9.3电学实验基础（原卷版）-2023年高考物理一轮复习提升核心素养

9.3电学实验基础

实验器材的选取与实物图的连接

1．仪器选择的技巧

(1)电压表、电流表：不超过量程，且要超过满偏刻度的.有时也可以从测量数据来确定选择的电表．

(2)滑动变阻器：分压选阻值小的且不超过其额定电流的滑动变阻器，限流选最大阻值为待测电阻2～3倍的滑动变阻器．电流半偏法测电阻，滑动变阻器选阻值大的．

(3)定值电阻：若用于电表改装，阻值与改装后的量程匹配，若用于保护电路，应使电流表、电压表读数在满偏刻度的以上．

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)．

游标卡尺、螺旋测微器的读数

一、螺旋测微器的使用

1．构造：如图1所示，B为固定刻度，E为可动刻度．

图1

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   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——mm，即螺旋测微器的精确度为   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)×    (mm)．

如图2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.

图2

二、游标卡尺

1．构造：主尺、    (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3所示)

图3

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.

例题1.现有一合金制成的圆柱体，为测量该合金的电阻率，现用伏安法测圆柱体两端的电阻，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度 .螺旋测微器和游标卡尺的示数如图 (a)和(b)所示 .

由图得圆柱体的直径为________ mm，长度为________ cm.

图甲、乙和丙分别是用游标卡尺和螺旋测微器测量长度，图甲读数为________，图乙读数为________，图丙读数为________ .

读出图中游标卡尺和螺旋测微器的读数，游标卡尺的读数为____ mm；螺旋测微器的读数为______ mm.

电压表、电流表和电阻箱的读数

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.

例题2.如图为电流表和电压表的刻度盘 .

 (1)图甲使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针的示数是________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)图乙使用较小量程时，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.

请完成下列各表的读数，把答案填在图下的横线上 .

(1)量程为0～3 V和0～3 A的电表 .

　                   读数________　　　　　　读数________

(2)量程为0～15 V的电压表读数 .

　                     读数________　　　　　　读数________

读数________

(3)量程为0～0.6 A的电流表读数 .

　                    读数________　　　　　　读数________

　                    读数________　　　　　　读数________

(1)如图甲所示的电表使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________ 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)如图乙所示的电表使用较小量程时，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.

(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.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________．

电表改装

电表的两种改装的比较

例题3.在如图所示的电路中，小量程电流表G的内阻Rg＝100 Ω，满偏电流Ig＝1 mA，R1＝900 Ω，R2＝ Ω.

 (1)当S1和S2均断开时，改装成的表是什么表？量程为多大？

(2)当S1和S2均闭合时，改装成的表是什么表？量程为多大？

某同学组装一个多用电表．可选用的器材有：微安表头(量程100 μA，内阻900 Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99 999.9 Ω)；导线若干．

要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表．组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡．

回答下列问题：

(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱．

(2)电阻箱的阻值应取R1＝________Ω，R2＝________Ω.(保留到个位)

(多选)四个相同的小量程电流表(表头)分别改装成两个电流表A1、A2和两个电压表V1、V2.已知电流表A1的量程大于A2的量程，电压表V1的量程大于V2的量程，改装好后把它们按如图所示连接法连入电路，则(　　)

A．电流表A1的读数大于电流表A2的读数

B．电流表A1指针的偏转角小于电流表A2指针的偏转角

C．电压表V1的读数小于电压表V2的读数

D．电压表V1指针的偏转角等于电压表V2指针的偏转角

测量电路与控制电路的选择

1．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，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．

例题4. (2020·全国卷Ⅰ·22)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)．

(2022·云南省昆明一中高三月考)某同学为研究热敏电阻R4(约几百欧)的I－U关系，准备有以下器材．

A．待测热敏电阻R4

B．电压表V(量程3 V，内阻约为1 kΩ)

C．电流表A(量程60 mA，内阻约为0.1 Ω)

D．滑动变阻器R(0～10 Ω)

E．电源E(电动势3 V，内阻可忽略)

F．开关与导线若干

为使实验误差较小，要求电压从零开始测得多组数据进行分析，以下的四个电路中应选用________进行实验．

(2022·江西景德镇市景德镇一中高三期末)某实验小组要测量一根镍铬合金丝通过额定电流(0.4 A)时的电阻．把合金丝绕成螺线圈固定在接线板上，提供的实验器材如图乙所示：直流电源、电流表、电压表、滑动变阻器(最大阻值50 Ω)、开关和导线若干．

