高考电学实验_高考电路实验

1.伏安法与欧姆定律的范例导引高考实验试题剖析

测定电源电动势和内阻知识点总结

掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法与原理；学习掌握用U-I图像处理数据的方法。

一、实验目的

测定电池的电动势和内电阻。

二、实验原理

如图1所示，改变滑动变阻器R的阻值，从电压表和电流表中读出六组I、U值。

数据处理：

1、计算法

根据测出的六组I、U值，利用闭合电路的欧姆定律求出三组E、r值，最后分别算出它们的平均值。

2、图像法

即在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的几组I、U值画出U-I图像。所得直线跟纵轴的交点即为电动势E值，图线斜率的绝对值即为内电阻r的值。比如图2是个图例。

图二

三、实验器材

待测电池，电压表( 0-3V )，电流表（0-0.6A），滑动变阻器（10Ω），电键，导线。

图三

四、实验步骤

1．电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按电路图连接好电路。

2. 把变阻器的滑动片移到一端，使其接入电路的阻值最大。

3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据（I1、U1），用同样方法测量六组I、U的值。

4. 打开电键，整理好器材。

5．处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。

五、注意事项

1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池。

2．干电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A。因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。

3．要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组，第2和第5为一组，第3和第6为一组，分别解出E、r值再平均。

4．画U-I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧。个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分的抵消，从而提高精确度。

5．干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多，这时，在画U-I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始（横坐标I必须从零开始）。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流。不过直线斜率的绝对值照样还是电源的内阻，这时要特别注意计算斜率时纵轴的刻度不从零开始。

五、测定电源的电动势和内阻考点简析

测定电源电动势和内阻的方法很多，涉及的方方面面也很多，考查灵活，一直是高考中最热点的内容之一，考查方面有：

⑴电路的选择。本实验有不同的方法测定E、r，故可以设计不同的实验电路，其误差来源也不尽相同；

⑵仪器的选择。不同的实验条件导致实验器材要进行选择使用，以尽量减小实验误差；

⑶线路的连接；

⑷数据的处理。既可以做出U-I图像，还可以做出I-U图像，还可以作出R-(1/I)图像等。

后续将再对测定电源电动势和内阻相关知识点进行探讨。

伏安法与欧姆定律的范例导引高考实验试题剖析

提供一篇材料，望对你有用。

在电学实验中，例如用伏安法测电阻．测量电源的电动势和内电阻，测某一用电器的?图线，都存在如何选择电学实验器材，如何选择测量电路、控制电路的问题．合理地选择实验器材和实验电路，可以使实验顺利进行，而且实验操作方匣，实验误差较小．?

正确地选译议器和电路的问题，有一定的灵活性．解决时应掌握和遵循一些基本的原则、即“安全性”。“精确性”、“方匣性”和“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面要综合考虑．灵活运用．?

一、实验仪器的选择?

根据教学大纲及高考考核的要求，选择电学实验议器主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器件，通常可以从以下三方面人手：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（一股取满偏废的2/3左右），以减少测读的误差．2．根据电路中可能出现的电流或电压范围需选择滑动受阻器．注意流过滑动变阻器的电流不超过它额定值．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，不直采用．3．应根据实验的基本要求来选择议器．对于这种情况．只有熟悉实验原理．才能作出恰当的选择．?

例1?有一电阻R?，其阻值大约在40?至50?之问，需进一步测定其阻值，现有下列器材：电池组?，电动势为9V，内阻忽略不计；电压表V，量程为0至10V，内阻20?；电流表?，量程为0至50mA，内阻约20?；电流表?，量程为0至300mA，内阻约4?；滑动变。阻器?，阻值范围为0至100?，额定电流1A；滑动变阻器?，阻值范围为0至1700?，额定电流0.3A，开关S及导线若干．实验电路图如图1所示，实验中要求多测几组电流、电压厦．在实验中应选电流表和?滑动变阻器．?

分析与解?首先估算电路中可能达到的最大电流值，假设选电流表?，则?，超过了?的量程，及假设选电流表?，则?，未超出?的量程，故应选电流表?，这一选择遵循了安全性原则．?

