专题65电学实验基础（原卷版+解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

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2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练
第十二章 恒定电流
专题65 电学实验基础
第一部分 知识点精讲
一　基本仪器的使用及读数
1．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)，游标尺上还有一个深度尺(如图所示)。

(2)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格的、20格的、50格的，其读数见下表：
刻度格数
(分度)
刻度
总长度
每小格与
1 mm的差值
精确度
(可准确到)
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
(3)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线对齐的游标的格数，则记录结果为：(x＋K×精确度)mm。
注意：对于游标卡尺，无论哪种规格，K值均不需要估读到下一位。
【特别提醒】．游标卡尺的读数的“三看”
(1)第一看→精确度。例如(如图所示)

易错读成11 mm＋3.0×0.1 mm＝11.30 mm
正确读数为11.3 mm，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零，也不能随意去零。　 　　
(2)第二看→游标尺上的0刻度线位置，区分零刻度与标尺最前端。例如(如图所示)

易错读成11 mm＋10×0.05 mm＝11.50 mm
正确读数为14 mm＋10×0.05 mm＝14.50 mm。
(3)第三看→游标尺的哪条(第K条)刻度线与主尺上的刻度线对齐。
2．螺旋测微器
(1)构造：如图，B为固定刻度，H为可动刻度。

(2)原理：可动刻度H上的刻度为50等份，则螺旋测微器的精确度为0.01 mm。
(3)读数
①测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出。
②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)。
最后一位数字为估读数字，读数和记数时估读位为有效数字的最后一位。例如(如图所示)

固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米从可动刻度上读得示数为15.0，最后的读数为2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。
【特别提醒】．螺旋测微器的读数要注意
(1)半毫米刻度线是否漏出；
(2)一定要估读一位；
(3)如果以mm为单位记录读数，小数点后一定是三位数字，如：6.700 mm、0.324 mm
3．电压表、电流表的使用及读数
量程选择
使用事项
电表估读
选择合适量程：使得测量时指针偏转角度要尽可能大，一般要求超过量程的，但又不能超过量程
(1)使用前应先进行零点调整(机械调零)
(2)红表笔插“＋”插孔，黑表笔插“－”插孔
(3)红表笔接电势高处，黑表笔接电势低处，即电流从红表笔进表，从黑表笔出表
(1)最小分度是“1、0.1、0.01、…”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的下一位)
(2)最小分度是“2、0.2、0.02、…”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的那一位)
(3)最小分度是“5、0.5、0.05、…”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的那一位)
二　伏安法测电阻的两种接法
1．电流表内、外接法的比较

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＝＝Rx＋RA>Rx
测量值大于真实值
R测＝＝，则用电流表外接法。
(2)若＜，则用电流表内接法。
[说明]　比值比较法的变形——临界值法：
(1)Rx< 时，用电流表外接法；
(2)Rx> 时，用电流表内接法；
(3)Rx＝ 时，内、外接法均可。
试触法
按图接好电路，让电压表一个接线柱固定接好，另一个接线柱P先后与a、b处接触一下：

