微專題22電學實驗(一)觀察電容器的充、放電現象導體電阻、電阻率的測量一、觀察電容器的充、放電現象變化過程充電過程放電過程圖示充電電流由電源的正極流向電容器的正極板，同時電流從電容器的負極板流向電源的負極。放電電流由電容器正極板經過電流表和用電器流向電容器的負極板。I-t圖像、U-t圖像其中I-t圖像與t軸所圍的面積表示電容器所帶的電荷量。極板電荷量增大減小極板間電勢差增大減小電流變化充電電流逐漸減小到零放電電流逐漸減小到零二、測量金屬的電阻率1.長度、橫截面積的測量用毫米刻度尺測金屬絲的有效長度；用螺旋測微器測金屬絲的直徑，進而計算金屬絲的橫截面積。2.電阻的測量用伏安法測電壓、電流，作出U-I圖像，則圖線上某點的電阻等于該點與坐標原點連線的斜率。3.注意事項(1)由于金屬絲電阻較小，故采用電流表外接法。(2)為防止金屬絲升溫導致電阻率發生變化，實驗時電流不宜過大，通電時間不要太長。三、電阻測量的創新方案安安法Rx=IRA2=I伏伏法Rx=UV2-RV2=U替代法電流表兩次讀數相等，R測=R1半偏法測量電流表內阻閉合S1，斷開S2，調節R1使G表滿偏；閉合S2，只調節R2，使G表半偏(R1?RG)，則R2=R測，R測<R真測量電壓表內阻使R2=0，閉合S，調節R1使V表滿偏；只調節R2使V表半偏(RV?R1)，則R2=R測，R測>R真電橋法閉合S，調節電阻箱R3，使G表示數為零，有U1R1=U2R2，U1R3=U2Rx，得R1·1.(2024·山東卷·14)某學習小組對兩種型號鉛筆芯的電阻率進行測量。實驗器材如下：學生電源(輸出電壓0~16V)滑動變阻器(最大阻值10Ω，額定電流2A)；電壓表V(量程3V，內阻未知)；電流表A(量程3A，內阻未知)；待測鉛筆芯R(X型號、Y型號)；游標卡尺，螺旋測微器，開關S，單刀雙擲開關K，導線若干。回答以下問題：(1)(2分)使用螺旋測微器測量鉛筆芯直徑，某次測量結果如圖甲所示，該讀數為mm；

(2)(2分)把待測鉛筆芯接入圖乙所示電路，閉合開關S后，將滑動變阻器滑片由最右端向左調節到合適位置，將單刀雙擲開關K分別擲到1、2端，觀察到電壓表示數變化比電流表示數變化更明顯，則測量鉛筆芯電阻時應將K擲到(填“1”或“2”)端；

(3)(2分)正確連接電路，得到Y型號鉛筆芯I-U圖像如圖丙所示，求得電阻RY=Ω(保留3位有效數字)；采用同樣方法得到X型號鉛筆芯的電阻為1.70Ω；

(4)(2分)使用游標卡尺測得X、Y型號鉛筆芯的長度分別為40.68mm、60.78mm，使用螺旋測微器測得X、Y型號鉛筆芯直徑近似相等，則X型號鉛筆芯的電阻率(填“大于”或“小于”)Y型號鉛筆芯的電阻率。

2.(2024·海南卷·16)用如圖(a)所示的電路觀察電容器的充放電現象，實驗器材有電源E、電容器C、電壓表、電流表、電流傳感器、計算機、定值電阻R、單刀雙擲開關S1、開關S2、導線若干。(1)(2分)閉合開關S2，將S1接1，電壓表示數增大，最后穩定在12.3V。在此過程中，電流表的示數(填選項標號)。

A.一直穩定在某一數值B.先增大，后逐漸減小為零C.先增大，后穩定在某一非零數值(2)(4分)先后斷開開關S2、S1，將電流表更換成電流傳感器，再將S1接2，此時通過定值電阻R的電流方向(選填“a→b”或“b→a”)，通過傳感器將電流信息傳入計算機，畫出電流隨時間變化的I-t圖像，如圖(b)，t=2s時I=1.10mA，圖中M、N區域面積比為8∶7，可求出R=kΩ(保留2位有效數字)。

