新高考物理一轮复习考点题型分类讲与练第50讲 电学实验基础（2份，原卷版+解析版）

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考点01：常用仪器的读数（必备知识+1例+1变式）
考点02：测量电路与控制电路的选择（必备知识+2例+2变式）
考点03：实验器材的选取与实物图的连接（必备知识+2例+2变式）
二、 巩固提升（精选12道题）
常用仪器的读数
考点一
1.螺旋测微器
(1)构造：如图所示，B为固定刻度，E为可动刻度。
(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0.5 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)。
如图所示，固定刻度示数为2.0 mm，半毫米刻度线未露出，则可动刻度示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。
2.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)、游标卡尺上还有一个深度尺。(如图所示)
(2)用途：测量厚度、长度、宽度、内径、外径等。
(3)原理：利用主尺的单位刻度与游标尺的单位刻度之间固定的差值制成。
(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的与主尺上某一刻度线对齐的格数，则记录结果表示为(x＋K×精确度) mm。
3.常用电表的读数
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。
(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“15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。
注意：(1)最小分度是“1、0.1、0.01、…”时，估读到最小分度的110(即估读到最小分度的下一位)。
(2)最小分度是“2、0.2、0.02、…”时，估读到最小分度的12(即估读到最小分度的本位)。
(3)最小分度是“5、0.5、0.05、…”时，估读到最小分度的15(即估读到最小分度的本位)。
【例1】螺旋测微器
（1）构造：如图所示，B为固定刻度，E为可动刻度。
（2）原理：固定刻度B的螺距为0.5mm，即旋钮D每旋转一周，测微螺杆F前进或后退 mm，而可动刻度E上有50个等分刻度，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）。
如图所示，固定刻度示数为2.0mm，半毫米刻度线未露出，可动刻度示数为15.0，最后的读数为：2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm。
【变式1】(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 。
测量电路与控制电路的选择
考点二
1.电流表的内、外接法
2.滑动变阻器两种连接方式
(1)两种连接方式对比
(2)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，由于限流式接法结构简单、耗能少，优先使用限流式接法。
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。
3.实验误差分析
(1)系统误差
①伏安法测电阻系统误差来源：电压表的分流或电流表的分压。
②减小系统误差
根据题目中给出的电阻大约值，选用合适的实验器材，采用误差小的实验方案(如电流表的内、外接法)。
③消除系统误差
题目给定的条件充分(电表内阻已知)，合理设计电路可消除系统误差。
(2)偶然误差
①电压表、电流表、多用电表、毫米刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器等读数误差。
②描点、计算等对数据处理造成的误差。
③通过多次测量取平均值或图像法可以减小偶然误差。
【例2-1】（2020·全国I卷·高考真题）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0.5Ω。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）。
