2027年高考物理一轮复习学案练习含答案10-第十章 电路及其应用03-专题突破16 电学实验基础（教用）

这是一份2027年高考物理一轮复习学案练习含答案10-第十章 电路及其应用03-专题突破16 电学实验基础（教用），共16页。试卷主要包含了实验，电表的改装，测量电路和控制电路设计，实验器材的选取与实物图的连接等内容，欢迎下载使用。
题型一 实验：长度的测量及其测量工具的选用
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），游标尺与深度尺是一个整体（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1mm。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，如表所示。
（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的与主尺上某一刻度线对齐的游标尺上的刻度线的序数，则记录结果为(x+K× 精度)mm。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.螺旋测微器
（1）构造：如图，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等分，则螺旋测微器的精度为0.01mm。
（3）读数
①测量长度时，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=固定刻度读数（注意半毫米刻度线是否露出）+可动刻度读数（估读一位，精度为0.01mm）。
3.电压表与电流表
（1）量程选择
选择合适量程，使得测量时指针偏转角度要尽可能大，一般要求超过量程的13，但又不能超过量程。
（2）电表估读
①分度值是“1、0.1、0.01、…”时，估读到分度值的110（即估读到分度值的下一位）。
②分度值是“2、0.2、0.02、…”时，估读到分度值的12（即估读到分度值的本位）。
③分度值是“5、0.5、0.05、…”时，估读到分度值的15（即估读到分度值的本位）。
考向1 游标卡尺与螺旋测微器读数与使用
例1
（1） 如图甲、乙所示的两把游标卡尺，它们的游标尺分别为9mm长10等分、19mm长20等分，则读数依次为_ _ _ _ mm、_ _ _ _ mm。
（2） 在测定一根粗细均匀的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丙、丁所示，校零后的读数为_ _ _ _ mm，测得合金丝的直径为_ _ _ _ mm。
【答案】（1） 17.5；23.35
（2） 0.003；0.644
【解析】
（1） 题图甲读数：主尺读数为17mm，游标尺读数是5×0.1mm=0.5mm，最后结果是17mm+0.5mm=17.5mm。题图乙读数：主尺读数为23mm，游标尺读数是7×0.05mm=0.35mm，最后结果是23mm+0.35mm=23.35mm。
（2） 由于螺旋测微器校零时有误差，估读为0.003mm，测量后的读数为0.5mm+14.7×0.01mm=0.647mm，减去校零误差，可得合金丝的直径为0.644mm。
总结归纳
游标卡尺的读数要“三看”
（1）第一看：精度。（如图所示）
易错读成11mm+4.0×0.1mm=11.40mm，正确读数为11.4mm，游标卡尺不需要估读，后面不能随意加0，也不能随意去0。
（2）第二看：游标尺上的0刻度线位置，区分0刻度线与游标尺最前端。（如图所示）
易错读成11mm+9×0.05mm=11.45mm，正确读数为14mm+9×0.05mm=14.45mm。
（3）第三看：游标尺的哪条刻度线与主尺上的刻度线对齐。
考向2 电压表与电流表的读数
例2
（1） 如图甲所示，当电流表使用的量程为0～0.6A时，对应刻度盘上每一小格代表_ _ _ _ A，图中表针所指位置的示数为_ _ _ _ A；当电流表使用的量程为0～3A时，对应刻度盘上每一小格代表_ _ _ _ A，图中表针所指位置的示数为_ _ _ _ A。
（2） 如图乙所示，当电压表使用的量程为0～3V时，每一小格代表_ _ _ _ V，图中表针所指位置的示数为_ _ _ _ V；当电压表使用的量程为0～15V时，每一小格代表_ _ _ _ V，图中表针所指位置的示数为_ _ _ _ V。
【答案】（1） 0.02；0.36；0.1；1.80
（2） 0.1；2.10；0.5；10.5
题型二 电表的改装
1.小量程电流表（表头）
（1）工作原理：主要由磁场和放入其中可转动的线圈组成。当线圈中有电流通过时，线圈在安培力作用下带动指针一起偏转，电流越大，指针偏转的角度越大，从表盘上可直接读出电流值。
（2）三个参数：满偏电流Ig，表头电阻Rg，满偏电压Ug。它们的关系：Ug=IgRg。
2.电压表、电流表的改装
例3 （2025·广东名校联考）某同学将一量程为0～30mA、内阻为50Ω 的毫安表改装成量程为0～0.6A的电流表并进行校准。经计算后将一阻值为R1的电阻与该毫安表进行连接改装，然后选用合适的电源E、滑动变阻器R2、开关S和标准电流表对改装后的电流表进行校准，设计电路如图所示。
