高考物理一轮复习第8章恒定电流第3课时电学实验基础学案

这是一份高考物理一轮复习第8章恒定电流第3课时电学实验基础学案，共8页。学案主要包含了游标卡尺和螺旋测微器，电流表的内接法与外接法，滑动变阻器的分压接法和限流接法，电表的改装等内容，欢迎下载使用。
第3课时　电学实验基础一、游标卡尺和螺旋测微器(一)游标卡尺1．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。2．精度：对应关系为10分度0.1 mm,20分度0.05 mm,50分度0.02 mm。3．读数：若用x表示由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线对齐的游标刻线的格数，则记录结果表达为(x＋K×精度)mm。(二)螺旋测微器1．原理：测微螺杆与固定刻度之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮每旋转一周，测微螺杆前进或后退0.5 mm，而可动刻度上的刻度为50等份，每转动一小格，测微螺杆前进或后退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。2．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)。[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9 mm长10等分、19 mm长20等分，则读数依次为________mm、________mm。(2)在测定一根粗细均匀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，校零时的读数为________mm，测得合金丝的直径为________mm。[解析]　(1)题图甲读数：主尺读数为17 mm，游标尺读数是5×0.1 mm＝0.5 mm，最后结果是17 mm＋0.5 mm＝17.5 mm。题图乙读数：主尺读数为23 mm，游标尺读数是7×0.05 mm＝0.35 mm，最后结果是23 mm＋0.35 mm＝23.35 mm。(2)由于螺旋测微器校零时有误差，估读为0.003 mm，测量后的读数为0.645 mm，去掉校零误差，可得合金丝的直径为0.642 mm。[答案]　(1)17.5　23.35　(2)0.003　0.642(0.640～0.644 均可)(1)游标卡尺不需要估读，读数结果对应10分度为××.×mm一位小数，20分度和50分度为××.××mm两位小数，换算单位时只需要移动小数点，最后一位数字即使是0也不能省略。(2)螺旋测微器需要估读，读数结果为×.×××mm三位小数，需要特别注意半毫米刻度线是否露出。 二、电流表的内接法与外接法(对应学生用书P161)(一)两种接法的比较 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＝＝Rx＋RA>Rx，测量值大于真实值R测＝＝<Rx，测量值小于真实值 (二)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(1)Rx< 时，用电流表外接法。(2)Rx> 时，用电流表内接法。3．实验试探法：按如图所示接好电路，让电压表一根接线柱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，则应采用电流表外接法；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，则应采用电流表内接法。[例2]　在用伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为 200 Ω，电压表的内阻约为2 kΩ，电流表的内阻约为10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示，结果由公式Rx＝ 计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数。若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。[解析]　根据题意知 >，电压表的分流作用较显著，故采用电流表内接法得到的Rx1更接近待测电阻的真实值。题图甲的测量值是Rx与RA串联的电阻阻值，故Rx1>Rx真；题图乙的测量值是Rx与RV并联的电阻阻值，故 Rx2<Rx真。[答案]　Rx1　大于　小于本题无法判断待测电阻“较大”还是“较小”，故将和进行对比，实际上采用的是临界值计算法。 三、滑动变阻器的分压接法和限流接法1．两种接法的比较 限流接法分压接法两种接法电路图负载R上电压调节范围≤U≤E0≤U≤E负载R上电流调节范围≤I≤0≤I≤闭合S前触头位置b端a端 2.两种接法的选择①要求待测电阻两端的电压从零开始变化，或精确性要求较高时采用分压接法②滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻或串联的其他电阻的阻值时③题设条件中所提供的电表量程或电阻的最大允许电流不够时①待测电阻接近或略小于滑动变阻器的最大阻值时采用限流接法②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压接法的要求时③没有很高的精确性要求，考虑安装简捷和节能因素时 [例3]　某学习小组探究电学元件的伏安特性曲线。