第2讲 电学实验与创新本部分在高考试题中每年都出现，实验原理、仪器的选择、电路的分析是高考的重点.在备考过程中要：(1)掌握基本仪器的原理和使用；(2)掌握基本的实验目的、原理和实验思想，如伏安法测电阻，电流表的内、外接法及滑动变阻器的连接方式；(3)掌握处理实验数据的基本方法，如图象法、平均值法等．涉及电源电动势和内阻的实验、电路故障分析、实物图的连接是实验命题的重点．热点题型一 电表改装与多用电表的使用实验仪表图及原理图使用方法及原理考查热点练习使用多用电表及掌握内部结构 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⑤原理：串联分压、并联分流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(2019·高考全国卷Ⅰ)某同学要将一量程为250μA的微安表改装为量程为20mA的电流表．该同学测得微安表内阻为1200Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接，进行改装．然后利用一标准毫安表，根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)．(1)根据图(a)和题给条件，将图(b)中的实物连线．(2)当标准毫安表的示数为16.0mA时，微安表的指针位置如图(c)所示．由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是________．(填正确答案标号)A．18mA B．21mAC．25mAD．28mA
(3)产生上述问题的原因可能是________．(填正确答案标号)A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1200ΩB．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1200ΩC．R值计算错误，接入的电阻偏小D．R值计算错误，接入的电阻偏大(4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k＝________．[解析] (1)量程为250μA的微安表改装成量程为20mA的电流表，量程扩大了80倍，需要将定值电阻与微安表并联，然后根据题图(a)的原理图连线．(2)当标准毫安表示数为16.0mA时，对应的微安表读数为160μA，说明量程扩大了100倍，因此所改装的电表量程是25mA，选项C正确．(3)当标准毫安表示数为16.0mA时，对应的微安表读数应为200μA，而实际测量时微安表读数为160μA，实际测量时微安表读数偏小，若R值计算无误，而微安表内阻测量错误，则说明微安表实际内阻大于1200Ω，选项A正确，B错误；若微安表内阻测量无误，而R值计算错误，则并联接入的电阻的阻值偏小，R的分流较大，导致微安表中电流较小，选项C正确，D错误．(4)预期目的是将量程为250μA的微安表改装成量程为20mA的电流表，量程扩大80倍，根据并联电路规律有IgRg＝79IgkR；当标准毫安表示数为16.0mA时，对应的微安表读数为160μA，量程扩大了100倍，根据并联电路规律有IgRg＝99IgR；联立解得k＝.[答案] (1)连线如图所示 (2)C (3)AC (4)多用电表测电阻的“五步”“一注意”(1)多用电表测电阻的五步骤①选倍率：一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率，如估计值为200Ω，就应该选“×10”的倍率． ②进行欧姆调零．③将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量．④读出指针示数乘以倍率，得测量值．⑤测量结束后，将选择开关扳到“OFF”挡或交流电压最高挡．(2)多用电表测电阻的注意点：用欧姆挡测电阻时，
如果指针偏转角度太小(即指针所指的欧姆刻度值太大)，应该适当增大倍率重新调零后再测量；如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太小)，应该适当减小倍率重新调零后再测量． Ｋ1.(2019·高考全国卷Ⅲ)某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度．可选用的器材还有：定值电阻R0(阻值14kΩ)，滑动变阻器R1(最大阻值1500Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值500Ω)，电阻箱(0～99999.9Ω)，干电池(E＝1.5V，r＝1.5Ω)，红、黑表笔和导线若干．(1)欧姆表设计将图(a)中的实物连线组成欧姆表．欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为________Ω；滑动变阻器选________(填“R1”或“R2”)．(2)刻度欧姆表表盘通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图(b)所示．表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为________、________．(3)校准红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向________kΩ处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量．若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图(c)所示，则电阻箱接入的阻值为________Ω.解析：(1)由题知当两表笔间接入15kΩ的电阻时，电流表示数为50μA，由闭合电路欧姆定律有＝，代入数据解得R＝900Ω，所以滑动变阻器选择R1.(2)欧姆表的内阻R′g＝Rg＋r＋R0＋R＝15kΩ，当电流为
