2020年高考物理新课标第一轮总复习讲义：第八章第三讲　电学实验基础

基础复习课

第三讲　电学实验基础

一、螺旋测微器的原理和读数

1．原理：测微螺杆与固定刻度之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮每旋转一周，测微螺杆前进或后退0.5 mm，而可动刻度上的刻度为50等份，每转动一小格，测微螺杆前进或后退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．

2．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)．

二、游标卡尺的原理和读数

1．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.

2．读数：若用x表示由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.

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，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0.6 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、电流表的内接法和外接法

1．两种接法的比较

2.两种接法的选择

(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

Rx<时，用电流表外接法；

Rx>时，用电流表内接法．

(3)实验试探法：按如图所示接好电路，让电压表一根接线柱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．

五、滑动变阻器的限流接法和分压接法

1．两种接法的比较

2.两种接法的选择

(1)两种接法的一般适用条件

①限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)．

②分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)．

(2)必须采用分压法的三种情况

①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式接法．

②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路．

③若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路．

(3)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低．

六、电路实物图连线方法

1．总的原则：先串后并，接线到柱，注意量程和正负．

2．对限流电路，只需用笔画线当做导线，从电源正极开始，把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”部分依次串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处)．

3．对分压电路，应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动头的电势高低，根据“伏安法”部分电表正负接线柱的情况，将“伏安法”部分接入该两点间．(注意滑动变阻器应调到使“伏安法”部分所接两点间阻值最小处)

考点一　基本仪器的使用和读数 (师生共研)

[典例1]　(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，对应刻度盘上每一小格代表      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.

解析：(1)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.

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.

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1.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为15.0，最后的读数为1.0 mm＋15.0×0.01 mm＝1.150 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，每小格为0.5 V，表针示数为8.5 V.

答案：(1)17.7 　23.85　3.18　(2)1.150

(3)①0.02　0.44　0.1　2.20　②0.1　1.70　0.5　8.5

1－1.[基础仪器的使用和读数]　某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为    cm和      mm.

解析：刻度尺的最小分度为1 mm，要估读到0.1 mm.

游标卡尺读数为4 mm＋10×0.02 mm＝4.20 mm.

答案：60.10　4.20

1－2.[基本仪器的使用和读数]　分别读出下表中的电压表和电流表的示数，并填在表格中.

解析：0～3 V的最小分度为0.1 V，读数为2.16 V；

0～15 V的最小分度为0.5 V，读数为10.8 V；

0～3 A的最小分度为0.1 A，读数为0.80 A；

0～0.6 A的最小分度为0.02 A，读数为0.16 A.

答案：2.16 V　10.8 V　0.80 A　0.16 A

考点二　电流表在电路中内外接法的选取 (师生共研)

[典例2]　在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 Ω，电压表的内阻约为2 kΩ，电流表的内阻约为10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图a或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b中电路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，测量值Rx2    (填“大于”“等于”或“小于”)真实值．

解析：由于＝＝10，而＝＝20，可见>，应采用题图a电路测量更准确，即Rx1更接近待测电阻的真实值；由于Rx1＝，其中R真＝，而U>UR，I＝IR，则Rx1>R真，即测量值Rx1大于真实值；又由于Rx2＝，R真＝，其中U＝UR，I>IR，则 Rx2<R真，即测量值Rx2小于真实值．

答案：Rx1　大于　小于

2－1.[电流表内外接法的选取]　在用伏安法测电阻的实验中，所用电压表的内阻约为20 kΩ，电流表的内阻约为10 Ω，选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验，读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上，如图所示．

(1)根据各点表示的数据描出I－U图线，由此求得该电阻的阻值Rx＝    Ω(保留两位有效数字)．

(2)在虚线框内画出“伏安法”测量该电阻的部分电路图．

解析：(1)图线如图所示

Rx＝＝2.4×103 Ω　(2.3×103～2.5×103 Ω)

(2)因满足>，故采用电流表内接法．

答案：见解析

2－2.[电流表内外接法的选取]　一个未知电阻，无法估计其电阻值，某同学用伏安法测量此电阻，用如图所示甲、乙两种电路各测一次，用图甲测得的数据是3.0 V,3.0 mA.用图乙测得的数据是2.9 V，4.0 mA，由此可知，用图        测得Rx的误差较小，测量值Rx＝        .

