2020届高三物理精准培优专练16：与闭合电路欧姆定律有关的实验（附解析） 一、考点分析
1．与闭合电路欧姆定律有关的实验是指以闭合电路欧姆定律为基本实验原理的实验，包括测电阻、测定电源的电动势和内阻、多用电表的原理和使用等实验。 2．两点注意：
(1)仪器选择要首先保证安全，其次是保证精确，再次是操作简便，若选不到理想的仪器，其中几个相比较，选较好的。
(2)涉及多用电表的实验，理解欧姆表工作原理往往是解题的关键。
二、考题再现
典例1. (2019?全国II卷?23)某小组利用图(a)所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中V1和V2为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100 Ω)；S为开关，
E为电源．实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图(b)是该小组在
恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管U－t关系曲线．回答下列问题：
(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0 μA，应调节滑动变阻器R，使电压表V1的示数为U1＝________mV；根据图(b)可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻________(填“变大”或“变小”)，电压表V1示数________(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动，以使V1示数仍为U1。
ΔU(2)由图(b)可以看出U与t成线性关系．硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为|
Δt|＝________×10 V/℃(保留2位有效数字)。
－3
典例2. (2019?全国I卷?23)某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1200 Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图（a）所示电路对改装后的电表进行检测（虚线框内是改装后的电表）。
(1)根据图（a）和题给条件，将（b）中的实物连接。
(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时，微安表的指针位置如图（c）所示，由此可以推测出改装的电表量程不是预期值，而是 。（填正确答案标号）
A．18 mA B．21 mA C．25 mA D．28 mA (3)产生上述问题的原因可能是 。（填正确答案标号） A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1200 Ω B．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1200 Ω C．R值计算错误，接入的电阻偏小 D．R值计算错误，接入的电阻偏大
(3)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k＝ 。
三、对点速练
1．(1)某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中，正确操作获得金属丝直径以及电流表、电压表的读数如图甲所示，则金属丝的直径的读数是__________，电流表的读数是________，电压表的读数是________。
(2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为0～10 Ω，电流表内阻约几欧，电压表内阻约20 kΩ。电源为干电池(不宜在长时间、大功率状况下使用)，电动势E＝4.5 V，内阻很小。则图乙电路图中
__________(填电路图下方的字母代号)电路为本次实验应当采用的最佳电路。但用此最佳电路测量的结果仍然会比真实值偏__________(填“大”或“小”)。
(3)若实验所用的电流表内阻的准确值RA是已知的，那么准确测量金属丝电阻Rx的最佳电路应是图乙中的__________电路(填电路图下方的字母代号)。此时测得电流为I、电压为U，则金属丝电阻Rx＝__________(用题中字母代号表示)。
2．用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V，内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻，除待测电池组、开关、导线外，还有下列器材供选用： A．电流表：量程0.6 A，内电阻约1 Ω B．电流表：量程3 A，内电阻约0.2 Ω C．电压表：量程3 V，内电阻约30 kΩ D．电压表：量程6 V，内电阻约60 kΩ E．滑动变阻器：0～1 000 Ω，额定电流0.5 A F．滑动变阻器：0～20 Ω，额定电流2 A
(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)。