25μA时有＝⇒R′x＝3Rx＝45kΩ；当电流为75μA时有＝⇒R″x＝Rx＝5kΩ.(3)红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向0处．题图(c)中电阻箱读数为35000.0Ω.答案：(1)如图所示 900 R1 (2)45 5(3)0 35000.0热点题型二 电阻的测量实验两种测量电路图两种控制电路图考查热点电阻的测量①考读数：U、I②考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择③考数据：数据处理、误差分析(2018·高考全国卷Ⅲ)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图中R0为标准定值电阻(R0＝20.0Ω)；V可视为理想电压表；S1为单刀开关，S2为单刀双掷开关；E为电源；R为滑动变阻器．采用如下步骤完成实验：(1)按照实验原理线路图(a)，将图(b)中实物连线；(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合S1；(3)将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表V的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表V的示数U2；(4)待测电阻阻值的表达式Rx＝________(用R0、U1、U2表示)；(5)重复步骤(3)，得到如下数据：12345
U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.493.443.433.393.403.39(6)利用上述5次测量所得的平均值，求得Rx＝________Ω.(保留1位小数)解析：开关S2掷于1端，由欧姆定律可得通过Rx的电流I＝，将开关S2掷于2端，R0和Rx两端电压为U2，Rx两端电压为U＝U2－U1，由欧姆定律可得待测电阻阻值Rx＝＝R0＝(－1)R0.5次测量所得的平均值为(3.44＋3.43＋3.39＋3.40＋3.39)＝3.41，代入得Rx＝(3.41－1)×20.0Ω＝48.2Ω.答案：(1)实物连线如图 (4)(－1)R0 (6)48.2测电阻的两种典型方法(1)最精确的电阻测量方法——等效替代法电流等效替代电压等效替代(2)最专一的电表内阻测量方法——半偏法①用半偏法测电流表内阻，如图所示，电阻箱应和电流表并联，然后与大电阻滑动变阻器串联，R测R真．
2.(2018·高考天津卷)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10kΩ)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：A．电压表(量程0～1V，内阻约10kΩ)B．电压表(量程0～10V，内阻约100kΩ)C．电流表(量程0～1mA，内阻约30Ω)D．电流表(量程0～0.6A，内阻约0.05Ω)E．电源(电动势1.5V，额定电流0.5A，内阻不计)F．电源(电动势12V，额定电流2A，内阻不计)G．滑动变阻器R0(阻值范围0～10Ω，额定电流2A)(1)为使测量尽量准确，电压表选用________，电流表选用________，电源选用________．(均填器材的字母代号)(2)画出测量Rx阻值的实验电路图．(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会________其真实值(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是________________________________________________________________________．解析：若选用电动势为1.5V的电源，则实验中电流最大值仅为0.15mA，两个电流表均无法准确测量，故选用电动势为12V的电源F；此时，实验中最大电流约为1.2mA，故电流表选用C；电压表选用B.由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值，所以滑动变阻器采用分压式接法；待测电阻的阻值远大于电流表内阻，所以电流表内接．由于电流表的分压作用，电阻测量值偏大，所以电阻测量值大于其真实值．答案：(1)B C F(2)如图所示(3)大于 电压表的读数大于待测电阻两端实际电压热点题型三 描绘小电珠的伏安特性曲线实验电路图实验原理考查热点描绘小电珠的伏安特性曲线①电路：伏安法外接；滑动变阻器分压式②图象：U－I图象为曲线(温度升高，灯丝电阻增大)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U－I图象③考运算：由U－I图象求电阻、电功率(2017·高考全国卷Ⅰ)某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡
L(额定电压3.8V，额定电流0.32A)；电压表V(量程3V，内阻3kΩ)；电流表A(量程0.5A，内阻0.5Ω)；固定电阻R0(阻值1000Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0Ω)；电源E(电动势5V，内阻不计)；开关S；导线若干．(1)实验要求能够实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图．Ｋ(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示．由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻________(填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”)．(3)用另一电源E0(电动势4V，内阻1.00Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为________W，最大功率为________W．(结果均保留2位小数)[解析] (1)要实现在0～3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量，则滑动变阻器需要设计成分压接法；电压表V应与固定电阻R0串联，将量程改为4V．由于小灯泡正常发光时电阻约为12Ω，所以需将电流表外接．(2)由小灯泡伏安特性曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻增大．根据电阻定律可知，灯丝的电阻率增大．(3)当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0Ω时，流过小灯泡的电流最小，小灯泡的实际功率最小，把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分，在题图(a)中画出等效电源E′0(电动势4V，内阻1.00Ω＋9.0Ω＝10Ω)的伏安特性曲线，函数表达式为U＝4－10I(V)，图线如图中Ⅰ所示，故小灯泡的最小功率为Pmin＝U1I1＝1.75×0.225W≈0.39W．当滑动变阻器接入电路中的阻值最小为零时，流过小灯泡的电流最大，小灯泡的实际功率最大，在题图(a)中画出电源E0(电动势4V，内阻1.00Ω)的伏安特性曲线，函数表达式为U＝4－I(V)，图线如图中Ⅱ所示，故小灯泡的最大功率为Pmax＝U2I2＝3.68×0.318W≈1.17W.[答案] (1)实验电路原理图如图所示
(2)增大 增大 (3)0.39 1.17描绘小电珠的伏安特性曲线电路的连接方式(1)电流表应采用外接法：因为小电珠(3.8V，0.3A)的电阻很小，与量程为0.6A的电流表串联时，电流表的分压影响很大．(2)滑动变阻器应采用分压式接法：目的是使小电珠两端的电压能从0开始连续变化．3.(2019·高考全国卷Ⅱ)某小组利用图(a)所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中V1和V2为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100Ω)；S为开关，E为电源．实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出．图(b)是该小组在恒定电流为50.0μA时得到的某硅二极管U－t关系曲线．回答下列问题：(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0μA，应调节滑动变阻器R，使电压表V1的示数为U1＝________mV；根据图(b)可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻________(填“变大”或“变小”)，电压表V1示数________(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动，以使V1示数仍为U1.(2)由图(b)可以看出U与t成线性关系．硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为||＝________×10－3V/℃(保留2位有效数字)．解析：(1)实验中硅二极管与定值电阻R0串联，由欧姆定律可知，定值电阻两端电压U1＝
IR0＝50.0μA×100Ω＝5.00mV；由图(b)可知，当控温炉内温度升高时，硅二极管两端电压减小，又图(b)对应的电流恒为50.0μA，可知硅二极管的正向电阻变小，由“串反”规律可知，定值电阻R0两端电压增大，即电压表V1示数增大，应增大滑动变阻器接入电路的阻值以减小电路中的电流，从而使电压表V1示数保持不变，故应将R的滑片向B端移动．(2)由图(b)可知＝V/℃＝2.8×10－3V/℃.答案：(1)5.00 变小 增大 B (2)2.8热点题型四 测定金属的电阻率实验电路图实验原理考查热点测定金属的电阻率①测Rx∶Rx＝(伏安法)②算ρ：Rx＝ρ，ρ＝①考读数：U、I、L及d②考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择③考运算：由U－I图象求Rx，ρ(2019·高考天津卷)现测定长金属丝的电阻率．(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示，其读数是______mm.(2)利用下列器材设计一个电路，尽量准确地测量一段金属丝的电阻．这段金属丝的电阻Rx约为100Ω，画出实验电路图，并标明器材代号．电源E(电动势10V，内阻约为10Ω)电流表A1(量程0～250mA，内阻R1＝5Ω)电流表A2(量程0～300mA，内阻约5Ω)滑动变阻器R(最大阻值10Ω，额定电流2A)开关S及导线若干(3)某同学设计方案正确，测量得到电流表A1的读数为I1，电流表A2的读数为I2，则这段金属丝电阻的计算式Rx＝__________．从设计原理看，其测量值与真实值相比______(填“偏大”“偏小”或“相等”)．[解析] (1)由螺旋测微器的读数规则可知，该金属丝的直径应为0mm＋20.0×0.01mm＝0.200mm；(2)对提供的实验器材分析可知，由于滑动变阻器的总电阻比待测电阻的阻值小得多，因此滑动变阻器应采用分压接法，由于没有提供电压表，因此可以用内阻已知的电流表充当电压表，即将A1作为电压表，由于A1的内阻已知，因此A2应采用外接法；(3)由电路图可知，Rx＝，由于A1的内阻已知，因此该实验不存在系统误差，测量值与真实值相等．[答案] (1)0.200(0.196～0.204均可) (2)如图
