第10章　第53讲　专题强化十四　电学实验基础 课件---2027高考一轮总复习物理

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第53讲　专题强化十四　电学实验基础
提能训练　练案[53]
考点一　基本仪器的使用和读数
一、游标卡尺的构造、原理及读数1．构造
2．用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径等。
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。常见的游标卡尺的游标尺上小等份刻度有10个、20个、50个的，见下表：
4．读数若用L0表示由主尺上读出的整毫米数，x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，则其读数为L＝L0＋kx，其中k为精确度。
5．游标卡尺读数时应注意(1)主尺上的整毫米刻度为游标尺零刻度线之前的整数部分，而不是游标尺左棱之前的整数部分，如图主尺的刻度应为13 mm，而不是 11 mm。(2)不管是10分度的游标卡尺，还是20分度、50分度的游标卡尺，在读数时均不需要向后估读一位。
二、螺旋测微器的构造、原理及读数1．构造
2．螺旋测微器的原理测微螺杆P与固定刻度S之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮K每旋转一周，P前进或后退0.5 mm，而可动刻度H上的刻度为50等份，每转动一小格，P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。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)×0.01(mm)。
4．螺旋测微器读数时应注意(1)读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出。(2)读数时要准确到0.01 mm，估读到0.001 mm，即测量结果若用mm为单位，则读数必须保留三位小数。
三、常用电流表和电压表的读数
3．对于0～0.6 A量程的电流表，精确度是___________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。
易 错 辨 析1．游标卡尺主尺上的数字对应的单位为cm。(　 　)2．螺旋测微器固定刻度的数字对应的单位为cm。(　 　)3．用10分度游标卡尺读出的读书可以是10.40 mm。(　 　)4．12.30 mm换算成以cm为单位应为1.23 cm。(　 　)
自 主 验 收1．如图所示的三把游标卡尺，它们的游标卡尺从上至下分别为 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。
[答案]　17.7　23.85　3.18[解析]　题图甲读数：主尺读数是17 mm，游标尺读数是7×0.1 mm＝0.7 mm，最后结果是17 mm＋0.7 mm＝17.7 mm。题图乙读数：主尺读数是23 mm，游标尺读数是17×0.05 mm＝0.85 mm，最后结果是 23 mm＋0.85 mm＝23.85 mm。题图丙读数：主尺读数是3 mm，游标尺读数是9×0.02 mm＝0.18 mm，最后结果是3 mm＋0.18 mm＝3.18 mm。
2．(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径，为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧如图所示的部件________(选填“A”“B”“C”或“D”)。从图中的示数可读出合金丝的直径为________mm。
(2)①图(a)读数为________mm。
②图(b)读数为________________。
[答案]　(1)B　0.410　(2)①5.020　②8.523[解析]　(1)读数前应先旋紧锁紧装置B，使读数固定不变。螺旋测微器的固定刻度为0 mm，可动刻度为41.0×0.01 mm＝0.410 mm，所以最终读数为0 mm＋0.410 mm＝0.410 mm。(2)①题图(a)读数为5 mm＋2.0×0.01 mm＝5.020 mm。②题图(b)读数为8.5 mm＋2.3×0.01 mm＝8.523 mm。
3．(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，则可得到的电阻范围为________。
[答案]　(1)0.02　0.44　0.1　2.20　(2)0.1　1.70　0.5　8.5　(3)1 987　将“×1 k”挡旋钮调到2，再将“×100”挡旋钮调到0　0～19 998 Ω