(2)下图为正确选择仪器后，连好的部分电路．为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将________和________相连、________和________相连、________和________相连。(均填仪器上接线柱的字母代号)
(3)实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验．实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U.用图象法处理采集到的数据，为使在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，则可以________为纵坐标，以________为横坐标。
3．某学习小组拟研究一个标有“3.6 V，1.8 W”的小电珠的伏安特性曲线，可供选用的器材如下： ①电流表A，量程0～0.6 A，内阻约为0.2 Ω； ②电压表V，量程0～15 V，内阻约为15 kΩ； ③滑动变阻器R，阻值范围0～10 Ω； ④学生电源E，电动势为4 V，内阻不计； ⑤开关S及导线若干。
(1)该学习小组中的甲同学设计了如图甲所示的电路进行测量，请按照图甲所示的电路图帮甲同学将图乙中的实物图连接起来。
(2)甲同学在实验中发现，由于电压表的量程较大而造成读数误差很大，因而影响了测量结果。于是又从实验室找来一量程为Ig＝100 μA、内阻Rg＝1000 Ω的灵敏电流计，想把该灵敏电流计改装成量程为5 V的电压表，则需串联一个阻值为________Ω的电阻。
(3)甲同学用改装后的电压表进行实验，得到电流表读数I1和灵敏电流计读数I2如表所示：
I1(A) I2(μA) 0 0.19 0.30 0.37 0.43 0.46 0.48 0.49 0 10 20 30 40 50 60 70 请在图丙中的坐标纸上画出I1－I2图线。 (4)若将该小电珠接在如图丁所示的电路中，则该小电珠消耗的电功率约为________W．已知电源的电动势为E′＝3.0 V，内阻r＝1.5 Ω，定值电阻R0＝4.5 Ω。(结果保留两位有效数字)
4．小明在实验室中发现一个外观上像电阻的未知元件D，设计了如图甲所示电路进行实验探究，请按要求回答问题：
(1)小明按图甲连接好电路，闭合开关S，将滑动变阻器滑片缓慢地从a端移到b端，发现起始阶段电压表的示数逐渐增大，后续阶段电压表示数保持6 V不变，若D为电阻元件，则该过程中它的电阻值的变化情况可能是________。 A．阻值一直为0
B．阻值先不变，后续阶段变小 C．阻值恒定且远大于R2 D．阻值先不变，后阶段变大
(2)根据元件D铭牌上的部分信息，小明从网络获知该元件为稳压二极管，它有正、负极之分，在电路中当D的正极接高电势时，其i－u线如图乙中OC所示；当D的负极接高电势时，其i－u线如图乙中OAB所示，其中AB段为D的稳压工作区，由此可判断图甲中D的黑色端是它的________极(选填“正”或“负”)。
(3)小明接着设计了用多用电表欧姆挡按图丙对该元件进行探究，图丙中虚线框部分是其内部等效电路，已知电源电动势E＝9 V，电表满偏电流Ig＝3 mA。实验时小明先进行欧姆调零，则调零后多用电表内部总电阻为____________Ω；调零后按图丙连接元件D进行测量，若D恰好处于稳压工作区，则此时测得元件
D的阻值应为____________Ω。
5．为了探究某电阻Rt在不同温度下的阻值，某同学设计了如图甲所示的电路，其中A为内阻不计、量程为3 mA的电流表，E1为电动势为1.5 V、内阻约为1 Ω的电源，R1为滑动变阻器，R2为电阻箱，S为单刀双掷开关．
(1)实验室中提供的滑动变阻器有两个：RA(0～150 Ω)，RB(0～500 Ω)，本实验中滑动变阻器R1应选用________(选填“RA”或“RB”)。
(2)完成下面实验步骤：
①调节温度，使Rt的温度达到t1；
②将S拨向接点1，调节________，使电流表的指针偏转到适当位置，记下此时电流表的读数I；
③将S拨向接点2，调节________，使电流表的读数仍为I，记下此时电阻箱的读数R0，则当温度为t1时，电阻Rt＝________；
④改变Rt的温度，重复步骤②③，即可测得电阻Rt的阻值随温度变化的规律。
(3)现测得电阻Rt随温度t变化的图象如图乙所示。把该电阻与电动势为3.0 V、内阻不计的电源E2，量程为3.0 V的理想电压表V(图中未画出)和电阻箱R2连成如图丙所示的电路，用该电阻做测温探头，将电压表的电压刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“电阻温度计”。若要求电压表的读数必须随温度的升高而增大，则应在原理图丙中________(选填“a、b”或“b、c”)两点接入电压表．如果电阻箱阻值R2＝75 Ω，则电压表刻度盘2.0 V处对应的温度数值为________℃。
6．某同学测定电源电动势和内阻，所使用的器材有：待测干电池一节(内阻很小)、电流表A(量程0.6 A，内阻RA小于1 Ω)、电流表A1(量程0.6 A，内阻未知)、电阻箱R1(0～99.99 Ω)、滑动变阻器R2(0～10 Ω)、单刀双掷开关S、单刀单掷开关K各一个，导线若干。
