专题55 电学实验基础2022届高中物理常考点归纳二轮复习

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常考点 电学实验基础
【典例1】
如图1，游标卡尺的读数是 mm；如图2，螺旋测微器的读数是 mm。
解：10分度的游标卡尺，精确度是0.1mm，游标卡尺的主尺读数为57mm，游标尺上第3个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为3×0.1mm＝0.3mm，所以最终读数为：57mm+0.3mm＝57.3mm．
螺旋测微器的固定刻度为1mm，可动刻度为10.2×0.01mm＝0.102mm，所以最终读数为1mm+0.102mm＝1.102mm．
答案：57.3；1.102。
【典例2】
(多选题)用伏安法测未知电阻Rx时，若不知Rx的大约数值，为了选择正确的电流表接法以减小误差，可将
仪器如图所示接好，只空出电压表的一个接头K，然后将K分别与a，b接触一下，观察电压表和电流表示
数变化情况，则（ ）
A．若电流表示数有显著变化，K应按a
B．若电流表示数有显著变化，K应按b
C．若电压表示数有显著变化，K应按a
D．若电压表示数有显著变化，K应按b
解：（1）若K从a移到b时，电流表读数有显著变化，说明电压表的分流明显，K应接在b处，故A错误，B正确；
（2）若K从a移到b时，电压表读数有显著变化，说明电流表的分压明显，K应接在a处，故C正确，D错误；
故选：BC。
【典例3】
某同学要将一量程为0～250μA的微安表G（内阻在400～600Ω之间）改装为量程为0～20mA的电流表。
（1）用图甲电路测量微安表G的内阻。先闭合K1，调节电阻箱R，使G表满偏，保持R不变，再闭合K2，调节R'使G表读数为200μA，此时R和R'的阻值分别为48kΩ和2000Ω，则G表的内阻为 Ω。
（2）经计算后将一阻值为R0的定值电阻与微安表G连接，进行改装.然后利用一标准电流表，根据图乙所示电路对改装后的电表进行校准，虚线框内是改装后的电表，请在虚线框中将电路补完整。
（3）当标准电流表的示数为16.0mA时，G表的指针位置如图丙所示，由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是 mA。
（4）若G表内阻测量准确，产生上述问题的一个可能原因是接入电阻R0的阻值 （填“偏小”或“偏大”）。
解：（1）闭合K1，调节电阻箱R，使G表满偏，保持R不变，再闭合K2，调节R'使G表读数为200μA，通过电阻箱的R'的电流为50μA，流过G的电流是流过电阻箱R′的电流的4倍，由并联电路特点可知，G的电阻是电阻箱R′的，则G的内阻Rg＝R′＝×2000Ω＝500Ω。
（2）把微安表改装成电流表，微安表与分流电阻并联，电路图如图所示；
（3）由图丙所示可知，微安表的分度值为5μA，示数为160μA，标准电流表示数为16.0mA，电流表示数是微安表示数的＝100倍，微安表改装后的量程为250×10﹣6×100A＝2.5×10﹣2A＝25mA；
（4）改装后电流表量程偏大，通过分流电阻的电流偏大，说明并联分流电阻偏小。
答案：（1）500；（2）电路图如图所示；（3）25；（4）偏小。
一、螺旋测微器的使用
1．构造：如图所示，B为固定刻度，E为可动刻度．
2．原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退
0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺．
3.读数：测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)．
如图2所示，固定刻度示数为2.0 mm，半毫米刻度线未露出，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm.
二、游标卡尺
1．构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺．(如图所示)
2．用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径．
3．原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成．
不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，其规格见下表：
4.读数：若用x表示从主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(x＋K×精确度) mm.
三．游标卡尺和螺旋测微器的读数示例
游标卡尺的读数应注意以下几点
(1)看清精确度
例如(图)
易错成11 mm＋4×0.1 mm＝11.40 mm
正确的应为11.4 mm，游标卡尺不需要估读，后面不能随意加零或去零；
例如(图)
易错成10 mm＋12×0.05 mm＝10.6 mm，正确的应为10.60 mm.
(2)主尺上的单位应为厘米
主尺上标识的1、2、3等数字通常是指厘米，读数时应将毫米和厘米分清，游标卡尺主尺上的最小刻度是1 mm.
例如(图)
易错成5 mm＋4×0.05 mm＝5.20 mm
正确的应为50 mm＋4×0.05 mm＝50.20 mm.