(1)如果电压表的示数有明显的变化，而电流表的示数变化不明显，即，则可采用电流表内接法。
三　滑动变阻器的两种接法
1．滑动变阻器两种接法的比较

限流式接法
分压式接法
对比说明
电路图


串、并联关系不同
负载Rx上电压调
节范围
≤U≤E
0≤U≤E
分压式电路的调节范围大
负载Rx上电流调节范围
≤I≤
0≤I≤
分压式电路的调节范围大
闭合S前
滑片P的位置
b端
a端
都是为了保护电路元件
【特别提醒】：分压式接法中电压和电流的调节范围大，但限流式接法较节能且电路简单。
2．滑动变阻器两种接法的选择
(1)滑动变阻器必须采用分压式接法的几种情况
①要求电压(或电流)能从零开始变化；
②当待测电阻Rx≫R(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、电阻的允许电流。
(2)除了上述三种情况外，如果滑动变阻器采用两种接法都能满足要求，则从节能、方便操作角度考虑，优先选用限流式接法。
四、电学实验的设计、仪器选择及实物连线
1．电学实验设计
A。电学实验设计的“三原则”
(1)安全性原则
设计方案时，应安全可靠，不会对仪器、器材造成损坏。
①选用器材时，应考虑仪器、器材的性能及量值(如仪表的量程、电器的额定值等)的要求。
②设计方案时，应准备好保护措施。
(2)精确性原则
实验误差应控制在误差允许的范围之内，尽可能选择误差较小的方案。
①在安装器材时或在使用仪器之前，应按实验要求对器材、仪器精心调整。如在使用某些仪表前，应进行机械调零。
②选用合适的测量工具(直尺、仪表)及合适的量值范围，使之与被测数值相匹配。如使用多用电表测量某电阻时，应选用合适的挡位，使测量时电表指针指在中央刻度值附近。
③实验中可能出现因操作不当带来的偶然误差，往往需要多次重复实验，获取多组实验数据，以备选取有效数据。
④设计合理的数据处理方式，如将多组有效数据相加后除以测量次数，取其算术平均值(一般求待测量的算术平均值，而不求某些中间量的算术平均值)。
(3)简便性、直观性原则
设计实验应便于操作、读数及进行数据处理及实验者观察。
B．定值电阻在电路设计中的三种作用


2．实验器材的选择
实验器材的选择原则
安全、精确、方便，在保证不超过电压表和电流表量程的条件下尽量使指针偏角大些，精确度更高些
实验器材的选择思路
先估算回路中电流和电压的最大值，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材
电流表和电压表的选择
①根据电源的参数来选择
②根据电路中的最大电流(或者最大电压)来选择
③根据用电器的额定电流(或者额定电压)来选择
滑动变阻器的选择
①用分压式接法时，应该选用最大阻值较小、额定电流较大的滑动变阻器
②用限流式接法时，应该选用阻值和被测电阻接近的滑动变阻器

3.实物连线的“四注意”
(1)连线顺序：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并联到电路中去。
(2)电流表与被测电路串联，电流表不能直接接到电源两端；电压表与被测电路并联，电压表可以直接接到电源两端。两表“＋”接线柱均靠近电源“＋”极，“－”接线柱靠近电源“－”极。
(3)滑动变阻器的限流式接法应“一上一下”；分压式接法应先将全部电阻丝接入电路，再将被测电路与滑动变阻器的上接线柱按电路图连接。
(4)避免交叉：连线时要将导线接在接线柱上，两条导线不能交叉。
4．保护电阻的处理
为了保护电路，一般会在电路中加入一个保护电阻，例如在测电源电动势和内阻实验方案一中可将保护电阻看成滑动变阻器的一部分；方案二中可将保护电阻看成电源内阻的一部分，求解电源内阻时一定要注意减去保护电阻的阻值。

5．电表的“三用”
如果知道电表的内阻，则电流表、电压表既可以测电流，又可以测电压，还可以作为定值电阻来使用，即“一表三用”。

第二部分 最新高考题精选
1．（6分）（2020高考全国理综I）
某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx，所用电压表的内阻为1 kΩ，电流表内阻为0.5Ω。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）。
（3）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）。
【参考答案】（1）OP （2）I 50.5 （3）50.0
【名师解析】
（1）将电压表跨接在O、P之间测量电阻的电路，称为电流表外接法，实际上测量的是待测电阻和电压表内阻并联的等效电阻，其值小于真实值；将电压表跨接在O、Q之间测量电阻的电路，称为电流表内接法，实际上测量的是待测电阻和电流表内阻串联的等效电阻，其值大于真实值；所以图（b）中标记II的图线是采用电压表跨接在O、P之间的方案测量得到的。
（2）由测量得到的U——I图像可知，待测电阻约为50Ω，大于=Ω=10Ω，待测电阻较大，采用电流表内接，结果更接近真实值，即由图线I得到的结果更接近真实值，结果为50.5Ω。
（3）考虑到电表内阻的影响，由Rx+RA=50.5Ω，可得RA=50.0Ω.
2．（10分）（2019高考江苏卷物理11）某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率．实验操作如下：
（1）螺旋测微器如题11-1图所示．在测量电阻丝直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动 （选填“A”“B”或“C”），直到听见“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏．

