一、本專題共涉及以下六個實驗
實驗七：測定金屬的電阻率
實驗八：描繪小電珠的伏安特性曲線
實驗九：測定電源電動勢和內(nèi)阻
實驗十：練習使用多用電表
實驗十一：傳感器的使用
二、本專題實驗特點及其在高考中的地位
物理實驗為高考必考內(nèi)容，近年的高考物理試題，越來越重視對實驗的考查，尤其是除了對教材中原有的學(xué)生實驗進行考查為，還增加了對演示實驗的考查。利用學(xué)生所學(xué)過的知識，對實驗儀器或?qū)嶒灧椒右灾亟M完成新的實驗?zāi)康牡脑O(shè)計型實驗將逐步取代對教材中原有單純學(xué)生實驗的考查。
歷屆高考在實驗方面的命題重點為：基本儀器的使用、基本物理量的測定、物理規(guī)律的驗證和物理現(xiàn)象的研究、實驗數(shù)據(jù)的處理。
高考中物理實驗題類型大體有：⑴強調(diào)基本技能，熟識各種器材的特性。像讀數(shù)類：游標卡尺、螺旋測微器、多用電表等；選器材類：像選取什么量程的電表和滑動變阻器等⑵重視實驗原理，巧妙變換拓展。像探究勻變速直線運動的變形和測量電阻的再造等。源于課本不拘泥課本一直是高考命題與課標理念所倡導(dǎo)的，所以熟悉課本實驗、抓住實驗的靈魂---原理是我們復(fù)習的重中之重。⑶提倡分析討論，講究實驗的品質(zhì)，像近年高考中的數(shù)據(jù)處理、誤差分析、改良方案，甚至開放性實驗等于課標的一標多本思路是交匯的。⑷知識創(chuàng)新型實驗。像設(shè)計型、開放型、探討型實驗等都是不同程度的創(chuàng)新，比如利用所學(xué)可以設(shè)計出很多測量重力加速度的方案。
三、高考易錯問題剖析及應(yīng)試策略
例1.在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，某同學(xué)測得電流-電壓的數(shù)據(jù)如下表所示：
電流I/mA
2．7
5.4
12.4
19.5
27.8
36.4
47.1
56.1
69.6
81.7
93.2
電壓U/V
0.04
0.08
0.21
0.54
1.30
2.20
3.52
4.77
6.90
9.12
11.46
(1)用上表數(shù)據(jù)描繪電壓隨電流的變化曲線；
(2)為了探究燈絲電阻與溫度的關(guān)系，已作出電阻隨電流的變化曲線如圖所示：請指出燈絲的特征，并解釋形成的原因。
分析：本題以“描繪小燈泡的伏安特性曲線” 實驗為基礎(chǔ),體現(xiàn)重視實驗操作體驗和學(xué)生實驗基本素養(yǎng)的培養(yǎng)，主要考查對實驗結(jié)果的分析與解釋能力。
解析：(1)用上表數(shù)據(jù)描繪電壓隨電流的變化曲線
(2)電阻隨電流增大存在三個區(qū)間，電阻的變化快慢不同第一區(qū)間電流很小時,電阻變化不大；第二區(qū)間燈絲溫度升高很快，電阻增大快；第三區(qū)間部分電能轉(zhuǎn)化為光能，燈絲溫度升高變慢，電阻增大也變慢。
例2.在測定金屬電阻率的實驗中，某同學(xué)連接電路如圖所示。閉合電鍵后，發(fā)現(xiàn)電路有故障（已知電源、電表和導(dǎo)線均完好，電源電動勢為E）：
①若電流表示數(shù)為零、電壓表示數(shù)為E，則發(fā)生故障的是 （填“待測金屬絲”“滑動變阻器”或“電鍵”）。
②若電流表、電壓表示數(shù)均為零，該同學(xué)利用多用電表檢查故障。先將選擇開關(guān)旋至 檔（填“歐姆×100”“直流電壓10V”或“直流電流2．5mA”），再將 （填“紅”或“黑”）表筆固定在a接線柱，把另一支表筆依次接b、c、d接線柱。
③若只有滑動變阻器斷路，則多用電表的示數(shù)依次是 、 、 。
分析：本題以測定金屬電阻率的實驗為背景，考查的卻是多用電表檢測電路故障問題，主要考查多用電表的使用、電路故障分析、直流電壓表的原理等知識點。
解答本題時可按以下思路分析：