对滑动变阻器的选择。假没选?，电路中的最小电流约为?

，?

故电路中的电流强度范围为0.06A～0.18A．又假设选?，电路中的最小电流约为?

,?

故电路中的电流强度范围为0.005A~0.18A，因为电流表?。的量程为0.3A，电流强度为0.06A时，仅为电流表?。量程的1/5，如果移动滑动变阻器阻值再增大，其电流表的示数将更小，读数误差会更大，因此对于?而言，有效的调节长度太小，将导致电流强度值随滑动片位置的变化太敏感．调节不方便，故应选滑动受阻器?．这一选择就遵循了方便性原则．?

二、实验电路（电流表内外接法）的选择?

电压表和电流表连入电路可以有两种方法：一种是如图2甲所示的电路叫做电流表外接电路（简你“外接法”）；一种是如图2乙所示电路叫做电流表内接电路（简称“内接去”）．由于电流表、电压表内阻的影响，不管采用电流表内接还是外接都将会引起误差．外接法的测量误差是由于电压表的分流作用而产生，由并联电路中电流分配与电阻成反比可知当时，电压表的分流作用可忽略不计，此时?，可见对于小电阻的测量宜采用外接法电路．内按法产生的误差是电流表的分压作用，由串联电路的电压分配与电阻成正比可知，当?时，电流表的分压作用很小，可忽略不计，此时?，所以对大电阻应采用内接法电路．那么如何确定R?值是较大还是较小呢？根据以上分析可知，当被测电阻与电压表内阻的关系满足即?时应采用“外接法”较准确；当被测电阻与电流表的内阻相比满足?即?<![endif]-->?时，采用“内接法”测量误差较小．若当?<![endif]-->?时，电压表的分流作用和电流表的分压作用对测量结果的影响是相同的，此时既可选择“内接法”也可选择“外接法”．?，此时的R我们常称为临界电阻．当?时，电流表的分压作用较电压表的分流作用明显，应采用外接电路，当?时，电压表的分流作用较电流表的分压作用明显，应采用内接电路．?

例2?有一小灯泡上标有“6V0．6W”的字样，现在要用伏安法测量这个灯泡的?图线，已知所用器材有：是电流表（0～0．3A，内阻1?<![endif]-->?）；电压表（0～15V，内阻20k?<![endif]-->?）；滑动变阻器（0～30?<![endif]-->?，2A）；学生电源（直流9V）；开关一只、导线若干．为使实验误差尽量减小，画出合理的实验电路图．?

分析与解因为电压表内阻远大于灯泡的最大阻值60?，因此选择电流表外接法．电路如图3所示．?

例3用伏安法测量阻值约为几十欧的线圈的电阻R，己知所用电流表的量程为（0～0．6V），内阻0.125?，电压表的量程为（0～15V），内阻为15k?，蓄电池组电压为12V，问应采用哪一种连接电路？?

分析与解因为?，而题目给出的被测电阻阻值约为几十欧，可能大于43?，也可能小于43?，因此内接法、外接法两种电路均可采用。?

在具体的实验中若?、?均不知的情况下，可用试触法判定，即通过改变电表的连接方式看电流表、电压表指针变化大小来确定．?

三、控制电路的选择?

为改变被测电阻两端的电压（或被测电阻中的电流强度），常用滑动变阻器与电源的连接有两种不同的形式，如图4所示，图4甲为限流接法，图4乙为分压接法，这两种接法区别之处是：（L彼测电阻R上的电压调节?范围不同．当滑动触头P由?移动过程中（电源内阻?

不计）．被测电阻两端电压调节的范围，图4甲为?，图4乙为?；（2）对被测电阻R上的电流强度的控制情况有区别．对于图4甲有?时，调节?的大小可使通过被测电阻的电流有明显变化，但当?时，无沦怎样改变?的大小，也不会使通过R的电流有明显变化，可见，只有在?（或两者相差不多）的情况下，改变变阻器的触头的位置才会使电阻R上的电流有明显变化，从而起到对电阻R上的电流的控制作用．但对于图4乙中，不管电阻R的大小如何，调节滑动变阻器触头位置都可以使通过被测电阻R的电流由0变到?，通过被测电阻R的电流有明显变化；（3）从电能损耗方面分析图4甲比图4乙要小，且图4甲具有电源负担轻、电路连接简便等优点．?

