2025年高二物理下學(xué)期專題十九電學(xué)實驗綜合（二）一、伏安法測電阻與金屬絲電阻率測量（一）實驗原理伏安法測電阻基于歐姆定律(R=\frac{U}{I})，通過測量電阻兩端的電壓(U)和通過電阻的電流(I)計算電阻值。根據(jù)電流表與待測電阻的連接方式，分為內(nèi)接法和外接法：內(nèi)接法：電流表串聯(lián)在電路中，電壓表測量電阻與電流表的總電壓，測量值(R_{\text{測}}=R_{\text{真}}+R_A)（(R_A)為電流表內(nèi)阻），適用于測量大電阻。外接法：電壓表并聯(lián)在電阻兩端，電流表測量電阻與電壓表的總電流，測量值(\frac{1}{R_{\text{測}}}=\frac{1}{R_{\text{真}}}+\frac{1}{R_V})（(R_V)為電壓表內(nèi)阻），適用于測量小電阻。金屬絲電阻率測量需結(jié)合電阻定律(R=\rho\frac{l}{S})，其中(l)為金屬絲長度，(S)為橫截面積（由直徑(d)通過(S=\frac{\pid^2}{4})計算），最終推導(dǎo)得(\rho=\frac{\pid^2R}{4l})。（二）實驗器材與操作步驟1.器材清單待測金屬絲（如康銅絲、鎳鉻絲）電壓表（量程0~3V，內(nèi)阻約3kΩ）、電流表（量程0~0.6A，內(nèi)阻約0.1Ω）滑動變阻器（最大阻值10Ω，額定電流2A）、學(xué)生電源（輸出電壓0~6V）游標(biāo)卡尺（精度0.02mm）、螺旋測微器（精度0.01mm）開關(guān)、導(dǎo)線若干2.操作步驟（1）儀器校準(zhǔn)與測量用螺旋測微器在金屬絲不同位置測量直徑3次，取平均值；用游標(biāo)卡尺測量金屬絲有效長度（接入電路部分）3次，取平均值。按內(nèi)接法或外接法連接電路（若(R_x\ggR_A)用內(nèi)接法，若(R_x\llR_V)用外接法），滑動變阻器采用分壓式或限流式控制電路（待測電阻較小時優(yōu)先分壓式）。（2）電路調(diào)試與數(shù)據(jù)采集閉合開關(guān)前，將滑動變阻器滑片調(diào)至分壓最小端（分壓式）或最大阻值端（限流式），防止電流過大損壞儀器。調(diào)節(jié)滑片，使電壓表示數(shù)從0開始逐漸增大，記錄5~8組電壓(U)和電流(I)數(shù)據(jù)，填入表格。（三）數(shù)據(jù)處理與誤差分析1.數(shù)據(jù)記錄與處理次數(shù)電壓(U)/V電流(I)/A電阻(R=U/I)/Ω直徑(d)/mm長度(l)/m10.500.124.170.2450.50021.000.234.350.2460.501..................電阻計算：對每組(U、I)數(shù)據(jù)求(R)，再取平均值(\bar{R})。電阻率計算：代入公式(\rho=\frac{\pi\barz3jilz61osys^2\bar{R}}{4\bar{l}})，其中(\barz3jilz61osys、\bar{l})分別為直徑和長度的平均值。2.誤差來源與改進(jìn)措施誤差類型具體原因改進(jìn)方法系統(tǒng)誤差電表內(nèi)阻影響（內(nèi)/外接法選擇不當(dāng)）、金屬絲通電發(fā)熱導(dǎo)致電阻變化用“試觸法”判斷內(nèi)外接法（對比電壓表示數(shù)變化量(\DeltaU)與電流表示數(shù)變化量(\DeltaI)，若(\DeltaU/U>\DeltaI/I)用內(nèi)接法）；縮短通電時間，避免長時間測量。偶然誤差長度、直徑測量時讀數(shù)偏差，電流、電壓讀數(shù)時指針估讀誤差多次測量取平均值，使用精度更高的儀器（如50分度游標(biāo)卡尺、數(shù)顯螺旋測微器）。操作誤差金屬絲未拉直導(dǎo)致長度測量偏大，滑動變阻器接觸不良導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動測量前將金屬絲自然下垂，避免拉伸；實驗前檢查儀器接觸是否良好。二、電源電動勢與內(nèi)阻測量（一）實驗原理基于閉合電路歐姆定律(E=U+Ir)，其中(E)為電動勢，(r)為內(nèi)阻，(U)為路端電壓，(I)為總電流。通過改變外電阻(R)，測量多組(U、I)，采用以下兩種方法處理數(shù)據(jù)：公式法：聯(lián)立兩組數(shù)據(jù)(E=U_1+I_1r)和(E=U_2+I_2r)，解得(E=\frac{U_1I_2-U_2I_1}{I_2-I_1})，(r=\frac{U_1-U_2}{I_2-I_1})。圖像法：以(U)為縱軸、(I)為橫軸繪制(U-I)圖像，縱截距為(E)，斜率絕對值為(r)。