解析：①若電流表示數(shù)為零，說明外電路一定是斷路，電壓表有示數(shù)為E，說明電源與電壓表之間的連接無斷路，所以發(fā)生故障的是一定是“待測金屬絲”。
②電流表示數(shù)為零，說明外電路一定存在著斷路。因為電源兩端有電壓，所以不能用電流表來檢測，只能用電壓表（量程高于電源電動勢）來檢測，沒有電壓表的情況下，則利用多用電表的10V直流電壓檔來檢查故障。多用電表的紅表筆應(yīng)和電源的正極相連，若只有滑動變阻器斷，則多用電表的示數(shù)依次是0、E、E。
答案：①待測金屬絲 ②直流電壓10V；紅 ③0、E、E
例3.如圖所示是一些準備用來測量待測電阻
阻值的實驗器材，器材及其規(guī)格列表如下
為了能正常進行測量并盡可能減少測量誤差，實驗要求測量時電表的讀數(shù)大于其量程的一半，而且調(diào)節(jié)滑動變阻器能使電表讀數(shù)有較明顯的變化。請用實線代表導(dǎo)線，在所給的實驗器材圖中選擇若干合適的器材，連成滿足要求的測量
阻值的電路。
分析：要求考生從提供的實驗器材中選擇若干合適的器材，進行實物圖連線，在特定的實驗要求下，完成測量待測電阻的電路連接，考生必須在熟練掌握教材中的有關(guān)伏安法測定電阻等電學(xué)實驗的基礎(chǔ)上，選擇合適的器材設(shè)計電路，對考生的實驗?zāi)芰σ筝^高。
要從電表的量程和確定的內(nèi)阻等參數(shù)中注意電表的特殊用法。
解析：由于待測電阻約1000Ω,滑動變阻器阻值100Ω，要使電表讀數(shù)有較明顯的變化，因此滑動變阻器采用分壓接法，由于加在待測電阻的最大電流9mA,顯然3A的電流表不能用，因此將V1當作電流表使用。由于V1表的電壓能夠測量，故采用V1表內(nèi)接法。
答案：測量阻值的電路如圖
拓展：電表的特殊用法與伏安法測電阻的“三步曲”
審題時應(yīng)注意各電表的參數(shù)，特別是各電表的內(nèi)阻是確定的時候，常常要將電壓表當作小量程的電流表使用，電流表當作小量程的電壓表使用，或者與題中給定的定值電阻結(jié)合進行電表的改裝等,按伏安法測電阻的“三步曲”進行設(shè)計：即按題目要求選擇合適量程的電表，確定電流表的內(nèi)外接法，再確定滑動變阻器是分壓還是限流接法。
Ⅱ．太陽能是一種清潔、“綠色”能源。在我國上海舉辦的2010年世博會上，大量利用了太陽能電池。太陽能電池在有光照時，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學(xué)器件。某實驗小組根據(jù)測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池在沒有光照時（沒有儲存電能）的I-U特性。所用的器材包括：太陽能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關(guān)S及導(dǎo)線若干。
（1）為了達到上述目的，請將圖1連成一個完整的實驗電路圖。
（2）該實驗小組根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，描點繪出了如圖2的I-U圖像。由圖可知，當電壓小于2.00V時，太陽能電池的電阻_____________ （填“很大”或“很小”）；當電壓為2.80V時，太陽能電池的電阻約為____________
。
分析：本題用測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法來探究一個電學(xué)元件的I-U特性，體現(xiàn)了高考實驗考查的靈活性，主要考查實驗電路的設(shè)計、伏安特性曲線的理解、部分電路的歐姆定律等知識點。
解答本題時可按以下思路分析：
解析：（1）注意到圖2的I-U圖像中的數(shù)據(jù)特點：電壓、電流從零開始變化，所以電路設(shè)計用滑動變阻器的分壓式，如下圖所示。