（1） 完成电路图中虚线框内的电路连接；
（2） 开关S闭合前，R2的滑片应移动到_ _ _ _ 端（选填“a”或“b”）；
（3） 闭合开关S，调节R2的滑片位置，当标准电流表的示数为0.40A时，毫安表的示数为25.0mA。产生此误差的原因是R1_ _ _ _ （选填“偏小”或“偏大”）；
（4） 要达到实验的预期目的，只需要将阻值为R1的电阻换为一个阻值为kR1的电阻即可，其中k=_ _ _ _ _ _ _ _ 。
【答案】（1） 见解析图
（2） a
（3） 偏大
（4） 1519
【解析】
（1） 要将表头改装成电流表，需要将表头与定值电阻并联，所以虚线框内的电路图如图所示。
（2） 滑动变阻器采用分压式接法时，在闭合开关S前，为了安全，分出的电压应从0开始，R2的滑片应移动到a端。
（3） 闭合开关S，调节R2的滑片位置，当标准电流表的示数为0.40A时，毫安表的示数为25.0mA，说明流过表头的电流偏大，电阻R1上的电流偏小，产生此误差的原因是R1偏大。
（4） 设毫安表内阻为r，由并联电路的特点得R1r=25375，kR1⋅(0.6A−30mA)=r⋅30mA，解得k=1519。
题型三 测量电路和控制电路设计
1.电流表的内外接法
（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
RxRVRA时，用电流表内接法。
③实验试探法：按图所示接好电路，让电压表的一根接线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.滑动变阻器的限流式接法和分压式接法
（1）两种接法的比较
滑动变阻器的分压式接法，电压和电流的调节范围都很大；限流式接法较节能。
（2）必须选用分压式接法的三种情况
①若采用限流式接法不能控制电流（或电压）满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻中的电流（或两端电压）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最大阻值大得多，导致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻中的电流或两端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0开始调节，则必须采用分压式接法。
考向1 电流表的内、外接法
例4 （2025· 黑吉辽蒙卷·11，8分）在测量某非线性元件的伏安特性时，为研究电表内阻对测量结果的影响，某同学设计了如图（a）所示的电路。选择多用电表的直流电压挡测量电压。实验步骤如下：
①滑动变阻器滑片置于适当位置，闭合开关；
②表笔分别连a、b接点，调节滑片位置，记录电流表示数I和a、b间电压Uab;
③表笔分别连a、c接点，调节滑片位置，使电流表示数仍为I，记录a、c间电压Uac;
④表笔分别连b、c接点，调节滑片位置，使电流表示数仍为I，记录b、c间电压Ubc，计算Uac−Ubc;
⑤改变电流，重复步骤②③④，断开开关。
作出I−Uab、I−Uac及I−(Uac−Ubc)曲线如图（b）所示。回答下列问题：
（1） 将多用电表的红、黑表笔插入正确的插孔，测量a、b间的电压时，红表笔应连_ _ _ _ 接点（选填“a”或“b”）;
（2） 若多用电表选择开关旋转到直流电压挡“0.5V”位置，电表示数如图（c）所示，此时电表读数为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ V（结果保留3位小数）;
（3） 图（b）中乙是_ _ _ _ _ _ _ _ （选填“I−Uab”或“I−Uac”）曲线；
（4） 实验结果表明，当此元件阻值较小时，_ _ _ _ （选填“甲”或“乙”）曲线与I−(Uac−Ubc)曲线更接近。
【答案】（1） a
（2） 0.378(±0.001)
（3） I−Uac
（4） 甲
【解析】
（1） 测量时，将多用电表并联在待测电路两端，注意红表笔接触点的电势应比黑表笔接触点的电势高。
（2） 在测量直流电压时，若选择开关对应的量程为0～0.5V，结合图（c）可确定，分度值为0.01V，估读到小数点后第3位，所以示数为0.378V。
（3） 由题图（b）可知，在电流相同的情况下，图线乙对应的电压值更大，说明多用电表测的电压是元件和电流表两端的电压之和，故图线乙应该是I−Uac曲线。
（4） 由题意可知，元件的I−U图线是图（b）中的实线，当元件阻值较小时，在图（b）中的I−U图线上的点与坐标原点连线的斜率k=IU=1R较大，由图（b）可知，当图线上的点与坐标原点的连线的斜率k=IU=1R较大，即元件中阻值较小时，甲曲线与I−(Uac−Ubc)曲线更接近。
考向2 滑动变阻器的应用
例5 某物理实验小组为探究滑动变阻器最大阻值对“限流电路”和“分压电路”的电压调节范围的影响，设计如下实验。
（1） 在探究“限流电路”时，甲同学用电阻箱代替滑动变阻器，设计了图（a）的电路图。已知Rx=10Ω ，调节R1，记录对应的电压数值，最后绘制成U−R1图像如图（b）。分析图（b）可知，采用“限流电路”测量约为10Ω 的电阻时，滑动变阻器最大阻值应选择_ _ _ _ 。