(3)区分零刻度与标尺最前端
例如(图)
易错成13 mm＋10×0.05 mm＝13.50 mm
正确读数为14 mm＋10×0.05 mm＝14.50 mm.
四、常用电表的读数
对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可．
(1)0～3 V的电压表和0～3 A的电流表的读数方法相同，此量程下的精确度分别是0.1 V和0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位．
(2)对于0～15 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，这时要求“eq \f(1,5)格估读”，即读到0.1 V.
(3)对于0～0.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A.
五、测量电路与控制电路的选择
1．电压表和电流表的内、外接法
(1)两种接法比较
(2)两种电路的选择
①阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法．简单概括为“大内偏大，小外偏小”．
②临界值计算法：
Rxeq \r(RVRA)时，用电流表内接法．
③实验试探法：按图所示接好电路，让连接电压表的导线P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法．
2．滑动变阻器两种连接方式
(1)滑动变阻器两种接法的对比
(2)滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况：
①要求电压表能从零开始读数；
②当待测电阻Rx≫R(滑动变阻器的最大阻值)时；
③若采用限流式接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许的最大电流．
(3)滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且要求电压不从零开始变化，通常情况下，由于限流式结构简单、耗能少，优先使用限流式．
六、电表的改装
1． 电流表 eq \\ac(○,G)原理和主要参数
①电流表G是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用发生偏转的原理制成的，且指什偏角θ与电流强度I成正比，即θ＝kI，故表的刻度是均匀的。
②电流表的主要参数有——表头内阻Rg：即电流表线圈的电阻；满偏电流Ig：即电流表允许通过的最大电流值，此时指针达到满偏；满偏电压Ug：即指针满偏时，加在表头两端的电压，故Ug＝IgRg
2． 电压表和电流表的改装原理
改装后的电压表或电流表，虽然量程扩大了，但通过电流表的最大电流或加在电流表两端的最大电压仍为电流表的满偏电流Ig和满偏电压Ug，只是由于串联电路的分压及并联电路的分流使表的量程扩大了。
七、仪器的选择与实物图的连接
1．电学实验仪器的选择
选择电学实验器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等，一般要考虑四方面因素：
(1)安全因素：通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的最大电流．
(2)误差因素：选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时，其指针应偏转到满偏刻度的eq \f(1,3)以上；使用欧姆表时应选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率挡位．
(3)便于操作：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节．在调节滑动变阻器时，应使其大部分电阻线都被用到．
(4)实验实际：除以上三个因素外，还应注重实验实际，如所用的电源与滑动变阻器的匹配问题等．
2．实物图连接的注意事项
(1)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，按照电路原理图依次到开关，再到滑动变阻器，按顺序以单线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来；其次将要并联的元件再并联到电路中去．
(2)连线时要将导线接在接线柱上，两条导线不能交叉．
(3)要注意电表的量程和正、负接线柱，要使电流从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出．
【变式演练1】