(2) 由圖2可知，當電壓小于2.00V時，通過太陽能電池的電流很小，由歐姆定律可知：此時太陽能電池的電阻很大。當電壓為2.80V時，通過太陽能電池的電流約為2.8mA，由歐姆定律可知：此時太陽能電池的電阻約為
。
答案： (1)如上圖 (2)很大；
例4.用對溫度敏感的半導(dǎo)體材料制成的某熱敏電阻RT，在給定溫度范圍內(nèi)，其阻值隨溫度的變化是非線性的。某同學(xué)將RT和兩個適當?shù)墓潭娮鑂1、R2連成圖1虛線框內(nèi)所示的電路，以使該電路的等效電阻RL的阻值隨RT所處環(huán)境溫度的變化近似為線性的，且具有合適的阻值范圍。為了驗證這個設(shè)計，他采用伏安法測量在不同溫度下RL的阻值，測量電路如圖1所示，圖中的電壓表內(nèi)阻很大。 RL的測量結(jié)果如表l所示。
回答下列問題
（1）根據(jù)圖1所示的電路，在圖2所示的實物圖上連線。
（2）為了檢驗RL與t之間近似為線性關(guān)系，在坐標紙上作RL﹣t關(guān)系圖線。
（3）在某一溫度下，電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖3、4所示。電流表的讀數(shù)為____ ，電壓表的讀數(shù)為___ 。此時等效電阻
的阻值為__ ：熱敏電阻所處環(huán)境的溫度約為____ 。
分析：本題以研究半導(dǎo)體材料的伏安特性立意命題，考查考生對電學(xué)實驗的基本要求，即實物連線、數(shù)據(jù)處理、電流表和電壓表的讀數(shù)等。
解答本題可按以下思路分析：
解析：
（1）根據(jù)電路圖連接實物。（2）根據(jù)數(shù)據(jù)描出點，作出直線。（3）對照圖找出相應(yīng)的溫度為64.0°C。
答案：（1）如圖所示（2）如圖所示（3）115.0mA，5.00V，43.5Ω，64.0℃或62～66°C
例5.在測量電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，由于所用的電壓表（視為理想電壓表）的量程較小，某同學(xué)涉及了如圖所示的實物電路。
一、試驗時，應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到____.（選填“最大值”、“最小值”或“任意值”）
二、改變電阻箱的阻值R，分別測出阻值=10的定值電阻兩端的電壓U，下列兩組R的取值方案中，比較合理的方案是____.（選填1或2）
（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描點，繪出的圖像是一條直線。若直線的斜率為k，在坐標軸上的截距為b，則該電源的電動勢E= ▲ ，內(nèi)阻r= ▲ （用k、b和R0表示）
分析：本題以某同學(xué)自設(shè)電路測電源電動勢和內(nèi)阻來考查測電源的電動勢和內(nèi)阻、圖象的物理意義和根據(jù)圖象求物理量。題意設(shè)置有一定靈活性，難度中等。
（2）比較兩方案的可取性，要抓住題意關(guān)鍵句“所用的電壓表（視為理想電壓表）的量程較小”。（3）描點由圖象求解電源電動勢和內(nèi)阻，能正確寫出E—R數(shù)學(xué)表達式，理解方程中所對應(yīng)的物理量即可求解。
解析：（1）為了保護電路及電表，防止電路中電流過大，所以實驗前應(yīng)電阻箱置于最大值接入電路中。（2）通過試值法來說明理由。若R=300Ω，電流約為
；若R=60Ω，電流約為
，后者電流讀數(shù)大，誤差小，應(yīng)選2合適。
(3) 電流
，
，得
，
圖象的斜率
，截距
，所以電動勢
，內(nèi)阻
－R0。
答案：（1）最大值；（2）2；；（3）
，
－R0。
例6.如圖，一熱敏電阻RT 放在控溫容器M內(nèi)：
A為毫安表，量程6mA，內(nèi)阻為數(shù)十歐姆；E為直流電源，電動勢約為3V，內(nèi)阻很小；R為電阻箱，最大阻值為999.9Ω；S為開關(guān)。已知RT 在95℃時的阻值為150Ω，在20℃時的阻值約為550Ω。現(xiàn)要求在降溫過程中測量在95℃～20℃之間的多個溫度下RT 的阻值。
