2023高中物理步步高大一輪 第九章 專題強化十六　電學實驗基礎

1、專題強化十六電學實驗基礎目標要求1.會分析電學實驗的誤差，會通過改進電路減少系統(tǒng)誤差.2.掌握常用儀器的讀數(shù)方法.3.理解電表改裝的原理.4.會根據電路原理圖連接實驗器材題型一常用儀器的讀數(shù)一、螺旋測微器1構造：如圖所示，B為固定刻度，E為可動刻度2原理：固定刻度B的螺距為0.5 mm，即旋鈕D每旋轉一周，測微螺桿F前進或后退0.5 mm，而可動刻度E上有50個等分刻度，每轉動一小格，F(xiàn)前進或后退0.01 mm，即螺旋測微器的精確度為0.01 mm.讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺3讀數(shù)：測量值(mm)固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)可動刻度數(shù)(估讀一位)0

2、.01(mm)如圖所示，固定刻度示數(shù)為2.0 mm，半毫米刻度線未露出，可動刻度示數(shù)為15.0，最后的讀數(shù)為：2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm.二、游標卡尺1構造：主尺，游標尺(主尺和游標尺上各有一個內、外測量爪)，游標卡尺上還有一個深度尺(如圖所示)2用途：測量厚度、長度、深度、內徑、外徑3原理：利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度的差值制成不管游標尺上有多少個小等分刻度，它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1 mm.常見的游標卡尺的游標尺上小等分刻度有10個的、20個的、50個的，其規(guī)格見下表：刻度格數(shù)(分度)刻度總長度每小格與1 mm的差值精確度(可精確到

3、)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm4.讀數(shù)：從主尺上讀出整毫米數(shù)x，然后再從游標尺上找出第k條刻度線與主尺上某一刻度線對齊，即記錄結果表示為(xk精確度) mm.三、常用電表的讀數(shù)對于電壓表和電流表的讀數(shù)問題，首先要弄清電表量程，即指針指到最大刻度時電表允許通過的最大電壓或電流，然后根據表盤總的刻度數(shù)確定精確度，按照指針的實際位置進行讀數(shù)即可(1)03 V的電壓表和03 A的電流表的讀數(shù)方法相同，此量程下的精確度分別是0.1 V和0.1 A，看清楚指針的實際位置，讀到小數(shù)點后面兩位(2)對于015 V量程的

4、電壓表，精確度是0.5 V，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面一位，這時要求“eq f(1,5)格估讀”，即讀到0.1 V.(3)對于00.6 A量程的電流表，精確度是0.02 A，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面兩位，這時要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01 A.1為了讀數(shù)更精確，游標卡尺也需要估讀()如圖，讀作11.40 mm2游標卡尺主尺上的數(shù)字對應的單位為cm.()3如圖，游標卡尺讀數(shù)為5.20 mm.()4如上圖，游標卡尺讀數(shù)為50.20 mm，可簡化寫為50.2 mm.() 考向1游標卡尺、螺旋測微器的讀數(shù)例1(1)如圖甲所示的三把游標卡尺，它們的游標尺從上至下分別為9 mm長10

5、等分、19 mm長20等分、49 mm長50等分，它們的讀數(shù)依次為_ mm，_ mm，_ mm.(2)使用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖乙所示，則金屬絲的直徑是_ mm.答案(1)17.723.853.18(2)2.100解析(1)題圖甲最上面游標卡尺：主尺讀數(shù)為17 mm，游標尺讀數(shù)為70.1 mm0.7 mm，最后結果是17 mm0.7 mm17.7 mm.題圖甲中間游標卡尺：主尺讀數(shù)為23 mm，游標尺讀數(shù)為170.05 mm0.85 mm，最后結果是23 mm0.85 mm23.85 mm.題圖甲最下面游標卡尺：主尺讀數(shù)為3 mm，游標尺讀數(shù)為90.02 mm0.18 mm，最后

