第十章恒定电流第51课时电学实验基础2025高考物理二轮专题

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1. 游标卡尺和螺旋测微器
题型一　基本仪器的使用及读数
2. 电压表、电流表的使用及读数
1. 【游标卡尺和螺旋测微器的使用与读数】（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。
解析：题图甲读数：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。题图乙读数：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。题图丙读数：整毫米是3 mm，不足1毫米数是10×0.02 mm＝ 0.20 mm，最后结果是3 mm＋0.20 mm＝3.20 mm。
（2）①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。
②读出下面各螺旋测微器的读数，己 mm， 庚 mm，辛 ⁠ mm.
解析：①用螺旋测微器测量小球直径时，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己图：（4＋4.1×0.01）mm＝4.041 mm；庚图：（1＋10.0×0.01）mm＝1.100 mm；辛图：（3.5＋1.6×0.01）mm＝3.516 mm。
2. 【电流表、电压表、电阻箱的读数】（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。
解析：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）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。
解析：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）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 ⁠。
将“×1 k”旋钮调到2，再
将“×100”旋钮调到0
解析：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。
题型二　电流表的内接法和外接法
1. 电流表内、外接法的比较
2. 电流表的内、外接法的选择
1. 【试触法的应用】
（2021·浙江6月选考19题节选）小李在实验室测量一电阻R的阻 值。
因电表内阻未知，用如图1所示的电路来判定电流表该内接还是外 接。正确连线后，合上开关S，将滑动变阻器的滑片P移至合适位 置。单刀双掷开关K掷到1，电压表的读数U1＝1.65 V，电流表的示 数如图2所示，其读数I1＝ A；将K掷到2，电压表和电流表 的读数分别为U2＝1.75 V，I1＝0.33 A。由此可知应采用电流 表 （填“内”或“外”）接法。
2. 【比较法的应用】（2023·全国甲卷22题）某同学用伏安法测绘一额定电压为6 V、额 定功率为3 W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为6 kΩ，电流表内阻约为1.5 Ω。实验中有图（a）和（b）两个电路图 供选择。
（1）实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图（c）所示，该同 学选择的电路图是图 　（a） 　[填“（a）”或“（b）”]。
（2）若选择另一个电路图进行实验，在图（c）上用实线画出实验中应得到的I-U关系曲线的示意图。
解析：根据（1）问分析可知，题图（b）的关系图线应在题图（a）图线的下方，如图中实线所示。
题型三　滑动变阻器的限流接法和分压接法1. 滑动变阻器两种接法的比较
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滑（R滑为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。
【典例1】　物理兴趣小组利用“伏安法”测量一个阻值较小 的定值电阻Rx的阻值，可用器材有：电压表（量程为15 V， 内阻约为5 000 Ω），电流表（量程为0.6 A，内阻为5 Ω）， 电源E（电动势为12 V，内阻不计），滑动变阻器R最大阻值 为10 Ω，定值电阻R0阻值为15 Ω，开关S，导线若干。（R0、 Rx、R、电流表、电压表、电源、开关等仪器均无断路和短 路，导线无断路）
（1）将图甲所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图。要求 电流表和电压表的示数从零开始变化。
