专题9.4 电学实验基础-2021年高考物理一轮复习考点扫描学案

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专题9.4 电学实验基础
目录
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc9065" 【考点扫描】 PAGEREF _Tc9065 2
\l "_Tc16984" 一、螺旋测微器的使用 PAGEREF _Tc16984 2
\l "_Tc1975" 二、游标卡尺 PAGEREF _Tc1975 2
\l "_Tc9610" 三．游标卡尺和螺旋测微器的读数示例 PAGEREF _Tc9610 3
\l "_Tc17644" 四、常用电表的读数 PAGEREF _Tc17644 4
\l "_Tc29727" 五、测量电路与控制电路的选择 PAGEREF _Tc29727 4
\l "_Tc5807" 六、电表的改装 PAGEREF _Tc5807 5
\l "_Tc32510" 七、仪器的选择与实物图的连接 PAGEREF _Tc32510 6
\l "_Tc8901" 【典例分析】 PAGEREF _Tc8901 7
\l "_Tc28984" 【专题精练】 PAGEREF _Tc28984 11
【考点扫描】
一、螺旋测微器的使用
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2所示，固定刻度示数为2.0 mm，半毫米刻度线未露出，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm.
二、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、深度、内径、外径．
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个的、20个的、50个的，其规格见下表：
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与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(x＋K×精确度) mm.
三．游标卡尺和螺旋测微器的读数示例
游标卡尺的读数应注意以下几点
(1)看清精确度
例如(图)
易错成11 mm＋4×0.1 mm＝11.40 mm
正确的应为11.4 mm，游标卡尺不需要估读，后面不能随意加零或去零；
例如(图)
易错成10 mm＋12×0.05 mm＝10.6 mm，正确的应为10.60 mm.
(2)主尺上的单位应为厘米
主尺上标识的1、2、3等数字通常是指厘米，读数时应将毫米和厘米分清，游标卡尺主尺上的最小刻度是1 mm.
例如(图)
易错成5 mm＋4×0.05 mm＝5.20 mm
正确的应为50 mm＋4×0.05 mm＝50.20 mm.
(3)区分零刻度与标尺最前端
例如(图)
易错成13 mm＋10×0.05 mm＝13.50 mm
正确读数为14 mm＋10×0.05 mm＝14.50 mm.
四、常用电表的读数
对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，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即可．
(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“eq \f(1,5)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.
五、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．简单概括为“大内偏大，小外偏小”．
②临界值计算法：
Rxeq \r(RVRA)时，用电流表内接法．
③实验试探法：按图所示接好电路，让连接电压表的导线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．滑动变阻器两种连接方式
(1)滑动变阻器两种接法的对比
(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，优先使用限流式．
六、电表的改装
1． 电流表 eq \\ac(○,G)原理和主要参数

①电流表G是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用发生偏转的原理制成的，且指什偏角θ与电流强度I成正比，即θ＝kI，故表的刻度是均匀的。
②电流表的主要参数有——表头内阻Rg：即电流表线圈的电阻；满偏电流Ig：即电流表允许通过的最大电流值，此时指针达到满偏；满偏电压Ug：即指针满偏时，加在表头两端的电压，故Ug＝IgRg
2． 电压表和电流表的改装原理
改装后的电压表或电流表，虽然量程扩大了，但通过电流表的最大电流或加在电流表两端的最大电压仍为电流表的满偏电流Ig和满偏电压Ug，只是由于串联电路的分压及并联电路的分流使表的量程扩大了。
七、仪器的选择与实物图的连接
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，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．
(2)误差因素：选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时，其指针应偏转到满偏刻度的eq \f(1,3)以上；使用欧姆表时应选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率挡位．
(3)便于操作：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，又便于调节．在调节滑动变阻器时，应使其大部分电阻线都被用到．
(4)实验实际：除以上三个因素外，还应注重实验实际，如所用的电源与滑动变阻器的匹配问题等．
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．
【典例分析】
【例1】某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为________cm和________mm.
【例2】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，即可得到的电阻值范围为________．
【例3】用内阻为3 000 Ω的电压表和内阻为10 Ω的电流表测电阻，在图15甲、乙两种情况下，电压表的示数都是60 V，电流表的示数都是0.2 A，则R1的测量值为______ Ω，真实值是________ Ω，R2的测量值为________ Ω，真实值是________ Ω.
【例4】(2019·全国卷Ⅰ·23)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所示，由此可以推测出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 mA
C．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 Ω
B．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1 200 Ω
C．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＝________.