6、結果是3 mm0.18 mm3.18 mm.(2)固定刻度示數(shù)為2.0 mm，可動刻度示數(shù)為10.00.01 mm0.100 mm，最后的讀數(shù)為2.0 mm0.100 mm2.100 mm. 考向2電壓表、電流表和電阻箱的讀數(shù)例2(1)如圖甲所示的電表使用0.6 A量程時，對應刻度盤上每一小格代表_A，圖中表針示數(shù)為_ A；當使用3 A量程時，對應刻度盤中每一小格代表_ A，圖中表針示數(shù)為_ A.(2)如圖乙所示的電表使用較小量程時，每小格表示_ V，圖中表針的示數(shù)為_ V；若使用的是較大量程，則這時表盤刻度每小格表示_ V，圖中表針示數(shù)為_ V.(3)旋鈕式電阻箱如圖丙所示，電流從接線柱A流

7、入，從B流出，則接入電路的電阻為_ .現(xiàn)欲將接入電路的電阻改為2 087 ，最簡單的操作方法是_若用兩個這樣的電阻箱，則可得到的電阻值范圍為_答案(1)0.020.440.12.20(2)0.11.700.58.5(3)1 987將“1 k”擋旋鈕調到2，再將“100”擋旋鈕調到0019 998 解析(1)使用0.6 A量程時，刻度盤上的每一小格為0.02 A，表針示數(shù)為0.44 A；當使用3 A量程時，每一小格為0.1 A，表針示數(shù)為2.20 A.(2)電壓表使用3 V量程時，每小格表示0.1 V，表針示數(shù)為1.70 V；使用15 V量程時，每小格表示0.5 V，表針示數(shù)為8.5 V.(3)

8、電阻為1 987 .最簡單的操作方法是先將“1 k”擋旋鈕調到2，再將“100”擋旋鈕調到0.每個電阻箱的最大阻值是9 999 ，用這樣的兩個電阻箱串聯(lián)可得到的最大電阻是29 999 19 998 ，故用兩個這樣的電阻箱，可得到的電阻范圍為019 998 .測電壓或電流時，電表精確度為1,0.1,0.01的估讀到下一位；精確度為2,0.2,0.02,5,0.5,0.05，末位為2和5的，讀數(shù)時只讀到與最小刻度位數(shù)相同即可題型二電表改裝電表的兩種改裝的比較改裝成大量程電壓表改裝成大量程電流表內部電路改裝原理串聯(lián)分壓并聯(lián)分流所需電阻阻值Req f(U,Ig)RgReq f(Ug,IIg)改裝后的量

9、程UIg(RgR)Ieq f(RRg,R)Ig校準電路例3(2018全國卷22)某同學組裝一個多用電表可選用的器材有：微安表頭(量程100 A，內阻900 )；電阻箱R1(阻值范圍0999.9 )；電阻箱R2(阻值范圍099 999.9 )；導線若干要求利用所給器材先組裝一個量程為1 mA的直流電流表，在此基礎上再將它改裝成量程為3 V的直流電壓表組裝好的多用電表有電流1 mA和電壓3 V兩擋回答下列問題：(1)在虛線框內畫出電路圖并標出R1和R2，其中*為公共接線柱，a和b分別是電流擋和電壓擋的接線柱(2)電阻箱的阻值應取R1_，R2_.(保留到個位)答案(1)見解析圖(2)1002 910

10、解析(1)如圖所示(2)接a時改裝成量程為1 mA的電流表，有IgRg(IIg)R1解得R1100 接b時改裝成量程為3 V的電壓表，有UIgRgIR2解得R22 910 .例4(多選)四個相同的小量程電流表(表頭)分別改裝成兩個電流表A1、A2和兩個電壓表V1、V2.已知電流表A1的量程大于A2的量程，電壓表V1的量程大于V2的量程，改裝好后把它們按如圖所示連接法連入電路，則()A電流表A1的讀數(shù)大于電流表A2的讀數(shù)B電流表A1指針的偏轉角小于電流表A2指針的偏轉角C電壓表V1的讀數(shù)小于電壓表V2的讀數(shù)D電壓表V1指針的偏轉角等于電壓表V2指針的偏轉角答案AD解析電流表A1與電流表A2由相同