（二）實驗設(shè)計與典型例題1.實驗方案對比方案電路特點誤差分析伏安法電壓表測路端電壓，電流表測總電流（需考慮電流表內(nèi)阻(R_A)或電壓表分流(I_V)）若電流表外接（電壓表與電源并聯(lián)），測得內(nèi)阻(r_{\text{測}}=r+R_A)；若電流表內(nèi)接（電流表與電源串聯(lián)），測得(r_{\text{測}}=\frac{rR_V}{r+R_V})（偏?。０沧璺ㄓ秒娮柘?R)替代滑動變阻器，測量多組(I、R)，由(E=I(R+r))得(\frac{1}{I}=\frac{1}{E}R+\frac{r}{E})，繪制(\frac{1}{I}-R)圖像，斜率為(\frac{1}{E})，縱截距為(\frac{r}{E})。誤差主要來自電流表內(nèi)阻，可通過公式修正(r_{\text{真}}=r_{\text{測}}-R_A)。2.典型例題解析例題：某同學(xué)用伏安法測量電池電動勢和內(nèi)阻，實驗數(shù)據(jù)如下表，若電壓表內(nèi)阻(R_V=3kΩ)，電流表內(nèi)阻(R_A=0.5Ω)，采用電流表外接法，求(E)和(r)的真實值。(U)/V1.451.301.151.000.85(I)/A0.100.200.300.400.50解析：（1）圖像法求測量值：繪制(U-I)圖像，縱截距(E_{\text{測}}=1.60V)，斜率(k=\frac{1.60-0.85}{0.50}=1.5Ω)，即(r_{\text{測}}=1.5Ω)。（2）修正真實值：電流表外接時，電壓表分流(I_V=\frac{U}{R_V})，真實電流(I_{\text{真}}=I+I_V)。由于(R_V\ggR_{\text{外}})，(I_V\llI)，可近似認(rèn)為(E_{\text{真}}\approxE_{\text{測}}=1.60V)，(r_{\text{真}}=r_{\text{測}}-R_A=1.5-0.5=1.0Ω)。三、實驗創(chuàng)新與拓展應(yīng)用（一）傳感器在電學(xué)實驗中的應(yīng)用1.利用光敏電阻設(shè)計路燈自動控制電路原理：光敏電阻阻值隨光照強度增大而減小，當(dāng)光照減弱（如天黑）時，阻值增大，導(dǎo)致分壓電路中三極管基極電壓升高，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，路燈點亮；反之，天亮?xí)r路燈熄滅。器材：光敏電阻（暗阻10kΩ，亮阻1kΩ）、NPN三極管（9013）、繼電器、12V電源、路燈（12V燈泡）。2.用微安表改裝為歐姆表原理：將微安表、電源、調(diào)零電阻串聯(lián)，當(dāng)紅黑表筆短接時，調(diào)節(jié)調(diào)零電阻使指針滿偏（(I_g=\frac{E}{R_g+R_0+r})）；接入待測電阻(R_x)時，電流(I=\frac{E}{R_g+R_0+r+R_x})，表盤刻度對應(yīng)(R_x)值。刻度特點：歐姆表刻度不均勻，左邊密右邊疏，零刻度在表盤右側(cè)（對應(yīng)電流滿偏）。（二）實驗報告撰寫規(guī)范實驗?zāi)康模好鞔_實驗要探究的物理規(guī)律（如“測定金屬絲電阻率并分析誤差來源”）。實驗原理：用公式和圖示說明核心原理（如電阻定律、閉合電路歐姆定律）。數(shù)據(jù)記錄與處理：表格需包含原始數(shù)據(jù)、計算過程、平均值，圖像需標(biāo)注坐標(biāo)軸物理量及單位（如“(U/I)-(I)圖像”）。誤差分析：分系統(tǒng)誤差和偶然誤差，提出具體改進(jìn)措施（如“改用更精密的儀器”“增加測量次數(shù)”）。結(jié)論與討論：總結(jié)實驗結(jié)果是否符合理論預(yù)期，分析異常數(shù)據(jù)原因（如“第3組數(shù)據(jù)偏差較大，可能因金屬絲接觸不良導(dǎo)致”）。四、高考命題趨勢與備考建議（一）高頻考點分布基礎(chǔ)實驗：伏安法測電阻（2024·山東卷）、電源電動勢和內(nèi)阻測量（2024·遼寧卷）、多用電表使用（2022·湖南卷）。創(chuàng)新拓展：實驗方案設(shè)計（如“用半偏法測電流表內(nèi)阻”）、數(shù)據(jù)處理方法（圖像法、逐差法）、誤差修正（電表內(nèi)阻影響分析）。（二）備考策略強化儀器操作：熟練掌握游標(biāo)卡尺、螺旋測微器讀數(shù)（注意游標(biāo)卡尺無需估讀，螺旋測微器需估讀到千分位），明確滑動變阻器分壓式與限流式的選擇依據(jù)（待測電阻兩端電壓需從0開始調(diào)節(jié)時用分壓式）。注重原理