[解析]　(1)电流表使用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。(3)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，用两个这样的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，可得到的电阻范围为0～19 998 Ω。
考点二　测量电路与控制电路的选择
1．电压表和电流表的内、外接法(1)两种接法比较
(2)两种电路的选择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。
③试触法：按图接好电路，让电压表一个接线柱固定接好，另一个接线柱P先后与a、b处接触一下记录两表的读数为Ia、Ua、Ib、Ub：
2．滑动变阻器的两种连接(1)滑动变阻器两种连接方式的对比
(2)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。②当待测电阻Rx≫R(滑动变阻器的最大阻值)时。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。(3)滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且要求电压不从零开始变化，通常情况下，由于限流式结构简单、耗能少，优先使用限流接法。
[答案]　(1)4.224(4.222～4.226)　5.020　
[解析]　(1)图甲读数4 mm＋22.4×0.01 mm＝4.224 mm图乙读数50 mm＋4×0.05 mm＝5.020 cm。
(2)因待测电阻阻值较大，为了准确测量，应采用较大的电动势，故选电动势为12 V的电源F，电压表选择10 V的量程，即选择B。
故电流表选择C。因给出的滑动变阻器总阻值较小，所以应采用分压接法，同时因待测电阻较大，为了准确测量，电流表选择内接法，故电路图如答案图因本实验采用电流表内接法，由于电流表分压影响，电压表测量值将大于真实值，由欧姆定律可知，电阻测量值将大于真实值。
(2025·甘肃卷·12题)某兴趣小组设计测量电阻阻值的实验方案。可用器材有：电池(电动势1.5 V)两节，电压表(量程3 V，内阻约3 kΩ)，电流表(量程0.3 A，内阻约1 Ω)，滑动变阻器(最大阻值20 Ω)，待测电阻Rx，开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。
(1)首先设计如上图所示的电路。①要求用S2选择电流表内、外接电路，请在图1中补充连线将S2的c、d端接入电路；②闭合S1前，滑动变阻器的滑片P应置于________端(填“a”或“b”)；③闭合S1后，将S2分别接c和d端，观察到这两种情况下电压表的示数有变化、电流表的示数基本不变，因此测量电阻时S2应该接________端(填“c”或“d”)。
(2)为了消除上述实验中电表引入的误差、该小组又设计了如图所示的电路。
①请在上图中补充连线将电压表接入电路；②闭合S1，将S2分别接c和d端时，电压表、电流表的读数分别为Uc、Ic和Ud、Id。则待测电阻阻值Rx＝________(用Uc、Ud、Ic和Id表示)。
[解析]　(1)①实物连接图如图所示，
②闭合S1前，根据滑动变阻器的限流式接法，滑片P应置于b端，连入电路中的阻值最大，保护电路的安全。③闭合S1后，将S2分别接c和d端，观察到这两种情况下电压表的示数有变化、电流表的示数基本不变，说明电流表分压明显，为减小实验误差，应采用电流表外接法，因此测量电阻时S2应该接c端。
(2)①实物连接图如图所示，
②根据电路分析，当闭合S1，将S2接c端时，电压表、电流表的读数分别为Uc、Ic，
考点三　实验器材的选取与实物图的连接
1．电学实验设计的“三原则”(1)安全性：确保电源、电阻和电表都不会过载，如电流表或电压表量程一定要大于被测电流或电压的最大值。
(3)可调性：选用滑动变阻器时，应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又能实现调节时测量电表的示数变化明显。
(2)滑动变阻器：①分压式接法要选择总阻值小的且不超过其额定电流的滑动变阻器；②限流式接法要选择最大阻值大于等于待测电阻的滑动变阻器；③电流半偏法测电阻，滑动变阻器选阻值大的。(3)定值电阻：①若用于电表改装，阻值与改装后的量程要匹配；②若用于保护电路，应保证使电路的最大电流(电压)不超过电流表(电压表)的量程及有关元件的额定电流(电压)。
