重點(diǎn)關(guān)注高考熱點(diǎn)，輕松搞定電學(xué)實(shí)驗(yàn)

李紅波

高考物理的實(shí)驗(yàn)題分?jǐn)?shù)穩(wěn)定（通常為15分），題目數(shù)量和分值分配穩(wěn)定，但統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，實(shí)驗(yàn)題是同學(xué)們答得不太理想的題型之一，屬于難度較大的內(nèi)容。在高考對(duì)實(shí)驗(yàn)題的考查中，電學(xué)實(shí)驗(yàn)所占比重很大。高考物理有兩道實(shí)驗(yàn)題，一道主要考查基本實(shí)驗(yàn)原理，相對(duì)考試大綱來說變化較小;另一道則立足于創(chuàng)新，在變化中考查學(xué)生的綜合能力。下面筆者以幾道經(jīng)典的電學(xué)實(shí)驗(yàn)題為例進(jìn)行講解，希望能對(duì)同學(xué)們的高考復(fù)習(xí)有所幫助。

【例1】（2011·北京卷）用如圖1所示的多用電表測(cè)量電阻，要用到選擇開關(guān)K和兩個(gè)部件S、T。請(qǐng)根據(jù)下列步驟完成電阻測(cè)量：

①旋動(dòng)部件，使指針對(duì)準(zhǔn)電流擋的“0”刻度線。

②將K旋轉(zhuǎn)到歐姆擋“×100”的位置。

③將插入“+”、“-”插孔的表筆短接，旋動(dòng)部件，使指針對(duì)準(zhǔn)歐姆擋的 （填“‘0刻度線”或“‘∞刻度線”）。

④將兩表筆分別與待測(cè)電阻相接，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過小。為了得到比較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，請(qǐng)從下列選項(xiàng)中挑出合理的步驟，并按 的順序進(jìn)行操作以完成測(cè)量。

A.將K旋轉(zhuǎn)到歐姆擋“×1k”的位置

B.將K旋轉(zhuǎn)到歐姆擋“×10”的位置

C.將兩表筆的金屬部分分別與被測(cè)電阻的兩根引線相接

D.將兩表筆短接，適當(dāng)旋動(dòng)部件，對(duì)電表進(jìn)行校準(zhǔn)

【解析】①多用電表電流擋的調(diào)零：應(yīng)該調(diào)整指針定位螺絲S，使指針對(duì)準(zhǔn)電流擋的“0”刻度線。③多用電表歐姆擋的調(diào)零：應(yīng)該在表筆短接的情況下調(diào)歐姆調(diào)零旋鈕T，使指針對(duì)準(zhǔn)歐姆擋的“0”刻度線。④若在測(cè)量過程中發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過小，表明被測(cè)的電阻阻值很大，這時(shí)要換用更高倍率的擋位，將選擇開關(guān)K旋轉(zhuǎn)到歐姆擋“×1k”的位置;更換倍率后要重新進(jìn)行歐姆擋的調(diào)零，將兩表筆短接，旋動(dòng)歐姆調(diào)零旋鈕T，對(duì)歐姆表進(jìn)行校準(zhǔn);測(cè)電阻時(shí)，須將兩表筆的金屬部分分別與被測(cè)電阻的兩根引線相接。答案為A、D、C。

【易錯(cuò)提醒】多用電表相關(guān)實(shí)驗(yàn)題的重點(diǎn)是儀器的使用方法，而使用步驟和讀數(shù)規(guī)則是高考考查的重點(diǎn)和難點(diǎn)。多用電表的使用中有三個(gè)容易出錯(cuò)的點(diǎn)，同學(xué)們要特別注意：

①歐姆調(diào)零。當(dāng)更換歐姆表倍率后，一定要重新調(diào)零，但不是每次測(cè)量前都需要重新調(diào)零。②多用電表的電流方向?！凹t進(jìn)黑出”在任何情況下都適用，多用電表用作電壓表、電流表時(shí)，紅表筆要接高電勢(shì)，黑表筆要接低電勢(shì);但多用電表用作歐姆表時(shí)，由于其電源在電表內(nèi)部，因此黑表筆是高電勢(shì)，紅表筆是低電勢(shì)。③多用電表的中值電阻。由多用電表的原理可知，當(dāng)歐姆表歐姆調(diào)零結(jié)束時(shí)，Ig=，

當(dāng)接待測(cè)電阻Rx時(shí)，如果指針指到中間刻度，則Ig=，

此時(shí)Rx=R內(nèi)。

【例2】在“測(cè)定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)中，所用測(cè)量儀器均已校準(zhǔn)，待測(cè)金屬絲接入電路部分的長度約為50cm。

（1）用伏安法測(cè)金屬絲的電阻Rx。實(shí)驗(yàn)所用器材為：電池組（電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻約1Ω）、電流表（內(nèi)阻約0.1Ω）、電壓表（內(nèi)阻約3kΩ）、滑動(dòng)變阻器R（0～20Ω，額定電流2 A），開關(guān)、導(dǎo)線若干。