A. 1ΩB. 30ΩC. 100Ω
（2） 已知R′x=100Ω ，在探究“分压电路”时，在图（c）的基础上，小组设计了如图（d）的电路图（用R1和R2共同模拟最大阻值分别为1Ω、10Ω、100Ω、1000Ω的滑动变阻器）。调节R1和R2，记录数据，绘制出图（e）所示图像。
分析图（e）可知，考虑电压调节范围尽量大些，应排除_ _ _ _ ；考虑电压随滑动变阻器阻值均匀变化，应排除_ _ _ _ 。（选填“①”“②”“③”或“④”）
（3） 某同学认为用“分压电路”测量电阻时，滑动变阻器的最大阻值越小越好。请判断该观点是否正确，并简要说明理由：_ _ _ _ _ _ 。
【答案】（1） B
（2） ①；④
（3） 见解析
【解析】
（1） 采用“限流电路”测量约为10Ω 的电阻时，滑动变阻器作为限流元件；若最大阻值过小，调节滑动变阻器的滑片时，电流变化不明显；若最大阻值过大，不方便调节，当滑动变阻器的滑片有微小移动时，电路的电流就会有显著变化；由图（b）可知，滑动变阻器的最大阻值略大于待测电阻阻值时，既能起到限流作用，又方便调节，故A、C错误，B正确。
（2） 分析图（e）可知，图线①的电压调节范围较小，为了使电压U调节范围尽量大些，则应排除图线①；图线④出现了明显的弯曲，考虑电压U随滑动变阻器滑片移动趋于均匀变化，则应排除图线④。
（3） 他的观点不正确；根据（2）问分析可知，当Rm=1Ω 时，电压调节范围最小，故用“分压电路”测量电阻时，滑动变阻器的最大阻值并不是越小越好。
题型四 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13。有时也可以从测量数据来确定选择的电表。
（2）滑动变阻器：分压电路选阻值小的且不超过其最大电流的滑动变阻器。
（3）定值电阻：若用于电表改装，则阻值与改装后的量程匹配；若用于保护电路，则应使电流表、电压表的读数在满偏刻度的13以上且不超量程。
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（“一上一下”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）。
例6 （2025·天津二模）某兴趣小组要测量未知电阻Rx的阻值，按照如下步骤进行：
（1） 利用多用电表测量，当使用×10倍率时，发现指针位置如图甲所示，则应换用_ _ _ _ _ _ _ _ （选填“×1”或“×100”）倍率进行测量。
（2） 为精确测量Rx的阻值，该小组设计了如图乙所示的电路进行测量。
实验室提供的器材有：
A.电动势为4V的电源
B.电压表(0～3V，内阻约为3kΩ)
C.电流表(0～3A，内阻约为0.1Ω)
D.电流表(0～3mA，内阻约为30Ω)
E.最大阻值为1000Ω 的滑动变阻器
F.最大阻值为50Ω 的滑动变阻器
G.开关和导线若干
使读数尽可能精确，电流表应选用_ _ _ _ ，滑动变阻器应选用_ _ _ _ 。（选填器材前的字母）
（3） 电路连接正确后，闭合开关，调节滑动变阻器滑片位置，得到多组电流I和电压U的数值，分别将电压表的接线柱接在a点和b点，描绘了两条I−U图像，如图丙所示。其中图线①是电压表接线柱接在_ _ _ _ （选填“a”或“b”）点时获得的，为减小系统误差，应选择使用图线_ _ _ _ （选填“①”或“②”）计算Rx的阻值，由此得到的Rx的阻值_ _ _ _ （选填“大于”“等于”或“小于”）真实值。
【答案】（1） ×100
（2） D；F
（3） a；②；大于
【解析】
（1） 利用多用电表测量，当使用×10倍率时，由题图甲可知，指针偏转角度较小，说明电阻较大，应选更大倍率测量，即应换用×100倍率进行测量。
（2） 由题图乙可知，滑动变阻器为分压接法，滑动变阻器应选用最大阻值较小的F；由（1）问可知，待测电阻阻值约为1000Ω ，则流过电流表的最大电流约为I=ERx=4mA，则电流表应选用D。
（3） 由题图丙可知，当电流表读数相等时，图线①电压表读数较小，可知，此时采用的是电流表外接法，即电压表接线柱接在a。由于Rx>RARV，可知电流表采用内接法测量时，计算Rx的阻值更准确，即应用图线②计算Rx的阻值。当采用电流表内接法测量时，测得的电压偏大，则由此得到的Rx的阻值大于真实值。
温馨提示 请完成《分层突破训练》课时作业52刻度格数（分度）
刻度总长度
每小格与1mm 的差值
精度（可准确到）
10
9mm
0.1mm
0.1mm
20
19mm
0.05mm
0.05mm
50
49mm
0.02mm
0.02mm
改装成电压表
改装成大量程电流表
原理
串联较大电阻分压
并联较小电阻分流
改装原理图
分压电阻或分流电阻
U=Ig(Rg+R)所以R=UIg−Rg=(n−1)Rgn=UUg
IgRg=(I−Ig)⋅R所以R=IgRgI−Ig=Rgn−1n=IIg
改装后电表内阻
RV=Rg+R=nRg>Rg(n为量程扩大倍数)
RA=RRgR+Rg=RgnRx测量值大于真实值
R测=U测I测=RxRVRx+RV