3．实物图连接的一般思路(1)先画电路图，后连实物图：在电路图上标明电源的正、负极，电流表和电压表的正、负接线柱等。(按实物的布局设计线路图，再根据线路图连接实物图)(2)先串后并，注意正负：连电路实物图时，应选择一条包含电路元件最多的通路，例如：从电源的正极出发，沿着电流的方向依次把开关、用电器、电流表(先接正接线柱，后接负接线柱)、变阻器等连接起来，一直连到电源负极，然后再把其余的电路元件和电压表并联在电路的某两点之间。
(3)注意量程，接线到柱：连接多量程电流表、电压表时，应注意选择适当的接线柱(即选取合适的量程)，所有导线的连接点都应接在用电器的接线柱上或电源的正、负极上，不应在无接线柱的地方把几条导线相接。(4)避免交叉，检查无误：所连导线不应交叉，以使连接情况清晰易辨。连好电路实物图后，应对照电路图再检查一遍，以便减少错误。
请同学设计一个测量电阻的电路，待测电阻Rx阻值约为15 Ω。要求用U－I图像来处理数据，滑动变阻器可在较大范围内调节。可供选择的器材如下：A．电流表A1，量程100 mA，内阻rA1＝12 Ω；B．电流表A2，量程2 mA，内阻rA2＝200 Ω；C．电压表V1，量程10 V，内阻rV1≈15 kΩ；D．电压表V2，量程3 V，内阻rV2≈10 kΩ；E．保护电阻R0约20 Ω；F．滑动变阻器R，最大阻值10 Ω，额定电流为1 A；G．电池组，电动势12 V，内阻很小；H．开关及导线若干。
(1)电流表应选________，电压表应选________(填器材前面的字母序号)。
(2)设计电路时，电流表应采用________ (选填“内接”或“外接”)法，滑动变阻器应采用________(选填“分压”或“限流”)接法。根据所设计的实验电路，用笔画线代替导线连接实物图。
(3)若在所测量数据中选一组数据U、I及已知量计算R，则其表达式为Rx＝________(用所给字母表示)。
[解析]　(1)如果选B电流表，A2满偏时UV＝IARx＝0.002×15 V＝0.03 V，远小于给出电压表的量程，故选A，在电流表A1达到满偏时，电压表示数约为2.7 V，电压表选择D，也接近满偏，这样读数引起的误差较小。(2)因电流表内阻已知，用电流表内接法时，不会因电路设计引起系统误差，故电流表应采用内接法；因为题中要求画U－I图像处理数据，需要测量大量数据，而且滑动变阻器阻值较小，故滑动变阻器应采用分压接法。
1．(1)在测定金属的电阻率实验中，用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图1所示，读数为________mm。(2)在用单摆测定重力加速度实验中，用20分度的游标卡尺测量摆球的直径，示数如图2所示，读数为________cm。
[答案]　(1)0.617(0.616～0.619均可)　(2)0.775
[解析]　(1)螺旋测微器的固定刻度为0.5 mm，可动刻度为11.7×0.01 mm＝0.117 mm所以最终读数为0.5 mm＋0.117 mm＝0.617 mm(0.616～0.619都正确)。(2)游标卡尺的主尺读数为7 mm，游标尺上第15个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标尺读数为15×0.05 mm＝0.75 mm所以最终读数为7 mm＋0.75 mm＝7.75 mm＝0.775 cm。
2．如图，读出下列游标卡尺和螺旋测微器的读数。(1)游标卡尺读数为________mm。
(2)螺旋测微器读数为________mm。
(3)如图所示，下面游标卡尺的读数为________mm。(4)在连线正确后，闭合开关，电压表和电流表的示数分别如图a和图b所示，由图可知，电压表(量程3 V)读数为________V，电流表(量程0.6 A)读数为________A。
[答案]　(1)100.4　(2)0.900　(3)6.50　(4)2.20　0.48[解析]　(1)游标卡尺读数为主尺读数加游标尺读数，即10 cm＋4× 0.1 mm＝100.4 mm。(2)螺旋测微器读数为固定刻度读数加可动刻度读数，即0.5 mm＋40.0×0.01 mm＝0.900 mm。(3)游标卡尺的读数为主尺读数加游标尺读数，即0.6 cm＋0.02 mm ×25＝6.50 mm。(4)电压表量程3 V，最小分度为0.1 V，要估读到分度值的后一位，故电压表的读数为2.20 V。电流表量程0.6 A，最小分度为0.02 A，只需要读到小数点后2位，不需要再估读到后一位，故电流表的读数为0.48 A。
3．小李在实验室测量一电阻R的阻值。
因电表内阻未知，用如图1所示的电路来判定电流表该内接还是外接。正确连线后，合上开关S，将滑动变阻器的滑片P移至合适位置。单刀双掷开关K掷到1，电压表的读数U1＝1.65 V，电流表的示数如图2所示，其读数I1＝________A；将K掷到2，电压表和电流表的读数分别为U2＝1.75 V，I1＝0.33 A。由此可知应采用电流表________(选填“内”或“外”)接法。[答案]　0.34　外