（1）在圖中畫出連線，完成實驗原理電路圖
（2）完成下列實驗步驟中的填空
①依照實驗原理電路圖連線
②調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度，使得RT 溫度為95℃
③將電阻箱調(diào)到適當?shù)某踔担员ＷC儀器安全
④閉合開關(guān)。調(diào)節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數(shù)I0 ，并記錄 。
⑤將RT 的溫度降為T1 （20℃＜T1＜95℃）；調(diào)節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數(shù) ,記錄 。
⑥溫度為T1 時熱敏電阻的電阻值RT1 = 。
⑦逐步降低T1 的數(shù)值，直至20℃為止；在每一溫度下重復(fù)步驟⑤⑥
分析：本題涉及到實驗原理、電路的設(shè)計、實驗步驟等知識，考查了考生的科學(xué)實驗探究能力。
解答本題時,可參照以下解題步驟:
解析：（1）根據(jù)所給器材，測量在不同溫度下RT 的阻值，只能將電阻箱、熱敏電阻、毫安表與電源串聯(lián)形成測量電路。
（2）依照實驗原理電路圖連線；調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度，使得RT 溫度為95℃，RT 阻值為150Ω，根據(jù)歐姆定律有：；將電阻箱調(diào)到適當?shù)某踔担员ＷC儀器安全；閉合開關(guān)。調(diào)節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數(shù)I0 ，并記錄電阻箱的讀數(shù)；將RT 的溫度降為T1 （20℃＜T1＜95℃）；調(diào)節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數(shù)仍為,記錄電阻箱的讀數(shù)為，根據(jù)歐姆定律：；則，解得
答案：（1）實驗原理電路圖如圖所示。
（2）④電阻箱的讀數(shù)
⑤仍為 電阻箱的讀數(shù)為
⑥
例7.在物理興趣小組活動中，一同學(xué)利用下列器材設(shè)計并完成了“探究導(dǎo)體阻值與長度的關(guān)系”的實驗。
電壓表V1 量程3V 內(nèi)阻約為900
電壓表V2 量程10V 內(nèi)阻約為3K
電流表A 量程60mA 內(nèi)阻約為5
電源E1 電動勢1.5V 內(nèi)阻約為0.2
電源E2 電動勢4.5V 內(nèi)阻約為0.4
滑動變阻器（最大阻值為10）。粗細均勻的同種電阻絲，開關(guān)、導(dǎo)線和刻度尺
其主要實驗步驟如下：
A.選取圖中器材，按示意圖連接電路
B.用伏安法測定電阻絲的阻值R
C.用刻度尺測出電阻絲的長度L
D.依次減小電阻絲的長度，保持電路其他部分不變，重復(fù)步驟B、C
E.處理數(shù)據(jù)，根據(jù)下列測量結(jié)果，找出電阻絲值與長度的關(guān)系
L(m)
0.9956
0.8049
0.5981
0.4021
0.1958
R(
)
104.8
85.3
65.2
46.6
27.1
為使實驗盡可能準確，請你對上述步驟中畫線處加以改進。
（I）
（II）
分析：考查根據(jù)實驗要求，正確選用實驗器材，減小實驗誤差
解答本題時可按以下思路分析：
解析：根據(jù)電動勢大小電壓表量程不能選擇10V，電路圖中選擇V1正確。電壓表為減小測量誤差要求指針偏轉(zhuǎn)過半，故1.5 V的電動勢太小，電源E1應(yīng)該改選E2。
由于第一組測量值為104.8Ω，為大電阻，用內(nèi)接伏安法，第五組測量值為27.1Ω，為小電阻用外接伏安法.
