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压 力F0，电压传感器示数为200 mV，则F0大小是 0 . 018 N（重力加速度取9.8 m/s2，保留2 位有效数字）； （5）若在步骤（4）中换用非理想毫伏表测量C、D 间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1，此时 非理想毫伏表读数为200 mV，则F1 ＞ F0（填“＞”“＝”或“＜”）。 解析：（1）由题图（b）可知，对应的读数为10×100 Ω＝1 000 Ω。 （2）根据电压传感器示数为0 可得I1R1＝I2R2，I1RF＝I2R3，解得RF＝R1 R2 R3。 （3）把表格中的数据在图（c）上进行描点，然后用一条直线拟合，使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的 点均匀分布在直线的两侧，离直线较远的点舍弃，如图所示。 （4）根据U-m 图像可知，当U＝200 mV 时，m＝1.80 g，故F0＝mg≈0.018 N。 14 / 20 （5）可将C、D 以外的电路等效为新的电源，C、D 两点电压看作路端电压，因为换用非理想毫伏表后，当读数 为200 mV 时，实际上C、D 间断路（接理想毫伏表时）时的电压大于200 mV，则在压力传感器上施加微小压力 F1时，C、D 间的电压大于在压力传感器上施加微小压力F0时C、D 间的电压，结合U-m 关系图线可知，F1＞F0。 创新分析 （1）利用半导体薄膜压力传感器等元件设计测量微小压力。 （2）以设计的测量微小压力的装置为背景，考查欧姆表的读数、实验原理、实验数据处理和误差分析。 1.（2024·河北张家口模拟）某同学为“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”，他在实验室准备了可拆变压 器（如图甲所示）、低压交流电源、多用电表、开关和导线若干。 （1）为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究 过程采用的科学探究方法是 A （选填选项前的字母）。 A.控制变量法 B.等效替代法 C.整体隔离法 D.理想实验法 （2）该同学认真检查电路无误后，其中一次测量交流电压时选择2.5 V 挡位，多用电表读数如图乙所示，此时电 表读数为 2 . 00 V。 （3）某次实验中线圈N1接“0”“4”，线圈N2接“2”“14”，测得线圈N1两端的电压U1＝2.30 V，线圈N2两 端的电压U2＝7.60 V，分析可知 N 2 （选填“N1”或“N2”）是原线圈。 （4）实验发现原、副线圈电压比与匝数比不相等，可能的原因是 有漏磁 。 解析：（1）为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这 个探究过程采用的科学探究方法是控制变量法，故选A。 （2）测量交流电压时选择2.5 V 挡位，此时电表读数为U＝2.00 V。 （3）若某次实验中用匝数n1＝400 匝、n2＝1 200 匝的变压器，测得线圈N1两端的电压U1＝2.30 V，线圈N2两端 的电压U2＝7.60 V，匝数之比近似等于电压之比，则有U 1 U 2 ＝n1 n2 按U1＝2.30 V，解得N2两端的电压 U2＝6.90 V＜7.60 V 结合变压器不是理想变压器，存在漏磁，发热等原因，则N2是原线圈，N1是副线圈。 （4）变压器不是理想变压器，可能存在漏磁。 2.（2024·北京高考15 题节选）（1）用如图1 所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素。如图2 所示，分别 把条形磁体的 N 极或 S 极插入、拔出螺线管，观察并标记感应电流的方向。 15 / 20 关于本实验，下列说法正确的是 BC （填选项前的字母）。 A.需要记录感应电流的大小 B.通过观察电流表指针的偏转方向确定感应电流的方向 C.图2 中甲和乙表明，感应电流的方向与条形磁体的插入端是 N 极还是 S 极有关 （2）某兴趣小组利用铜片、锌片和橘子制作了水果电池，并用数字电压表（可视为理想电压表）和电阻箱测量水 果电池的电动势E 和内阻r，实验电路如图3 所示。连接电路后，闭合开关S，多次调节电阻箱的阻值R，记录电 压表的读数U，绘出图像，如图4 所示，可得：该电池的电动势E＝ 1 . 0 V，内阻r＝ 3 . 3 kΩ。（结果保留 两位有效数字） 解析：（1）分析实验目的可知，本实验需要通过电流表指针的偏转方向分析感应电流的方向，不需要记录感应电 流的大小，A 错误，B 正确；比较甲和乙，磁体的 N 极和 S 极分别靠近螺线管，感应电流方向相反，则感应电流 的方向与条形磁体的插入端是 N 极还是 S 极有关，C 正确。 （2）根据题意可知，通过电源的电流为I＝U R ，则根据闭合电路欧姆定律可得E＝U＋Ir＝U＋U R r，变形得U＝－ rU R ＋E，结合U-U R 图像纵截距可知E＝1.0 V，结合U-U R 图像斜率的绝对值可知r＝| 0.4－1 180×10 －6| Ω≈3.3 kΩ。 3.（2024·江西上饶模拟）要测定一个量程为3 V 的电压表的内阻，某同学进行了如下操作。 16 / 20 （1）先用多用电表粗测电压表内阻，将多用电表选择开关拨到欧姆挡“×1 000”挡位，欧姆调零后，将多用电 表的红表笔与电压表的 负 （填“正”或“负”）接线柱连接，黑表笔连接另一个接线柱，示数如图甲所示， 则粗测电压表的内阻为 14 000 Ω。 （2）为了精确测量电压表的内阻，该同学根据实验室提供的器材，设计了如图乙所示电路。请根据图乙所示的电 路将如图丙所示的实物图连接完整。连接好电路后，闭合开关前，图丙中滑动变阻器的滑片应先移到最 左 （填“左”或“右”）端，电阻箱的电阻调为 零 （填“最大”或“零”），闭合开关S，调节滑动变阻器滑片， 使电压表满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数半偏，若此时电阻箱的阻值 为R0，则测得电压表的内阻为 R 0 。 答案：解析图 （3）该同学发现电源的内阻很小，可以忽略不计，于是他又设计了如图丁所示的电路，按正确的操作，测得多组 电压表的示数U 及对应的电阻箱接入电路的电阻R，作R- 1 U 图像，得到图像与纵轴的截距为b，则电压表的内阻 RV＝ － b 。 解析：（1）欧姆表红表笔与内置电源的负极相连，因此红表笔与电压表的负接线柱相连；粗测电压表的内阻为14 000 Ω。 （2）电路连接如图所示 闭合开关前，题图丙中滑动变阻器的滑片应先移到最左端，使输出电压为零，电阻箱的电阻调为零，测得的电压 表的内阻为R0。 （3）根据闭合电路欧姆定律可知E＝U＋U RV R，即R＝ERV· 1 U －RV，根据题意可知－RV＝b 解得RV＝－b。 17 / 20 4.（2024·浙江1 月选考16-Ⅱ题）在“观察电容器的充、放电现象”实验中，把电阻箱R（0～9 999 Ω）、一节干 电池、微安表（量程0～300 μA，零刻度在中间位置）、电容器C（2 200 μF、16 V）、单刀双掷开关组装成如 图1 所示的实验电路。 （1）把开关S 接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零；然后把开关S 接2，微安表指针偏转情况是 C 。 A.迅速向右偏转后示数逐渐减小 B.向右偏转示数逐渐增大 C.迅速向左偏转后示数逐渐减小 D.向左偏转示数逐渐增大 （2）再把电压表并联在电容器两端，同时观察电容器充电时电流和电压变化情况。把开关S 接1，微安表指针迅 速向右偏转后示数逐渐减小到160 μA 时保持不变；电压表示数由零逐渐增大，指针偏转到如图2 所示位置时保持 不变，则电压表示数为 0 . 50 V，电压表的阻值为 3 . 1 kΩ（计算结果保留两位有效数字）。 解析：（1）把开关S 接1，电容器充电，电流从右向左流过微安表，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到 零；把开关S 接2，电容器放电，电流从左向右流过微安表，则微安表指针迅速向左偏转后示数逐渐减小。故选 C。 （2）由题意可知电压表应选用0～3 V 量程，由图2 可知此时分度值为0.1 V，需要估读到0.01 V，则读数为 0.50 V。 当微安表示数稳定时，电容器中不再有电流通过，此时干电池、电阻箱、微安表和电压表构成回路，可知RV＝ U V I ＝ 0.50 160×10 －6 Ω≈3.1 kΩ。 5.（2024·江西高考12 题）某小组欲设计一种电热水器防触电装置，其原理是：当电热管漏电时，利用自来水自身 的电阻，可使漏电电流降至人体安全电流以下。为此，需先测量水的电阻率，再进行合理设计。 （1）如图a 所示，在绝缘长方体容器左右两侧安装可移动的薄金属板电极，将自来水倒入其中，测得水的截面宽 d＝0.07 m 和高h＝0.03 m。 （2）现有实验器材：电流表（量程300 μA，内阻RA＝2 500 Ω）、电压表（量程3 V 或15 V，内阻未知）、直 流电源（3 V）、滑动变阻器、开关和导线。请在图a 中画线完成电路实物连接。 答案：见解析图 （3）连接好电路，测量26 ℃的水在不同长度l 时的电阻值Rx。将水温升到65 ℃，重复测量。绘出26 ℃和65 ℃水的Rx-l 图线，分别如图b 中甲、乙所示。 18 / 20 （4）若Rx-l 图线的斜率为k，则水的电阻率表达式为ρ＝ kdh （用k、d、h 表示）。实验结果表明，温度 高 （填“高”或“低”）的水更容易导电。 （5）测出电阻率后，拟将一段塑料水管安装于热水器出水口作为防触电装置。为保证出水量不变，选用内直径为 8.0×10－3 m 的水管。