综合上述，可得到如下结论：（1）若需要被测电阻R两端电压变化范围较大，或需要从零开始连读可调电压，应选图4乙的分压电路；（2）若采用限流电路时，如果电路中最小电流大于或等于被测电阻R的额定电流，必须采用汁压电路；（3）当?时．为使被测电阻中电流有明显变化，也应选分压电路；（4）当?时（或两者相差不多），虽然两种电路都可以对负载电流有明显的调节和控制．或两种电路都满足实验要求时．但图4甲的限流电路具有节省电能、电源负担轻、电路连接简便等优点，应选图4甲的限流电路较好．?

例如在例2中，电路若采用限流电路，电路中的最小电流为?等于小灯泡额定电流，滑动变阻器无法对电流进行调节，故必须采用分压电路，如图3所示．?

所以，我们在选择电学实验仪器和实验电路时，应先依据题意确定电流表、电压表和滑动变阻器等仪器，然后确定电流表的内外接怯，再选择控制电路并画出实验电路图．?

例4用伏安法测量某电阻凡阻值，现有实验器材如下：侍测电阻?（阻值大约为5?，?

额定功率为IW）；电流表?（量程0～0.6A，内阻0.2?）；电流表?（量程0~3A，内阻0.05?）；电压表?（量程0~3V，队阻3k?）；电压表?（量程0~15V，内阻15k?）；滑动变阻器?（0~50?），蓄电池（电动势为6V）开关、导线。?

为了较准确测量?阻值，保证器材的安全，以及操作方便，电流表、电压表应选择?，并画出实验电路图。?

分析与解?1?确定电压表、电流表。?

被测电阻?的额定电压、额定电流分别约为?

则电流表选用?，电压表选用?。?

2．确定电流表内外接法。?

临界电阻的阻值为?

。?

因为?，则电流表必须外接。?

3．确定控制电路?

因滑动变阻器的全值?大于被测电阻值?，故首先考虑滑动变阻器的限流接法。?

限流接法?上的电流取值范围为?

，?

因为?，那么滑动变阻器的阻值（滑动头移动时）不得小于?

。?

若采用滑动变阻器的分压接法，因为?，会使操作不方便，因此应选择滑动变阻器的限流接法，电路如图5所示。

（05年高考题）测量电源B的电动势E及内阻r（E约为4.5V，r约为1.5 ）。器材：量程3V的理想电压表，量程0.5A的电流表（具有一定内阻），固定电阻 ，滑动变阻器 ，电键K，导线若干。

(1)画出实验电路原理图。图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出。

(2)实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2。则可求出E=__________，r=_________。（用I1、I2、U1、U2及R表示）

解析：本题是常规伏安法测电源电动势和内阻实验的情景变式题，本题与课本上实验的区别是电源电动势大于理想电压表的量程，但题目中提供的器材中有一个阻值不大的固定电阻，这就很容易把该情景变式题“迁移”到学过的实验上。把固定电阻接在电源的旁边，把它等效成电源的内阻即可（如图12所示），把电压表跨接在它们的两侧，显然，“内阻增大，内电压降落增大”，电压表所测量的外电压相应减小，通过定量计算，符合实验测量的要求。这样，一个新的设计性实验又回归到课本实验上。

<1>实验电路原理图如图13所示；

<2>根据 ，对于一个给定的电源B的电动势E及内阻r是一定的，I和U都随滑动变阻器 的改变而改变，只要改变 的阻值，即可测出两组I和U数据，列方程组得：

解(1)(2)方程组可得

注：也可直接用欧姆定律的变式 求内阻r。

本题所提供的理想电压表量程小于被测电源电动势，需要学生打破课本实验的思维和方法定势，从方法上进行创新，运用所提供的器材创造性地进行实验设计。 （04年高考实验题）用以下器材测量一待测电阻 的阻值（900－1000 ）；

