(要点归纳+夯实基础练) 第七节 实验：电学实验基础-2023年高考物理一轮系统复习学思用

第七节 实验：电学实验基础

【要点归纳】

一、电学实验误差分析

1．系统误差

(1)伏安法测电阻误差来源：通过电阻的电流不准确，电阻两端的电压不准确．

(2)测电源电动势和内阻误差来源：路端电压测量不准确、干路电流测量不准确．

(3)减小系统误差

①题目中给出的电阻阻值大约值，选用合适的实验器材，采用误差小的实验方案(如电流表的内、外接法)．

②消除系统误差：题目给定的条件充分(电阻阻值已知)，合理设计电路可消除系统误差．

2．偶然误差

(1)电压表、电流表、多用电表、毫米刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器等读数误差；

(2)描点、计算等对数据处理造成的误差．

(3)通过多次测量取平均值或图象法可以减小偶然误差．

二、常用仪器的读数

螺旋测微器

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.

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、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“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.

四、电表改装

电表的两种改装的比较

1．电压表和电流表的内、外接法

2.滑动变阻器两种连接方式的对比

3.滑动变阻器两种接法的选择

滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且不要求电压从零开始变化，通常情况下，由于限流式结构简单、耗能少，优先使用限流式．

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，例如测量电阻的伏安特性曲线，要求电压(电流)测量范围尽可能大；

②当待测电阻Rx≫R(滑动变阻器的最大阻值)时(限流式接法滑动变阻器几乎不起作用)；

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．

五、实验器材的选取与实物图的连接

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，一般要考虑几方面因素：

(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．

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，再将要并联的元件并联到电路中去．

(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．

(4)滑动变阻器的接法：限流法，导线分别连接到上、下接线柱上(两个接线柱)；分压法，导线分别连接到上边一个接线柱和下边两个接线柱上(一上两下三个接线柱)．

3．仪器选择的技巧

(1)巧用电阻或电表阻值的信息

①电阻的阻值信息(一般在括号里面给出)：

等于： 一般可以用于电表改装或精确计算

约为： 用于估算

②电表的阻值信息

等于：a.用于改装大量程电表(电表无法改装成小量程)

b．电流表可做电压表或电压表可做电流表使用

c．除了测量电压(电流)外，电表的阻值可用于准确计算待测电阻、支路的电流或电压

约为：用于估算

(2)电流表、电压表量程的选择

①U－I(I－U) 图象中坐标值或表格中数值范围；

②根据待测电阻的额定值(P、U、I)综合计算，确定电流表或电压表量程．

(3)滑动变阻器的选择

①分压法选小电阻，不超过滑动变阻器额定电流的情况下阻值越小越好；

②限流法中选最大阻值为待测电阻2～3倍的滑动变阻器；

③给定额定电流，一般实际流过电流不能超过额定电流

由此可知：若题干提供的滑动变阻器唯一，可由滑动变阻器的总阻值确定分压法或限流法；

若题目通过其他线索确定了分压接法或限流接法，应先确定接法，再确定滑动变阻器(一般有待选滑动变阻器)．

【夯实基础练】

1．(2022•黑龙江省大庆中学高三(上)期中)图1螺旋测微器读数为________mm，图2游标卡尺读数为________cm。

【解析】  [1] 螺旋测微器读数为

[2]游标卡尺读数为

【答案】  ①0.900    ②1.450

2．(2022•黑龙江省大庆中学高三(上)期中)把一个满偏电流、线圈电阻的小量程电流表，改装成量程的电压表，需串联的分压电阻阻值为________。

【解析】  串联的分压电阻阻值

【答案】  9000

3．(2022•北京市海淀区高三下学期一模)如图所示为某实验小组设计的两个量程的电流表，已知表头G的满偏电流为，定值电阻的阻值均等于表头的内阻。当使用1和2两个端点时，电流表的量程为，当使用1和3两个端点时，电流表的量程为。下列说法正确的是(　　)

A．

B．

C．若仅使阻值变小，则和均变大

D．若仅使阻值变小，则和均变大

【解析】  AB．设，根据电路结构可知，，选项AB错误；

CD．因为，，则若仅使阻值变小，则和均变大；若仅使阻值变小，则减小，变大，选项C正确，D错误。故选C。

【答案】  C

4．(2022•辽宁省部分重点中学协作体高三(下)模拟)酒驾严重危害了公共交通安全，打击酒驾现象已成为日常。如题甲为交警使用的某种酒精检测仪，核心部件为酒精气体传感器，其电阻与酒精气体浓度的关系如图乙所示。

(1)某同学自行设计了简易酒精检测仪，如图丙所示，用到的器材有酒精气体传感器、电源(电动势为，内阻未知)、电流表(满偏电流为，内阻为)，闭合开关，周围无酒精气体，发现电流表刚好满偏，则电源内阻为________；用该仪器________(选填“能”“不能”)检测酒驾。

(2)另一位同学查阅酒精检测仪说明书时看到题表，他根据自己的理解将酒精检测仪的内部电路简化为题图丁。只有绿灯亮表示被测试者非酒驾，红绿灯一起亮表示被测试者酒驾。图丁中电源电动势为，内阻不计，为定值电阻，为酒精气体传感器，L1、L2是彩色小灯泡，颜色一红一绿，小灯泡电压达到才会发光，则L1为________(选填“红”“绿”)灯，当红灯刚亮时通过其的电流为________(保留两位有效数字)。

【解析】  (1)[1]由图可知，周围无酒精时，。根据闭合电路欧姆定律，可得电源内阻

[2]若有酒精，则，电流将大于满偏值，因此该仪器不能检测酒驾。

(2)[3]由于不管是否酒驾，绿灯都应该亮起，因此绿灯与电阻无关，故L2为绿灯，L1为红灯。

[4]当浓度为0.2时，，则根据欧姆定律有

【答案】  ①2.5    ②不能    ③红    ④0.17