专题11 电学实验-2014年高考物理考纲解读及热点难点试题演练

1.近几年新课标全国卷中没有电表读数题目，但各自主命题省份的高考卷中多次出现电表读数问题和多用电表的使用问题，预计今后新课标全国卷中考查电表读数与多用电表使用的可能性较大，应该重视．

2.“测量金属的电阻率”和“描绘小灯泡的伏安特性曲线”两实验，实际上均与“伏安法测电阻”无多大区别，考查的重点是仪器的选择、电路设计、实物连线和数据处理四个方面，估计今后课标卷对这两个实验考查应是重点之一．

3.测量电源的电动势和内阻是闭合电路欧姆定律的应用，全面考查电流表、电压表和滑动变阻器的使用，是高中物理中最典型的实验之一．近几年新课标全国卷中虽然没有考查，但预计将是今后命题的重点内容．考查的重点放在实验原理的研究、电路的设计、电表选择、实物连线和数据处理等方面． 【高考预测】

一、电学测量仪器的使用与读数 1．电流表、电压表、欧姆表的比较 仪器 电流表 极性 量程选择 读数 3 V和3 A量程估读到1最小分度的10；15 V 量程估读到最小分度1的5；0.6 A量程应估读1到最小分度的2 使指针尽量指在表盘中间欧姆表 位置 2.使用多用电表“四忌” (1)忌不调零就使用多用电表．

(2)忌搞错连接方式，测电压需并联．测电流需串联． (3)忌用手接触测试笔的金属杆．

(4)忌用多用电表测不是50 Hz的交流电．普通多用电表的交流挡位是按照50 Hz设计的，不能

以相应挡位的倍率 取两位有效数字并乘有正、负极的电表，电压表 电流由电表的正极流入，负极流出 [.Com]1使指针指示比满偏刻度的3多的位置

准确测量其他频率的交流电． 3．电学仪器的选择 (1)电源的选择

一般可以根据待测电路的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源． (2)电表的选择

一般根据电源的电动势或待测电器的额定电压选择电压表；根据待测电流的最大电流选择电流表；选择的电表的量程应使电表的指针摆动的幅度较大，一般应使指针能达到半偏以上，以减小读数的偶然误差，提高精确度． 二、电流表内外接法的比较与选择

比较项目 电路 误差来源 测量结果 适用条件 电流表内接法 电流表的分压 UR测＝I>Rx，偏大 Rx?RA(测大电阻) 电流表外接法 电压表的分流 UR测＝I

比较项目 电路 电压调节的范围 电能损耗 电路连接 RE→E R＋R0节能 简便 0→E 耗能 复杂 限流式接法 分压式接法 2.控制电路的选择：优先选用限流式． 以下情况考虑分压式：

(1)要求待测电路的U、I从0变化； (2)R滑?Rx；

(3)选用限流式时，Ux、Ix过大(超过电表量程，烧坏电表、电源或用电器等)或Ux、Ix过小(最大

1

值不超过电表满量程的3，读数误差大).

一、实验仪器的使用与选择 1．电流表、电压表、欧姆表的比较 仪器 极性 量程选择 读数 电流表 有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负使指针指在比满偏刻1度的3多的位置 13 V和3 A量程估读到最小分度的10；115 V量程估读到最小分度的5；0.6 A1量程估读到最小分度的2 电压表 欧姆表 极流出 使指针尽量指在表盘的中间位置左右 取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率 2．电学实验器材的选取

(1)根据不使电表受损和尽量减小误差的原则选择电表．首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转(一般取满偏的1/3～2/3左右)，以减少测量和读数的误差．

(2)根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不能超过它的额定电流．对大阻值的变阻器，滑片稍有移动，电流、电压就会有很大的变化，不宜采用．

(3)应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择． 【方法技巧】 1.器材选取问题的策略 (1)器材选取三原则：

①安全性原则：要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器，使实验切实可行，能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程，电阻类器件的电流不能超过允许通过的最大电流等。

②精确性原则：根据实验的需要，选用精度合适的测量工具，但对某个实验来讲，精确程度够用即可，并不是精度越高越好。

③方便性原则：实验时需考虑调节方便，便于操作，如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作是否调节方便的问题。

(2)器材选取三具体要求

①根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程。务必使指针有较大偏转(一般取满偏的1/3~2/3左右)，以减少测量和读数的误差。

②根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不能超过它的额定值。对高阻值的变阻器，如果滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。

③应根据实验的基本要求来选择仪器。对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能做出恰当的选择。

(3)器材选取的一般步骤 ①找出唯一且必需的器材。 ②画出电路图(暂不把电表接入)。

③估算最大值(在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值)或估算最小值(在限流电路中把滑动变阻器触头推向最大值)。

④考虑能否使电压表、电流表都达到满偏的1/3以上。 2.电路设计

根据实验目的，结合实验给出的器材能够直接测出的物理量，运用闭合电路欧姆定律列方程(方程组)，能够求解实验目的量的电路。在设计中注意电流表的内(外)接法或滑动变阻器的分压(限流)接法。 二、电路的选择

1．电流表内、外接法的比较与选择

比较项目 电流表内接法 电流表外接法

电路 误差来源 测量结果 适用条件 电流表的分压 R测＝U/I>Rx，偏大 Rx?RA(测大电阻) 电压表的分流 R测＝U/I

以下情况考虑分压式接法：①要求待测电路的U、I从0变化；②R滑?Rx；③选用限流式接法时，Ux、Ix过大(超过电表量程，烧坏电表、电源或用电器等)或Ux、Ix过小(最大值不超过电表1