(3) 相等测金属丝电阻率的三点说明(1)在求Rx的平均值时可用两种方法：①用Rx＝分别算出各次的数值，再取平均值．②用U－I图线的斜率求出．(2)电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法．(3)电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大． 4.在“测定金属的电阻率”的实验中，被测金属丝的电阻大约为6Ω，先用刻度尺测出金属丝的长度l以及金属丝的直径d，接着用伏安法测出金属丝两端的电压U和通过金属丝的电流I，计算出它的电阻，再根据电阻公式计算出该金属材料的电阻率．在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测的金属丝外，还有如下供选择的实验器材：直流电源E：电动势约为4.5V，内阻很小；电流表A1：量程0～0.6A，内阻为0.125Ω；电流表A2：量程0～3A，内阻为0.025Ω；电压表V1：量程0～3V，内阻为3kΩ；电压表V2：量程0～15V，内阻为15kΩ；滑动变阻器R1：最大阻值10Ω，允许通过的最大电流为0.2A；滑动变阻器R2：最大阻值20Ω，允许通过的最大电流为1.0A；开关，导线若干．要求有较高的测量精度，并能测得多组数据．(1)在可供选择的器材中，应该选用的电流表是________，应该选用的电压表是________，应该选用的滑动变阻器是________(填器材符号)．(2)根据所选的器材，在如图所示虚线框中画出实验电路图．(3)用测得的物理量表示电阻率的表达式为ρ＝________(用字母表示)．解析：(1)电源电动势约为4.5V，被测金属丝电阻约为6Ω，干路中的最大电流约为0.75A，故电流表选A1，电压表选V1，滑动变阻器R1的最大允许电流0.2A太小，影响测量的范围，所以滑动变阻器选R2.(2)待测金属丝电阻较小，电流表应采用外接法，要求能
测得多组数据，故滑动变阻器应采用分压接法，电路图如图所示．(3)由R＝及R＝ρ，又S＝π＝，得ρ＝＝＝.答案：(1)A1 V1 R2 (2)见解析图 (3)热点题型五 测定电源的电动势和内阻实验电路图实验原理考查热点测定电源的电动势和内阻①伏安法：E＝U＋Ir②安阻法：E＝I(R＋r)③伏阻法：E＝U＋r①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I－1－R或U－1－R－1图象，求E、r(2019·日照模拟)某同学设计了一个“测定电池电动势和内阻”的实验，可供选择的器材如下：A．待测干电池一节B．电流表A(量程为0～60mA，内阻RA＝18Ω)C．电压表V(量程为0～3V，内阻RV约为3kΩ)D．滑动变阻器R1(阻值为0～5Ω)E．滑动变阻器R2(阻值为0～30Ω)F．定值电阻R3(阻值为2Ω)G．定值电阻R4(阻值为10Ω)(1)为完成实验，滑动变阻器应该选________，定值电阻应该选________．(填器材后面的代号)(2)请完善图(a)中的电路图．(3)根据图(b)中已描出的点画出U－I图象，由图象得该电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(结果保留三位有效数字)
[解析] (1)因为电池的内阻较小，约为几欧，故为了能起到控制调节作用，滑动变阻器应采用总阻值为30Ω的R2；因为给出的电流表量程为0～60mA，量程偏小，为了能准确测量，可以采用串联定值电阻的方法来减小电流，需要的电阻R＝＝25Ω，两定值电阻均达不到要求，所以应考虑改装电流表，为了让量程变大，应将较小的电阻与电流表并联，电流表改装后的量程为I＝Ig＋＝60mA＋mA＝600mA，符合实验要求．(2)根据(1)中分析可知，电路图如图所示．(3)根据已描出的点画出的U－I图象如图所示．设电压表示数为U，电流表示数为I，则根据闭合电路的欧姆定律有U＝E－10Ir，可知电路的U－I图线与纵轴的交点即为电源的电动势，故E＝1.49V，图线的斜率k＝Ω＝10r，则r＝1.05Ω.[答案] (1)R2 R3 (2)图见解析 (3)图见解析 1.49(1.47～1.49均可) 1.05(1.04～1.07均可)用实验数据求E、r的处理方法(1)列方程求解：由U＝E－Ir得，解得E、r.(2)用作图法处理数据，如图所示．①图线与纵轴交点为E；②图线与横轴交点为I短＝；