（题11–1图）
（2）选择电阻丝的 （选填“同一”或“不同”）位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径．
（3）题11-2甲图中Rx，为待测电阻丝．请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入题11-2乙图实物电路中的正确位置．

（题11-2甲图） （题11-2乙图）
（4）为测量R，利用题11-2甲图所示的电路，调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值，作出的U1–I1关系图象如题11-3图所示．接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表：
U2/V
0.50
1.02
1.54
2.05
2.55
I2/mA
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
请根据表中的数据，在方格纸上作出U2–I2图象．

（5）由此，可求得电阻丝的Rx= Ω．根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率．
【参考答案】（1）C （2）不同 （3）（见图1）（4）（见图2）
（5）23.5（23.0~24.0都算对）

【名师解析】（1）在测量电阻丝直径时，先将电阻丝轻轻地夹在螺旋测微器测砧与测微螺杆之间，再旋动微调旋钮C，直到听见“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏．
（2）选择电阻丝的不同位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径．
（3）将滑动变阻器的下方两个接线柱与电池和开关串联的电路两端连接，上侧的接线柱与定值电阻R0的b端连接。
（4）根据表中的数据，在方格纸上先描点，然后过尽可能多的点画出直线，作出U2–I2图象．
（5）根据欧姆定律，U1=I1(Rx+R0)，U2=I2R0，由此可知U2–I2图象斜率为R0，R0=25.0Ω，U1–I1关系图象斜率为（Rx+R0），Rx+R0=48.5Ω，即Rx=23.5Ω。
3.（12分）（2017海南物理）某同学用伏安法测量待测电阻的阻值。现有器材为：待测电阻R（阻值约为5 Ω），电源（电动势3 V），滑动变阻器（阻值范围0~10 Ω），电流表（量程0.6 A，3 A），电压表（量程3 V，15 V），开关，导线若干。实验要求在测量电路中将电流表外接，滑动变阻器起限流作用。回答下列问题：
（1）按照实验要求在图（a）中画出实物连线图。

（2）若已按实验要求接线，闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数始终约为3 V，电流表的示数始终接近0。写出产生这种现象的一个原因：_______________。
（3）在连线正确后，闭合开关。电压表和电流表的示数分别如图（b）和图（c）所示。由图可知，电压表读数为_______V，电流表读数为______A。由此可得待测电阻的阻值为_____Ω（结果保留3位有效数字）。

【参考答案】（1）实物连线图如图所示。

（2）闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数始终约为3 V，电流表的示数始终接近0。写出产生这种现象的一个原因是：待测电阻R处断路。
（3）2.20 0.480 4.58
【命题意图】 本题考查电阻的测量及其相关的知识点。
【解题思路】（1）实验要求在测量电路中将电流表外接，滑动变阻器起限流作用，电压表选择3V量程，电流表选择0.6A量程，实物连线图如图所示。（2）若已按实验要求接线，闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数始终约为3 V，电流表的示数始终接近0。写出产生这种现象的一个原因：_______________。
（3）根据电表读数规则，电压表读数为U=2.20V，电流表读数为I=0.480A。由此可得待测电阻的阻值为R=U/I=4.58Ω。
4.　(2018·天津高考)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：
A．电压表(量程0～1 V，内阻约10 kΩ)
B．电压表(量程0～10 V，内阻约100 kΩ)
C．电流表(量程0～1 mA，内阻约30 Ω)
D．电流表(量程0～0.6 A，内阻约0.05 Ω)
E．电源(电动势1.5 V，额定电流0.5 A，内阻不计)
F．电源(电动势12 V，额定电流2 A，内阻不计)
G．滑动变阻器R0(阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A)
(1)为使测量尽量准确，电压表选用________，电流表选用________，电源选用________。(均填器材的字母代号)
(2)画出测量Rx阻值的实验电路图。
(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会________其真实值(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【参考答案】　(1)B　C　F　(2)见图
　
(3)大于　电压表的读数大于待测电阻两端的实际电压(其他表述正确也可)
【名师解析】　
(1)若电源选用E，则通过Rx的最大电流为0.15 mA，电流表选用C还达不到半偏，故电源应选用F。电压表内阻应尽可能与被测电阻阻值相差大一些且量程接近电源电压，故电压表选用B。由此可知电路中的电流约为 1 mA，故电流表选用C。(2)因为待测电阻阻值较大，所以电流表应采用内接法。因为滑动变阻器的阻值很小，若采用限流接法接入电路起不到多大的限流作用，所以滑动变阻器应采用分压接法，实验电路图如图所示。(3)因为电流表采用内接法，电压表测出的电压为Rx与电流表串联后两端电压，U测>U实，而R＝，所以R测>R实。
第三部分 最新模拟题精选
1。　(1)如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺自左向右分别为10分度、20分度、50分度，它们的读数依次为________ mm、________ mm、________ mm。