用伏安法测电阻R，按图中甲图测得的结果为R1，按乙图测得的结果为R2，若电阻的真实值为R，则（ ）
R1＞R＞R2B．R1＜R＜R2C．R＞R1，R＞R2D．R1＝R＝R2
解：甲图接法：电压表的示数为R两端的电压和安培表两端的电压之和，即U＝UR+UA 电流表的示数I是通过R的真实值，则R测＝＝＞＝R真 故R1＞R
乙图接法：电流表的示数为通过电阻的电流和电压表的电流之和，即 I＝IR+IV 电压表的示数U是R两端电压的真实值，则R测═＝＜＝R真 故R＞R2
综合可得：R1＞R＞R2 故A正确；BCD错误
【变式演练2】
游标卡尺和螺旋测微器是较为精密的长度测量仪器。
（1）图甲中游标卡尺的读数为 mm。
（2）图乙中螺旋测微器的读数为 mm。
解：游标卡尺的精确度是0.05mm，主尺读数50mm，游标尺上第3个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为3×0.05mm＝0.15mm，所以最终读数为：50mm+0.15mm＝50.15mm；
螺旋测微器的固定刻度为4.5mm，可动刻度为20.0×0.01mm＝0.200mm，所以最终读数为4.5mm+0.200mm＝4.700mm。
【变式演练3】
图为一正在测量中的多用电表表盘．
（1）如果是用直流2.5V挡测量电压，则读数为 V．
（2）如果是用直流5mA挡测量电流，则读数为 mA．
（3）如果是用×100Ω挡测量电阻，则读数为 Ω．
解：（1）如果是用直流2.5V挡测量电压，由图示表盘可知，其分度值为0.05V，则读数为1.63V．
（2）如果是用直流5mA挡测量电流，由图示表盘可知，其分度值为0.1mA，则读数为3.25mA．
（3）如果是用×100Ω挡测量电阻，则读数为：8×100Ω＝800Ω；
故答案为：（1）1.63；（2）3.25；（3）800．
1．小明从实验室拿来了20分度的游标卡尺和螺旋测微器，分别对导体棒的长度L和直径d进行测量。图甲是游标卡尺的测量结果，可知长度L为 cm；在使用螺旋测微器的过程中，该同学发现，在将测砧与测微螺杆并拢后，无法对齐零刻度线，如图乙所示，若继续用此螺旋测微器测量金属丝的直径，读数如图丙所示，则金属丝的直径长为 mm。
解：由图甲游标卡尺可知，游标尺的精度为0.05mm，其读数为：25mm+10×0.05mm＝25.50mm＝2.550cm；
由图丙螺旋测微器可知，其读数为：2.5mm+36.0×0.01mm＝2.860mm
根据图乙和丙可知，金属丝的直径长为：（0.500﹣0.460）mm+2.860mm＝2.900mm。
答案：2.550；2.900
2．用游标卡尺测得某样品的长度如图1所示，其示数L＝ cm，用螺旋测微器测得该样品的外直径如图2所示，其示数d＝ mm；
解：（1）由图1所示游标卡尺可知，游标尺是20分度的，游标尺的精度是0.05mm，其示数是14mm+10×0.05mm＝14.50mm＝1.450cm；
（2）由图2螺旋测微器可知，其示数是6.5mm+20.0×0.01mm＝6.700mm。
答案：（1）1.450；（2）6.700.
3．图甲中游标卡尺的读数为 mm，图乙中螺旋测微器的读数为 mm。
解：图甲中游标卡尺精确度为0.1mm，游标卡尺读数为：29mm+8×0.1mm＝29.8mm；
图乙中螺旋测微器精确度为0.01mm，螺旋测微器读数为：0.5mm+38.0×0.01mm＝0.880mm；
答案：29.8，0.880
4．甲和丙为游标卡尺，乙为螺旋测微器。
图甲游标卡尺的读数为 cm。
图乙螺旋测微器的读数为 mm。
图丙游标卡尺的读数为 mm。
解：甲游标卡尺为10分度，故精度为0.1mm，游标卡尺的主尺读数为29mm，游标尺上第8个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为8×0.1mm＝0.8mm，所以最终读数为：29mm+0.8mm＝29.8mm＝2.98cm。
乙螺旋测微器的固定刻度为5.5mm，可动刻度为18.0×0.01mm＝0.180mm，最终读数为5.5mm+0.180mm＝5.680mm；
丙中游标卡尺为20分度，故精度为0.05mm，游标卡尺的主尺读数为42mm，游标尺上第8个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为8×0.05mm＝0.40mm，所以最终读数为：42mm+0.40mm＝42.40mm。
答案：2.98，5.680；42.40。