③图线的斜率表示r＝||. 5.某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，现备有下列器材：A．被测干电池一节B．电流表1：量程0～0.6A，内阻r＝0.3ΩC．电流表2：量程0～0.6A，内阻约为0.1ΩD．电压表1：量程0～3V，内阻未知E．电压表2：量程0～15V，内阻未知F．滑动变阻器1：0～10Ω，2AG．滑动变阻器2：0～100Ω，1AH．开关、导线若干伏安法测电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差，在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻．(1)在上述器材中请选择适当的器材(填写器材前的字母)：电流表选择__________，电压表选择________，滑动变阻器选择________．(2)实验电路图应选择下图中的__________(填“甲”或“乙”)．(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U－I图象，则在修正了实验系统误差后，干电池的电动势E＝__________V，内电阻r＝__________Ω.解析：(1)因为一节干电池的电动势为1.5伏左右，故电压表选择D；通过电源的电流不超过0.6A，因B电流表的内阻已知，故电流表选择B，滑动变阻器选择F.(2)因电流表内阻已知，故实验电路图应选择图中的甲．(3)电池的电动势E＝1.5V，内电阻r＝－RA＝Ω＝0.7Ω.答案：(1)B D F (2)甲 (3)1.5 0.7热点题型六 传感器的简单应用实验电路图实验原理考查热点传感器的简单应用传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)①考热敏：热敏电阻特性(欧姆表法、伏安法)②考光敏：光敏电阻特性(欧姆表法、伏安法)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干．在室温下对系统进行调节．已知U约为18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60℃时阻值为650.0Ω.(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线．
(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)．(3)按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是________________________________________________________________________．②将开关向______(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________________________________________________________________．(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．[解析] (1)根据题述，应该采用滑动变阻器的限流接法，连接的电路如答案图所示．(2)根据题述，流过报警器的工作电流超过10mA时，报警器就会报警，可知滑动变阻器的最大阻值至少为R＝＝Ω＝1800Ω，因此在电路中应选用最大阻值为2000Ω的滑动变阻器R2.(3)①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为热敏电阻在60℃时的阻值650.0Ω；滑动变阻器的滑片应置于接入电路的阻值最大处，即b端附近，不能置于另一端的原因是：若置于a端，则导致闭合开关后，报警器中电流大于20mA，报警器可能损坏．②将开关向c端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警．[答案] (1)连线如图所示(2)R2 (3)①650.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏②c 报警器开始报警6.(2019·德州模拟)为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(kΩ)754028232018(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．
(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻RP；直流电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干．解析：(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示．特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．(2)控制开关自动启动照明系统，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20kΩ，两端电压为2V，电源电动势为3V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10kΩ，即选用R1，电路原理图如图乙所示．答案：见解析热点题型七 创新实验转换法将不易测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量，