(1)该同学按图甲所示电路连接进行实验操作。请在答题卡相应位置的虚线框内补全与图甲对应的电路图。 (2)测电流表A的内阻：闭合开关K，将开关S与C接通，通过调节电阻箱R1和滑动变阻器R2，读取电流表A的示数为0.20 A、电流表A1的示数为0.60 A、电阻箱R1的示数为0.10 Ω，则电流表A的内阻RA＝________Ω。
(3)测电源的电动势和内阻：断开开关K，调节电阻箱R1，将开关S接__________(填“C”或“D”)，记录电阻箱R1的阻值和电流表A的示数；断开开关K，开关S所接位置不变，多次调节电阻箱R1重新实验，并记录多组电阻箱R1的阻值R和电流表A的示数I。
1
(4)数据处理：图乙是由实验数据绘出的－R图象，由此求出干电池的电动势E＝__________V、内阻r＝
I__________Ω。(计算结果保留二位有效数字)
(5)如果电流表A的电阻未知，本实验__________ (填“能”或“不能”)测出该电源的电动势。
7．同学们在测量某电阻丝的电阻 Rx的实验中，所用电流表的内阻与 Rx相当，电压表可视为理想电压表。
(1)
路的
__________点（填“b”或“c”）。实验测得电阻丝的 U－I图像如图乙所示，根据图像测得 Rx＝__________Ω（保留两位有效数字）。
(2) 实验中，随着电源电压进一步增加，电阻丝逐渐进入炽热状态，同学们发现对炽热电阻丝吹气，其阻值会发生变化．在控制电阻丝两端的电压为10 V的条件下，得到电阻丝的电阻 Rx随风速v（用风速计测量）的变化关系如图丙所示．由图可知当风速增加时， Rx会__________（填“增大”或“减小”）。当电源电压不变，在风速增加的过程中，为保持电阻丝两端电压为10 V，需要将滑动变阻器 RW的滑片向__________（填“M”或“N”）端调节。实验中为了通过电压表的示数来显示风速，同学们设计了如图丁所示的电路。其中 R为两只阻值相同的电阻， Rx为两根相同的电阻丝，一根置于气流中，另一根不受气流影响，V 为待接入的理想电压表。如果要求在测量中，风速从零开始增加，电压表的示数也从零开始增加，则电压表的“＋”端和“－”端应分别连接到电路中的 b点和__________点（填“a”“c”或“d”）。
8．举世瞩目的嫦娥四号，其能源供给方式实现了新的科技突破：它采用同位素温差发电与热电综合利用技术结合的方式供能，也就是用航天器两面太阳翼收集的太阳能和月球车上的同位素热源两种能源供给探测器。图甲中探测器两侧张开的是光伏发电板，光伏发电板在外太空将光能转化为电能。
若使用图甲所示电路图进行实验，为了使 Rx的测量值更接近真实值，电压表的 a端应连接到电
某同学利用图乙所示电路探究某光伏电池的路端电压U与电流I的关系，图中定值电阻R0=5Ω，设相同光照强度下光伏电池的电动势不变，电压表、电流表均可视为理想电表。
(1)实验一：用一定强度的光照射该电池，闭合电键S，调节滑动变阻器R的阻值，通过测量得到该电池的
U－I曲线a（如图丁）。由此可知，该电源内阻是否为常数_______（填“是”或“否”），某时刻电压
表示数如图丙所示，读数为________V，由图像可知，此时电源内阻为_______Ω。 实验二：减小实验一光照的强度，重复实验，测得U－I曲线b（如图丁）。
(2)在实验一中当滑动变阻器的电阻为某值时路端电压为2.5 V，则在实验二中滑动变阻器仍为该值时，滑动变阻器消耗的电功率为________W（计算结果保留两位有效数字）。 9．某实验小组研究两个未知元件X (内阻约为1 Ω)、定值电阻等。
和Y的伏安特性,使用的器材包括电压表(内阻约为3 kΩ)、电流表
(1)使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆档测量，示数如图1(a)所示，读数为________Ω。据此应选择图1中的 ________(填“b”或“c”)电路 进行实验。
(2)连接所选电路，闭合S；滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐_______(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件X换成元件Y，重复实验。
(3)图2(a)是根据实验数据作出的U－I图线，由图可判断元件________(填“X”或“Y”)是非线性元件。 (4)该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R＝21 Ω的定值电阻，测量待测电池的电动势E和内阻r，电路如图2(b)所示。闭合S1和S2，电压表读数为3.00 V；断开S2，读数为1.00 V，利用图2(a)可算得E＝________V，r＝________Ω。(结果均保留两位有效数字，视电压表为理想电压表)
答 案
典例1. 【解析】(1)实验中硅二极管与定值电阻R0串联，由欧姆定律可知，定值电阻两端电压U1＝IR0 ＝50.0 μA×100 Ω＝5.00 mV；由图(b)可知，当控温炉内温度升高时，硅二极管两端电压减小，又图(b)对应的电流恒为50.0 μA，可知硅二极管的正向电阻变小，由“串反”规律可知，定值电阻R0两端电压增大，即电压表V1示数增大，应增大滑动变阻器接入电路的阻值以减小电路中的电流，从而使电压表V1示数保持不变，故应将R的滑片向B端移动。
(2)由图(b)可知?
