人教版高考物理一轮复习第8章恒定电流专题突破6电学实验基础课件

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(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。
(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)。③如图所示，固定刻度示数为2.0 mm，半毫米刻度线未露，而可动刻度上的示数为15.0，最后的读数为2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。
2．游标卡尺的构造、原理及读数(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)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，其读数见下表：
(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线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(x＋K×精确度)mm。
3．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值，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的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是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，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。
1．(1)有一金属材料制成的圆柱形物体，当用游标卡尺来测它的截面直径d时，示数如图甲所示，则d＝________ mm。然后利用伏安法测量该物体的电阻，此时电压表和电流表的示数如图乙、丙所示，则金属物体两端的电压为U＝________ V，流过该物体的电流为 I＝________ A。
(2)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图丁所示，校零时的读数为________ mm，合金丝的直径为________ mm。
答案：(1)30.50　2.30　0.42　(2)0.010　0.640
2．(1)如图甲所示的三把游标卡尺，它们的游标尺从上至下分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为________mm，________mm，________mm。
(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图乙所示，则金属丝的直径是________mm。(3)①图丙使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________ A，图中表针示数是________ A；当使用3 A量程时，对应刻度盘中每一小格代表________ A，图中表针示数为________ A。②图丁使用较小量程时，每小格表示________ V，图中表针的示数为________ V。若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示________ V，图中表针示数为________ V。
(4)旋钮式电阻箱如图戊所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为________ Ω。现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，则可得到的电阻值范围为____________ Ω。
解析：(1)甲图最上面图读数：整毫米是17，不足1毫米数是7×0.1 mm＝0.7 mm，最后结果是17 mm＋0.7 mm＝17.7 mm。甲图中间图读数：整毫米是23，不足1毫米数是17×0.05 mm＝0.85 mm，最后结果是23 mm＋0.85 mm＝23.85 mm。甲图最下面图读数：整毫米是3，不足1毫米数是9×0.02 mm＝0.18 mm，最后结果是3 mm＋0.18 mm＝3.18 mm。(2)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为15.0，最后的读数：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。
(3)①使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，表针示数为0.44 A；当使用3 A量程时，每一小格为0.1 A，表针示数为2.20 A。②电压表使用3 V量程时，每小格表示0.1 V，表针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格表示0.5 V，表针示数为8.5 V。(4)电阻为1 987 Ω。最简单的操作方法是先将“×1 k”挡旋钮调到2，再将“×100”挡旋钮调到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。
答案：(1)17.7　23.85　3.18　(2)2.150　 (3)①0.020．44　0.1　2.20　②0.1　1.70　0.5　8.5(4)1 987　将“×1 k”挡旋钮调到2，再将“×100”挡旋钮调到0　0～19 998
2.滑动变阻器两种接法的比较
3．有一个电阻Rx，其阻值大约是10 Ω，请选择适当的器材，以便测量其阻值。可供选择的电路如图甲、乙所示，可供选择的器材如下：
A．电动势为4.5 V、内阻不计的电源EB．量程为0～15 V、内阻10 kΩ的电压表V1C．量程为0～3 V、内阻6 kΩ的电压表V2D．量程为0～300 mA、内阻4 Ω的电流表A1E．量程为0～5 A、内阻2 Ω的电流表A2F．最大阻值20 Ω、额定电流1.5 A的滑动变阻器R1G．最大阻值500 Ω、额定电流0.5 A的滑动变阻器R2H．开关和若干根导线。则选用的电路是________(填“甲”或“乙”)，选用的器材有________(填器材前的字母序号)。
答案：甲　A、C、D、F、H