解析：对比两次测量中电压和电流的变化量，电压的变化量为原电压的，电流的变化量为原电流的，说明电压的变化量远小于电流的变化量．因此，电流表分压不明显，即电流表内阻RA≪Rx，所以采用图甲测量时误差较小，且Rx＝＝ Ω＝1 000 Ω.

答案：甲　1 000 Ω

考点三　滑动变阻器的选择和使用 (师生共研)

[典例3]　为了测量某待测电阻Rx的阻值(约为30 Ω)，有以下一些器材可供选择．

电流表A1(量程0～50 mA，内阻约10 Ω)；

电流表A2(量程0～3 A，内阻约0.12 Ω)；

电压表V1(量程0～3 V，内阻很大)；

电压表V2(量程0～15 V，内阻很大)；

电源E(电动势约为3 V，内阻约为0.2 Ω)；

定值电阻R(20 Ω，允许最大电流1.0 A)；

滑动变阻器R1(0～10 Ω，允许最大电流2.0 A)；

滑动变阻器R2(0～1 kΩ，允许最大电流0.5 A)；

单刀单掷开关S一个，导线若干．

(1)电流表应选    ，电压表应选    ，滑动变阻器应选    ．(填字母代号)

(2)请在下面的虚线框内画出测量电阻Rx的实验电路图．(要求所测量范围尽可能大)

(3)某次测量中，电压表示数为U时，电流表示数为I，则计算待测电阻阻值的表达式为Rx＝    .

解析：(1)首先选取唯一性器材：电源E(电动势约为3 V，内阻约为0.2 Ω)，定值电阻R(20 Ω，允许最大电流1.0 A)，单刀单掷开关S，导线．电源电动势约为3 V，所以电压表选择V1(量程0～3 V，内阻很大)；待测电阻Rx的阻值约为30 Ω，流过Rx的最大电流为＝0.1 A＝100 mA，如果电流表选择A2(量程0～3 A，内阻约0.12 Ω)，指针偏转很小，测量不准确，所以只能选择A1(量程0～50 mA，内阻约10 Ω)；滑动变阻器R2的全值电阻太大，操作不便，所以滑动变阻器应选R1(0～10 Ω，允许最大电流2.0 A)．

(2)因为实验要求所测量范围尽可能大，所以滑动变阻器应采用分压接法；因为待测电阻Rx的阻值远小于电压表内阻，所以电流表采用外接法；为了使流过电流表的电流不超过其最大量程，即50 mA，应给待测电阻串联一个定值电阻R，起保护作用．实验原理图如图所示．

(3)根据欧姆定律可得Rx＝－R.

答案：(1)A1　V1　R1　(2)图见解析　(3)－R

3－1.[滑动变阻器的选择和使用]　一只小灯泡，标有“3 V

0．6 W”字样，现用下面给出的器材测量该小灯泡正常发光时的电阻．电源电动势为12 V，内阻为1 Ω；最大阻值为5 Ω的滑动变阻器；电流表的内阻为1 Ω；电压表的内阻为10 kΩ；开关一个、导线若干．

(1)在设计电路的过程中，为了尽量减小实验误差，电流表应采用    (填“内接”或“外接”)法．滑动变阻器应采用    (填“分压式”或“限流式”)接法．

(2)在下面的虚线框内画出你所设计的实验电路图(尽量减小实验误差)．

解析：因小灯泡正常工作时的电阻约为Rx＝＝15 Ω，而电流表、电压表的内阻分别为1 Ω和10 kΩ，满足RV≫Rx，电流表应外接；实验中因小灯泡两端电压只需3 V，而电源电动势为12 V，所以滑动变阻器应采用分压式接法．

答案：(1)外接　分压式　(2)如图所示

3－2.[滑动变阻器的选择和使用]　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    ．

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<，故电流表应采用外接法，应选A.

(2)小电珠的额定电流I＝＝ A≈0.4 A，故电流表量程为0～0.6 A.

答案：(1)A　(2)0～0.6 A