若人体的安全电流为1.0×10－3 A，热水器出水温度最高为65 ℃，忽略其他电阻的影响 （相当于热水器220 V 的工作电压直接加在水管两端），则该水管的长度至少应设计为 0 . 46 m。（保留两位 有效数字） 解析：（2）由于电流表内阻已知，则电流表的分压可以求出，故电流表采用内接法，又电源电动势为3 V，则电 压表应以量程3 V 接入电路，电路连接如图所示。 （4）根据电阻定律有Rx＝ρ l S ，又 S＝dh，联立得Rx＝ρ dℎl，故Rx-l 图像中图线的斜率k＝ρ dℎ，解得ρ＝kdh，根 据题图b 可知，温度高的水的Rx-l 图线（图乙）斜率较小，则温度高的水的电阻率较小，更容易导电。 （5）根据部分电路欧姆定律和电阻定律有R＝U I ＝ρ l' π d 2 4 ，代入数据解得水管长度的最小值为0.46 m。 6.（2024·吉林高考11 题）某探究小组要测量电池的电动势和内阻。可利用的器材有：电压表、电阻丝、定值电阻 （阻值为R0）、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图所示的实验电路原理图。 （1）实验步骤如下： ①将电阻丝拉直固定，按照图a 连接电路，金属夹置于电阻丝的 A （填“A”或“B”）端； ②闭合开关S，快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数U，断开开关S，记录金属夹与B 端的距离L； ③多次重复步骤②，根据记录的若干组U、L 的值，作出图c 中图线Ⅰ； ④按照图b 将定值电阻接入电路， 多次重复步骤②，再根据记录的若干组U、L 的值，作出图c 中图线Ⅱ。 19 / 20 （2）由图线得出纵轴截距为b，则待测电池的电动势E＝ 1 b 。 （3）由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为k1、k2，若k2 k1 ＝n，则待测电池的内阻r＝ R0 n－1 （用n 和R0表示）。 解析：（1）①为了保护电路，开关闭合前应将金属夹置于电阻丝接入电路电阻最大处，即A 端； （2）（3）设金属丝的总电阻为R，总长度为x，对题图a 根据闭合电路欧姆定律有E＝U＋ U RL x r，可得1 U ＝1 E ＋ xr ER · 1 L，对题图b 有E＝U＋ U RL x （r＋R0），可得1 U ＝1 E ＋x（r ＋R0） ER · 1 L，结合题图c 可知b＝1 E ，k1＝xr ER ， k2＝x（r ＋R0） ER ，又k2 k1 ＝n，解得E＝1 b，r＝R0 n－1。 7.（2024·全国甲卷23 题）电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电 流（即工作电流）恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应 关系，这一过程称为定标。一同学用图a 所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有：装在气室内的 氧气传感器（工作电流1 mA）、毫安表（内阻可忽略）、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5 个气 瓶（氧气含量分别为1％、5％、10％、15％、20％）。 完成下列实验步骤并填空： （1）将图a 中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标； 答案： 见解析图 （2）连接好实验器材，把氧气含量为1％的气瓶接到气体入口； （3）把滑动变阻器的滑片滑到 a 端（填“a”或“b”），闭合开关； （4）缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1 mA，记录电压表的示数U； （5）断开开关，更换气瓶，重复步骤（3）和（4）； （6）获得的氧气含量分别为1％、5％、10％和15％的数据已标在图b 中；氧气含量为20％时电压表的示数如图 c，该示数为 1 . 40 V（结果保留2 位小数）。 20 / 20 现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1 mA，此时 电压表的示数为1.50 V，则此瓶气体的氧气含量为 17 ％（结果保留整数）。 解析：（1）连接实物图如图所示，注意连线不要有交叉，且电流从电表的正接线柱流入，从电表的负接线柱流出； （3）为了保护电路，闭合开关瞬间，电流表和电压表的示数应为0，所以闭合开关前应将滑动变阻器的滑片滑至 a 端； （6）根据电压表的读数规则可知，电压表的示数为1.40 V，根据题图b 中的数据点拟合电压表示数U 与氧气含 量的曲线如图所示，则可知当电压表的示数为1.50 V 时，氧气含量为17％。