(1)甲同学要描绘一个标有“3.6 V,1.2 W”的小灯泡的伏安特性曲线，除了导线和开关外，还有下列器材可供选择：电压表V(量程5 V，内阻约为5 kΩ)直流电源E(电动势4.5 V，内阻不计)电流表A1(量程350 mA，内阻约为1 Ω)电流表A2(量程150 mA，内阻约为2 Ω)滑动变阻器R1(阻值0～200 Ω)滑动变阻器R2(阻值0～10 Ω)实验中电流表应选________，滑动变阻器应选________；(填写器材代号)以下的四个电路中应选用________进行实验。(2)乙同学利用甲同学的电路分别描绘了三个电学元件的伏安特性曲线，如图(a)所示。然后他用图(b)所示的电路给三个元件分别供电，并测出给元件1和元件2供电时的电流和电压值，分别标在图上，它们是A点和B点。已知R0＝9.0 Ω，则该电源的电动势E′＝________ V，内电阻r′＝________ Ω。这个电源给元件3供电时，元件3的电功率P＝________ W。[解析]　(1)灯泡的规格为“3.6 V,1.2 W”，则灯泡的额定电流I＝ A＝333 mA，灯泡的电阻Rx＝10.8 Ω，观察所给器材的规格，电流表应该用量程为350 mA的A1，测量灯泡的伏安特性曲线，电流需要从0调起，所以滑动变阻器用分压式接法，所以用R2；据Rx2＝10.82＜RARV＝5 000，所以电流表应用外接法，所以实验电路要选择A图。(2)根据闭合电路欧姆定律，测量元件1时有：E＝IARA＋IAr＋IAR0，据图可知IA＝0.08 A，UA＝2.2 V，则RA＝27.5 Ω，测量元件2时有：E＝IBRB＋IBr＋IBR0，据图可知IB＝0.15 A，UB＝1.5 V，则RB＝10 Ω，代入数据后可求电源电动势E＝3.0 V，电源内阻r＝1.0 Ω。在图中，过电压轴的3 V、A、B几点画一直线交于电流轴，该直线就是外电压随电流的变化图，图线与1、2、3元件的图像交点正是这几个元件接在该电源上的实际工作状态，所以可以看出元件3的电压U3＝1 V，电流I3＝0.2 A，所以元件3的功率为P＝UI＝0.2 W。[答案]　(1)A1　R2　A　(2)3.0　1.0　0.2研究小灯泡的伏安特性或者其他实验中，若要求元件的电压、电流从零开始变化，或者要求“多测几组数据”“测量结果尽量准确”等，一定要采用分压接法，此时应选择阻值范围较小的滑动变阻器便于调节。 四、电表的改装  改装成电压表改装成电流表内部电路改装原理串联大电阻分压并联小电阻分流改装后的量程U＝Ig(Rg＋R)I＝Ig量程扩大的倍数n＝1＋n＝1＋接入电阻的阻值R＝(n－1)RgR＝改装后的总内阻RV＝nRgRA＝校准电路考查角度1　电流计改装成电压表　　[例4]　(2021年1月新高考8省联考·重庆卷)某同学拟将量程为Ig＝1 mA，内阻约为几十欧姆的电流表G改装成量程为1 V的电压表。(1)他首先设计了如图所示电路来测量电流表G的内阻Rg，图中E为电源电动势。现有最大阻值分别为100 Ω和2 600 Ω的滑动变阻器，则R2应选用最大阻值为________Ω的滑动变阻器。开关S1接通，S2未接通时，调节R2使电流表G示数为1.00 mA；接通S2后，保持滑动变阻器R2的滑片位置不变，调节电阻箱R1，当其阻值为50 Ω时，电流表G的示数为0.50 mA，则电流表G的内阻Rg为________Ω。(2)为了将电流表G改装成量程为1 V的电压表，需要______(选填“串联”或“并联”)一个大小为______Ω的电阻。[解析]　(1)本题中采用“半偏法测电流表的内阻”，要求滑动变阻器的阻值远大于电流表的内阻，电流表内阻为几十欧，则R2应选用最大阻值为2 600 Ω的滑动变阻器。闭合S2后，电流表示数减小一半，通过电阻箱的电流等于通过电流表的电流，故电阻箱的阻值等于电流表内阻，即50 Ω。(2)改装后电压表的内阻较大，故应该串联一个电阻。改装后电压表的满偏电流为0.001 A，满偏电压为1 V，则改装后电压表内阻为RV＝ Ω＝1 000 Ω，则需要串联的电阻为R＝RV－Rg＝1 000 Ω－50 Ω＝950 Ω。[答案]　(1)2 600　50　(2)串联　950考查角度2　电流计改装成电流表[例5]　(2018·全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表。可选用的器材有：微安表头(量程100 μA，内阻900 Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99 999.9 Ω)；导线若干。要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡。回答下列问题：(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。(2)电阻箱的阻值应取R1＝________Ω，R2＝________Ω。(保留到个位)[解析]　(1)微安表头改装成毫安电流表需要并联一个小电阻，再把电流表改装成电压表，需要串联一个大电阻，电路如图所示。(2)接a时改装成量程为1 mA的电流表，有IgRg＝(I－Ig)R1，解得R1＝100 Ω，接b时改装成量程为3 V的电压表，有U＝IgRg＋IR2，解得R2＝2 910 Ω。[答案]　(1)见解析图　(2)100　2 910