解决电学设计型实验常用的三种方法然后再反求待测物理量的值，这种方法叫转换测量法(简称转换法)．如在测量金属丝电阻率的实验中，虽然无法直接测量电阻率，但可通过测量金属丝的长度和直径，并将金属丝接入电路测出其电阻，然后再计算出它的电阻率替代法用一个标准的已知量替代被测量，通过调整标准量，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测量等于标准量控制变量法研究一个物理量与其他几个物理量的关系时，要使其中的一个或几个物理量不变，分别研究这个物理量与其他各物理量的关系，然后再归纳总结，如探究影响导体电阻的因素实验(2018·高考全国卷Ⅰ)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25～80℃范围内某热敏电阻的温度特性．所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25℃时的阻值)为900.0Ω；电源E(6V，内阻可忽略)；电压表V(量程150mV)；定值电阻R0(阻值20.0Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2.实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0℃.将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数．逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0℃.实验得到的R2－t数据见下表．t/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列问题：(1)在闭合S1前，图(a)中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出R2－t曲线；图(a)图(b)
图(c)(3)由图(b)可得到RT在25～80℃范围内的温度特性．当t＝44.0℃时，可得RT＝________Ω；(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图(c)所示，该读数为________Ω，则手心温度为________℃.[解析] (1)题图(a)的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的阻值最大，使电路中电流最小，即题图(a)中R1的滑片应移到b端．(2)将t＝60℃和t＝70℃对应的两组数据画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2－t曲线．(3)根据题述实验过程可知，测量的R2的数据等于对应的热敏电阻RT的阻值．由画出的R2－t曲线可知，当t＝44.0℃时，对应的RT＝450Ω.(4)由画出的R2－t曲线可知，当RT＝620.0Ω时，手心温度t＝33.0℃.[答案] (1)b (2)如图 (3)450 (4)620.0 33.07.某实验小组为了研究小灯泡的伏安特性曲线，先按照图甲所示的电路图连接电路，实验过程中操作规范，测量准确，得到一系列数据，如图乙中的散点．该实验小组对实验进行了改进，如图丙所示，将小灯泡L的玻璃罩敲碎，灯丝保存完好，仍然置于灯座上，取一个大小合适的玻璃杯，将灯座倒扣在杯沿上，在玻璃杯里慢慢加水，使得突出的灯丝刚好完全没入水中，电路的其余部分均不接触水，再将该灯座依然接入图甲中小灯泡L处，这样接通电路以后，灯丝不至于热到发光，温度可以基本控制在25℃.实验过程中操作规范，测量准确，得到一组数据，如图丁中的一组散点．已知水的电阻远大于灯丝的电阻．
(1)请在图乙上描绘小灯泡的伏安特性曲线K1；曲线K1表明，随着电压升高，小灯泡的电阻________(填“越来越小”“基本不变”或“越来越大”)．(2)请在图丁上描绘小灯泡灯丝的伏安特性曲线K2；曲线K2表明，随着电压升高，水中灯丝电阻________(填“越来越小”“基本不变”或“越来越大”)．(3)对比两次实验表明，在同样的电压值下，曲线K1的电流值基本都远远小于曲线K2的电流值，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.解析：(1)用平滑的曲线将各点相连，如图1所示；图I－U图象中图线的斜率表示电阻的倒数，故由图1可知，随着电压升高，电阻越来越大．(2)同理作出图象如图2所示，由图2可知，电阻基本保持不变．(3)由两I－U图象可知，在同样的电压下，曲线K1的电流值基本都远小于曲线K2的电流值，即曲线K1的电阻值明显大于曲线K2对应的电阻值，原因是描绘曲线K2时灯丝保持恒温，而描绘曲线K1时灯丝的温度高于描绘曲线K2时灯丝的温度，而金属导体的电阻随温度的升高而增大．答案：(1)如解析图1所示 越来越大(2)如解析图2所示 基本不变 (3)描绘曲线K2时灯丝保持恒温，而描绘曲线K1时灯丝的温度发生变化，且一直高于描绘曲线K2时灯丝的温度
1．(2018·高考全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表．可选用的器材有：微安表头(量程100μA，内阻900Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99999.9Ω)；导线若干．要求利用所给器材先组装一个量程为1mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3V的直流电压表．组装好的多用电表有电流1mA和电压3V两挡．回答下列问题：(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱．(2)电阻箱的阻值应取R1＝________Ω，R2＝________Ω.(保留到个位)解析：(1)微安表头改装成电流表需要并联一个小电阻，电流表改装成一个电压表需要串联一个大电阻，所以并联的电阻箱应为R1，串联的电阻箱应为R2，电路如答案图所示．(2)微安表头改装成电流表需要并联一个小电阻R1＝＝100Ω，电流表改装成一个电压表应串联一个大电阻R2＝＝2910Ω.答案：(1)如图所示 (2)100 29102．(2019·湖南五校联考)为了精确测量一电阻的阻值Rx，现有以下器材：蓄电池组E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，电阻箱RP，开关S1、S2，导线若干．某实验小组设计了如图甲所示的电路，实验的主要步骤如下：a．闭合S1，断开S2，调节R和RP，使电流表和电压表的示数适当，记下两表示数分别为I1、U1；b．保持S1闭合、RP阻值不变，闭合S2，记下电流表和电压表示数分别为I2、U2.(1)按图甲所示的电路图将如图乙所示的实物连成电路．(2)被测电阻的阻值Rx＝________(用两电表的示数表示)．
