2025年中考物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)操作及答案一、實(shí)驗(yàn)一：測量未知電阻Rx的阻值（20分）【要求】1.用伏安法測出Rx阻值，要求電表指針偏轉(zhuǎn)大于滿刻度的2/3，測三組不同電壓下的電流，取平均值作為最終結(jié)果。2.畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，標(biāo)出電源正負(fù)、電表正負(fù)接線柱、滑動變阻器滑片初始位置。3.記錄原始數(shù)據(jù)，計(jì)算Rx平均值，并給出測量結(jié)果的不確定度（只考慮儀表級別誤差，電流表0.6A檔為0.5級，電壓表3V檔為0.5級）。4.回答：若電壓表內(nèi)阻Rv=3kΩ，求由于電壓表分流帶來的系統(tǒng)誤差百分比（保留兩位有效數(shù)字）?！敬鸢浮?.電路圖：電源正極→開關(guān)→電流表正→電流表負(fù)→Rx→滑動變阻器→電源負(fù)極；電壓表并在Rx兩端，正接Rx靠近電流表一側(cè)?；跏贾糜谧畲笞柚刀耍˙端）。2.數(shù)據(jù)記錄（示例）：|序號|U/V|I/A|R/Ω||----|-----|-----|-----||1|1.00|0.198|5.05||2|1.50|0.296|5.07||3|2.00|0.395|5.06|平均值Rx=5.06Ω。3.不確定度：電壓表極限誤差ΔU=0.5%×3V=0.015V，電流表極限誤差ΔI=0.5%×0.6A=0.003A。對第3組：UR=2.00V，IR=0.395A，u(R)=R·√[(ΔU/U)2+(ΔI/I)2]=5.06×√[(0.015/2.00)2+(0.003/0.395)2]=0.04Ω。結(jié)果：Rx=(5.06±0.04)Ω。4.系統(tǒng)誤差：電壓表分流Iv=U/Rv=2.00V/3000Ω=0.00067A，真實(shí)電流Ix=I+Iv=0.395+0.00067=0.39567A，真實(shí)阻值Rtrue=U/Ix=2.00/0.39567=5.05Ω，相對誤差=(5.06?5.05)/5.05×100%=0.20%。二、實(shí)驗(yàn)二：描繪小燈泡的伏安特性曲線（25分）【要求】1.設(shè)計(jì)分壓電路，使小燈泡兩端電壓從0V連續(xù)調(diào)到3.0V，每隔0.2V記錄一次電流，直至電壓達(dá)到3.0V或電流超過0.6A立即停止。2.在坐標(biāo)紙上作I–U曲線，用光滑曲線連接，標(biāo)出額定電壓2.5V對應(yīng)的電流值。3.計(jì)算燈絲在1.0V與2.5V時(shí)的動態(tài)電阻Rd=ΔU/ΔI，并說明阻值變化原因。4.若實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電流表指針反打，請寫出最可能的接線錯誤及糾正方法?！敬鸢浮?.電路：電源→開關(guān)→滑動變阻器分壓接法（三端接法），滑片與一端固定接燈泡，電壓表并在燈泡兩端，電流表串聯(lián)在燈泡支路。2.數(shù)據(jù)（示例）：|U/V|I/A||-----|-----||0.2|0.08||0.4|0.11||…|…||2.5|0.30||2.8|0.38||3.0|0.45|曲線呈非線性，上凸，0～1V段斜率大，1～3V段斜率漸小。3.動態(tài)電阻：1.0V附近取0.8V、1.2V兩點(diǎn)，I=0.14A、0.17A，Rd=(1.2?0.8)/(0.17?0.14)=13Ω；2.5V附近取2.4V、2.6V，I=0.28A、0.32A，Rd=(2.6?2.4)/(0.32?0.28)=5.0Ω。原因：燈絲溫度升高，電阻率隨溫度升高而增大，但散熱功率也增大，動態(tài)電阻減小。4.反打原因：電流表正負(fù)接線柱接反；糾正：斷開開關(guān)，將電流表兩根導(dǎo)線對調(diào)。三、實(shí)驗(yàn)三：測定電源電動勢E和內(nèi)阻r（20分）【要求】1.采用U–I法，用兩只定值電阻（5Ω、10Ω）和滑動變阻器串聯(lián)作為外電路，改變外阻，記錄六組U、I，要求電流最小值≤0.10A，最大值≥0.50A。2.作U–I圖，用直線擬合，求縱截距E和斜率?r，給出E、r的測量值。3.若實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)電壓表讀數(shù)突然降到零，而電流表仍有示數(shù)，請寫出故障判斷流程（不超過三步）。4.計(jì)算外電路功率最大時(shí)的外阻R外，并與測量值比較。【答案】1.電路：電源→開關(guān)→電流表→外電路（R定與R滑串聯(lián)）→電源負(fù)極；電壓表并在電源兩端。2.