【例2-2】（2021·海南·高考真题）在伏安法测电阻的实验中，提供以下实验器材：电源E（电动势约6V，内阻约1Ω），待测电阻Rx（阻值小于10Ω），电压表V（量程3V，内阻约3kΩ），电流表A（量程0.6A，内阻约1Ω），滑动变阻器（最大阻值20Ω），单刀开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。某同学利用上述实验器材设计如图所示的测量电路。
回答下列问题：
（1）闭合开关S1前，滑动变阻器的滑片P应滑到 （填“a”或“b”）端；
（2）实验时，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应将S2拨向 （填“c”或“d”）；在上述操作正确的情况下，引起实验误差的主要原因是 （填正确选项前的标号）；
A．电流表分压 B．电压表分流 C．电源内阻分压
（3）实验时，若已知电流表的内阻为1.2Ω，在此情况下，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应将S2拨向 （填“c”或“d”）；读得电压表的示数为2.37V，电流表的示数为0.33A，则Rx= Ω（结果保留两位有效数字）。
【变式2-1】（2022·北京·高考真题）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
（1）用电压表（内阻约为3kΩ）和电流表（内阻约为0.1Ω）测量一个电阻的阻值（约为5Ω）。要求尽量减小实验误差，应该选择的测量电路是图1中的 （选填“甲”或“乙”）。
（2）一多用电表表盘上的电阻刻度线正中间标有“15”字样。用它测量约20kΩ电阻的阻值，下列实验步骤正确的操作顺序为 （填各实验步骤前的字母）。
A．将选择开关置于“×1k”位置
B．将选择开关置于“OFF”位置
C．将两表笔分别接触待测电阻两端，读出其阻值后随即断开
D．将两表笔直接接触，调节欧姆调零旋钮，使指针指向“0”
（3）图2是“测量电源的电动势和内电阻”实验的电路图。某同学在实验中，闭合开关后，发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表有示数且不变，电流表始终没有示数。为查找故障，在其他连接不变的情况下，他将电压表连接a位置的导线端分别试触b、c、d三个位置，发现试触b、c时，电压表有示数；试触d 时，电压表没有示数。若电路中仅有一处故障，则 （选填选项前的字母）。
A．导线ab断路
B．滑动变阻器断路
C．导线cd断路
D．滑动变阻器短路
【变式2-2】（2025·甘肃·高考真题）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1．5V）两节，电压表（量程3V，内阻约3kΩ），电流表（量程0.3A，内阻约1Ω），滑动变阻器（最大阻值20Ω），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）。
实验器材的选取与实物图的连接
考点三
1.实验器材选择的技巧
(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：分压式接法选阻值小的且不超过其额定电流的滑动变阻器，限流式接法选最大阻值为待测电阻2~3倍的滑动变阻器。电流表半偏法测电阻，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13以上且不超过电流表、电压表量程。
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、下各一个接线柱上(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(一上两下共三个接线柱)。
【例3-1】（2023·北京·高考真题）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 。

【例3-2】（2023·天津·高考真题）某同学测量金属丝的电阻R大小。
（1）首先使用多用电表的欧姆挡进行粗测，用“×1”挡正确测量，指针偏转如图所示对应的读数为 Ω；

（2）该同学设计了如图所示的电路，再次开展测量，除学生电源(输出电压为4V)、滑动变阻器、开关、导线外，还提供如下器材：

A．电压表（量程0—15V，内阻约15kΩ） B．电压表（量程0—3V，内阻约3kΩ）
C．电流表（量程0—3A，内阻约0.025Ω） D．电流表（量程0—0.6A，内阻约0.125Ω）
①为了测量准确，实验时应选用 测量电压U，应选用 测量电流I；（填器材前对应字母）
②关于该实验下列哪些说法是正确的？
A．电压表内阻分流引起的误差是系统误差