4．(2026·青海西宁市高三开学考试)某实验小组为了测定某一标准圆柱形导体电阻的电阻率，进行如下实验：(1)分别用游标卡尺和螺旋测微器对圆柱形导体的长度L和直径d进行测量，测直径d的结果如图所示，其读数是________mm。
(2)用多用电表的电阻“×10”挡粗测其阻值，读数如图，阻值约为________Ω。(3)该同学想用伏安法更精确地测量该电阻R，使用如下规格器材：待测圆柱体电阻R；直流电源E(电动势为4 V，内阻不计)；电流表A(量程为0～10 mA，内阻约30 Ω)；电压表V(量程为0～3 V，内阻约10 kΩ)；滑动变阻器R1(0～15 Ω，允许最大电流2.0 A)；开关、导线等。请在方框内画出合理的测量电路图。
[答案]　(1)2.795　(2)220　(3)见解析[解析]　(1)由图可知，螺旋测微器读数d＝2.5 mm＋29.5×0.01 mm＝2.795 mm。(2)由图读出R＝22×10 Ω＝220 Ω。(3)电压表电阻远大于待测电阻阻值，故采用电流表外接法，为精确地测量该电阻，应使待测电阻两端电压从零开始变化，故采用分压接法，如图所示：
5．(2023·北京高考·16题)采用图1所示的电路图来测量金属丝Rx的电阻率。
(1)实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在________(填“M”或“N”)端。
(2)按照图1连接实物图，如图2所示。闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为________(填“a”“b”或“c”)。若闭合开关，该错误连接会带来的问题有________________________________________ ___________。
[答案]　(1)M　(2)b　移动滑片时，电压表和电流表的示数不变[解析]　(1)实验时，闭合开关S前，为保护电路，分压式滑动变阻器滑片P应处在使分压电路部分的电压最小处，滑动变阻器的滑片P应处在M端。(2)滑动变阻器采用分压式接法，滑动变阻器下端两接线柱与电源相连，故b导线接错；该错误带来的问题是移动滑片的过程中电压表和电流表的示数不变。
6．(2026·云南昆明期中)某同学要测量一新材料制成的均匀圆柱体的电阻(圆柱体的电阻约为6 Ω)：为精确测量其电阻，并且待测电阻的电压从零开始可以连续调节，除待测圆柱体外，实验室还备有的实验器材如下，为了测出多组实验数据。A．电压表V1(量程3 V，内阻约为15 kΩ)B．电压表V2(量程15 V，内阻约为75 kΩ)C．电流表A1(量程0.6 A，内阻约为1 Ω)D．电流表A2(量程3 A，内阻约为0.2 Ω)
E．滑动变阻器R1(0～5 Ω，0.6 A)F．滑动变阻器R2(0～2 000 Ω，0.1 A)G．1.5 V的干电池两节，内阻不计H．开关S，导线若干
(1)则电压表应选________；电流表应选________；滑动变阻器应选________(填写器材前对应的序号字母)。
(2)请设计合理的实验电路，将电路图完整地画在虚线框中，并把实物图连接完整。
[答案]　(1)A　C　E　(2)见解析图
(2)因RV≫Rx，则应该采用电流表外接电路；合理的实验电路如图甲，实物图连接如图乙。
7．为了精确测量某电阻Rx的阻值(约2 000 Ω)，有如下实验器材可供选择：A．直流电源：电动势18 V，内阻很小B．电流表：量程0～10 mA，内阻为10 ΩC．电压表：量程0～3 V，内阻为3 000 ΩD．滑动变阻器R1：最大阻值为10 ΩE．滑动变阻器R2：最大阻值为1 000 ΩF．开关、导线、定值电阻
(1)电压表的量程太小，不满足实验要求，若要改装成量程为18 V的电压表，则需串联一个阻值为________Ω的定值电阻R0。(2)按图甲所示的电路图设计实验，则滑动变阻器应选用________ (选填“R1”或“R2”)。(3)根据图甲用笔画线将图乙中的实物图补充完整。
(4)闭合开关前，滑动变阻器滑片P应置于最________(选填“左”或“右”)端。(5)某次实验中电压表示数为1.20 V，电流表示数为3.6 mA，则测得Rx阻值为________Ω。[答案]　(1)15 000　(2)R1　(3)见解析图　(4)左　(5)1 990
(2)题图甲所示为分压式接法，滑动变阻器应当选择最大阻值较小的，过大不利于读数。选择R1。(3)根据电路图连接实物图，如图所示。
(4)闭合开关前，应当将滑片移至最左端，使电压表示数从0开始变化。(5)电压表示数为1.20 V，则可知此时改装后的电压表示数为 7.20 V，即Rx和电流表两端的电压为7.20 V，