(山东省新高考)2021届高三精准培优专练 与闭合电路欧姆定律有关的实验 含答案

例1．(2020∙全国I 卷∙22)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻R x ，所用电压表的内阻为1 kΩ，电流表内阻为0.5 Ω。

该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图（a ）所示电路的O 、P 两点之间，另一种是跨接在O 、Q 两点之间。

测量得到如图（b ）所示的两条U －I 图线，其中U 与I 分别为电压表和电流表的示数。

回答下列问题：
(1)图（b ）中标记为II 的图线是采用电压表跨接在________（填“O 、P ”或“O 、Q ”）两点的方案测量得到的。

(2)根据所用实验器材和图（b ）可判断，由图线________（填“I”或“II”）得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为________Ω（保留1位小数）。

(2)考虑到实验中电表内阻的影响，需对（2）中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为________Ω（保留1位小数）。

【答案】(1) O 、P (2) I 50.5 (3)50.0 【解析】(1)若将电压表接在O 、P 之间，V x U U
I R R =+
，则V V
x x R R U I R R =+，根据一次函数关系可知对应斜率为
V
V
x x R R R R +。

若将电压表接在O 、Q 之间，电流表分压为U A ＝IR A ，根据欧姆
定律变形可知A
U IR R I
-=
，解得U ＝I (R ＋R A )，根据一次函数可知对应斜率为R ＋R A ，对比图像的斜率可知k I >k II ，所以II 图线是采用电压表跨接在O 、P 之间。

(2)因为待测电阻为几十欧姆的电阻，通过图像斜率大致估算待测电阻为50 Ω左右，根据
1.应用① 电阻(电阻率)的测量
与闭合电路欧姆定律有关的实验
100050
500.5
<。

说明电流表的分压较小，电流表的分流较大，所以电压表应跨接在O 、Q 之间，所以选择图线I 得到的结果较为准确。

根据图像可知3
31
50.5(59.620)10x R --=
Ω≈Ω-⨯。

(3)考虑电流表内阻，则修正后的电阻R x ′＝R x －R A ＝50.0 Ω。

例2．(2020∙山东卷∙14)实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。

实验室提供的器材有： 干电池一节（电动势约1.5 V ，内阻小于1 Ω）； 电压表V （量程3 V ，内阻约3 kΩ）； 电流表A （量程0.6 A ，内阻约1 Ω）； 滑动变阻器R （最大阻值为20 Ω）； 定值电阻R 1（阻值2 Ω）； 定值电阻R 2（阻值5 Ω）； 开关一个，导线若干。

(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U －I 坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现像的主要原因是_____。

（单选，填正确答案标号） A ．电压表分流 B ．干电池内阻较小 C ．滑动变阻器最大阻值较小 D ．电流 表内阻较小
(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。

序号
1
2
3
4
5
6
7
2.应用② 测电源的电动势和内阻
I/A 0.08 0.14 0.20 0.26 032 0.36 0.40
U/V 1.35 1.20 1.05 0.88 073 0.71 052
请根据实验数据，回答以下问题：
①答题卡的坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点，请在答题卡的坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U－I图像________。

②根据实验数据可知，所选的定值电阻为_____。

（填“R1”或“R2”）
③用笔画线代替导线，请在答题卡上按照改进后的方案，将实物图连接成完整电路。

【答案】(1)B (2)①见解析图②R1③见解析图
【解析】(1)电压表示数变化过小，则原因是外电阻比内阻大的多，即电源内阻偏小，故选B。

(2)①根据数据做出U－I图像如图；
②由图像可知
1.58
==2.63
0.6
r R
+ΩΩ
定
，电源内阻小于1 Ω，则定值电阻大于1.63 Ω，可知
定值电阻为R1；
③定值电阻与电源串联，电路如图。

1．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
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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.用图像法处理采集到的数据，为使在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线，则可以________为纵坐标，以________为横坐标。

2．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I g＝100 μA、内阻R g＝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)00.190.300.370.430.460.480.49
I2(μA)010203040506070
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) 3．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I g＝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。