(3)由于电流表、电压表都不是理想电表，则被测电阻的阻值Rx的测量值________真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)．解析：(1)如图所示．(2)由题意易知RP＝，又RP、Rx并联的阻值为R并＝，又＋＝，联立解得Rx＝.(3)若考虑电流表和电压表不是理想电表，则在分析时应考虑电压表的内阻，即在第(2)问的分析中表示的就是RP和RV并联时的总电阻，结合后面的分析可知此时Rx的测量值仍等于真实值．答案：(1)见解析图 (2) (3)等于3．(2017·高考全国卷Ⅲ)图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图．图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头G的满偏电流为250μA，内阻为480Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连．该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1V挡和5V挡，直流电流1mA挡和2.5mA挡，欧姆×100Ω挡．(1)图(a)中的A端与________(填“红”或“黑”)色表笔相连接．(2)关于R6的使用，下列说法正确的是________(填正确答案标号)．A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置
(3)根据题给条件可得R1＋R2＝____________Ω，R4＝____________Ω. (4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示．若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”相连的，则读数为________；若此时B端是与“5”相连的，则读数为________．(结果均保留3位有效数字)解析：(1)A端与电池正极相连，电流从A端流出，A端与黑表笔相连．(2)使用多用电表前，应机械调零，即应调整“指针定位螺丝”，使指针指在表盘左端电流“0”位置，与R6无关，选项A错；使用欧姆挡时，需要红、黑表笔短接，使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置，选项B对；使用电流挡时，B端与“1”或“2”相连，与R6无关，C错．(3)B端与“1”“2”相连时，该多用电表挡位分别为直流2.5mA挡、直流1mA挡，如图1所示，由电表的改装原理可知，B端与“2”相连时，有I2＝IG＋，解得R1＋R2＝160Ω；B端与“4”相连时，如图2所示，多用电表为直流电压1V挡，表头并联部分电阻R0＝，R4＝－R0＝880Ω.(4)B端与“1”相连时，电表读数为1.47mA；B端与“3”相连时，多用电表为欧姆×100Ω挡，读数为11.0×100Ω＝1.10×103Ω；B端与“5”相连时，多用电表为直流电压5V挡，读数为×5V＝2.95V.答案：(1)黑 (2)B (3)160 880(4)1.47mA 1.10×103Ω 2.95V4．(2019·检测)某同学做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验：(1)该同学先用多用电表粗测小灯泡的电阻，他将多用电表的选择开关打到欧姆挡“×1”倍率挡处，测量结果如图甲所示，则小灯泡的灯丝电阻为R＝________Ω.(2)他根据测量结果连接好了如图乙所示的实物图，请根据图乙画出实验电路图．(3)调节滑动变阻器得到了两组电流表和两组电压表的示数如图中的①②③④所示，电流表的量程为0～0.6A，电压表的量程为0～3V，所示读数为①________、②________、③________、④________．两组数据得到的电阻分别是________和________．
解析：(1)根据多用电表读数的规则可知，小灯泡的电阻为R＝10Ω.(2)从实物图中可知电压表测量灯泡两端的电压，电流表采用外接法，滑动变阻器采用分压式接法，故电路图如图所示．(3)电流表的量程为0～0.6A，所以每小格的分度值为0.02A，故①的读数为0.10A，②的读数为0.24A；电压表的量程为0～3V，则每一小格表示0.1V，所以③的读数为2.00V，在④中电压表接0～3V量程时，指针在0～1V之间，固定刻度值是0.2V，估读数为0.07V，则总读数为0.27V．根据欧姆定律可知①④为同一组数据，故得到的电阻为R1＝＝Ω＝2.7Ω；②③为同一组数据，故得到的电阻为R2＝＝Ω≈8.3Ω.答案：(1)10 (2)见解析图 (3)0.10A 0.24A2．00V 0.27V 2.7Ω 8.3Ω5．小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻．(1)图中电流表的示数为________A.(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：U(V)1.451.361.271.161.06I(A)0.120.200.280.360.44请根据表中的数据，在上面的方格纸上作出U－I图线．由图线求得：电动势E＝________V；内阻r＝____________Ω.(3)实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合．其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为__________________________________．