(1)采用如图甲所示的电路测电阻时，电压表一端接线固定，另一端接线接a点，调节滑动变阻器，使得电流表示数为0.40 A，此时电压表示数为10.0 V；保持滑动变阻器滑片位置不变，电压表另一端接b点时，发现电流表示数几乎不变，电压表示数变为10.5 V．那么本实验中电压表另一端接线接________点时，得到的结果更接近合金丝电阻的真实值，此时电阻的测量值为________ Ω.(计算结果保留三位有效数字)

(2)实验之前滑动变阻器滑片的位置如图乙所示，根据第(1)问的解答，为保证实验的安全性，请你用笔画线代替导线把乙图的电路连接完整．

1．（2022·全国·高二课时练习）如图，这是学生实验用的两个量程的电流表的刻度盘，当用“-”和“0.6”两接线柱时，能测量的最大电流是___________A，对应刻度盘上每一小格代表___________A，图中表针的示数为___________A；当使用“-”和“3”两个接线柱时，对应刻度盘上每一小格代表___________A，图中表针的示数为___________ A。

2．（2022·全国·高三课时练习）如图所示，请读出各游标卡尺的读数：图甲______，图乙______。

3．（2022·辽宁·高二阶段练习）物理探究小组进行改装电表的探究实验，他们在实验室找到了一个量程为0~0.6A、内阻为0.5Ω的电流表，实验室老师又给该小组的同学提供了若干各种规格的定值电阻和其他相关器材。回答下列问题：

（1）探究小组要将电流表改装成量程为0~3V的电压表，同学们经计算后将一阻值为___________Ω的电阻R与该电流表___________（填“并联”或“串联”）进行改装；

（2）改装完成后，探究小组利用标准电压表对改装后的电压表进行检测校准，请用笔画线代替导线，补全图甲实物连线，构成完整的实验电路；___________

（3）图乙和图丙分别为校准检测某次实验时标准电压表和电流表的示数，由此可知改装电压表的实际量程为0~___________V；

（4）产生上述问题的原因可能是___________。

A．电流表内阻标记错误，实际内阻大于0.5Ω

B．电流表内阻标记错误，实际内阻小于0.5Ω

C．R值计算错误，接入的电阻偏小

D．R值计算错误，接入的电阻偏大

4．（2022·河北邢台·高三开学考试）某实验小组设计实验测量电流表A的内阻并将其改装成量程为3.0V的电压表并校准。可选用的器材有：

A．待测电流表A（量程1mA，内阻rg约100Ω）

B．电压表V（量程3V，内阻约为3000Ω）

C．电阻箱R1（最大阻值为999.9Ω）

D．滑动变阻器R2（最大阻值为20Ω）

E．电源E（电动势约为3V）

F．电键、导线若干

（1）某同学设计了如图甲所示的电路测量电流表内阻，发现测结果的实验误差太大，请推断原因___________；

（2）后经小组研究并设计了如图乙所示电路，闭合开关S，调节R0和R使电流表和电压表有合适的示数；

（3）调节R0和R，使电压表示数保持不变，并记录电流表示数I和电阻箱的接入电阻R；

（4）重复步骤（3），记录多组实验数据；

（5）以为纵坐标，以R为横坐标，建立坐标系，并将实验数据描点、连线，得到一条倾斜的直线，若直线的斜率为k，纵截距为b，则电流表的内阻为___________，实验中电压表的示数为___________；

（6）若求得电流表的内阻为120Ω，要将该电流表改装成量程为3.0V的电压表，与其连接的电阻阻值为___________Ω，为校准该电压表，用笔画线替代导线在图丙中完成校准电路的实物图连接___________。

5．（2018·全国·高三阶段练习）某同学利用如图（a）所示的电路测量一微安表（量程为0～100μA，内阻大约为2500Ω）的内阻。可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2（其中一个阻值为20Ω，另一个阻值为2000Ω）；电阻箱Rz（最大阻值为99999.9Ω）；电源E（电动势约为1.5V）；单刀开关S1和S2。C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。

（1）按原理图（a）将图（b）中的实物连线______；

（2）完成下列填空：

①R1的阻值为______Ω（填“20”或“2000”）；

②为了保护微安表，开始时将R1的滑片D滑到接近图（a）中的滑动变阻器的______端（填“左”或“右”）对应的位置；将R2的滑片C置于中间位置附近；

③将电阻箱Rz的阻值置于2500.0Ω，接通S1。将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片C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C所在位置的电势______（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2601.0Ω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）；

