2024年高考物理第一轮复习课件：第九章 专题突破10　电学实验基础

这是一份2024年高考物理第一轮复习课件：第九章 专题突破10　电学实验基础，共60页。PPT课件主要包含了旋钮调到0，～19998Ω，电流表的改装，答案1图见解析，Rx1，ACDFH，电流表应采用内接法等内容，欢迎下载使用。
1．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)，游标尺上还有一个深度尺(如图所示)。
(2)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格的、20格的、50格的，其读数见下表：
(3)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，则记录结果为(x＋K×精确度)mm。[特别提醒]　1.对于游标卡尺，无论哪种规格，K值均不需要向后估读一位。2．游标卡尺的读数的“三看”(1)第一看→精确度。例如(如图所示)易错读成11 mm＋3.0×0.1 mm＝11.30 mm
正确读数为11.3 mm，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零，也不能随意去零。(2)第二看→游标尺上的0刻度线位置，区分零刻度与标尺最前端。例如(如图所示)易错读成11 mm＋10×0.05 mm＝11.50 mm正确读数为14 mm＋10×0.05 mm＝14.50 mm。(3)第三看→游标尺的哪条(第K条)刻度线与主尺上的刻度线对齐。
2．螺旋测微器(1)构造：如图所示，B为固定刻度，H为可动刻度。(2)原理：可动刻度H上的刻度为50等份，则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)
[特别提醒]　螺旋测微器的读数勿忘估读最后一位数字为估读数字，读数和记数时估读位为有效数字的最后一位。例如(如图所示)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米从可动刻度上读得示数为15.0，最后的读数为2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。
3．电压表、电流表的使用及读数
【例1】　如图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。
[解析]　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。
【例2】　完成下列螺旋测微器的读数(如图所示)。a._____________________mm　b.________________________mm　c._____________________mm d.________________________mm
0.485(0.483～0.487)
0.535(0.533～0.537)
4.077(4.076～4.078)
5.665(5.663～5.667)
【例3】　旋钮式电阻箱如图所示，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_______________________________________________。
将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”
若用两个这样的电阻箱，即可得到的电阻值范围为_____________。[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。
【例4】　(1)图甲是电流表的刻度盘，若使用0.6 A量程，对应刻度盘上每一小格代表________A，表针的示数是________A；若使用3 A量程，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________A。
(2)图乙是电压z表的刻度盘，若使用3 V量程时，每小格表示________V，图中指针的示数为________V；若使用15 V量程，则这时表盘刻度每小格表示________V，图中表针指示的是________V。
【例5】　某同学组装一个多用电表，可选用的器材有：微安表头 (满偏电流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0～1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为0～3 V的直流电压表。组装好的多用电表有电流0～1 mA和电压0～3 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。(结果保留整数)
[解析]　(1)微安表头改装成毫安电流表需要并联一个小电阻，再把电流表改装成电压表，需要串联一个大电阻，电路如图所示。(2)接a时改装成量程为0～1 mA的电流表，有IgRg＝(I－Ig)R1解得R1＝100 Ω接b时改装成量程为0～3 V的电压表，有U＝IgRg＋IR2解得R2＝2 910 Ω。
[答案]　(1)图见解析　
1．(微安表改装为电流表)(2019·全国Ⅰ卷)某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1 200 Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。
(1)根据图(a)和题给条件，将图(b)中的实物连线。(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时，微安表的指针位置如图(c)所示。由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是________。(填正确答案标号)A．18 mA　　　　　　B．21 mAC．25 mA D．28 mA