?ΔU?＝0.44－0.30 V/℃＝2.8×10－3 V/℃。
?80－30?Δt?
【答案】(1)5.00 变小 增大 B (2)2.8
典例2. 【解析】(1)电表改装时，微安表应与定值电阻R并联接入虚线框内，则实物电路连接如图所示。
(2)由标准毫安表与该装表的读数可知，改装后的电流表，实际量程被扩大的倍数为：n?－3
16?100倍。故当原微安表表盘达到满偏时，实际量程为
160?10?3250×10×100＝25 mA，故本小题选C。
??Rg??Ig，改装后的量程偏大的原因可能是，原微安表内阻测量值偏小，R?(3)根据IgRg＝(I－Ig)R，得I??1?即电表实际内阻Rg真实值，大于1200 Ω；或者因为定值电阻R的计算有误，计算值偏大，实际接入定值电阻R阻值偏小，故本小题选A、C。
(4)由于接入电阻R时，改装后的表实际量程为25 mA，故满足IgRg＝(25－Ig)R；要想达到预期目的，即将微安表改装为量程为20 mA电流表，应满足IgRg＝(20－Ig)kR， 其中Ig＝250 μA＝0.25 mA，联立解得：
k＝1.25或k＝
99。 79【答案】(1)如图所示 (2)C (3)AC (4)
99 79
1．【答案】(1)0.881 mm 0.42 A 2.25 V (2)A 小 (3)B －RA
UI
【解析】(1)螺旋测微器先读固定部分为0.5 mm，可动部分可估读为38.1×0.01 mm＝0.381 mm，故总示数为：(0.5＋0.381) mm＝0.881 mm；电流表量程为0.6 A，则最小刻度为0.02 A，读数为0.42 A；电压表量程为3 V，最小刻度为0.1 V，则读数为2.25 V。
(2)因电源不能在大功率下长时间运行，则本实验应采用限流接法；同时电压表内电阻较大，由以上读数可知，待测金属丝的电阻约为5 Ω，故采用电流表外接法误差较小，故选A；在实验中电压表示数准确，但电流表测量的是干路电流，故电流表示数偏大，则由欧姆定律得出的结果偏小。
(3)因已知电流表内阻的准确值，则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻，故应选B电路；待测金属丝电阻及电流表总电阻R＝，则待测金属丝电阻Rx＝R－RA＝－RA。
11UR2．【答案】(1)A D F (2)a d c g f h (3) (或U 或 R)(横纵坐标互换亦可)
UIUIURRU【解析】(1)为了使测量更准确，电流表选量程为0.6 A的电流表A，电池组的电动势约4.5 V，故电压表选D，为了便于调节滑动变阻器应选F。
(2)为了使测量误差尽可能小，测量电源电动势和内电阻的原理图如图(a)所示，因此将a、d相连，c、g相连，f、h相连。
(3)用电阻箱和电压表测量电源电动势和内电阻的实验原理图如图(b)所示，根据闭合电路欧姆定律，得EURr1?UR?U11r1?11?
＝U＋r，所以＝＋·?或U＝E－r或＝＋R?，因此可作出－?或U－或－R?图象处理数据。
RUEER?
RUEE?
UR?
RU?