（3）写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：______。

6．（2022·四川·成都七中高三阶段练习）现有一微安表（量程为100，内阻约为1500Ω），为准确测量其内阻，设计如图所示电路图，其中。实验步骤：

（1）滑动变阻器R的量程应选___________

A．20Ω    B．200Ω    C．500Ω

（2）接通后，调节为1500Ω，调节为适当值，发现微安表示数为，接通，此时微安表示数变为，若，则应该___________阻值；若，则应该___________阻值。

A．增大    B．减小    C．不调节

（3）反复调节直至1812Ω，发现接通前后微安表示数保持不变，则可知微安表内阻为___________Ω。（保留四位有效数字）

（4）现将该微安表改为1mA和2mA两个量程的毫安表，如图所示，接线柱1对应的量程为___________mA，并计算出___________Ω，___________Ω。

7．（2023·全国·高三专题练习）某同学利用图（a）电路测量量程为10mA的电流表内阻（内阻大约为几十欧），可供选择的器材有：滑动变阻器（最大值50Ω），滑动变阻器（最大阻值5kΩ），电阻箱R（最大值），电源（电动势6V，有内阻），电源（电动势30V，有内阻），开关1个，导线若干。实验步骤如下：

①按照（a）电路原理图连接电路；将图（a）中电阻箱阻值调为最大，将滑动变阻器的滑片移到最大阻值位置，闭合开关；

②调节滑动变阻器，使电流表A指针偏转到满刻度；

③闭合开关，保持滑动变阻器的滑片位置不动，调节电阻箱，使电流表的示数为8mA，记录电阻箱的阻值；

回答下列问题：（1）根据根据图（a）所示电路将图（b）中实物图连线___________；

（2）实验步骤③中记录电阻箱的阻值为240Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器中的电流不变，则电流表内阻的测量值为___________Ω；

（3）要求得到较高的实验精度，认为闭合开关调节电阻箱时滑动变阻器中的电流10mA基本不变，以上备选器材中，滑动变阻器应选用___________（填“”或“”），电源应选用___________（填“”或“”）；

（4）如果此电流表是由一个表头和电阻并联构成的，可推断该表头的满刻度电压约为___________（填正确答案标号）。

A．　　B．　　C．　　D．

8．（2021·内蒙古·北师大乌兰察布集宁附中高二期中）某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：

①小灯泡L，规格“4.5V．0.5A”

②电流表A，量程0.6A，内阻约为0.2Ω

③电压表V，量程15V，内阻约为15kΩ

④滑动变阻器R，阻值范围0~10Ω

⑤学生电源E，电动势6V，内阻不计

⑥开关S及导线若干

（1）甲同学设计了下图所示的电路进行测量，请按电路图把实物图中未完成的连线补充完整；______

（2）乙同学经分析发现甲同学实验精度不高，又从实验室找来Ig=100μA，Rg=1000Ω的灵敏电流计和电阻箱（0~99999.9Ω），想把灵敏电流计改装成量程为5V的电压表，需要把电阻箱调成_______Ω的阻值，并与灵敏电流计_______（填“串”或“并”）联在电路中来替代实验中的电压表。

9．（2022·全国·高二课时练习）某同学按图1电路图，把满偏电流为10 mA、内阻为30 Ω的表头G改装为双量程电压表，并进行校准。

（1）根据上述表头参数，将其改装成量程为5 V和15 V的双量程电压表。则定值电阻R1=________ Ω，R2=________ Ω。

（2）用量程为5 V的标准电压表对改装表5 V挡进行校准，选择开关应接________（选填“b”或“c”），在闭合S前，滑片P应靠近滑动变阻器的________（选填“M”或“N”）端。

（3）选择开关接b，表头G的指针位置如图2所示，此时电压为________V。

10．（2022·全国·高三课时练习）灵敏电流计G的量程为500μA、内阻未知，某小组要将该电流计的量程扩大至5mA，有下列器材可选：

A．干电池一节

B．电压表V（量程1.5V，内阻几千欧）

C．滑动变阻器（）

D．电阻箱（）

E．开关、导线若干

（1）甲同学设计了如图甲所示的电路测电流计G的内阻，判断是否可行并分析原因：___________。

（2）乙同学设计了如下实验：

①用如图乙所示电路测量电流计和电压表的内阻。

a、将R1滑片滑到左端，断开S2，闭合S1，调节R1，使电流计满偏，此时电压表V的示数为1.0V；

b、将R2调至最大，闭合S2，调节R1、R2，当电压表示数为1.2V时，电流计的示数为300μA，R2的阻值为180Ω。

由以上数据可得电压表的内阻___________Ω，电流计的内阻___________Ω。

②用灵敏电流计和电阻箱改装电流表，此时电阻箱的阻值应调为___________Ω。