11、表頭與不同電阻并聯(lián)改裝而成，并聯(lián)在電路中，電流表A1與電流表A2的指針偏轉角相同，電流表A1的量程較大，則電流表A1的讀數(shù)較大，A正確，B錯誤；電壓表V1與電壓表V2由相同表頭與不同電阻串聯(lián)改裝而成，串聯(lián)在電路中，通過表頭的電流相同，故指針的偏轉角相同，因V1量程較大，所以電壓表V1的讀數(shù)大于電壓表V2的讀數(shù)，C錯誤，D正確題型三測量電路與控制電路的選擇1電流表的內、外接法內接法外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測UxUA電壓表分流I測IxIV電阻測量值R測eq f(U測,I測)RxRARx測量值大于真實值R測eq f(U測,I測)eq f(RxRV,RxRV)eq r(RARV)時，選用電流表

12、內接法當RVRx或Rxeq r(RARV)時，選用電流表外接法2.滑動變阻器兩種連接方式的對比限流接法分壓接法對比說明電路圖串、并聯(lián)關系不同負載R上電壓調節(jié)范圍(不計電源內阻)eq f(RE,RR0)UE0UE分壓電路調節(jié)范圍大閉合S前觸頭位置b端a端都是為了保護電路元件3.滑動變阻器兩種接法的選擇滑動變阻器的最大阻值和用電器的阻值差不多且不要求電壓從零開始變化，通常情況下，由于限流式結構簡單、耗能少，優(yōu)先使用限流式滑動變阻器必須接成分壓電路的幾種情況：要求電壓表能從零開始讀數(shù)，要求電壓(電流)測量范圍盡可能大；當待測電阻RxR(滑動變阻器的最大阻值)時(限流式接法滑動變阻器幾乎不起作用)；若

13、采用限流式接法，電路中的最小電流仍超過電路中電表、電阻允許的最大電流 考向1電流表的內、外接法例5(2020全國卷22)某同學用伏安法測量一阻值為幾十歐姆的電阻Rx，所用電壓表的內阻為1 k，電流表內阻為0.5 .該同學采用兩種測量方案，一種是將電壓表跨接在圖(a)所示電路的O、P兩點之間，另一種是跨接在O、Q兩點之間測量得到如圖(b)所示的兩條UI圖線，其中U與I分別為電壓表和電流表的示數(shù)回答下列問題：(1)圖(b)中標記為的圖線是采用電壓表跨接在_(填“O、P”或“O、Q”)兩點的方案測量得到的(2)根據所用實驗器材和圖(b)可判斷，由圖線_(填“”或“”)得到的結果更接近待測電阻的真實值

14、，結果為_ (保留1位小數(shù))(3)考慮到實驗中電表內阻的影響，需對(2)中得到的結果進行修正，修正后待測電阻的阻值為_ (保留1位小數(shù))答案(1)O、P(2)50.5(3)50.0解析(1)若通過Rx的電流相等，由題圖(b)知圖線對應的電壓值較大，由Req f(U,I)可知圖線所測電阻較大，圖線所測電阻較小，則圖線是采用電壓表跨接在O、P兩點的方案測量得到的(2)由題圖(b)可得圖線測得電阻阻值Req f(3.001.00,59.620.0103) 50.5 ，圖線測得電阻阻值 Req f(3.000.95,64.020.0103) 46.6 ，待測電阻阻值約為50 ，eq f(RV,Rx)e

15、q f(1 000 ,50 )20，eq f(Rx,RA)eq f(50 ,0.5 )100，因eq f(RV,Rx)0.6 mA，解得R2.86 k故電阻R應該選用的阻值為2 k.(2)實物圖如圖所示(3)為避免電流表、電壓表在開關S閉合時示數(shù)超出量程，閉合開關S前，滑動變阻器的滑動端應滑動到最左端(4)據部分電路歐姆定律可得，電壓表內阻為RVeq f(U,If(U,R)eq f(RU,RIU).課時精練1某同學要測量一個由新材料制成的均勻圓柱體的電阻率.步驟如下：(1)用20分度的游標卡尺測量其長度如圖甲所示，可知其長度為_ mm.(2)用螺旋測微器測量其直徑如圖乙所示，可知其直徑為_ m

