电学实验考场秀

叶小红

多年来，虽然物理各知识点已在高考中通过各种题型反复考查，但唯一变化不大的是对电学的实验考查。尤其是电学实验考查的频率一直没有下降，难度也不大。电学实验又是实验考查的主阵地，原因有二：一是内容丰富，可以从仪器及量程的选择、读数、电路的选择、数据处理、误差分析等角度对学生的实验能力进行全方位的考查；二是便于改编，只要电路稍加变化，就可以产生一个新的实验，如电阻的测量、电流表的内接法与外接法、电表的改装、小灯泡的伏安特性曲线、电路的设计和选择这几个知识点，几乎每年必考，而且命题方式也在悄然发生着变化。

一、电阻的测量

例1 ［新题］（2008年全国）图1为一电学实验的实物连线图。该实验可用来测量待测电阻Rx的阻值（约500 Ω）。图中两个电压表量程相同， 内阻都很大。实验步骤如下：

①调节电阻箱， 使它的阻值R0与待测电阻的阻值接近； 将滑动变阻器的滑动头调到最右端；

②合上开关S；

③将滑动变阻器的滑动头向左端滑动， 使两个电压表指针都有明显偏转；

④记下两个电压表V1和V2的读数U1和U2 ；

⑤多次改变滑动变阻器滑动头的位置， 记下V1和V2的多组读数U1和U2 ；

⑥求Rx的平均值；

回答下面问题:

（1）根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路原理图，其中电阻箱的符号为 ， 滑动变阻器的符号为 ，其余器材用通用的符号表示。

（2）不计电压表内阻的影响，用U1、U2和R0表示Rx的公式Rx=___________

（3）考虑电压表内阻的影响， 用U1、U2、R0、V1的内阻r1、V2的内阻r2表示Rx的公式为Rx =__________________。

［旧题］（2004年全国） 用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（900~1 000 Ω）：

电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0 V；

电压表V1，量程为1.5 V，内阻r1＝750 Ω；

电压表V2，量程为5 V，内阻r2=2500 Ω；

滑线变阻器R，最大阻值约为100 Ω；

单刀单掷开关S，导线若干。

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

（2）根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。

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

分析 从这两题我们可以看出，2004年全国卷中是先设计电路图，再连接电路实物图，而2008年全国卷是已设计了电路实物图，要求根据实物图画出电路原理图。这两题都是用两个电压表测电阻，2004年全国卷答案中的两种表述，正是2008年全国卷中的两种形式。有所不同的是2008年全国卷加了一个电阻，电压表V2测得的电压只是部分电路的，但与V1串联也一样有2004年全国卷中V2的作用。

二、电表的改装

例2 ［新题］（2008年海南） 一毫安表头满偏电流为9.90 mA，内阻约为300 Ω，要求将此毫安表头改装成量程为1A的电流表，其电路原理如图3所示。图中是量程为2 A的标准电流表，R0为电阻箱，R为滑动变阻器，S为开关，E为电源。

（1）完善下列实验步骤：

①将虚线框内的实物图按电路原理图连线；

②将滑动变阻器的滑动头调至_____端（填“a”或“b”），电阻箱R0的阻值调至零；

③合上开关；

④调节滑动变阻器的滑动头，增大回路中的电流，使标准电流表读数为1A；

⑤调节电阻箱R0的阻值，使毫安表指针接近满偏，此时标准电流表的读数会_________（填“增大”、“减小”或“不变”）；

⑥多次重复步骤④⑤，直至标准电流表的读数为______________，同时毫安表指针满偏。

（2）回答下列问题：

①在完成全部实验步骤后，电阻箱使用阻值的读数为3.1 Ω，由此可知毫安表头内阻为____________；

②用改装成的电流表测量某一电路中的电流，电流表指针半偏，此时流过电阻箱的电流为______________；

③对于按照以上步骤改装后的电流表，写出一个可能影响它的准确程度的因素________________________

_______________________________________________。

［旧题］（2004年天津）现有一块59C2型的小量程电流表G（表头），满偏电流为50 μA，内阻约为800～850Ω，把它改装成1 mA、10 mA的两量程电流表。