解析：因待测电阻Rx的电阻和电流表的内阻都较小，为保护电路，应将定值电阻R0与它们串联，又要求电流表和电压表的示数从零开始变化，故滑动变阻器采用分压式接法，由于电流表的内阻已知，故电流表采用内接法，故实验电路的原理图如图所示。
（2）该电路中R0的作用是 ⁠ ⁠。
①保护电路　②增大电压表读数范
围，降低读数误差（答方便读数也可）
解析：由（1）分析可知该电路中R0的作用是：①保护 电路；②增大电压表读数范围，降低读数误差。
（3）测出多组数据，作出I-U图像，如图乙所示。则Rx阻值 为 Ω。
　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 ⁠。
（2）滑动变阻器：①分压式接法要选择总阻值小的且不超过其额定电流的滑动变阻器；②限流式接法要选择最大阻值大于等于待测电阻的滑动变阻器；③电流半偏法测电阻，滑动变阻器选阻值大的。（3）定值电阻：①若用于电表改装，阻值与改装后的量程要匹配；②若用于保护电路，应保证使电路的最大电流（电压）不超过电流表（电压表）的量程及有关元件的额定电流（电压）。
3. 实物连线的“三点注意”（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）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。
（3）“正、负”接线柱：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。
【典例2】　某实验小组要测量一个用电器L的额定功率（额定电压为10 V、额定功率在12～15 W之间），测量电路的部分导线已经接好（如图所示）。实验室有下列器材可供选用：
直流电源：E1（电动势为3 V，内阻很小）
E2（电动势为15 V，内阻很小）
直流电流表：A1（量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω）
A2（量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω）
直流电压表：V（量程为3 V、内阻为3 kΩ）
滑动变阻器：R1（阻值范围0～20 Ω）
R2（阻值范围0～200 Ω）
定值电阻：R3＝3 kΩ、R4＝9 kΩ、R5＝25 kΩ
为使测量尽可能准确、方便，请回答下列问题：
（1）电源应该选择 （填“E1”或“E2”）；
解析：由于额定电压为10 V，所以直流电源选择电动势为15 V的E2。
（2）电流表应该选择 （填“A1”或“A2”）；
解析：其额定电流为1.2～1.5A，所以直流电流表选择A2。
（3）滑动变阻器应该选择 （填“R1”或“R2”）；
解析：根据已有的电路结合让实验结果更为精确的要求，采用限流电路，所以利用滑动变阻器R1作为限流电阻。
（4）由于电压表的量程不够，要利用一个定值电阻进行改装。请 选择合适的定值电阻，在图中用笔画线代替导线连接好测量 电路的剩余部分。
解析：若要将电压表改装为量程更大的电压表，需要与其串联一个定值电阻，根据串联电路特点知，若串联R3，则量程为6 V，若串联R4，则量程为12 V，若串联R5，则量程为28 V，因此串联R4比较合适，如图所示。
　某同学通过实验测量一个阻值约为5 Ω的定值电阻。可供使用的器 材如下：
A. 待测电阻Rx≈5 Ω
B. 电流表A1，量程0.6 A，内阻约0.6 Ω
C. 电流表A2，量程3 A，内阻约0.12 Ω
D. 电压表V1，量程15 V，内阻约15 kΩ
E. 电压表V2，量程3 V，内阻约3 kΩ
F. 滑动变阻器R，总电阻10 Ω
G. 直流电源E，电动势3 V，内阻不计
H. 开关S，导线若干
（1）用伏安法测量该定值电阻阻值时，应当选择电流表 （选 填“A1”或“A2”），选择电压表 （选填“V1”或 “V2”）。
解析：由于电源的电动势为3 V，因此电压表选择量程为3 V，即选V2，待测电阻约为5 Ω，则电路中最大电流为0.6 A，因此电流表选择量程为0.6 A，即选A1。
（2）请根据所设计的测量电路图，将下列实物图连接完整（滑动变阻器采用限流接法）。
（3）某次测量的电表示数如图所示，其中电压表示数为 ⁠ V，电流表示数为 A。
解析：由图可知，电压表读数为1.73 V，电流表读数为0.32 A。
（1.71～1.74均可）
（4）根据上述所测量的实验数据，计算待测电阻Rx＝ ⁠ Ω（计算结果保留3位有效数字）。
5.41（5.34～
巧学 妙解 应用
1. （1）图甲所示游标卡尺的读数为 ⁠。
解析：游标卡尺读数为L＝50 mm＋5×0.05 mm＝50.25mm。
（2）图乙所示螺旋测微器的读数为 ⁠。