16、m.答案(1)50.15(2)4.700解析(1)游標卡尺讀數(shù)為L50 mm30.05 mm50.15 mm.(2)螺旋測微器的讀數(shù)為d4.5 mm20.00.01 mm4.700 mm.2如圖，螺旋測微器的讀數(shù)為_ mm；電壓表的讀數(shù)為_ V，電流表的讀數(shù)為_ A.答案0.6952.600.52解析螺旋測微器的讀數(shù)為0.5 mm0.01 mm19.50.695 mm；電壓表的讀數(shù)為2.60 V；電流表的讀數(shù)為0.52 A.3有一個電阻Rx，其阻值大約是10 ，請選擇適當?shù)钠鞑?，以便測量其阻值可供選擇的電路如圖甲、乙所示，可供選擇的器材如下：A電動勢為4.5 V、內阻不計的電源EB量程為015

17、 V、內阻10 k的電壓表V1C量程為03 V、內阻6 k的電壓表V2D量程為0300 mA、內阻4 的電流表A1E量程為05 A、內阻2 的電流表A2F最大阻值20 、額定電流1.5 A的滑動變阻器R1G最大阻值500 、額定電流0.5 A的滑動變阻器R2H開關和若干根導線則選用的電路是_(選填“甲”或“乙”)，選用的器材有_(填器材前的字母)答案甲ACDFH解析Rx的阻值大約為10 ，與電流表內阻接近，因此采用電流表外接法；同時Rx的阻值小于滑動變阻器的最大阻值，因而采用限流式接法，故選用題圖甲電路實驗需要選擇電源、開關和導線，故器材應選A、H；電源電動勢E4.5 V，根據閉合電路歐姆定律

18、有EIm(RxRA)，若采用電流表A1，則Imeq f(4.5,14) A0.321 A321 mA，若采用電流表A2，則Imeq f(4.5,12) A0.375 A375 mA，因電流表指針要偏轉到量程的eq f(1,3)以上，故電流表選D；Rx兩端的電壓UImRx0.32110 V3.21 V，因而電壓表選C；滑動變阻器R2的最大阻值為500 ，與Rx偏差太大，因此滑動變阻器選F.綜上選用的器材有A、C、D、F、H.4(2022江西景德鎮(zhèn)市景德鎮(zhèn)一中高三期末)某實驗小組要測量一根鎳鉻合金絲通過額定電流(0.4 A)時的電阻把合金絲繞成螺線圈固定在接線板上，提供的實驗器材如圖乙所示：直流電

19、源、電流表、電壓表、滑動變阻器(最大阻值50 )、開關和導線若干(1)采用如圖甲所示的電路測電阻時，電壓表一端接線固定，另一端接線接a點，調節(jié)滑動變阻器，使得電流表示數(shù)為0.40 A，此時電壓表示數(shù)為10.0 V；保持滑動變阻器滑片位置不變，電壓表另一端接b點時，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)幾乎不變，電壓表示數(shù)變?yōu)?0.5 V那么本實驗中電壓表另一端接線接_點時，得到的結果更接近合金絲電阻的真實值，此時電阻的測量值為_ .(計算結果保留三位有效數(shù)字)(2)實驗之前滑動變阻器滑片的位置如圖乙所示，根據第(1)問的解答，為保證實驗的安全性，請你用筆畫線代替導線把乙圖的電路連接完整答案(1)a25.0(2)見解析