可供选择的器材有：

滑动变阻器R1，最大阻值20 Ω；

滑动变阻器R2，最大阻值100 kΩ；

电阻箱R′，最大阻值9 999 Ω；

定值电阻R0，阻值1 kΩ；

电池E1，电动势1.5 V；电池E2，电动势3.0 V；电池E3，电动势4.5 V；（所有电池内阻均不计）

标准电流表A，满偏电流1.5 mA；

单刀单掷开关S1和S2，单刀双掷开关S3，电阻丝及导线若干。

（1）采用如图5所示电路测量表头的内阻，为提高测量精确度，选用的滑动变阻器为__________；选用的电池为__________。

（2）将G改装成两个量程的电流表。现有两种备选电路，如图6和图7。图__________为合理电路，另一电路不合理的理由是__________。

（3）将改装后的电流表与标准电流表逐格进行核对（仅核对1mA量程），画出所用电路图，图中待核对的电流表符号用来表示。

分析 这两题都是量程小的电流表改装成电流较大的电流表，并进行校正。有所不同的是2008海南卷中考查了实验的步骤，而2004天津卷还考查了电阻的测量与电路和设计。

三、电路的设计和选择

例3 ［新题］（2008年山东）若图8为某磁敏电阻在室温下的电阻-磁感应强度特性曲线，其中RB、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB。请按要求完成下列实验。

设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图9的虚线框内画出实验电路原理图（磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6～1.0 T，不考虑磁场对电路其他部分的影响），要求误差较小。

提供的器材如下：

A． 磁敏电阻，无磁场时阻值R0=150 Ω

B． 滑动变阻器R，全电阻约20 Ω

C． 电流表，量程2.5 mA，内阻约30 Ω

D． 电压表，量程3 V，内阻约3 kΩ

E． 直流电源E，电动势3 V，内阻不计

F． 开关S，导线若干

［旧题］（2005年广东）热敏电阻是传感电路中常用的电子元件。现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整，已知常温下待测热敏电阻的阻值约4~5 Ω。热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪器有：盛有热水的热水杯（图中未画出）、电源（3V、内阻可忽略）、直流电流表（内阻约1 Ω）、直流电压表（内阻约5 kΩ）、滑动变阻器（0~20 Ω）、开关、导线若干。

（1）在图10（a）的方框中画出实验电路图，要求测量误差尽可能小。

（2）根据电路图，在图10（b）的实物图上连线。

（3）简要写出完成接线后的主要实验步骤________。

分析 这两题考查的是同样的知识点，且被测电阻都以新情景出现，首先是滑动变阻器的接法，由于滑动变阻器的阻值小于被测电阻的阻值，或者要求尽可能测得更多的数据，所以滑动变阻器的最好接法都是要用分压法。题中都提供了电压表和电流表，所以要考虑电流表的内接法与外接法，判断方法都是一样，当Rx>（即Rx为大电阻）时用内接法，当Rx<（即Rx为小电阻）时用外接法，这样所测的值误差相对较小，当Rx=时，用内、外接法均可。

四、闭合电路欧姆定律测电源电动势和内阻

例4 ［新题］（2008年全国）一直流电压表，量程为1 V，内阻为1 000 Ω，现将一阻值为5 000~7 000 Ω之间的固定电阻R1与此电压表串联，以扩大电压表的量程。为求得扩大后量程的准确值，再给定一直流电源（电动势E为6~7 V，内阻可忽略不计），一阻值R2=2 000 Ω的固定电阻，两个单刀开关S1、S2及若干导线。

（1）为达到上述目的，将图11连成一个完整的实验电路图。

0.70 V，由此可以计算出改装后电压表的量程为_______V，电源电动势为_______V。

［旧题］（2007年四川）甲同学设计了如图12所示的电路测电源电动势E及电阻R1和R2的阻值。实验器材有：待测电源E（不计内阻），待测电阻R1，待测电阻R2， 电压表V（量程为1.5 V，内阻很大），电阻箱R（0~99.99 Ω），单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。

（1）闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数r和对应的电压表示数Ul，保持电阻箱示数不变，将S2切换到b，读出电压表的示数U2，则电阻R1的表达式为R1＝________。

（2）甲同学已经测得电阻Rl=4.8 Ω，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值。该同学的做法是：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图13所示的图线，则电源电动势E=_______V，电阻R2=________Ω。

分析 这两题都是要求测量电动势。2007年四川卷给出了一个电阻箱，而且给了一个图象，要求根据图象去得出电动势和电阻；2008全国卷这道题给出的是定值电阻，但是可以利用开关测出两组数据，由此求出电动势。