在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200Ω，电压表V的内阻的为2kΩ，电流表A的内阻约为10Ω，测量电路中电流表的连接方式如图（a）或图（b）所示，结果由公式Rx＝计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数，若将图（a）和图（b）中电路图测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则 （填“Rx1”或“Rx2”）更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1 （填“大于”、“等于”或“小于”）真实值；若图（b）中电压表内阻为RV，不考虑测量时读数偶然误差，则待测电阻准确值Rx＝ （用RV和Rx2表示）。
解：由于＝20，＝＝10，所以＞，应采用电流表的内接法，故Rx1更加接近待测电阻的真实值，电流表测量的是准确值，而电压表测量值比真实值大，则测量值Rx1比真实值大；
根据部分电路欧姆定律可知
Rx＝
Rx2＝
IV＝
联立解得Rx＝
答案：Rx1，大，
6．某同学利用如图所示的电路测量一表头的电阻。供选用的器材如下：
A．待测表头G1，内阻r1约为300Ω，量程5.0mA；
B．灵敏电流计G2，内阻r2＝300Ω，量程1.0mA；
C．定值电阻R＝1200Ω；
D．滑动变阻器R1＝20Ω；
E．滑动变阻器R2＝2000Ω；
F．电源，电动势E＝3.0V，内阻不计；
H．开关S，导线若干。
（1）在如图所示的实物图上将导线补充完整 ；
（2）滑动变阻器应选 （填写器材前的字母代号）。开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应滑动至 端（填“a”或“b”）；
（3）实验中某次待测表头G1的示数如图所示，应数为 mA；
（4）该同学多次移动滑片P，记录相应的G1、G2读数I1、I2；以I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线。已知图线的斜率k＝0.18，则待测表头内阻r1＝ Ω。
（5）该同学接入电阻R的主要目的是 。
解：（1）根据图示电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示：
（2）因为滑动变阻器要接成分压电路，则应该选择阻值较小的D；开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应滑动至a端；
（3）表头的量程为5mA，由图示表盘可知，其分度值为：0.1mA，待测表头G1的示数为：3.00mA；
（4）由欧姆定律可知：I1r1＝I2（R+r2），即，则，解得：r1＝270Ω；
（5）该同学接入电阻R的主要目的是：保护G2，使两表均能达到接近满偏。
答案：（1）（2）D；a； （3）3.00；（4）270；（5）保护G2，使两表均能达到接近满偏。
7．某研究性学习小组将一量程为Ig＝1mA的灵敏电流计G改装为双量程电流表、双量程电压表和双倍率欧姆表，电路图如图所示，已知电流计内阻Rg＝200Ω，R1＝90Ω，R2＝10Ω，R3＝600Ω，电源的电动势为E＝1.5V，试回答如下问题：
（1）接线柱A应接 （填“红表笔”或“黑表笔”），表笔接在A和D时是 （填“双量程电流表”“双量程电压表”或“双倍率欧姆表”）。
（2）若表笔接在A和C，单刀双掷开关S掷向1时是 （填“电压表”“电流表”或“欧姆表”），量程为 。
（3）双倍率欧姆表的中值电阻分别为 （S掷向1时）和 （S掷向2时）。
解：（1）由图示电路图可知，接线柱A与欧姆表内置电源负极相连，则接线柱A应接红表笔；表笔接在A和D时灵敏电流表G与分流电阻并联，此时是双量程电流表。
（2）由图示电路图可知，若表笔接在A和C，单刀双掷开关S掷向1时G与分压电阻串联，此时是电压表；
单刀双掷开关掷向1时，等效表头的满偏电流I1＝Ig+＝1×10﹣3A+A＝3×10﹣3A＝3mA，
单刀双掷开关掷向2时，等效表头的满偏电流I2＝Ig+＝1×10﹣3A+A＝3×10﹣2A＝30mA，
单刀双掷开关掷向1时电压表量程U1＝I1R3+IgRg＝3×10﹣3×600V+1×10﹣3×200V＝2V。
（3）欧姆表中值电阻等于欧姆表内阻，单刀双掷开关掷向1时，欧姆表的中值电阻R1中＝Ω＝500Ω；单刀双掷开关掷向2时，欧姆表中值电阻阻值R2中＝Ω＝50Ω。
答案：（1）红表笔；双量程电流表；（2）电压表；2V；（3）500Ω；50Ω。
8．实验室有两个电流表，其中电流表的量程为100mA、内阻为2.5Ω，电流表的量程为60mA、内阻为5Ω。
（1）当电流表、并联使用时，可测量的最大电流为 。
A．37.5mA
B．40mA
C．150mA
D．160mA
若将电流表改装成量程为15V的电压表，则应将电流表 （选填“串”或“并”）联一个阻值为 Ω的电阻。
解：（1）电流表A1两端能够施加的最大电压为：U1＝I1R1＝100×10﹣3×2.5V＝0.25V，