20、圖解析(1)電壓表一端接線固定，另一端接線接a點換為接b點時，電流表示數(shù)幾乎不變，但電壓表示數(shù)變化較大，說明電流表內阻對實驗影響較大，電壓表內阻對實驗幾乎沒有影響，所以應該采用電流表外接法，即電壓表另一端接線接a點時，得到的結果更接近合金絲電阻的真實值此時電阻的測量值為Rxeq f(Ua,Ia)25.0 ；(2)為了保證實驗的安全性，開關閉合前滑動變阻器接入電路的阻值應該調到最大，所以滑動變阻器下方接線柱接右下方；由于電壓表的示數(shù)能夠達到10.0 V，所以電源電動勢應該選12 V的，電壓表量程選15 V，如圖所示5某同學要測量一個未知電阻的阻值，實驗室提供的器材有：A電流表A1：量程為03 m

21、A，內阻r1約為15 B電流表A2：量程為01.5 mA，內阻r2為25 C定值電阻R1：R19 975 D定值電阻R2：R21 975 E滑動變阻器R3：最大阻值為10 F電源E，電動勢為3 V，內阻很小但不可忽略G開關S及導線若干(1)該同學根據實驗器材設計了如圖所示的測量電路，閉合開關S之前，滑動變阻器R3的滑片應置于_(填“最左端”或“最右端”)(2)實驗中需要量程為03 V的電壓表，則電路圖中的電流表應選擇_，定值電阻R應選擇_(均填器材前面的序號)(3)調節(jié)滑動變阻器，將滑動變阻器的滑片置于合適的位置，若此時電流表A1的示數(shù)為I1，電流表A2的示數(shù)為I2，則待測電阻Rx_(用物理量

22、的符號表示)答案(1)最左端(2)BD(3)eq f(I2r2R2,I1I2)解析(1)為了實驗安全，閉合開關S之前，應使電路中電流從最小值開始調節(jié)，滑動變阻器采用分壓接法，故應將滑片置于最左端(2)只有內阻已知的電流表才能改裝成電壓表，所以電流表選擇B.根據電壓表改裝原理可得Req f(UIA2r2,IA2)eq f(31.510325,1.5103) 1 975 ，故定值電阻應選擇D.(3)由串、并聯(lián)電路的特點和閉合電路歐姆定律有I2(r2R2)(I1I2)Rx解得Rxeq f(I2r2R2,I1I2).6(2022四川攀枝花市高三模擬)電阻Rx的阻值在35 k間，現(xiàn)要測量其電阻，實驗室提

23、供了下列器材： 電壓表V(量程3 V，內阻約為30 k)電流表A1(量程100 A，內阻約為100 )電流表A2(量程1 mA，內阻約為10 )滑動變阻器R(最大電阻500 )電源E(電動勢4 V)開關S及導線若干某課外活動小組設計了如圖甲所示的測量電路進行了實驗，請回答下列問題：(1)電路中電流表應選用上述器材中的_(填寫字母代號)；(2)閉合開關S前，滑動變阻器的滑動觸頭P應在_(選填“a”或“b”)端；(3)請根據圖甲所示的電路圖，在圖乙中將實物連接補充完整；(4)實驗中得到的IU圖線如圖丙中的實線d所示，電阻Rx的測量值為_ k.(5)由于本實驗存在誤差，你認為電阻Rx的真實IU圖線應

24、為圖丙中圖線_(選填“c” 或“e”)(6)某同學對圖甲中虛線框內的電路進行修改，并從上述器材中選用適當?shù)钠鞑模O計出了測量電壓表V內阻的電路，請在方框內畫出該同學修改部分的電路，并在圖中標出所選用的器材答案(1)A2(2)a(3)見解析圖(4)4(5)c(6)見解析圖解析(1)當電壓表滿偏時，電路中的電流最大，為Ieq f(U,Rx)eq f(3,3 000) A1 mA，故電流表選擇A2(2) 滑動變阻器為分壓接法，為了保護電路，閉合開關前應使并聯(lián)部分的電壓為零，故滑動觸頭P應在a端(3)按實驗電路圖將實物圖補充完整，如圖所示(4)根據IU圖像求得電阻Rxeq f(U1,I1)eq f(2,0.5103) 4.0 k(5)本次實驗是用電流表的內接法測電阻的，所