答案：（Ⅰ）將電源E1改選E2（Ⅱ）判斷電流表的內(nèi)外接法，作出相應(yīng)調(diào)整
拓展：伏安法測電阻時電表的內(nèi)接與外接
內(nèi)接測大電阻：當電阻較大時，測量電阻的阻值與電壓表阻值較接近，所以電壓表分得的電流較大，內(nèi)接的電流表測通過測量電阻的電流，而如果此時外接，電流表測的是通過測量電阻的電流和通過電壓表的電流，所以誤差較大.外接測小電阻：由于電壓表的阻值與測量電阻阻值相差較大，所以通過電壓表的電流極小，而此時由于測量電阻的阻值小，所以與電流表阻值相近，所以，此時電流表會分得一部分電壓，如果內(nèi)接，電壓表將會測量電阻和電流表兩端的電壓，產(chǎn)生較大誤差
例8.一電流表的量程標定不準確，某同學(xué)利用圖8所示電路測量該電流表的實際量程
。
所用器材有：量程不準的電流表
，內(nèi)阻
=10.0
，量程標稱為5.0mA；標準電流表
，內(nèi)阻
=45.0
，量程1.0mA；標準電阻
，阻值10.0
；滑動變阻器R，總電阻為300.0
；電源E，電動勢3. 0V，內(nèi)阻不計；保護電阻
；開關(guān)S；導(dǎo)線。
回答下列問題：
（1）在圖9所示的實物圖上畫出連線。
（2）開關(guān)S閉合前，滑動變阻器的滑動端c應(yīng)滑動至 端。
（3）開關(guān)S閉合后，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑動端，使電流表滿偏；若此時電流表的讀數(shù)為，則的量程= 。
（4）若測量時，未調(diào)到滿偏，兩電流表的示數(shù)如圖10所示，從圖中讀出的示數(shù) = ，的示數(shù) = ；由讀出的數(shù)據(jù)計算得= 。（保留3位有效數(shù)字）
（5）寫出一條提高測量準確度的建議： 。
分析：本題源于教材高于教材,從這道題傳遞的信息可以看出,要求考生在平常的做實驗中既要重視實驗操作能力的培養(yǎng),又要注重理論分析能力的培養(yǎng),本題主要考查考生根據(jù)電路圖連接實際電路的能力,讀數(shù)能力及應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力.
解答本題時,可參照以下解題步驟:
解析：⑴連線如圖11.
⑵在滑動變阻器的限流接法中在接通開關(guān)前需要將滑動觸頭滑動到阻值最大端
⑶閉合開關(guān)調(diào)節(jié)滑動變阻器使待測表滿偏，流過的電流為Im。根據(jù)并聯(lián)電路電壓相等有
得 [=Im＝＝5.5I2
⑷待測表未滿偏有
，將A2的示數(shù)0.660mA和其他已知條件代入有
mA但圖中A1的示數(shù)3.00mA量程為5.0mA，根據(jù)電流表的刻度是均勻的，由= ,則準確量程為6.05mA
(5)提高做實驗準確度的方法中學(xué)階段一般都是采取多次測量取平均值的辦法.