B．闭合开关前滑动变阻器的滑片应置于b端
C．滑动变阻器采用图示接法电压U可以调为零
D．通过测量多组数据绘制U−I图像可减小系统误差
【变式3-1】（2025·浙江·高考真题）某同学研究半导体热敏电阻（其室温电阻约为几百欧姆）Rt的阻值随温度规律，设计了如图所示电路。器材有：电源E（4.5V,0.5Ω），电压表（3V,50kΩ），滑动变阻器R（A：“0~10Ω”或B：“0~100Ω”），电阻箱R1（0~99999.9Ω），开关、导线若干。
(1)要使cd两端电压U0在实验过程中基本不变，滑动变阻器选 （选填“A”或“B”）；
(2)正确连线，实验操作如下：
①滑动变阻器滑片P移到最左端，电阻箱调至合适阻值，合上开关S1；
②开关S2切换到a，调节滑片P使电压表示数为U0=2.50V；再将开关S2切换到b，电阻箱调至R1=200.0Ω，记录电压表示数U1=1.40V、调温箱温度t1=20°C。则温度t1下Rt= Ω（保留三位有效数字）：
③保持R1、滑片P位置和开关S2状态不变，升高调温箱温度，记录调温箱温度和相应电压表示数，得到不同温度下Rt的阻值。
(3)请根据题中给定的电路且滑片P位置保持不变，给出另一种测量电阻Rt的简要方案。
【变式3-2】（2009·广东·高考真题）某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率．所用的器材包括：输出为3V的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器（千分尺）、米尺、电阻箱、开关和导线等．
（1）他们截取了一段金属丝，拉直后固定在绝缘的米尺上，并在金属丝上夹上一个小金属夹，金属夹，金属夹可在金属丝上移动．请根据现有器材，设计实验电路，并连接电路实物图
（2）实验的主要步骤如下：
①正确连接电路，设定电阻箱的阻值，开启电源，合上开关；
②读出电流表的示数，记录金属夹的位置；
③断开开关， ，合上开关，重复②的操作．
（3）该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据，并据此绘出了如图的关系图线，其斜率为 A-1·m-1(保留三位有效数字)；图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了 的电阻之和．
（4）他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示．金属丝的直径是 ．图中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是 ,其数值和单位为 （保留三位有效数字）．
巩固提升
1．1992年，江苏扬州出土的古代铜卡尺，由固定尺和活动尺组成，现代游标卡尺的构件与其非常相似，已成为常用的测量工具。用游标卡尺测量某物体的长度，示数如图所示，其读数为（ ）
A．14.20mmB．14.2mmC．17.20mmD．17.2mm
2．如图所示为某同学设计的加速度计。滑块2可以在光滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧3拉着；R为滑动变阻器，滑动片4与电阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。两个电池E的电动势相同，内阻忽略不计。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。将框架固定在运动的物体上，物体的加速度a沿图示方向，则（ ）
A．电压表的指针应该偏向零点右侧
B．若电压表读数增大，物体的速度一定增大
C．若电压表读数增大，物体的加速度一定增大
D．若电压表读数不变，该物体一定做匀加速运动
3．图甲为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的 （填“A”“B”或“C”）进行测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为 mm。
4．(1)图甲是一把50分度的游标卡尺，它的读数为 mm；

(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图乙，则金属丝的直径是 mm；
(3)如图丙，当使用0~0.6A量程时，图中表针示数是 A。
5．一双量程电流表的刻度盘及其指针所在位置如图甲所示，当量程为0.6A时，其示数为 A；当量程为3A时，其示数为 A。图乙为该电流表的内部简化电路原理图，其中G为灵敏电流计，表头内阻Rg，满偏电流Ig，若接在“−”和 （选填"a"或"b"）接线柱间，电流表的量程较大，其量程为 （用Rg、Ig、R1、R2表示）。