电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；

电压表V1，量程1.5V，内阻 ；

电压表V2，量程5V，内阻 ；

滑线变阻器R，最大阻值约为100 ；

单刀单掷开关S，导线若干。

（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的 ，试画出测量电阻 的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用相应的英文字母标注）。

（2）根据你所画的电路原理图在所给的实物上画出连线。（实物图略）

（3）若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示 的公式为 ____________。

解析 1. 画实验电路原理图

（1）测量方法的选定。本题提供了两只电压表，在没有电阻箱和定值电阻的情况下，不能用替代法和等效测量法，只能用伏安法测量。

（2）推断电路接法。在选用伏安法测量后，提供的电压表中必定有一只电压表要做电流表使用。

由于待测电阻 的阻值范围在900－1000 之间，而电压表V1，内阻 ，电压表V2，内阻 ，待测电阻阻值与电压表内阻阻值比较接近，不存在 明显关系，所以“电流表”内接和“电流表”外接应该都是可行的。

（3）角色定位。

<1>将电压表V2作为电流表使用，实验电路原理图如图14所示，该情况下，r1与 并联的最小电阻 ， 串联总电阻 。按题设要求电压表V1的读数不小于其量程的 。从电压的角度考虑，降落在电压表V1上的电压降应不低于 ， 并联再与 串联，根据串联电路的电压分配：

若电压表V2上的电压降能达到3.0V，即能满足题设的读数不小于其量程的 的要求。要想电路中电压值恰当，只要将电路接成分压电路，图14所示电路能满足试题要求。同理，如果把电压表V1当作电流表使用，接成14所示电路，将不行。

<2>将电压表V1作为电流表使用，实验电路可接成电流表内接法，如图15所示，电压表V1与待测电阻 串联，串联的电阻为 ，由于电压表V2与电压表V1和待测电阻串联后并联，故 ，所以

，这个读数能使电压表V1的指针超过满偏的 。

由上述分析和计算，两个电压表的读数均不低于其量程的 ，要想满足上述条件，电路也要接成分压电路，图15所示电路能满足试题要求。同理，如果把电压表V2当电流表使用，接成15所示电路，也将不行。

2. 实物连接（略）

3. 测电阻 的表达式

<1>按图14所示接法，设测量时电压表V1、V2的示数分别为U1，U2， 而 ，解得 。

<2>按图15所示接法，设测量时电压表V1、V2的示数分别为U1、U2，有 成立，故 。 （00年高考实验题）从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。

（1）在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。

器材（代号）

规格

电流表（A1）

电流表（A2）

电压表（V）

电阻（R1）

滑动变阻器（R2）

电池（E）

电键（K）

导线若干

量程10mA，内阻r1待测（约40 ）

量程500 ，内阻r2=750

量程10V，内阻r3=10k

阻值约1000 ，作保护电阻用

总电阻约50

电动势1.5V，内阻很小

（2）若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式为r1=_____________，式中各符号的意义是：_____________。

解析：（1）电流表本身读数可测得电流，若用电压表V测电压，由于A1两端最大电压为 ，故电压表的量程太大，不可取，故只能用电流表A2作电压表用，其量程为 ，因需多测几组数据，电源电路必须用分压电路，作出实验电路图如图16所示。

（2）合上电键K两表读数分别记为I1、I2，则 。

这里用来测量电压的不是电压表，而是电流表，它与被测的电流表A1并联。实际上，它是通过比较A1、A2两表的电流，进而来比较两电流表的内阻大小关系，即运用了比较的方法来进行实验。 近几年的高考中，实验命题不再局限于课本，出现了一些利用教学大纲所列的实验的原理、方法、器材重新组合的实验考题；同时，编制了一些半开放的试题，运用一些简单的、设计性的实验来考查考生独立解决问题的能力、迁移能力。因此，考生必须掌握好物理实验的基本技能，并能独立地完成考试大纲中所列的实验，善于总结实验过程应用的物理原理和实验方法，进而应用学过的原理和方法去创新设计实验，处理与实验相关的问题。