4．为了探究某电阻R t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：R A(0～150 Ω)，R B(0～500 Ω)，本实验中滑动变阻器R1应选用________(选填“R A”或“R B”)。

(2)完成下面实验步骤：
①调节温度，使R t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R t＝________；
④改变R t的温度，重复步骤②③，即可测得电阻R t的阻值随温度变化的规律。

(3)现测得电阻R t随温度t变化的图像如图乙所示。

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________℃。

5．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R A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R A＝________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。

(4)数据处理：图乙是由实验数据绘出的1
I－R图像，由此求出干电池的电动势E＝
__________V、内阻r＝__________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。

6．同学们在测量某电阻丝的电阻R x的实验中，所用电流表的内阻与R x相当，电压表可视为理想电压表。

(1)若使用图甲所示电路图进行实验，为了使R x的测量值更接近真实值，电压表的a端应连接到电路的__________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R x＝__________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R x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，R x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R W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，R x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”）。

7．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。

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，闭合开关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）。

8．某实验小组研究两个未知元件X 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(内阻约为1 Ω)、定值电阻等。

(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)
1．【答案】(1)A D F (2)a d c g f h (3)1U 1R (或U U R 或R
U R )(横纵坐标互换亦可)
【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E ＝U ＋U R r ，所以1U ＝1E ＋r E ·1R ⎝⎛⎭⎫或U ＝E －U R r 或R U ＝r E ＋1E R ，因此可作出1U －1R
⎝⎛⎭
⎫或U －U R 或R U －R 图像处理数据。

2．【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R x ，则有I g (R g ＋R x )＝5 V ，代入数据可得R x ＝49000 Ω。

(4)将定值电阻R 0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I 1－I 2图线所在坐标纸上作出该I －U 图像如图(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 。

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3．【答案】(1)B(2)负(3)3 000(或3×103) 6 000(或6×103)
【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＝E
I g，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＝ER D
R总＋R D
，解得R D＝6000 Ω。

4．【答案】(1)R B(2)②R1③R2R0(3)b、c50
【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R B。

(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R t＝R0。

(3)由于电阻R t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．根据题图乙中图像可得R t＝(100＋t) Ω，由串联分压规律可得电压表示数为2.0 V时，R t＝150 Ω，解得t＝50(℃)。

5．【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＝0.40 A；电压U＝
0.10×0.40 V＝0.040 V，则电流表内阻
A 0.040
0.20 0.20
R=Ω=Ω。

(3)S 接D ，否则外电路短路。

(4)根据(3)中步骤和闭合电路欧姆定律可知E ＝I (R ＋R A ＋r )，变形可得1A R r R I E E +=+，根据图像可知
1 3.0 1.04.0 1.0E -=-，0.3A R r E +=，解得E ＝1.5 V ，r ＝0.25 Ω。

(5)由
1A R r R I E E
+=+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。

6．【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 R x 相当，为了使 R x 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0.80
Ω 4.0Ω0.20x U R I ∆===∆。

(2)由图可知当风速增加时， R x 会减小。

R x 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R x 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。

7．【答案】(1)否 1.50 5.6 (2)7.2×10－2（7.0×10－2～7.4×10－2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3.0 V ，则读数为1.50 V ；由图中读出，此时电路中的电流为250 mA ，因电源的电动势E ＝2.9 V ，可得此时电源的内阻 5.6E U
r I -==Ω；
(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 ，可得此时的电流为100 mA ，则滑动变阻器的阻值020U R R I
=-=Ω；则在实验二中滑动变阻器仍为该值时，此时外电路电阻R 外＝R ＋R 0＝25 Ω，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 ＝60 mA ，则滑动变阻器消耗的电功率P ＝I 2R ＝7.2×10－2 W 。

8．【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 差的原因知
应选用电流表外接，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。

(3)根据伏安特性曲线知，X 为线性元件，Y 为非线性元件，且R X ＝10 Ω。

(4)由闭合电路欧姆定律：S 1、S 2均闭合，有U 1＝E R X ＋r R X ；S 1闭合，S 2断开，有U 2＝E R X ＋R ＋r
R X ，解以上两式得r ＝0.50 Ω，E ＝3.2 V 。