(2) 某同学用如图丁所示的螺旋测微器测量小球的直径时，他应先转动________使F靠近小球，再转动________使F夹住小球，直至听到棘轮发出声音为止，拨动________使F固定后读数(填仪器部件字母符号)。正确操作后，螺旋测微器的示数如图戊所示，则小球的直径是______ mm。

【参考答案】　(1)17.7　23.25　3.20　(2)D　H　G　6.700
【名师解析】 (1)图甲读数：整毫米是17 mm，不足1毫米数是6×0.1 mm＝0.6 mm，最后结果是17 mm＋0.6 mm＝17.6 mm。
图乙读数：整毫米是23 mm，不足1毫米数是5×0.05 mm＝0.25 mm，最后结果是23 mm＋0.25 mm＝23.25 mm。
图丙读数：整毫米是3，不足1毫米数是10×0.02 mm＝0.20 mm，最后结果是3 mm＋0.18 mm＝3.20 mm。
(2)用螺旋测微器测小球直径时，先转动粗调旋钮D使测微螺杆F靠近被测小球，再转动微调旋钮H使测微螺杆F夹住小球，直到棘轮发出声音为止，拨动止动旋钮G使F固定后读数，读数为6.5 mm＋20.0×0.01 mm＝6.700 mm。
2。　(1)图甲使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________ A，图中指针示数是________ A；当使用3 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________ A，图中指针示数为________ A。
(2)图乙使用较小量程时，每小格表示________ V，图中指针的示数为________ V；若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示________ V，图中指针示数为____ V。

(3)旋钮式电阻箱如图丙所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为______Ω。今欲将接入电路的电阻改为2 087 Ω，最简单的操作方法是________________________。若用两个这样的电阻箱，即可得到的电阻值范围为____________。

【参考答案】　(1)0.02　0.44　0.1　2.20　(2)0.1　1.70　0.5　8.5　
(3)1 987　将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0　0～19 998 Ω
【名师解析】　(1)使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，指针示数为0.44 A；当使用3 A量程时，每一小格为0.1 A，指针示数为2.20 A。
(2)电压表使用3 V量程时，每小格表示0.1 V，指针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格表示0.5 V，指针示数为8.5 V。
(3)电阻为1 987 Ω。最简单的操作方法是将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0。每个电阻箱的最大阻值是9 999 Ω，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9 999 Ω＝19 998 Ω。故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻值范围为0～19 998 Ω。

3. 为测量“12 V，5 W”的小电珠在不同电压下的功率，给定了以下器材：
电源：12 V，内阻不计；
电流表：量程0～0.6 A、0～3 A，内阻约为0.2 Ω；
电压表：量程0～3 V、0～15 V，内阻约为15 kΩ；
滑动变阻器：0～20 Ω，允许最大电流1 A；
开关一个，导线若干，实验要求加在小电珠上的电压可从零开始调节。
(1)以下四个电路图你认为最合适的是________。

(2)在本实验中，电流表的量程可选________。
【参考答案】：(1)A　(2)0～0.6 A
【名师解析】：
(1)C与D电路图不符合电压从零开始调节，小电珠的电阻RL＝＝ Ω＝28.8 Ω，＝144，＝520.8，由于