3．【答案】(1)见解析图(a) (2)49 000 (3)如图所示 (4)0.35 【解析】(1)如图(a)所示。
(2)设需要串联的电阻阻值为Rx，则有Ig(Rg＋Rx)＝5 V，代入数据可得
Rx＝49000 Ω。
(4)将定值电阻R0看做该电源的内阻的一部分，则内阻r′＝6 Ω，由此可得路端电压U＝E′－Ir′，在
I1－I2图线所在坐标纸上作出该I－U图象如图(b)所示，可知其交点坐标表示的电流约为0.32 A，电压约
为1.1 V，所以该小电珠消耗的功率约为P＝0.32×1.1 W≈0.35 W。
4．【答案】(1)B (2)负 (3)3 000(或3×10) 6 000(或6×10)
3
3
【解析】(1)因在滑片移动过程中，发现起始阶段电压表的示数逐渐增大，后续阶段电压表示数保持6 V不变，则知元件阻值可能先不变，后续阶段变小，故B正确。 (2)结合第(1)问中所给条件，可知D元件黑色部分为负极。
(3)由R总＝，解得R总＝3000 Ω；D恰好处于稳压工作区时，其两端电压U＝6 V，而U＝＝6000 Ω。
5．【答案】(1)RB (2)②R1 ③R2 R0 (3)b、c 50
EIg
ERDR总＋RD，解得RD【解析】(1)由电源的电动势为1.5 V，电流表量程为3 mA可知，达到满偏时，电路总电阻约为500 Ω，故滑动变阻器选择RB。
(2)实验中选用替代法测量电阻，第二步中，先将S拨向接点1，调节滑动变阻器R1，记录电流表读数I；然后将S拨向接点2，调节电阻箱R2，使电流表读数仍为I，此时电阻箱的读数即为待测电阻的阻值，即
Rt＝R0。
(3)由于电阻Rt随温度升高而增大，由闭合电路欧姆定律可知其两端电压也增大，所以电压表与之并联，即电压表接在b、c两点．根据题图乙中图象可得Rt＝(100＋t)Ω，由串联分压规律可得电压表示数为2.0 V时，Rt＝150 Ω，解得t＝50(℃)。
6．【答案】(1)见解析图 (2)0.20 (3)D (4)1.5 0.25 (5)能 【解析】(1)由实物图连接原理图，如图所示。
(2)根据串并联电路的规律可知，流过电阻箱R1的电流I=(0.60－0.20)A=0.40A；电压U=0.10×0.40V=0.040V，则电流表内阻为：RA?(3)S接D，否则外电路短路。
0.040??0.20?。 0.20(4)根据(3)中步骤和闭合电路欧姆定律可知E=I(R+RA+r)，变形可得：?R?r13.0?1.0?0.3，解得E=1.5V，r=0.25Ω。 ，A?EE4.0?1.01I1IRRA?r?，根据图象可知:EE(5)由?RRA?r?可知：当电流表内阻未知时，能测出电动势，但不能测出内电阻。 EE7．【答案】(1)c 4.0（3.9 ~ 4.1） (2)减小 M d 【解析】(1)电流表的内阻与 Rx相当，为了使 Rx的测量值更接近真实值，应采用电流表的外接法，所以电压表的 a端应连接到电路的c点。U–I图像的斜率表示电阻的阻值，则Rx??U0.80?Ω?4.0Ω。 ?I0.20(2)由图可知当风速增加时， Rx会减小。 Rx减小，并联部分电阻减小，并联部分分得电压减小，要让其分得电压不变，滑动变阻器的滑片应向M端移动，维持电路其它部分电阻与并联部分电阻之比不变。风速从零开始增加， 置于气流中的电阻Rx会减小，其他电阻不变，要使电压表示数从零开始增加，电压表的正负接线柱只能接在b、d两点，因其它各点间的电势差不可能为零。
8．【答案】(1)否 1.50 5.6 (2)7.2×10（7.0×10～7.4×10均算正确）
【解析】(1)由U－I图像可知，因图像的斜率等于电源的内阻，可知电源内阻不是常数；电压表的量程为3.0V，则读数为1.50V；由图中读出，此时电路中的电流为250mA，因电源的电动势为E=2.9V，可得此时电源的内阻r?－2
－2
－2
E?U2.90?1.50???5.6?； I0.25(2) 在实验一中当滑动变阻器的电阻为某值时路端电压为2.5V，可得
100mA，则滑动变阻器的阻值为：
此时的电流为
R?U2.5?R0??5?20?； I0.1则在实验二中滑动变阻器仍为该值时，此时外电路电阻为R外=R+R0=25Ω，
将此电阻的U－I线画在此电源的U－I图像中，如图，直线与b的交点为电路的工作点，此时I=60mA，则滑动变阻器消耗的电功率为P=IR=0.06×20 W=7.2×10W。 9．【答案】(1)10 b (2)增大 (3)Y (4)3.2 0.50
【解析】(1)欧姆表的读数R＝示数×倍率，得R＝10 Ω；根据实验电路产生误 电流表外接，故选择“b”电路进行实验。
(2)滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，R左增大，待测电阻两端的电压增大， 所以电流表的示数增大。
差的原因知应选用
2
2
-2
(3)根据伏安特性曲线知，X为线性元件，Y为非线性元件，且RX＝10 Ω。
(4)由闭合电路欧姆定律：S1、S2均闭合，有U1＝式得r＝0.50 Ω，E＝3.2 V
ERX；S1闭合，S2断开，有U2＝RX，解以上两RX＋rRX＋R＋rE
2020届高三物理精准培优专练16：与闭合电路欧姆定律有关的实验（附解析）