满量程的3，读数误差大)． 三、多用电表的使用“三注意” (1)电流的流向

由于使用多用电表时不管测量项目是什么，电流都要从电表的“+”插孔(红表笔)流入，从“-”插孔(黑表笔)流出，所以使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔。

(2)要区分开“机械零点”与“欧姆零点”

从近几年新课标全国卷中的电学实验来看，没有考查考试说明中要求的具体实验，全部是创新型试题.试题的考查重点仍是电阻的测量，多次出现电阻测量或描绘伏安特性曲线；另外还考查电路设计，根据要求，设计合理的电路；实物连线和数据处理也是重点考查的对象． 【应考必备】

掌握基本的恒定电流的物理规律，最常用仪器使用规则，考试说明中的每个电学实验的基本要求和典型的电路是做好电学创新试题的基础．基本规律是欧姆定律，常用仪器是电压表、电流表和滑动变阻器，典型电路是测量电阻的内接与外接法，滑动变阻器的分压与限流法，测量电源电动势的三种电路等．在掌握基本知识的基础上，能将自己学过的实验原理、实验方案、实验方法和数据处理的方法技巧迁移应用到创新型试题的解决过程中．

【例1】（2013·重庆卷)某同学对有故障的电热毯进行探究．图5－11－18是电热毯的电路示意图，其中电热线和导线通过金属接线片连接．图5－11－19为测试电路实物图，A、B为测试表笔，电压表内阻很大，可视为理想电表．

①请在虚线框内画出与图5－11－19对应的电路图．

②断开K1，用上述测试电路在1和1′之间检测得知电热线无故障，然后测得电热线的U－I曲线如图5－11－20所示，已知电热线材料的电阻率为2.8×107 Ω·m，电热线的直径为0.200

－

mm.可求得此电热线的电阻为____ kΩ，总长度为________ m．(结果均保留两位有效数字)

③为了进一步检查故障，该同学闭合开关K1和K2，用表笔A和B分别对图5－11－18中所示的各点进行测试，部分测试结果如下表所示．由此测试结果可判断出电路有断路，位置在________之间(在“1和2”、“1′和2′”、“2和3”、“2′和3′”中选填一项).

测试点 电表指针 有无偏转 电压表 电流表 3和3′ 有 无 1和1′ 有 有 1和3 无 有 1和2′ 有 无 2′和3′ 无 有 【特别提醒】解决创新型实验的关键是确定实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点，它决定应当测量哪些物理量、如何安排实验步骤、如何处理数据等．实验原理的确定，要根据问题的要求和给出的条件，回顾分组实验和演示实验，寻找能够迁移应用的实验原理，或者回顾物理原理，寻找有关的物理规律，设法创设相关的物理情景，并根据已掌握的基本仪器核对是否能够测出必须测定的物理量．因此，掌握基本仪器的使用方法、基本的实验方法和基本物理原理是解答创新型实验题的基础．

【变式探究】 在“测定直流电动机的效率”的实验中，用图5－11－21所示的电路测定一个额定电压为6 V，额定功率为3 W的直流电动机的机械效率．

①根据电路图在图5－11－22中完成实物图的连线；

②实验中保持电动机两端电压U恒为6 V，重物每次匀速上升的高度h均为1.5 m，所测物理量及测量结果如下表所示：

实验次数 电动机的电流I/A 所提重物的重力mg/N 重物上升时间t/s 运动 1 0.2 0.8 1.4 2 0.4 2.0 1.65 3 0.6 4.0 2.1 4 0.8 6.0 2.7 5 2.5 6.5 重物不 计算电动机效率η的表达式为________(用符号表示)，前4次实验中电动机工作效率的平均值为________．

③在第5次实验中，电动机的输出功率是________，可估算出电动机线圈的电阻为________ Ω.

【变式探究】 某同学用如图5－11－23所示的实验电路测定某电源内阻r和一段电阻线的电阻率．ab是一段粗细均匀的电阻线，横截面积S＝0.1 mm2，定值电阻R＝2 Ω，电源电动势E＝9 V，滑动片P与电阻线接触良好，aP长度用x表示，电流表内阻及导线电阻不计．实验时1

闭合开关，调节P的位置，通过读数、计算，将x和与之对应的I数据记录在下表

x(m) 1I(A－1) 0.10 0.44 0.20 0.56 0.30 0.67 0.40 0.78 0.50 0.89

1

(1)在图5－11－24中画出I－x图象．

(2)根据图和相关数据，求出该电源内阻r＝________ Ω；电阻线电阻率ρ＝________ Ω·m.(保留两位有效数字)

(3)在实验过程中，该同学发现电流表的示数有时过大，为防止损坏电流表，对实验电路进行了重新设计．要既能保证测出电源内阻和电阻率，又能防止电流表烧坏，以下电路图可行的是________．

1．(2013·新课标全国卷Ⅱ，23)某同学用量程为1 mA、内阻为120 Ω的表头按图5－11－25(a)所示电路改装成量程分别为1 V和1 A的多用电表．图中R1和R2为定值电阻，S为开关．回答下列问题：

(1)根据图(a)所示的电路，在图(b)所示的实物图上连线．

(2)开关S闭合时，多用电表用于测量__________(填“电流”、“电压”或“电阻”)；开关S断开时，多用电表用于测量__________(填“电流”、“电压”或“电阻”)． (3)表笔A应为________色(填“红”或“黑”)．

(4)定值电阻的阻值R1＝________ Ω，R2＝________ Ω.(结果取3位有效数字)

图5－11－25

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