第51讲　专题强化十四　电学实验基础——2027届高三物理一轮复习讲义（含答案）

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(基础考点·自主探究)
一、游标卡尺的构造、原理及读数
1．构造
(如图)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，尺身上还有一个紧固螺钉。
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。不管游标尺上有多少个小等份刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等份刻度少1 mm。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．注意事项
(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。
(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．螺旋测微器的构造
如下图所示是常用的螺旋测微器。它的测砧A和固定刻度S固定在尺架F上。旋钮K、微调旋钮K′和可动刻度H、测微螺杆P连在一起，通过精密螺纹套在S上。
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
测量时被测物体长度的整数毫米数或半毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出。
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．注意事项
(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、电流表和电压表的读数原则
1．若刻度盘上每一小格为：1,0.1,0.01…时，需估读到最小刻度值的下一位。
2．若刻度盘上每一小格为：0.2,0.02,0.5，0.05…时，只需读到最小刻度值的位数。
【跟踪训练】
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：整毫米是17 mm，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。题图乙读数：整毫米是23 mm，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。题图丙读数：整毫米是3 mm，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。
(1)某同学用如图甲所示的螺旋测微器测量小球的直径时，他应先转动________使F靠近小球，再转动________使F夹住小球，直至听到棘轮发出声音为止，拨动________使F固定后读数(填仪器部件字母符号)。正确操作后，螺旋测微器的示数如图乙所示，则小球的直径是________mm。
(2)读出下面各螺旋测微器的读数，丙________mm，丁________mm，戊________mm。
[答案] (1)D H G 6.700 (2)4.041 1.100 3.516
[解析] (1)用螺旋测微器测量小球直径时，先转动粗调旋钮D使测微螺杆F靠近被测小球，再转动微调旋钮H使测微螺杆F夹住小球，直到棘轮发出声音为止，拨动止动旋钮G使F固定后读数，读数为6.5 mm＋20.0×0.01 mm＝6.700 mm。
(2)丙图：(4＋4.1×0.01)mm＝4.041 mm；
丁图：(1＋10.0×0.01)mm＝1.100 mm；
戊图：(3.5＋1.6×0.01)mm＝3.516 mm。
电流表量程一般有两种——0～0.6 A,0～3 A；电压表量程一般有两种——0～3 V,0～15 V。如图所示：
(1)接0～3 V量程时读数为________V。
(2)接0～15 V量程时读数为________V。
(3)接0～3 A量程时读数为________A。
(4)接0～0.6 A量程时读数为________A。
[答案] (1)1.88 (2)9.5 (3)0.80 (4)0.16
[解析] (1)刻度盘上每一小格为0.1 V，读数为1.88 V。
(2)刻度盘上每一小格为0.5 V，读数为9.5 V。
(3)刻度盘上每一小格为0.1 A，读数为0.80 A。
(4)刻度盘上每一小格为0.02 A，读数为0.16 A。
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_____________________________________________________。若用两个这样的电阻箱，即可得到的阻值范围为________。
[答案] 1 987 将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0 0～19 998 Ω
[解析] 接入电路的电阻为1 987 Ω，将电阻改为2 087 Ω，最简单的操作方法是将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”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，可得到的阻值范围为0～19 998 Ω。
测量电路与控制电路的选择
(能力考点·深度研析)
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。
②比值法：当eq \f(Rx,RA)eq \f(RV,Rx)时，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：
a．如果电压表的示数变化比电流表的示数变化更明显，对应表达式为eq \f(|Ia－Ib|,Ia)eq \f(|Ua－Ub|,Ua)，则应采用电流表内接法。
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。
(2025·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：
【跟踪训练】
(滑动变阻器的两种连接)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________。
[答案] (1)A (2)0～0.6 A
[解析] (1)C与D电路图不符合电压从零开始调节的要求，小电珠的电阻RL＝eq \f(U2,P)＝eq \f(122,5) Ω＝28.8 Ω，eq \f(RL,RA)＝144，eq \f(RV,RL)≈520.8，由于eq \f(RL,RA)