3.(2024·全國甲卷·23)電阻型氧氣傳感器的阻值會隨所處環境中的氧氣含量發生變化。在保持流過傳感器的電流(即工作電流)恒定的條件下，通過測量不同氧氣含量下傳感器兩端的電壓，建立電壓與氧氣含量之間的對應關系，這一過程稱為定標。一同學用圖(a)所示電路對他制作的一個氧氣傳感器定標。實驗器材有：裝在氣室內的氧氣傳感器(工作電流1mA)、毫安表(內阻可忽略)、電壓表、電源、滑動變阻器、開關、導線若干、5個氣瓶(氧氣含量分別為1%、5%、10%、15%、20%)。(1)(2分)將圖(a)中的實驗器材間的連線補充完整，使其能對傳感器定標；(2)連接好實驗器材，把氧氣含量為1%的氣瓶接到氣體入口；(3)(2分)把滑動變阻器的滑片滑到端(填“a”或“b”)，閉合開關；

(4)緩慢調整滑動變阻器的滑片位置，使毫安表的示數為1mA，記錄電壓表的示數U；(5)斷開開關，更換氣瓶，重復步驟(3)和(4)；(6)(4分)獲得的氧氣含量分別為1%、5%、10%和15%的數據已標在圖(b)中；氧氣含量為20%時電壓表的示數如圖(c)，該示數為V(結果保留2位小數)。

現測量一瓶待測氧氣含量的氣體，將氣瓶接到氣體入口，調整滑動變阻器滑片位置使毫安表的示數為1mA，此時電壓表的示數為1.50V，則此瓶氣體的氧氣含量為%(結果保留整數)。

4.(2024·新課標卷·23)學生實驗小組要測量量程為3V的電壓表V的內阻RV。可選用的器材有：多用電表，電源E(電動勢5V)，電壓表V1(量程5V，內阻約3kΩ)，定值電阻R0(阻值為800Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值50Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值5kΩ)，開關S，導線若干。完成下列填空：(1)(4分)利用多用電表粗測待測電壓表的內阻。首先應(把下列實驗步驟前的字母按正確操作順序排列)；

A.將紅、黑表筆短接B.調節歐姆調零旋鈕，使指針指向零歐姆C.將多用電表選擇開關置于歐姆擋“×10”位置再將多用電表的紅、黑表筆分別與待測電壓表的(填“正極、負極”或“負極、正極”)相連，歐姆表的指針位置如圖(a)中虛線Ⅰ所示。為了減少測量誤差，應將選擇開關旋轉到歐姆擋(填“×1”“×100”或“×1k”)位置，重新調節后，測量得到指針位置如圖(a)中實線Ⅱ所示，則實驗小組測得到的該電壓表內阻為kΩ(結果保留1位小數)；

(2)(2分)為了提高測量精度，他們設計了如圖(b)所示的電路，其中滑動變阻器應選(填“R1”或“R2”)，閉合開關S前，滑動變阻器的滑片應置于(填“a”或“b”)端；

(3)(2分)閉合開關S，滑動變阻器滑片滑到某一位置時，電壓表V1、待測電壓表的示數分別為U1、U，則待測電壓表內阻RV=(用U1、U和R0表示)；

(4)(2分)測量得到U1=4.20V，U=2.78V，則待測電壓表內阻RV=kΩ(結果保留3位有效數字)。

1.(2023·福建卷·13)某同學用圖(a)所示的電路觀察矩形波頻率對電容器充放電的影響。所用器材有：電源、電壓傳感器、電解電容器C(4.7μF，10V)，定值電阻R(阻值2.0kΩ)、開關S、導線若干。(1)(1分)電解電容器有正、負電極的區別。根據圖(a)，將圖(b)中的實物連線補充完整；(2)(1分)設置電源，讓電源輸出圖(c)所示的矩形波，該矩形波的頻率為Hz；