电流表A2两端能够施加的最大电压为：U2＝I2R2＝60×10﹣3×5V＝0.3V
当两个电流表并联使用，施加的最大电压为0.25V，此时通过电流表A2的电流为：I′2＝A＝0.05A＝50mA
所以可测量的最大电流为：Im＝I1+I′2＝100mA+50mA＝150mA，故C正确、ABD错误；
（2）将电流表A1改装成电压表，需要串联一个定值电阻，根据串联电路的特点可得：
R＝＝＝147.5Ω。
答案：（1）C；（2）串；147.5。
9．某同学欲将量程为300μA的微安表头G改装成量程为0.3A的电流表A，并用改装后的电流表连接如图所示的电路测量某电阻Rx的值，可供选择的实验器材有：
A.微安表头G（量程0～300μA，内阻Rg＝500Ω）
B.滑动变阻器R
C.电压表V
D.电源E（电动势约为9V）
E.开关、导线若干
回答下列问题：
（1）为将微安表头G改装成量程为0～0.3A的电流表，应选用阻值R0为 Ω的电阻与微安表头G （填“串联”或“并联”）。
（2）接着该同学利用改装后的电流表A，按如图所示电路测量未知电阻Rx的阻值。某次测量时电压表V的示数为1.20V，微安表头G的指针指在原刻度为250μA处，则Rx＝ Ω（结果保留一位小数）。
解：（1）根据“串联分压、并联分流”的原则，要将小量程的电流表改装成大量程的电流表，需要并联一个电阻，
并联的电阻的阻值大小满足R0＝＝Ω≈0.5Ω；
（2）因为改装后的电流表A的内阻RA＝＝Ω≈0.5Ω，
微安表头G的指针指在原刻度为250μA处时，通过Rx的电流为Ix，则有：
解得：Ix＝0.25A
根据欧姆定律可得Rx＝﹣RA＝＝4.3Ω。
答案：（1）0.5；并；（2）4.3。
10．电流表G1的量程为0～5mA，内阻r＝290Ω，把它改装成如图甲所示的一个多量程多用电表。电流挡小量程为0～10mA，大量程为0～100mA；电压挡小量程为0～10V，大量程为0～25V
（1）某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示。若此时开关S端是与“6”相连的，则此多用电表的读数为 。
（2）已知图甲中的电源E′的电动势为15V，当把开关S接到位置4，短接A、B表笔进行欧姆调零后，用该挡测量一个未知电阻阻值，指针偏转到电流表G1满偏刻度的处，则该电阻的阻值为 kΩ。
（3）此多用电表的表笔A为 （“红色”或“黑色”），图中电阻R5＝ Ω。
解：（1）开关S端与“6”相连，作为大量程电压表使用，量程为0～25V，根据电压表读数规则可知，多用电表读数为20.0V；
（2）分析多用电表内部结构，开关S端与“4”相连，则作为欧姆表使用，此时干路电流最大为Im＝10mA，则根据闭合电路欧姆定律可知，E＝，E＝Imr内，联立解得Rx＝6kΩ；
（3）电流从红表笔流入电表，故多用电表的表笔A为红表笔。
当开关S端接“1”时，电流挡的量程为0～100mA，根据电表改装原理可知，Ig（r+R6）＝（I1﹣Ig）R5；当开关S端接“2”时，电流挡的量程为0～10mA，Igr＝（I2﹣Ig）（R5+R6），联立解得R5＝29Ω。
答案：（1）20.0（19.8～20.2）V；（2）6；（3）红色；29
11．在使用多用电表测量时，指针的位置如图所示，若选择开关指向“×1K”挡，则测量的结果为 ；若选择开关指向“50mA”挡，则测量结果为 ．
解：若选择开关指向“×1K”挡，由图示表盘可知，测量的结果为：18×1k＝18kΩ；
若选择开关指向“50mA”挡，由图示表盘可知，其分度值为1mA，测量结果为23mA；
答案：18kΩ；23mA．
12．用多用电表测量电阻阻值，请回答下列问题：
（1）每次换挡后，需重新 ，再进行测量．
（2）如果表的指针偏转角度过大，为了测量比较准确，应将表的选择开关拨至倍率 （大或小）的挡位上．
（3）某次测电阻时，表的指针位置如图所示，则该电的阻值是 Ω．
解：（1）每次换挡后，需重新进行欧姆调零，再进行测量．
（2）如果表的指针偏转角度过大，说明所选挡位太大，为了测量比较准确，应将表的选择开关拨至倍率小的挡位上．
（3）由图1所示可知，欧姆表挡位为×10，该电的阻值是19×10＝190Ω．
答案：（1）进行欧姆调零；（2）小；（3）190．刻度格数(分度)
刻度总长度
每小格与1 mm的差值
精确度(可精确到)
10
9 mm
0.1 mm
0.1 mm
20
19 mm
0.05 mm
0.05 mm
50
49 mm
0.02 mm
0.02 mm
内接法
外接法
电路图
误差原因
电流表分压
U测＝Ux＋UA
电压表分流
I测＝Ix＋IV
电阻测量值
R测＝eq \f(U测,I测)
＝Rx＋RA>Rx
测量值大于真实值
R测＝eq \f(U测,I测)
＝eq \f(RxRV,Rx＋RV)