某小組的同學(xué)利用以上器材正確連接好電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如下：

次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7

U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30

I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520

由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，他們測(cè)量Rx是采用圖2中的

圖（選填“甲”或“乙”）。

（2）這位同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U-I坐標(biāo)系如圖3所示，圖中已標(biāo)出了與測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。請(qǐng)?jiān)趫D3中標(biāo)出第2次、第4次、第6次測(cè)量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)，并描繪出U-I圖像。由圖像得到金屬絲的阻值Rx= Ω（保留兩位有效數(shù)字）。

【解析】

（1）由所記錄的數(shù)據(jù)，根據(jù)歐姆定律可知金屬絲的電阻Rx約為5Ω。由=10Ω，Rx=5Ω <可知，Rx

為小電阻，采用外接法測(cè)量誤差較小。

從所記錄的數(shù)據(jù)來看，電壓和電流是從接近0開始調(diào)節(jié)的，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)該采用分壓接法，電路圖應(yīng)選擇甲圖。

（2）標(biāo)出第2次、第4次、第6次測(cè)量數(shù)據(jù)的三個(gè)點(diǎn)后，可發(fā)現(xiàn)第6次測(cè)量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)誤差太大，舍去，然后作出U-I圖像。第4次測(cè)量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)剛好處于所畫出的直線上，由此可得：Rx=≈4.5Ω（4.3～4.7Ω）。

【易錯(cuò)提醒】測(cè)定金屬的電阻率這個(gè)實(shí)驗(yàn)的核心是電阻的測(cè)量，通過圖像法來處理數(shù)據(jù)，可以減小實(shí)驗(yàn)的偶然誤差。此實(shí)驗(yàn)中電路的選擇很重要，是考查熱點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)，同學(xué)們需要特別留意。①記住“大內(nèi)大”（若Rx >則為大電阻，采用內(nèi)接法，測(cè)量結(jié)果較真實(shí)值偏大）和“小外小”（若Rx <則為小電阻，采用外接法，測(cè)量結(jié)果較真實(shí)值偏?。軌驇椭瑢W(xué)們解決電路的選擇問題。②選擇滑動(dòng)變阻器的分壓法、限流法時(shí)，注意三種必須用分壓法的情況：電路中電壓、電流要求從零或者是很小的值開始變化;滑動(dòng)變阻器的阻值相對(duì)測(cè)量電阻而言太?。ㄈ舨捎孟蘖鞣?，電流變化范圍太?。?采用限流法測(cè)量電路的最小電流超過電流表量程。

【例3】某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室想自己制作一個(gè)量程為3 V的電壓表，在實(shí)驗(yàn)室找到的器材是一個(gè)滿偏電流Ig=3 mA、內(nèi)阻Rg=110 Ω的電流表，一個(gè)最大阻值為9999.9 Ω的電阻箱。

（1）現(xiàn)用以上器材改裝成滿足上述要求的電壓表，需將電阻箱 ? ? ? ? ? ? ? ?（選擇“并”或“串”）聯(lián)并調(diào)到 ? ? ? ? ? ? ?Ω。

（2）改裝完成后，該同學(xué)想檢驗(yàn)一下改裝電壓表的準(zhǔn)確度，請(qǐng)幫他設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)Ω难b電壓表進(jìn)行逐格校準(zhǔn)的電路。

【解析】（1）要將提供的電流表改裝成量程為3V的電壓表，應(yīng)串聯(lián)一個(gè)電阻。設(shè)應(yīng)串聯(lián)電阻的阻值為R1，則Ug=IgRg=3×10-3×110 =0.33（V），UR=U-Ug=3-0.33 =2.67 （V），根據(jù)串聯(lián)電路中的電壓分配關(guān)系可得：R1===890（Ω），即應(yīng)

串聯(lián)一個(gè)890Ω的電阻，故串聯(lián)的電阻箱應(yīng)調(diào)到890Ω。

（2）要對(duì)電壓表進(jìn)行逐格校準(zhǔn)，電壓要從零開始增大，故要用滑動(dòng)變阻器的分壓接法，校準(zhǔn)電路如圖4所示。

【易錯(cuò)提醒】電表改裝是一個(gè)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，涉及的內(nèi)容多，步驟多，要注意以下幾個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)。①電表內(nèi)阻的測(cè)量采用的是恒壓半偏法或者是恒流半偏法，而在實(shí)際調(diào)整過程中電壓和電流都出現(xiàn)了些許的變化，這也是實(shí)驗(yàn)誤差的來源之一，電路的器材選擇是為了減小電壓或者電流的這種變化。②注意接入電阻和改裝后電表內(nèi)阻的區(qū)別，改裝電壓表串聯(lián)的電阻R1=-Rg，而改裝后電壓表內(nèi)阻RV=;改裝電

流表并聯(lián)的電阻R2=，而改裝后的電流表內(nèi)阻RA=。

③由于電流表的內(nèi)阻都比較小，因此在校準(zhǔn)改裝的電流表時(shí)必須加上一個(gè)保護(hù)電阻。

在復(fù)習(xí)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程中，為了落實(shí)考試大綱中實(shí)驗(yàn)部分的要求，不僅要在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器的使用、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理、誤差分析等方面打好基礎(chǔ)，同時(shí)還要在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方面有所準(zhǔn)備，這樣同學(xué)們?cè)趹?yīng)對(duì)“穩(wěn)中求新”的高考時(shí)才能胸有成竹。