【例5】为测量某微安表G(量程200 μA，内阻大约2 200 Ω)的内阻，有以下器材可供选择：
A．电压表(0～3 V)；
B．电压表(0～15 V)；
C．滑动变阻器(0～10 Ω)；
D．滑动变阻器(0～1 kΩ)；
E．电源E(电动势约为6 V)
F．电阻箱RZ(最大阻值为9 999 Ω)
开关S一个，导线若干．
(1)按图甲所示电路图将图乙中的实物连线．
(2)实验过程为：合上开关S，先调节R使电压表读数为U，再调节电阻箱(此时电压表读数几乎不变)，使微安表指示为满偏，记下此时电阻箱阻值为R1＝8 056 Ω；
然后再调节R，使电压表读数为eq \f(2,3)U，再调节电阻箱(此时电压表读数几乎不变)，使微安表指示为满偏，记下此时电阻箱阻值为R2(如图所示)．
电压表应选________，滑动变阻器应选________．(填字母代号)
电阻箱的读数R2＝________ Ω，待测微安表的内阻Rg＝________ Ω.
【专题精练】
1.(2020·安徽蚌埠市第二次质检)小明用螺旋测微器测量一根导体棒的直径，刻度如图甲所示，读数为________ mm；用游标为20分度的游标卡尺测量某个圆筒的深度，部分刻度如图乙所示，读数为________ cm.
2.(2020·山东济宁第二次摸底)图甲中螺旋测微器的读数为________ mm.如图乙为用多用电表的“×1”欧姆挡正确操作后测某电阻时指针的位置，其读数为________ Ω.
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.
4如图甲是学生实验用的有两个量程的电流表刻度盘，当用“＋”和“－0.6”两接线柱时，能测的最大电流是________ A，对应刻度盘上每一小格代表________ A；图中表针示数为________ A；当使用电流表的“＋”和“－3”两个接线柱时，对应刻度盘上每一小格代表______ A，图中表针示数为________ A.
图乙为学生实验用的有两个量程的电压表刻度盘．当使用较小量程时，测量电压最大值不得超过________ V，每小格表示________ V，图中指针示数为________ V；若使用的是较大量程，则表盘刻度每小格表示________ V，图中指针示数为________ V.
6.某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：
A．电压表(量程0～1 V，内阻约10 kΩ)
B．电压表(量程0～10 V，内阻约100 kΩ)
C．电流表(量程0～1 mA，内阻约30 Ω)
D．电流表(量程0～0.6 A，内阻约0.05 Ω)
E．电源(电动势1.5 V，额定电流0.5 A，内阻不计)
F．电源(电动势 12 V，额定电流2 A，内阻不计)
G．滑动变阻器R0(阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A)
(1)为使测量尽量准确，电压表选用________，电流表选用________，电源选用________．(均填器材的字母代号)
(2)在虚线框内画出测量Rx阻值的实验电路图．
(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会________其真实值(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是__________________________________．
7.(2019·全国卷Ⅲ·23)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________(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所示，则电阻箱接入的阻值为________ Ω.
8.(2020·河北中原名校联盟下学期联考)实验台上备有下列器材：
A．电流表(量程500 μA，内阻约为300 Ω)；
B．电流表(量程100 μA，内阻约为1 kΩ)；
C．电压表(量程15 V，内阻约100 kΩ)；
D．电压表(量程6 V，内阻约6 kΩ)；
E．直流电源(15 V，允许最大电流1 A)；
F．滑动变阻器(最大阻值100 Ω，额定功率1 kW)
G．开关和导线若干．
某同学用供选器材设计了测一个阻值约30 kΩ电阻的实验，电路如图所示(电路还没有完全接好)．
(1)实验中所用的电流表应选________，电压表应选________．(填器材前的字母)
(2)请用笔画线代替导线将尚未连接好的电压表连入电路中．
(3)开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于________(填“a”或“b”)处．
(4)正确连接电路后，无论如何调节滑动变阻器的滑片，电压表和电流表示数均不能取到较小值，其原因可能是导线________(填图中导线代号)没有连接好．
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
内接法
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＝eq \f(U测,I测)
＝Rx＋RA>Rx
测量值大于真实值
R测＝eq \f(U测,I测)
＝eq \f(RxRV,Rx＋RV)测量值小于真实值
适用条件
RA≪Rx
RV≫Rx
适用于测量
大阻值电阻
小阻值电阻
限流接法
分压接法
对比说明
电路图
串、并联关系不同
负载R上电压调节范围(不计电源内阻)
eq \f(RE,R＋R0)≤U≤E
0≤U≤E
分压电路调节范围大
负载R上电流调节范围(不计电源内阻)
eq \f(E,R＋R0)≤I≤eq \f(E,R)
0≤I≤eq \f(E,R)
分压电路调节范围大
闭合S前触头位置
b端
a端
都是为了保护电路元件
eq \\ac(○,G)改装成电压表
eq \\ac(○,G)改装成电流表
原理图
原理
串联分压
并联分流
串联（并联）的电阻
U＝Ig(Rg＋R)
故
IgRg＝(I－Ig)R
故
改装后电表总内阻
,量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大。
,量程扩大的倍数越高，并联阻值越小。