(3)产生上述问题的原因可能是________。(填正确答案标号)A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1 200 ΩB．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1 200 ΩC．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)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k＝________。
解析：(1)实物连线如图所示。(2)毫安表示数为16.0 mA时，对应微安表的刻度为160.0 μA，说明量程扩大了100倍，当微安表指针到满量程250 μA时，毫安表的示数应为25 mA，即为改装后电表的量程，选项C正确。
2．(电流表改装成欧姆表)(2019·全国Ⅲ卷)某同学欲将内阻为 98.5 Ω、量程为100 μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA刻度。可选用的器材还有：定值电阻R0(阻值14 kΩ)，滑动变阻器R1(最大阻值1 500 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω)，电阻箱(0～99 999.9 Ω)，干电池(E＝1.5 V，r＝1.5 Ω)，红、黑表笔和导线若干。
(1)欧姆表设计将图(a)中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为_____Ω；滑动变阻器选_____(选填“R1”或“R2”)。
(2)刻度欧姆表表盘通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图(b)所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为________、________。
(3)校准红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向________kΩ处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量。若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图(c)所示，则电阻箱接入的阻值为________Ω。
(3)使用欧姆表测量电阻时，首先要进行电阻调零，此时应将红、黑表笔短接，调整滑动变阻器，使欧姆表指针指在0 kΩ上。电阻箱的阻值为(0.1×0＋1×0＋10×0＋100×0＋1 000×5＋10 000×3) Ω＝35 000.0 Ω。
[答案]　(1)如图所示
1．电流表的两种接法(1)两种接法的比较
测量电路与控制电路设计
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。
2．滑动变阻器的两种接法(1)两种接法的比较
(2)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)。(3)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，应改用分压式接法。③若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式接法。(4)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。
【例7】　(2022·山东烟台模拟)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所示。可供选择的器材是：
A．电动势4.5 V、内阻不计的电源EB．量程为15 V、内阻约为10 kΩ的电压表V1
C．量程为3 V、内阻约为6 kΩ的电压表V2D．量程为300 mA、内阻约为4 Ω的电流表A1E．量程为5 A、内阻约为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________(选填“甲”或“乙”)，选用的器材是________(填器材的字母代号)。
【例8】　(2020·全国Ⅰ卷)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______(选填“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________(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)。
50.5 (50.5～50.9
50.0(49．5～50.4均可)
更接近待测电阻的真实值，电压表跨接在O、Q两点，测量结果为 50.5 Ω。(3)电压表跨接在O、Q间，测得的阻值为电阻与电流表内阻之和，则R＝RⅠ－RA＝(50.5－0.5) Ω＝50.0 Ω。
对本实验，除常规的伏安法测电阻外，还可对实验方案进行改进，提出下面几种测量方法：方法1　安安法若电流表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用。
3．(安安法)用以下器材测量待测电阻Rx的阻值：A．待测电阻Rx，阻值约为200 ΩB．电源E，电动势约为3.0 V，内阻可忽略不计C．电流表A1，量程为0～10 mA，内电阻r1＝20 ΩD．电流表A2，量程为0～20 mA，内电阻r2约为8 ΩE．定值电阻R0，阻值R0＝80 ΩF．滑动变阻器R1，最大阻值为10 ΩG．滑动变阻器R2，最大阻值为200 ΩH．单刀单掷开关S，导线若干
(1)为了测量电阻，你认为应选择图中的________(选填“甲”“乙”或“丙”)图作为实验电路。
(2)滑动变阻器应该选________(选填“R1”或“R2”)；在闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于________(选填“a”或“b”)端。