例9.用多用電表探測圖甲所示黑箱發(fā)現(xiàn)：用直流電壓擋測量，E、G兩點間和
F、G兩點間均有電壓，E、F兩點間無電壓；用歐姆測量，黑表筆（與電表內(nèi)部電源的正極相連）接E點，紅表筆（與電表內(nèi)部電源的負極相連）接F點，阻值很小，但反接阻值很大。那么，該黑箱內(nèi)元件的接法可能是圖乙中 。
分析：考查二極管的單向?qū)щ娦砸约叭f用表的使用。
解答本題時,可參照以下解題步驟:
解析：選B，紅表筆接F，電阻很小，此時二極管導(dǎo)通，電源電流從黑表筆流出通過二極管從紅表筆流進，電流方向E到F，只有B正確。
例10.在探究小燈泡的的伏安法測電阻實驗中，所用器材有燈泡I，量程恰當?shù)碾娏鞅鞟和電壓表，直流電源的滑動變阻器、電鍵等，要求燈泡兩端電壓從表開始變化
①實驗中滑動變阻器應(yīng)采用______ 接法（“分壓”或“限流”）
②某同學(xué)已連接如題22圖2所示的電路，在連接最后一根導(dǎo)線的c端到直流電源正析之前，請指出其中僅有的2個不當之處，并說明如何改正
A：_______________
B:_________________
③分別測得兩只燈泡l1和l2 的伏安特性曲線如題22圖3中Ⅰ和Ⅱ所示，然后將燈泡l1、l2與電池組（電動勢和內(nèi)阻均衡定）連成題22圖4所示電路。多次測量后得到通過l1和l2的電流平均值分別為0.30A和0.60A.
A.在題22圖3中畫出電池組路端電壓U和電流I的關(guān)系曲線。
B.由該曲線可知電池組的電動勢為_________V,內(nèi)阻為___________Ω(取兩位有效數(shù)字)
分析：考查伏安法測電阻實驗中滑動變阻器的用法、電路的實際連接以及伏安特性曲線的應(yīng)用
解析：①探究小燈泡的伏安特性曲線要求電壓從0到額定電壓變化，所以滑動變阻器必須采用分壓解法。
②在連接線路時必須將每個開關(guān)斷開，而圖中是閉合的這是第一個錯誤。連好線路后在閉合開關(guān)前需要將限流滑動變阻器調(diào)到阻值最大，將分壓滑動變阻器調(diào)到輸出為0端，在圖中是b端，以保護電源和電表。
③描繪電源的伏安特性曲線要求外電阻變化測定對應(yīng)的多組路端電壓和電流，本實驗中用兩個小燈泡來改變外電阻獲得兩組電流值，然后在小燈泡的伏安特性曲線上查出對應(yīng)的電壓，用兩個坐標點描繪圖像。為描繪準確可以先進行理論計算，首先查出兩坐標為（0.30A，3.8V）和（0.60A，3.0V），則內(nèi)阻為
Ω，電動勢為
，
V，然后作出準確圖像如圖。
答案：①分壓 ②A.電鍵不應(yīng)閉合，應(yīng)處于斷開狀態(tài) B.滑動變阻器的滑動觸頭P位置不當，應(yīng)將其置于b端 ③ 4.6V 2.7Ω
例11.賈老師要求同學(xué)們測出一待測電源的電動勢及內(nèi)阻.所給的實驗器材有：待測電源E，定值電阻R1（阻值未知），電壓表V（量程為3.0 V，內(nèi)阻很大），電阻箱R（0～99.99 Ω），單刀單擲開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2，導(dǎo)線若干.
(1)珊珊連接了一個如圖7-3-14所示的電路，她接下來的操作是：
①將S2接到a，閉合S1，撥動電阻箱旋鈕，使各旋鈕盤的刻度處于如圖7-3-15甲所示的位置，記錄下對應(yīng)的電壓表示數(shù)為2.20 V，然后斷開S1；
②保持電阻箱示數(shù)不變，將S2切換到b，閉合S1，記錄此時電壓表的讀數(shù)（電壓表的示數(shù)如圖乙所示），然后斷開S1.
請你解答下列問題：