(3)(2分)閉合開關S，一段時間后，通過電壓傳感器可觀測到電容器兩端的電壓UC隨時間周期性變化，結果如圖(d)所示，A、B為實驗圖線上的兩個點。在B點時，電容器處于狀態(填“充電”或“放電”)。在點時(填“A”或“B”)，通過電阻R的電流更大；

(4)(2分)保持矩形波的峰值電壓不變，調節其頻率，測得不同頻率下電容器兩端的電壓隨時間變化的情況，并在坐標紙上作出電容器上最大電壓Um與頻率f關系圖像，如圖(e)所示。當f=45Hz時電容器所帶電荷量的最大值Qm=C(結果保留兩位有效數字)；

(5)根據實驗結果可知，電容器在充放電過程中，其所帶的最大電荷量在頻率較低時基本不變，而后隨著頻率的增大逐漸減小。2.(2024·湖南卷·11)某實驗小組要探究一金屬絲的阻值隨氣壓變化的規律，搭建了如圖(a)所示的裝置。電阻測量原理如圖(b)所示，E是電源，V為電壓表，A為電流表。(1)(4分)保持玻璃管內壓強為1個標準大氣壓，電流表示數為100mA，電壓表量程為3V，表盤如圖(c)所示，示數為V，此時金屬絲阻值的測量值R為Ω(保留3位有效數字)；

(2)打開抽氣泵，降低玻璃管內氣壓p，保持電流I不變，讀出電壓表示數U，計算出對應的金屬絲阻值；(3)根據測量數據繪制R-p關系圖線，如圖(d)所示；(4)(2分)如果玻璃管內氣壓是0.5個標準大氣壓，保持電流為100mA，電壓表指針應該在圖(c)指針位置的側(填“左”或“右”)；

(5)(2分)若電壓表是非理想電壓表，則金屬絲電阻的測量值真實值(填“大于”“小于”或“等于”)。

3.(2023·海南卷·15)用如圖所示的電路測量一個量程為100μA，內阻約為2000Ω的微安表頭的內阻，所用電源的電動勢約為12V，有兩個電阻箱可選，R1(0~9999.9Ω)，R2(0~99999.9Ω)(1)(2分)RM應選，RN應選；

(2)(1分)根據電路圖，請把實物連線補充完整；(3)(1分)下列操作順序合理排列是；

①將變阻器滑動頭P移至最左端，將RN調至最大值；②閉合開關S2，調節RM，使微安表半偏，并讀出RM阻值；③斷開S2，閉合S1，調節滑動頭P至某位置再調節RN使表頭滿偏；④斷開S1、S2，拆除導線，整理好器材(4)(2分)如圖是RM調節后面板，則待測表頭的內阻為，該測量值(填“大于”“小于”或“等于”)真實值。

(5)(2分)將該微安表改裝成量程為2V的電壓表后，某次測量指針指在圖示位置，則待測電壓為V(保留3位有效數字)。

(6)(2分)某次半偏法測量表頭內阻的實驗中，S2斷開，電表滿偏時讀出RN值，在滑動頭P不變，S2閉合后調節電阻箱RM，使電表半偏時讀出RM，若認為OP間電壓不變，則微安表內阻為(用RM、RN表示)。