解析：(1)为了避免电流表A2的内阻对实验结果的影响，应选用图乙电路。(2)滑动变阻器采用的是分压法，所以滑动变阻器的电阻较小时测量比较方便。在闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于b端，这样电路中的电阻最大，最安全。
方法2　伏伏法若电压表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表和定值电阻来使用。
(2)若在实验过程中测得该电压表内阻为30 kΩ，为了测出电压表的量程，现有下列器材可供选用，要求测量多组数据，并有尽可能高的精确度。标准电压表V1(量程0～3 V，内阻3 kΩ)电流表A(量程0～3 A，内阻未知)滑动变阻器R(总阻值1 kΩ)稳压电源E(30 V，内阻不能忽略)开关、导线若干
①在方框内画出实验电路图。    ②选用记录数据中一组，该组标准电压表V1的示数U1＝2．5 V，电压表V的指针指示格子数N＝15格，则电压表V的量程Um＝________。
答案： (2)①图见解析
方法3　半偏法测电流表内阻电路图如图所示。
5．(2022·河北唐县一中模拟)某校实验小组同学在改装一电流表时，要先测出某小量程电流表G的内阻，实验器材如下：A．待测电流表G(量程为500 μA，内阻约为200 Ω)；B．电源(5 V，内阻不计)；C．电压表V(量程为5 V，内阻约为4 kΩ)；D．标准定值电阻R1(200 Ω)；E．标准定值电阻R2(1 Ω)；F．滑动变阻器(最大电阻为20 Ω)；G．滑动变阻器(最大电阻为2 kΩ)；H．开关S1、S2，导线若干。
(1)某同学设计了一实验电路如图所示，另一同学提出所给实验器材中滑动变阻器不能满足前面这位同学设计的实验电路，请你在给出的方框中画出修改滑动变阻器后的电路图。然后使用改变后的实验电路。
实验时，定值电阻R0应选择________，滑动变阻器应选择________ (均填实验器材前的标号)。(2)实验时，先将滑动变阻器输出电压调至最小，断开S2，闭合S1，调节滑动变阻器使电流表满偏时，电压表示数为2.0 V。闭合S2，调节滑动变阻器使电流表回到满偏时，电压表示数为4.2 V。则待测电流表的内阻为________Ω。(3)若将电流表G改装成量程为3 V的电压表，则应将电流表G与阻值为________Ω的电阻________(选填“串联”或“并联”)。
方法4　等效替代法 如图所示，先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上，读出电流表示数I；然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数仍为I，则电阻箱的示数即等于待测电阻的阻值。
6．在某校开展的科技活动中，为了比较准确地测出一个未知电阻的阻值Rx，现有如下器材：读数不准的电流表A、电阻箱R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关S2、电源和导线若干。(1)画出实验电路图，并在图上标出你所用器材的代码；(2)写出主要的实验操作步骤。
(2)将S1闭合，S2置于上端，记下电流表指针所指位置；S2置于下端，调节R1的阻值，使电流表指针指在原位置，则待测电阻Rx＝R1。 答案：见解析
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、电源等器材，一般要考虑四方面因素：(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。
　实验器材的选取与实物图连接
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；其次将要并联的元件再并联到电路中去。(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。
【例9】　某同学测量阻值约为25 kΩ的电阻Rx，现备有下列器材：A．电流表(量程0～100 μA，内阻约2 kΩ)；B．电流表(量程0～500 μA，内阻约300 Ω)；C．电压表(量程0～15 V，内阻约100 kΩ)；D．电压表(量程0～50 V，内阻约500 kΩ)；E．直流电源(20 V，允许最大电流1 A)；F．滑动变阻器(最大阻值1 kΩ，额定功率1 W)；G．开关和导线若干。
(1)电流表应选________，电压表应选________。(填字母代号)(2)该同学正确选择仪器后连接了如图所示的电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量小，实验前请你检查该电路，指出电路在连线上存在的问题：
①_____________________________________________________；②_____________________________________________________。
滑动变阻器应采用分压接法
(2)Rx>，故Rx是大电阻，电流表应采用内接法。滑动变阻器最大阻值为1 kΩ，待测电阻约为25 kΩ，若滑动变阻器采用限流接法，电流的调节范围很小，起不到应有作用，故滑动变阻器应采用分压接法。
【例10】　为了测量一电阻的阻值Rx，现有以下器材：蓄电池E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，电阻箱RP，开关S1、S2，导线若干。某活动小组设计了如图甲所示的电路。实验的主要步骤如下：
A．闭合S1，断开S2，调节R和RP，使电流表和电压表示数合适，记下两表示数分别为I1、U1；B．闭合S2，保持RP阻值不变，记下电流表和电压表示数分别为I2、U2。(1)按电路图在实物图乙上连线。(2)写出被测电阻的表达式：Rx＝____________(用两电表的读数表示)。(3)由于电流表、电压表都不是理想电表，则被测电阻的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
[解析]　(1)实物连线如图所示。
[答案]　(1)图见解析