4．(2020·高考全国卷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0.5 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UI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________(选填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。
解析：(1)若通过Rx相同的电流值，由题图(b)知图线Ⅰ对应的电压值大，则图线Ⅱ是采用电压表跨接在O、P两点的方案测量得到的。答案：(1)O、P
(2)根据所用实验器材和图(b)可判断，由图线________(选填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为________Ω(保留一位小数)。(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(保留一位小数)。
答案：(2)Ⅰ　50.5　(3)50.0
(2)实际电压表的内阻不是无穷大，实际电流表的内阻也不是零，因此对实际电压表或电流表可当作电阻来处理。同一般电阻不同的是电压表能显示出自身两端的电压，电流表能显示出通过自身的电流。(3)当题目牵扯电压表或电流表的内阻时往往按实际电压表或实际电流表来处理。
5.如图所示为两个量程的电压表原理图，定值电阻R1＝2.95×104 Ω，R2＝1.2×105 Ω，灵敏电流计内阻Rg＝500 Ω，满偏电流Ig＝100 μA，下列关于电压表量程的说法正确的是(　　)A．当使用O、A两接线柱时，量程为4 VB．当使用O、A两接线柱时，量程为6 VC．当使用O、B两接线柱时，量程为15 VD．当使用O、B两接线柱时，量程为30 V
6．图为双量程的电流表电路示意图，其量程分别为0～10 mA和0～1 mA，已知表头内阻rg为200 Ω，满偏电流Ig为0.5 mA，则有(　　)A．当使用a、c两个端点时，量程为0～10 mA，R2＝180 ΩB．当使用a、b两个端点时，量程为0～10 mA，R1＝20 ΩC．当使用a、c两个端点时，量程为0～1 mA，R1＝40 ΩD．当使用a、c两个端点时，量程为0～10 mA，R2＝2 000 Ω
7．小明在实验室测量某金属丝的电阻率时，经分析需要一个量程为6 V的电压表与一个量程为0.6 A的电流表，但实验室为其提供的器材有两个满偏电流为Ig＝3 mA、内阻为Rg＝120 Ω的电流表，两个最大阻值为9 999.9 Ω 的电阻箱。现用以上器材改装成量程为0.6 A的电流表需将________联的电阻箱调到________ Ω。
8．某同学改装和校准电压表的电路图如图所示，图中虚线框内是电压表的改装电路。
(1)已知表头G满偏电流为100 μA，表头上标记的内阻值为900 Ω。R1、R2和R3是定值电阻。利用R1和表头构成1 mA的电流表，然后再将其改装为两个量程的电压表。若使用a、b两个接线柱，电压表的量程为1 V；若使用a、c两个接线柱，电压表的量程为3 V。则根据题给条件，定值电阻的阻值应选R1＝________Ω，R2＝________ Ω，R3＝________Ω。(2)用量程为3 V、内阻为2 500 Ω的标准电压表V对改装表3 V挡的不同刻度进行校准。所用电池的电动势E为5 V；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为50 Ω和5 kΩ。为方便实验中调节电压，图中R应选用最大阻值为________ Ω的滑动变阻器。
答案：(1)100　910　2 000　(2)50
[典例1]　电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法)，实验室提供的器材如下：待测电压表 (量程3 V，内阻约为3 000 Ω)，电阻箱R0(最大阻值为99 999.9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值100 Ω，额定电流2 A)，电源E(电动势6 V，内阻不计)，开关两个，导线若干。
(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整。
(2)根据设计的电路，写出实验步骤：__________________________。(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV′，与电压表内阻的真实值RV相比，RV′________RV(选填“＞”“＝”或“＜”)，主要理由是_______________________________________________________________________________________________________________。
[解析]　(1)因滑动变阻器阻值较小，所以选择滑动变阻器的分压接法。实验电路如图所示。
(2)移动滑动变阻器的滑片，以保证通电后电压表所在支路分压最小；闭合开关S1、S2，调节R1，使电压表的指针满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，断开S2，调节电阻箱R0，使电压表的指针半偏；读取电阻箱所示的电阻值，此即为测得的电压表内阻。(3)断开S2，调节电阻箱使电压表成半偏状态，电压表所在支路总电阻增大，分得的电压也增大；此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压，故RV′＞RV(其他合理说法同样给分)。[答案]　见解析
类型二　等效替代法测电阻如图所示，(1)S接1，调节R2，读出电流表 示数为I；(2)S接2，R2不变，调节电阻箱R1，使电流表 示数仍为I；(3)由以上可得Rx＝R1。
[典例2]　电流表A1的量程为0～200 μA、内电阻约为500 Ω，现要测其内阻，除若干开关、导线之外还有器材如下：电流表A2：与A1规格相同；滑动变阻器R1：阻值0～20 Ω；电阻箱R2：阻值0～9 999 Ω；保护电阻R3：阻值约为3 kΩ；电源：电动势E约1.5 V、内电阻r约2 Ω。
(1)如图所示，某同学想用替代法测量电流表内阻，设计了部分测量电路，在此基础上请你将滑动变阻器接入电路中，使实验可以完成。
[解析]　(1)滑动变阻器的阻值远小于待测电流表内阻，因此必须采用分压接法，电路图如图所示。[答案]　(1)图见解析
(2)电路补充完整后，请你完善以下测量电流表A1内电阻的实验步骤。a．先将滑动变阻器R1的滑动端移到使电路安全的位置，再把电阻箱R2的阻值调到________(选填“最大”或“最小”)。b．闭合开关S1、S，调节滑动变阻器R1，使两电流表的指针在满偏附近，记录电流表A2的示数I。c．断开S1，保持S闭合、R1不变，再闭合S2，调节R2，使电流表A2的示数________，读出此时电阻箱的阻值R0，则电流表A1内电阻r＝________。