解析：(1)由图可知，电流表的量程为0.6A，精度为0.02A，因此电流表的示数为0.02A×22＝0.44A.(2)U－I图线如图所示，由图象与纵轴的截距得电动势为1.60V，斜率即内阻为r＝Ω＝1.22Ω.(3)如果一直保持电路闭合，干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大．答案：(1)0.44 (2)U－I图线如解析图 1.60(1.58～1.62都算对) 1.22(1.18～1.26都算对)(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大6．(2019·山东六校联考)某同学利用图甲所示电路测量量程为2.5V的电压表V的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99999.9Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5kΩ)，直流电源E(电动势3V)，开关1个，导线若干．实验步骤如下：①按电路原理图甲连接线路；②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图甲中最左端所对应的位置，闭合开关S；③调节滑动变阻器，使电压表满偏；④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00V，记下电阻箱的阻值．回答下列问题：(1)实验中选择滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)．(2)根据图甲所示电路将图乙中实物图连线．
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变．计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位)．(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号)．A．100μAB．250μAC．500μAD．1mA解析：(1)为了使电阻箱调节时，滑动变阻器分得的电压变化很小，分压电路中滑动变阻器的最大阻值越小越好，因此应选用R1.(3)如果认为滑动变阻器分得的电压不变，则调节电阻箱后，电压表两端的电压为2.00V，电阻箱两端的电压为0.5V，根据串联电路的分压原理，＝，求得电压表的内阻RV＝4×630.0Ω＝2520Ω.(4)如果此电压表由一个表头与一个电阻串联组成，可知此表头的满偏电流为Ig＝＝1mA，D项正确．答案：(1)R1 (2)连线如图所示 (3)2520 (4)D7．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图甲所示，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________(选填“乙”或“丙”)图．(3)如图丁是测量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，补充完成图丁中实物间的连线，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．如图戊所示，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________．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)主尺半刻度线未露出，读数为0mm，螺旋尺的读数为39.8×0.01mm＝0.398
mm，所以此螺旋测微器读数为(0＋0.398)mm＝0.398mm.(2)由图表数据可知，待测电阻阻值约为5Ω，若电路采用限流接法，回路最小电流I＝，代入数值约为0.11A，不可能达到0.020A，所以应该是分压接法．(3)实物连图时要注意：开关闭合前，滑动变阻器应处于零阻值处，以使待测电阻的电压最小；应保证开关能控制整个电路的通断；电流从电压表和电流表正极流入．(4)在坐标系中描出2、4、6次测量数据对应的点，然后连线．由于第6个数据描点偏差太大，舍弃不用；图线的斜率即为Rx的阻值，由图象可知，Rx＝4.5Ω.(5)由电阻定律知R＝ρ，则ρ＝·R＝R≈1×10－6Ω·m，C正确．(6)由于读数而引起的误差是偶然误差，由于电压表与电流表的内阻而引起的误差是系统误差，A、B错误．若将电流表和电压表的内阻计算在内，则消除了电表内阻对实验的影响，即消除了由测量仪表引起的系统误差，C正确．用U－I图象处理数据，体现了多次测量求平均值的思想，而且剔除了个别偶然误差比较大的点，如图线中的第6个点，D正确．答案：(1)0.398(0.397～0.399均正确) (2)乙 (3)图见解析 (4)图见解析 4.5(4.3～4.7均正确) (5)C (6)CD
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