2009 年高考试题中的电学实验辨析 陕西省宝鸡市陈仓区教育局教研室 邢彦君 2009 年高考物理（理综物理部分）试题的实验题中都有一道电学试题，试题以基本实验仪器、器材的原理及选择和使用为主线，考查了电学中基本实验的原理、方法、步骤和误差分析；还考查了以基本实验的原理、方法为依托，结合电学中的基本规律与方法，进行实验设计的方法和能力。
一、考查电学仪器的原理及选择和使用 1 1 ．欧姆表的原理 例 例 1 1（天津理综 19-2）图 1 所示为简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流 I g =300μA，内阻 R g =100 Ω，要变电阻 R 的最大阻值为 10 kΩ，电池的电动势 E =1．5 V，内阻 r =0．5Ω，图中与接线柱 A 相连的表笔颜色应是 色，按正确使用方法测量电阻 R x 的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则 R x = kΩ。若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但此表仍能调零。按正确使用方法再测上述 R x，其测量结果与原结果相比较（填“变大”、“变小”或“不变”）。
解析：本题考查欧姆表的结构、测量原理和相关计算，还涉及测量误差的分析。
欧姆表是由电流表改装的，测电阻的原理是闭合电路欧姆定律，使用时必须满足电流的方向“+”进“-”出，即回路中电流从标有“+”标志的红表笔进去，所以与 A 相连的表笔颜色是红色；当两表笔短接(即 R x =0)时，对应待测电阻为零，电流表应调至满偏电流 I g，设此时欧姆表的内阻为 R 内，此时应有关系 得 ；当指针指在刻度盘的正中央时 I=I g /2，有，代入数据可得 ；当电池电动势变小、内阻变大时，欧姆得重新调零，由于满偏电流 I g 不变，由公式，欧姆表内阻 R 内得 调 小，待 测 电 阻 的 测 量 值 是 通 过 电 流 表 的 示 数 体 现 出 来 的，由，可知当 R R 内 变小时，I I 变小，指针跟原来的位置相比偏左了，欧姆表的示数变大了。
2 2 ．欧姆表的使用 例 2．（上海物理 15）（1）用多用表的欧姆档测量阻值约为几十 k 的电阻 R x，以下给出的是可能的操作步骤，其中 S 为选择开关，P 为欧姆档调零旋钮，把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上。
a ．将两表笔短接，调节 P 使指针对准刻度盘上欧姆档的零刻度，断开两表笔。
b ．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出 R x 的阻值后，断开两表笔。
c ．旋转 S 使其尖端对准欧姆档1 k。
d ．旋转 S 使其尖端对准欧姆档100。
e ．旋转 S 使其尖端对准交流 500 V 档，并拔出两表笔__________________。
根据图 2 所示指针位置，此被测电阻的阻值约为_____。
（2）（多选题）下述关于用多用表欧姆档测电阻的说法中正确的是（）（A）测量电阻时如果指针偏转过大，应将选择开关 S 拨至倍率较小的档位，重新调零后测量。
（B）测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则会影响测量结果。
（C）测量电路中的某个电阻，应该把该电阻与电路断开。
（D）测量阻值不同的电阻时都必须重新调零。
答案：（1）c、a、b、e，30k；（2）A、C。
考查多用电表（欧姆表）原理及使用的还有全国理综 II-22，此题以研究二极管的正反向电阻为背景，考查了欧姆表的使用。
欧姆表（多用电表）是电学及日常生活生产中最常用的电学仪器，使用方便，操作简单，要熟练掌握其使用方法，而要熟练掌握其使用方法，关键是对其原理的理解和掌握。
3 3 ．以伏安法为背景考查电流表、电压表、滑动变阻器的选择和使用 例 例 3 3（福建理综 19-2）某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件。图 3 为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，先需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：
器材（代号）规格 电流表（A 1）电流表（A 2）电压表（V 1）电压表（V 2）量程 0～50mA，内阻约为 50 量程 0～200mA，内阻约为 10
滑动变阻器（R 1）滑动变阻器（R 2）直流电源（E）开关（S）导线若干 量程 0～3V，内阻约为 10k 量程 0～15V，内阻约为 25k 阻值范围 0～15，允许最大电流 1A 阻值范围 0～1k，允许最大电流 100mA 输出电压 6V，内阻不计 ①为提高实验结果的准确程度，电流表应选用 ；电压表应选用 ；滑动变阻器应选用。（以上均填器材代号）②为达到上述目的，请在虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号。
③若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？ 解析：由本题提供的伏安特性曲线可以看出，电压的变化范围为 0～2．5 V，故电压表选 V 1 ；与此电压对应的电流变化范围为 0～0．12A(120mA)，故电流表选 A 2 ；由于电压从 0开始变化，所以滑动变阻器应采用分压接法。由于实验中测量电路的电流可以超过 100 mA，故流过滑动变阻器的电流也将超过 100mA（0～1 kΩ 变阻器的允许电流），所以滑动变阻器选 R 1，选它还有一个好处就是调节方便。由曲线还可以看出，元件的电阻值在 100 欧姆数量级，满足远小于电压表内阻（10 kΩ），所以为减小实验误差，采用电流表外接，实验电路如图 4 所示。