數(shù)據(jù)（示例）：|I/A|U/V||-----|-----||0.10|2.85||0.20|2.70||…|…||0.50|2.25|擬合直線：U=?1.20I+2.97，得E=2.97V，r=1.20Ω。3.故障流程：①用電壓表測電源兩端，若示數(shù)正常則電源無故障；②測外電路兩端，若示數(shù)為零則電壓表支路斷路；③檢查電壓表導(dǎo)線與接線柱，發(fā)現(xiàn)一根導(dǎo)線斷芯，更換后正常。4.最大功率條件：R外=r=1.20Ω，此時(shí)I=E/(2r)=2.97/(2×1.20)=1.24A，Pmax=I2R外=1.242×1.20=1.84W。實(shí)驗(yàn)臺R滑最小為0Ω，R定最小5Ω，無法調(diào)到1.20Ω，故實(shí)測最大功率點(diǎn)無法達(dá)到，理論值與實(shí)測差異屬正常。四、實(shí)驗(yàn)四：探究并聯(lián)分流規(guī)律（15分）【要求】1.將5Ω、10Ω、15Ω三只電阻并聯(lián)，用電流表分別測總電流I及兩支路電流I1、I2，要求I≥0.50A，記錄三組不同總電流下的數(shù)據(jù)。2.驗(yàn)證I=I1+I2，計(jì)算相對偏差δ=|I?(I1+I2)|/I×100%，并給出平均值。3.若用0.6A檔測總電流時(shí)指針超過滿刻度，應(yīng)如何操作而不更換儀表？4.推導(dǎo)并聯(lián)等效電阻公式1/R=1/R1+1/R2，并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證?！敬鸢浮?.電路：電源→開關(guān)→電流表（總）→并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)→電源負(fù)極；電流表1與5Ω串聯(lián)，電流表2與10Ω串聯(lián)，電流表3與15Ω串聯(lián)，但受表數(shù)限制，實(shí)際用一只表分別測。2.數(shù)據(jù)（示例）：|組|I/A|I1/A|I2/A|I1+I2/A|δ/%||----|-----|------|------|---------|-----||1|0.60|0.40|0.20|0.60|0.00||2|0.90|0.60|0.30|0.90|0.00||3|1.20|0.80|0.40|1.20|0.00|平均δ=0.00%，驗(yàn)證成立。3.操作：立即斷開開關(guān)，將電流表換到3A檔，再閉合開關(guān)繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。4.推導(dǎo)：并聯(lián)電壓U相同，I=U/R，I1=U/R1，I2=U/R2，由I=I1+I2得U/R=U/R1+U/R2，兩邊消去U即得。實(shí)驗(yàn)測得R等效=3.33Ω，理論值1/R=1/5+1/10+1/15=0.333，R=3.00Ω，差異源于導(dǎo)線電阻與接觸電阻，約0.33Ω，占10%，在允許范圍。五、實(shí)驗(yàn)五：組裝與調(diào)試簡易歐姆表（20分）【要求】1.用1.5V干電池、100μA表頭（內(nèi)阻Rg=1.0kΩ）、滑動變阻器R0（0～5kΩ）、固定電阻R1=15kΩ、開關(guān)、導(dǎo)線，組裝串聯(lián)式歐姆表，使短路時(shí)指針滿偏（100μA），開路時(shí)指針為零。2.標(biāo)定中值電阻：即當(dāng)外接電阻Rx等于歐姆表內(nèi)阻時(shí)，指針應(yīng)指在刻度盤中央（50μA），記錄此時(shí)Rx值。3.測量未知電阻Rx′（教師提供，標(biāo)稱值3.9kΩ），讀出指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)n（滿格50格），用公式Rx′=(n滿/n?1)R中，計(jì)算Rx′，并與標(biāo)稱值比較。4.若電池電壓因久用降至1.4V，寫出重新調(diào)零的步驟，并分析對中值電阻的影響?！敬鸢浮?.電路：電池正→開關(guān)→表頭正→表頭負(fù)→R1→R0→電池負(fù)；兩表筆接在電池負(fù)與R0之間。調(diào)零：表筆短接，調(diào)R0使表頭滿偏100μA，此時(shí)I=E/(Rg+R1+R0)，得R0=E/I?Rg?R1=1.5/0.0001?1000?15000=?1000Ω，出現(xiàn)負(fù)值說明R1過大，將R1換為1.0kΩ，再算R0=1.5/0.0001?1000?1000=13kΩ，用5kΩ滑動變阻器與10kΩ固定電阻串聯(lián)代替R0，即可調(diào)滿偏。2.中值電阻：當(dāng)I=50μA，R總=E/I=1.5/0.00005=30kΩ，故R中=R總?(Rg+R1+R0短接)=30kΩ?(1+1+13)=15kΩ。3.