解析：螺旋测微器的读数为d＝4.5 mm＋20.0×0.01 mm ＝4.700 mm。
（4）图丁所示电流表的读数为 ⁠。
（3）图丙所示电压表的读数为 ⁠。
解析：电压表的读数为2.60 V。
解析：电流表的读数为0.52 A。
2. （2020·全国卷Ⅰ22题）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0.5 Ω。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）。
3. 某学习小组研究“不同的电阻测量方案对误差的影响”。现有器材为：电源、电流表（量程0.6 A）、电压表（量程3 V）、 待测定值电阻、滑动变阻器、电流传感器、电压传感器、开关、导 线若干。
（1）用图甲和图乙电路分别测量待测电阻的阻值，请在图丙中按 图甲用笔画线代替导线将电路补充完整；
解析：由题中数据可知，电压表量程选3 V，所以接线柱接3 V量程。电流表与待测电阻串联与电压表并联，则电压表3 V接线柱接在待测电阻右侧接线柱上，滑动变阻器采用限流接法，因下端已经连接电路，则待测电阻右侧接线柱接在滑动变阻器的e端或f端，补充完整电路如图所示。
（2）将图丙中滑动变阻器的滑片P滑到 端（填“e”或 “f”），闭合开关，调节滑动变阻器，记录测量数据；
解析：闭开关S前，应将滑动变阻器的滑片P滑到接入电路阻 值最大处，即滑动变阻器的滑片P滑到e端。
（3）根据测量数据在U-I坐标系中描点作图，得到图丁中的图线a 和b，a图线是采用图 （选填“甲”或“乙”）电路测 得的结果。
解析：选择电流表外接法，由于电压表的分流作用，电流表测 量值大于流经Rx的电流值，测量结果偏小；选择电流表内接 法，由于电流表的分压作用，电压表测量值大于Rx两端的电 压值，测量结果偏大；a图线对应的测量值大于b图线对应的 测量值，所以a图线是采用电流表内接法，即采用图甲电路测 得的结果。
（4）为提高测量精度，在图甲电路中，用电流传感器代替电流 表，电压传感器代替电压表，对同一电阻再次进行测量。得 到对应的U-I图线c，拟合直线及表达式见图戊，认为其测量 值等于真实值。
4. 现要用如图甲所示的电路图来测量某一电压表V的内阻。给定的器 材有：待测电压表V（量程2 V，内阻约为4 kΩ）；电流表A（量程 1.2 mA，内阻约500 Ω）；直流电源E（电动势约2.4 V，内阻不 计）；滑动变阻器R0（最大阻值20 Ω）；定值电阻R（3个：阻值分 别为2 kΩ、20 kΩ、200 kΩ）；开关S及导线若干。要求测量时两电 表指针偏转均超过其量程的一半。
（1）定值电阻R应该选用的阻值为 kΩ；
（2）根据图甲的测量电路原理图，用笔画线代替导线，在图乙所 给的实物图上连线；
解析：实物图连线如图所示。
（3）根据图甲的测量电路原理图，开关S闭合前，滑动变阻器的滑 片应滑动到最 端（选填“左”或“右”）；
解析：为避免电流表、电压表在开关S闭合时示数超出 量程，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应滑动到最左端。
（4）电路接通后，把滑动变阻器的滑片滑动到某一位置，若此时 电压表读数为U，电流表读数为I，则电压表内阻RV＝ ⁠。
5. （2022·浙江6月选考18题）（1）探究滑动变阻器的分压特性，采 用图甲所示的电路，探究滑片P从A移到B的过程中，负载电阻R两 端的电压变化。
①图乙为实验器材部分连线图，还需要 （选填af、 bf、fd、fc、ce或cg）连线。
②图丙所示电压表的示数为 V。
1.50（1.48～1.52均可）
解析：①由电路图可知，应将电压表并联在电阻箱两端，又由图乙可知电源是两节干电池，因此电压表的量程应选择3 V，即连接af；由于滑动变阻器采用分压接法，因此滑动变阻器的接线柱c与开关的接线柱e相连，即连接ce；电阻箱的接线柱f应连接在滑动变阻器上侧的一个接线柱上，即连接df；②由图丙可知电压表的读数为1.50 V；
③在x相同的条件下，电阻箱的阻值越大，电阻箱与滑动变阻器AP部 分并联的电阻值越接近AP部分的真实阻值，电压表的示数越大，因此 当R＝100 Ω时，分压特性曲线对应图丁中的Ⅱ，由以上分析可知滑动 变阻器的最大阻值越小，图线越接近直线，因此选择的依据为R0＜R。
（2）两个相同的电流表G1和G2如图戊所示连接，晃动G1表，当指 针向左偏转时，静止的G2表的指针也向左偏转，原因 是 ⁠。
解析：晃动G1表，当指针向左偏转时，静止的G2表的指针也向 左偏转，其原因是G1表中的线圈在磁场中做切割磁感线运动 产生了感应电动势，闭合回路中产生了感应电流，则G2表中 线圈存在电流，线圈受安培力的作用，使得G2表的指针发生 偏转，因此G1表是“发电机”，G2表是“电动机”，B、D正 确，A、C错误。