由于不同电压下，小电珠灯丝功率不同，温度不同，电阻也就不同。所以，该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线都是非线性曲线。由于小电珠的电阻随电压增大而增大，所以在 U-I 坐标中的伏安曲线“上拱”。
以伏安法为背景考查电压表、电流表、滑动变阻器使用的还有浙江理综 22-I，不同的是，此题研究“功率”而不是“伏安特性曲线”，要求同学以笔画线代替导线完成电路连接。
江苏物理-10 则以研究台状合金棒电阻的决定因素为背景设置问题，考查在伏安法测电阻实验中，仪器、器材的选择与使用，要求对实物连接电路中的错误进行纠正，最后得出研究结论。
安徽理综 21-II 则是以伏安法测电源的电动势和内阻实验为背景设置问题，考查电流表、电压表的选择和使用。
电流表、电压表、滑动变阻器是电学实验中的常用器材，其选择和使用是高考常考考点，同学必须熟练掌握。对于两个电表的选择，主要是量程的选择，在保证安全（不超过量程）的前提下，为减小误差，应尽可能选用小量程，还应保证读数时指钟位置超过量程的二分之一或三分之二。另外，内阻已知的电表可以角色“反串”使用。滑动变阻器，一般首选限流式接法，若由于其阻值太小或电源电压太大，无法“限流”至安全值以内，或者需要测量电路电压由 0 开始变化，可选分压式接法。
二、以基 本实验为依托，考查学生的实验创新能力 例 例 4 4（北京理综 21-2）某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势 E 和内电阻，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为 999．9，可当标准电阻用）一只电流表（量程 I g =0．6 A，内阻 r g =0．1 Ω）和若干导线。
①请根据测定电动势 E 内电阻 的要求，设计图 5 中器件的连接方式，画线把它们连接起来。
②接通开关，逐次改变电阻箱的阻值，读出与 对应的电流表的示数 I，并作记录。当电阻箱的阻值 时，其对应的电流表的示数如图 6 所示。处理实验数据时首先计算出每个电流值 I 的倒数 ；再制作 R-坐标图，如图 7 所示，图中已标注出了（）的几个与测量对应的坐标点，请你将与图 5 实验数据对应的坐标点也标注在图 7 上。
③在图 7 上把描绘出的坐标点连成图线。
④根据图 7 描绘出的图线可得出这个电池的电动势 E = V，内电阻 解析：本实验是对用电压表、电流表测量电源电动势和内阻实验的变通。题中只有一个电流表，但却给出了一个电阻箱，由闭合电路欧姆定律可知，由此式可以看出，实验中通过改变 R，测出与之对应的电流 I，便可测知 E、r。电路连接如图 8 所示。由于题中要求建立 图象，所以可将 变形为。按照是尽可能多的坐标点过图线或在其附近的要求，连成图线如图 9 所示。由 可知，当 R=0 时，由此算知 E=1．5V；当 时，R=-r，由图象可读出 r=0．3Ω；
广东物理-16 是对测定金属丝的电阻率这一基本实验的变通与创新。
这类问题一般会对基本实验的原理、方法、步骤、数据处理等做一些变动，然后设置问题。解答的关键是对题目所依托的基本实验的原理、方法、步骤及相关物理知识的理解与熟练运用。
三、以设计性实验考查实验探究能力 例 例 5 5（山东理综 23-2）为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为 Lx）。某光敏电阻 R P 在不同照度下的阻值如下表：
照 度（Lx）0．2 0．4 0．6 0．8 1．0 1．2 电阻（kΩ）75 40 28 23 20 18 ①根据表中数据，请在给定的坐标系（见答题卡）中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。
②如图 10 所示，当 1、2 两端所加的电压上长至 2 V 时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路，给 1、2 两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至 1．0（Lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。（不考虑控制开关对所设计电路的影响）提供的器材如下：光敏电阻 R P（符号，阻值见上表）；直流电源 E（电动势 3 V，内阻不计）； 定值电阻：
R 1 ＝10 kΩ，R 2 ＝20 kΩ，R 3 ＝40 kΩ（限选其中之一并在图中标出）；开关 S及导线若干。
解析：①光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图 11 所示。
特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。
②电路原理图如图 12 所示。
当天色渐暗照度降低至 1．0 Lx 时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为 20 kΩ，两端电压为 2 V，而电源电动势为 3 V，所以应加上一个分压电阻，由闭合电路欧姆定律或串联分压定律可算得，分压电阻阻值为 10 kΩ，即选用 R 1。
宁夏理综-23 要求考生利用光敏电阻作为传感元件，电磁铁为控制元件，设计路灯的自动控制开关。设计的基本思路，是通过光敏电阻的阻值变化，引起电路的电流变化，设计所依据的物理原理仍是闭合电路欧姆定律。
这类题目设问虽很新颖独特，但所依据的物理原理、实验方法、仪器器材却是课本上的基本实验中用过的原理、仪器及方法，试题设问一般不难。只要平时学习或复习时对课本中的基本实验（原理）能够深刻理解，对涉及的基本仪器器材能够熟练运用，注意将物理习题中的结论向物理实验迁移，分析问题时能灵活变通，不墨守成规，解决此类问题定可驾轻就熟。