6．为了较准确测Rx（大约15Ω）的阻值，有以下一些器材可供选择：
电流表A1（量程0∼100mA，内阻约0.2Ω）；
电流表A2（量程0∼3A，内阻约0.12Ω）；
电压表V1（量程0∼3V，内阻很大）；
电压表V2（量程0∼15V，内阻很大）；
电源E（电动势约为3V，内阻约为0.2Ω）；
定值电阻R（15Ω，允许最大电流1.0A）；
滑动变阻器R1（0∼10Ω，允许最大电流2.0A）；
滑动变阻器R2（0~1KΩ，允许最大电流0.5A）；
单刀单掷开关S一个，导线若干。
①电流表应选 ，滑动变阻器应选 ；（填器材的符号）
②请在线框内画出测量电阻Rx的实验电路图 ；（要求所测量范围尽可能大）
③某次测量中，电压表示数为U时，电流表示数为I，则计算待测电阻阻值的表达式为Rx= 。
7．某同学用自己发明的新式游标卡尺测量一小段金属丝的长度，新式卡尺将主尺上39mm在游标尺上均分成20等份。如图所示，则小钢球的直径为d= cm。该同学又用螺旋测微器测量该金属丝的直径，示数如图，则该金属丝的直径为 mm。
8．（1）用20分度的游标卡尺测量一粗细均匀圆柱体的长度，如图所示，由图可知其长度为 mm。
（2）用螺旋测微器测量其直径如图所示，由图可知其直径为 mm。
9．弹簧是熄火保护装置中的一个元件，其劲度系数会影响装置的性能。小组设计了如图1所示的实验装置测量弹簧的劲度系数，其中压力传感器水平放置，弹簧竖直放在传感器上，螺旋测微器竖直安装，测微螺杆正对弹簧。
(1)某次测量时，螺旋测微器的示数如图2所示，此时读数为 mm。
(2)对测得的数据进行处理后得到弹簧弹力F与弹簧长度l的关系如图3所示，由图可得弹簧的劲度系数为 N/m，弹簧原长为 mm（均保留3位有效数字）。
10．为了测量某待测电阻Rx的阻值，约为30Ω，提供了以下器材：
电压表V1（量程0-3V，内阻很大）；
电压表V2（量程0-15V，内阻很大）；
电流表A1（量程0-50mA，内阻约10Ω）；
电流表A2(量程0-3A，内阻约0.12Ω）；
电源E(电动势约为3V，内阻约为0.2Ω）；
定值电阻R（20Ω，允许最大电流1.0A）；
滑动变阻器R10~10Ω，允许最大电流2.0A；
滑动变阻器R20~1kΩ，允许最大电流0.5A；
单刀单掷开关S一个，导线若干。
（1）为了使测量范围尽可能大，电压表应选 ，电流表应选 ，滑动变阻器应选 。（填字母代号）
（2）请在虚线框内画出测量电阻Rx的实验电路图。

（3）某次测量中，电压表示数为U0时，电流表示数为I0，则计算待测电阻阻值的表达式为Rx= 。（用字母表示）
11．现要测量一个满偏电流Ig=50μA的表头内阻并改装成量程为1mA的电流表，如图所示。
（1）先闭合开关，再调整滑动变阻器，使电流表A的示数为84mA，电流表G的示数如图所示，则流过G的电流是 。若rA=1.0Ω，则rg= ；
（2）给G并联一个R1的电阻进行校准时，当电流表G的示数为45Ig时，标准电流表A的示数为0.76mA，则改装之后的电流表实际量程是 ；
（3）若要把它改装成量程为1mA的电流表，还需要在R1两边并联一个R2= R1的电阻。
12．某同学将一量程为250μA的微安表改装成量程为1.5V的电压表。先将电阻箱R1与该微安表串联进行改装，然后选用合适的电源E、滑动变阻器R2、定值电阻R3、开关S和标准电压表对改装后的电表进行检测，设计电路如图所示。
（1）微安表铭牌标示内阻为0.8kΩ，据此计算R1的阻值应为 kΩ。按照电路图连接电路，并将R1调为该阻值。
（2）开关闭合前，R2的滑片应移动到 端。
（3）开关闭合后，调节R2的滑片位置，微安表有示数，但变化不显著，故障原因可能是 。（填选项前的字母）
A．1、2间断路 B．3、4间断路 C．3、5间短路
（4）排除故障后，调节R2的滑片位置，当标准电压表的示数为0.60V时，微安表的示数为98μA，此时需要 （填“增大”或“减小”）R1的阻值，以使改装电表的量程达到预期值。
刻度格数(分度)
刻度总长度
每小格与1 mm的差值
精确度(可精确到)
10
9 mm
0.1 mm
0.1 mm
20
19 mm
0.05 mm
0.05 mm
50
49 mm
0.02 mm
0.02 mm
电流表内接法
电流表外接法
电路图
误差原因
电流表分压
U测＝Ux＋UA
电压表分流
I测＝Ix＋IV
电阻测量值
R测＝U测I测＝Rx＋RA>Rx
测量值大于真实值
R测＝U测I测＝RxRVRx＋RVRARV时，选用电流表内接法
当RV≫Rx或Rx