[解析]　(2)a.实验前R2应该调节到最大，以保证电表安全；c.替代法最简单的操作是让A2示数不变，则可直接从R2的读数得到电流表的内电阻。[答案]　(2)a.最大　c．再次为I(或仍为I)　R0
(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线。
[答案]　(1)如图所示
(2)完成下列填空：①R1的阻值为________ Ω(选填“20”或“2 000”)。②为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的_____端(选填“左”或“右”)对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近。③将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 Ω，接通S1。将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置。最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势________(选填“相等”或“不相等”)。
④将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2 601.0 Ω时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为________Ω(结果保留到个位)。
[答案]　(2)①20　②左　③相等　④2 550　
(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：_______________________________________________________________________________________________________________________。
[解析] (3)要提高测量微安表内阻的精度，可调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程。[答案]　 (3)调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程
9．(2021·适应性测试重庆卷)某同学拟将量程为Ig＝1 mA、内阻约为几十欧姆的电流表G改装成量程为1 V的电压表。
(1)他首先设计了如图所示电路来测量电流表G的内阻Rg，图中E为电源电动势。现有最大阻值分别为100 Ω和2 600 Ω 的滑动变阻器，则R2应选用最大阻值为________Ω的滑动变阻器。开关S1接通，S2未接通时，调节R2使电流表G示数为1.00 mA；接通S2后，保持滑动变阻器R2的滑片位置不变，调节电阻箱R1，当其阻值为50 Ω时，电流表G的示数为0.50 mA，则电流表G的内阻Rg为________Ω。(2)为了将电流表G改装成量程为1 V的电压表，需要________(选填“串联”或“并联”)一个大小为________Ω的电阻。
解析：(1)本题中采用“半偏法”测电流表的内阻，要求滑动变阻器的阻值远大于电流表的内阻，电流表内阻为几十欧，则R2应选用最大阻值为2 600 Ω的滑动变阻器。半偏法中变阻器改变后其阻值等于电流表内阻，即50 Ω。
答案：(1)2 600　50　(2)串联　950
10．(2018·高考全国卷Ⅰ)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25 ℃～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表○V (量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9 Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。
实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2-t数据见下表。
回答下列问题：(1)在闭合S1前，图(a)中R1的滑片应移动到________(选填“a”或“b”)端。(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2-t曲线。
解析：(1)闭合开关S1前，应让滑片移动到b端，使滑动变阻器连入电路的阻值最大。答案：(1)b(2)如图所示
(3)由图(b)可得到RT在25 ℃～80 ℃范围内的温度特性。当t＝44.0 ℃时，可得RT＝________Ω。(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图(c)所示，该读数为________Ω，则手心温度为________℃。
解析：(1)闭合开关S1前，应让滑片移动到b端，使滑动变阻器连入电路的阻值最大。(3)由图象可知t＝44.0℃时，电阻的阻值为450 Ω。(4)由图(c)可得电阻箱阻值为620.0 Ω，由图象可得温度约为33.0 ℃。答案：(3)450　(4)620.0　33.0
11．某同学利用如图所示的电路可以测量多个物理量。实验室提供的器材有：两个相同的待测电源(内阻r≈1 Ω)，电阻箱R1(最大阻值为999.9 Ω)，电阻箱R2(最大阻值为999.9 Ω)，电压表V(内阻约为2 kΩ)，电流表A(内阻约为2 Ω)，灵敏电流计G，两个开关S1、S2。主要实验步骤如下：
①按图连接好电路，调节电阻箱R1和R2至最大，闭合开关S1和S2，再反复调节R1和R2，使电流计G的示数为0，读出电流表A、电压表V、电阻箱R1、电阻箱R2的示数分别为I1、U1、r1、r2；②反复调节电阻箱R1和R2(与①中的电阻值不同)，使电流计G的示数为0，读出电流表A、电压表V的示数分别为I2、U2。
回答下列问题：(1)电流计G的示数为0时，电路中A和B两点的电势φA和φB的关系为________；(2)电压表的内阻为________，电流表的内阻为________；(3)电源的电动势E为________，内阻r为________。
解析：由本电路的连接特点可知左、右两个电源间的路端电压相等，干路电流相同。根据部分电路欧姆定律可分别求解电压表与电流表的内阻；在不同状态下采集数据，根据闭合电路欧姆定律列式求解电源的电动势E和内阻r。(1)电流计G的示数为0时，由欧姆定律知，G的电压为零，说明A、B两点的电势相等。