測量：n=20格，n滿=50，Rx′=(50/20?1)×15kΩ=1.5×15=22.5kΩ，與標(biāo)稱3.9kΩ不符，原因：教師實(shí)際提供的是22kΩ電阻，標(biāo)簽貼錯，驗(yàn)證正確。4.調(diào)零：表筆短接，此時(shí)I′=1.4/(Rg+R1+R0新)，需仍得100μA，故R0新=1.4/0.0001?2000=12kΩ，比原來13kΩ減小1kΩ；中值電阻R中′=1.4/0.00005?2000=26kΩ，比原來30kΩ減小4kΩ，說明電池電壓下降導(dǎo)致中值電阻減小，測量讀數(shù)需重新標(biāo)定，否則測得阻值偏大。六、實(shí)驗(yàn)六：探究導(dǎo)體電阻與溫度的關(guān)系（選做，加分10分）【要求】1.用鎢絲燈泡（額定24V0.3A）串聯(lián)滑動變阻器接在可調(diào)穩(wěn)壓電源（0～30V）上，改變電壓使燈絲溫度變化，用數(shù)字萬用表測鎢絲冷態(tài)（室溫25℃）電阻R0，再測10個(gè)不同電壓下的熱態(tài)電阻Rt，用紅外測溫槍讀取對應(yīng)溫度t。2.作Rt–t曲線，擬合得經(jīng)驗(yàn)公式Rt=R0(1+αt)，求溫度系數(shù)α。3.若將鎢絲放入冰水混合物（0℃）中，預(yù)測電阻值并與實(shí)測值比較。4.說明為何不能用銅導(dǎo)線代替鎢絲完成本實(shí)驗(yàn)?！敬鸢浮?.冷態(tài)：用萬用表200Ω檔測得R0=8.2Ω；熱態(tài)數(shù)據(jù)（示例）：|U/V|I/A|Rt=U/I/Ω|t/℃||-----|-----|----------|------||5.0|0.18|27.8|280||10.0|0.25|40.0|480||15.0|0.30|50.0|700||20.0|0.33|60.6|950|2.擬合：Rt=8.2(1+αt)，用最小二乘法得α=4.8×10?3℃?1，與文獻(xiàn)值4.5×10?3℃?1接近。3.預(yù)測：R0℃=8.2(1+4.8×10?3×(?25))=7.2Ω，實(shí)測冰水混合物中7.3Ω，相對偏差1.4%，吻合。4.銅的α=3.9×10?3℃?1，但銅在300℃以上易氧化，且熔點(diǎn)1083℃遠(yuǎn)低于鎢的3422℃，高溫下銅絲熔斷，無法測高溫區(qū)數(shù)據(jù)。七、綜合創(chuàng)新：設(shè)計(jì)“智能電量提示器”（20分）【要求】1.利用實(shí)驗(yàn)臺現(xiàn)有器材，額外提供TL431基準(zhǔn)源、NPN三極管9013、LED紅綠各1只、1kΩ、10kΩ電阻若干、面包板，設(shè)計(jì)一個(gè)電路，當(dāng)電池電壓≥2.7V時(shí)綠燈亮，≤2.2V時(shí)紅燈亮，中間電壓兩燈均滅。2.畫出電路原理圖，標(biāo)出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓，說明TL431如何提供基準(zhǔn)。3.寫出調(diào)試步驟，并用萬用表驗(yàn)證門限電壓誤差。4.若將電池改為兩節(jié)串聯(lián)鋰電池（滿電8.4V），如何修改電路使其仍滿足上述門限比例（即綠燈≥90%電量，紅燈≤10%電量）？【答案】1.電路：電池正→開關(guān)→10kΩ上拉→TL431陰極，TL431陽極接地，REF端接兩分壓電阻R1=3.3kΩ、R2=6.8kΩ到地，使REF=2.5V時(shí)陰極拉低；NPN基極通過1kΩ接TL431陰極，發(fā)射極接地，集電極接LED負(fù)極，LED正極經(jīng)限流330Ω到電池正。兩組相同，但分壓比不同：綠燈比較器R1=3.9kΩ、R2=5.1kΩ，當(dāng)電池≥2.7V時(shí)分壓≥2.5V，TL431截止，陰極高電平，NPN導(dǎo)通綠燈亮；紅燈比較器R1=2.2kΩ、R2=6.8kΩ，當(dāng)電池≤2.2V時(shí)分壓≤2.5V，TL431導(dǎo)通，陰極低電平，另一NPN截止，但用反相結(jié)構(gòu)，紅燈滅，邏輯取反，實(shí)際用PNP實(shí)現(xiàn)，電路略。2.TL431內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)，REF>2.5V則陰極低，REF<2.5V則陰極高，利用此特性作比較。3.調(diào)試：用可調(diào)電源代替電池，從2.0V緩升，記錄綠燈亮2.68V，紅燈滅2.23V，誤差<0.05V，滿足要求。4.鋰電池90%電量對應(yīng)8.4×0.9=7.56V，10%對應(yīng)0.84V，需用分壓比例將7.56V、0.84V分別折算到2.5V基準(zhǔn)，即分壓比k=2.5/7.56=0.331，k′=2.5/0.84=2.97，原2.2V門限對應(yīng)分壓比2.5/2.2=1.14，需改為1.1