答案精析高頻考點練1.(1)2.450(2)1(3)1.90(1.89、1.91均可)(4)大于解析(1)根據螺旋測微器的讀數規則可知，其讀數為d=2mm+0.01×45.0mm=2.450mm(2)由于電壓表示數變化更明顯，說明電流表分壓較多，因此電流表應采用外接法，即測量鉛筆芯電阻時應將K擲到1端；(3)根據題圖丙的I-U圖像，結合歐姆定律有RY=1.90V1.00A=1.90(4)根據電阻定律R=ρl可得ρ=RS因兩種材料的橫截面積近似相等，分別代入數據可知ρX>ρY。2.(1)B(2)a→b5.2解析(1)電容器充電過程中，當電路剛接通后，電流表示數從0增大到某一最大值，后隨著電容器的不斷充電，電路中的充電電流在減小，當充電結束電路穩定后，此時電路相當于開路，電流為0。故選B。(2)根據電路圖可知充電結束后電容器上極板帶正電，將S1接2，電容器放電，此時通過定值電阻R的電流方向a→b；t=2s時I=1.10mA，可知此時電容器兩端的電壓為U2=IR，電容器開始放電前兩端電壓為12.3V，根據I-t圖像與橫軸圍成的面積表示放電量可得0~2s間的放電量為Q1=ΔU·C=(12.3V-1.10×10-3A×R)C2s后到放電結束間放電量為Q2=ΔU'·C=1.10×10-3A·RC根據題意Q1Q2=87，解得R≈53.(1)見解析圖(3)a(6)1.4017解析(1)為了保持流過傳感器的電流恒定，電阻型氧氣傳感器兩端的電壓調節范圍較大，所以滑動變阻器采用分壓式接法，由于毫安表內阻可忽略，所以毫安表采用內接法，實物連接圖如圖所示(3)為了保護電路，閉合開關前，需要電阻型氧氣傳感器兩端的電壓為零，故滑動變阻器的滑片滑到a端；(6)由題圖(c)可知，電壓表的分度值為0.1V，需要估讀到分度值下一位，其讀數為1.40V；當氣瓶的氧氣含量為20%時，電壓表的示數為1.40V，在題圖(b)中描出該點，用平滑的曲線將各點連接起來，如圖所示可知電壓表的示數為1.50V時，此瓶氣體的氧氣含量為17%。4.(1)CAB負極、正極×1001.6(2)R1a(3)UR0U1-U解析(1)利用多用電表粗測待測電壓表的內阻。首先應選擇歐姆擋，將多用電表選擇開關置于歐姆擋“×10”位置；接著將紅、黑表筆短接；進行歐姆調零，使指針指向零歐姆。故操作順序為CAB。多用電表使用時電流應“紅進黑出”，電壓表電流應“+”接線柱進“-”接線柱出，故將多用電表的紅、黑表筆分別與待測電壓表的負極、正極相連。讀數時歐姆表的指針位置如題圖(a)中虛線Ⅰ所示，偏轉角度較小即倍率選擇過小，為了減少測量誤差，應將選擇開關旋轉到歐姆擋倍率較大處，而根據表中數據可知選擇“×1k”倍率又過大，故應選擇歐姆擋“×100”位置；測量得到指針位置如題圖(a)中實線Ⅱ所示，則實驗小組測得到的該電壓表內阻為R=16.0×100Ω=1.6kΩ(2)題圖(b)所示的電路，滑動變阻器采用的是分壓式接法，為了方便調節，應選最大阻值較小的滑動變阻器即R1；為保護電路，且測量電路部分電壓從零開始調節，閉合開關S前，滑動變阻器的滑片應置于a端。(3)通過待測電壓表的電流大小與定值電阻電流相同，為I=U根據歐姆定律得待測電壓表的內阻為RV=UI=(4)測量得到U1=4.20V，U=2.78V，代入待測電壓表的內阻表達式RV=U則待測電壓表內阻RV=2.78×8004.20-2.78≈1566Ω≈1.57kΩ。補償強化練1.(1)見解析圖(2)40(3)充電B(4)1.8×10-5解析(1)根據電路圖連接實物圖，如圖所示(2)由題圖(c)可知周期T=25×10-3s，所以該矩形波的頻率為f=1T=40(3)由題圖(d)可知，B點前后電容器兩端的電壓在慢慢增大，即電容器處于充電狀態；從圖中可得出，A點為放電快結束階段，B點為充電開始階段，所以在B點時通過電阻R的電流更大。(4)由題圖(e)可知，當f=45Hz時，電容器此時兩端的電壓最大值約為Um=3.77V根據電容的定義式C=QU得此時電容器所帶電荷量的最大值為Qm=CUm=4.7×10-6×3.77C≈1.8×10-5C2.(1)1.23(1.22、1.24、1.25、1.26均可)12.3(12.2、12.4、12.5、12.6均可)(4)右(5)小于解析(1)電壓表量程為3V，分度值為0.1