第44讲 电学实验基础（讲义）（解析版）—高中物理

这是一份第44讲 电学实验基础（讲义）（解析版）—高中物理，共15页。

复习目标
网络构建
考点一 基本仪器的使用及读数
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 游标卡尺的使用方法
知识点2 螺旋测微器的使用方法
知识点3 常用电表的读数方法
【提升·必考题型归纳】
考向1 游标卡尺的使用
考向2 螺旋测微器的使用
考向3 常用电表的读数
考点二 测量电路与控制电路
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 内外接测量电路的选择
知识点2 滑动变阻器控制电路的选择
【提升·必考题型归纳】
考向1 内外接的选择
考向2 滑动变阻器的选择
考点三 电表的改装
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点 电表改装的方法和计算
【提升·必考题型归纳】
考向1 电流表的改装
考向2 电压表的改装
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理解和掌握常用仪器的使用方法。
理解和掌握测量电路和控制电路的选择。
理解和掌握电表改装的原理。
考点一 基本仪器的使用及读数
知识点1 游标卡尺的使用方法
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。
知识点2 螺旋测微器的使用方法
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)。
知识点3 常用电表的读数方法
考向1 游标卡尺的使用
1．如图甲、乙所示的两把游标卡尺，它们的游标尺分别为9mm 长10等分、19 mm长20等分，则读数依次为 mm、 mm。
【答案】 17.5 23.35
【详解】[1]题图甲读数：主尺读数为17 mm，游标尺读数是最后结果是
[2]题图乙读数：主尺读数为23 mm，游标尺读数是最后结果是
2．如图所示，游标卡尺的读数为 mm。
【答案】20.60
【详解】[1] 游标卡尺游标为20分度，总长度为19mm，故每一小格为，由图可知，主尺上32mm与游标尺的第12个格对齐，故测量长度为
考向2 螺旋测微器的使用
3．用螺旋测微器测量某材质电线的直径d，其中一次测量如图所示，其读数___________ mm。
【答案】1.498
【详解】螺旋测微器读数为
4．甲、乙、丙三个螺旋测微器的示数如图所示，其读数分别为 mm、 mm、 mm。
【答案】 6.857/6.858/6.859 0.007/0.008/0.009 0.657/0.658/0.659
【详解】[1]由图甲可知，固定刻度读数为6.5mm，可动刻度读数为35.8×0.01mm，则示数为
6.5mm＋35.8×0.01mm＝6.858mm。6.857mm~6.859mm之间都正确；
[2]由图乙可知，固定刻度读数为0，可动刻度读数为0.8×0.01mm，则示数为0＋0.8×0.01mm＝0.008mm。
0.007mm~0.009mm之间都正确；
[3]由图丙可知，固定刻度读数为0.5mm，可动刻度读数为15.8×0.01mm，则示数为
0.5mm＋15.8×0.01mm＝0.658mm。0.657mm~0.659mm之间都正确。
考向3 常用电表的读数
5．如图甲所示的电表使用0.6A量程时，图中表针示数为 A；如图乙所示的电表使用3V的量程时，图中表针示数为 V。
【答案】 0.52 1.80
【详解】[1]如图甲所示的电表使用0.6A量程时，最小刻度为0.02A，则图中表针示数为0.52A。
[2]如图乙所示的电表使用3V的量程时，最小刻度为0.1V，则图中表针示数为1.80V。
6．某学生小组在测量某种长为 30cm金属丝的电阻率实验时，两电表的示数分别如图所示（电压表量程0~3V， 电流表量程0~0.6A），用螺旋测微器测得金属丝的直径如图，下列说法正确的是（ ）

A．加在金属丝两端电压为 7.0V
B．流过金属丝的电流为0.5A
C．该金属丝电阻阻值为 35Ω
D．该金属丝直径为 1.605mm
【答案】D
【详解】A．电压表量程0~3V，加在金属丝两端电压为。故A错误；
B．电流表量程0~0.6A，流过金属丝的电流为0.50A，故B错误；
C．该金属丝电阻阻值为故C 错误；
D．该金属丝直径为故D正确。故选D。
考点二 测量电路与控制电路
知识点1 内外接测量电路的选择
(一)两种接法的比较
(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
①Rx②Rx>eq \r(RVRA) 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。
知识点2 滑动变阻器控制电路的选择
1．两种接法的比较
2.两种接法的选择
考向1 内外接的选择
1．如图所示，M、N间电压恒定，当开关S接通a端时，电压表示数为10V，电流表示数为0.2A；当开关S接通b端时，电压表示数为12V，电流表示数为0.15A，可以推断S接 端时的测量值更准确；电阻的真实值是 Ω。
【答案】 b 70
【详解】[1]先看电压表示数的变化，Rx的电压是10V，与电流表的总电压为12V，则电流表的两端电压是两端电压的，故Rx=5RA再看电流表的变化，Rx的电流是0.15A，Rx与电压表的总电流为0.2A，则电压表中的电流为0.05A，故电压表的电流是电流的，故电阻是它的3倍，即
所以故可以看成是大电阻，应该用电流表内接法，故S接b端误差较小。
[2]由于MN两端电压恒定，故当开关S接通a端时，电流表的两端电压为12V－10V=2V而电流为0.2A，故电流表的电阻为当开关S接通b端时故
2．某物理学习小组的两位同学采用“伏安法”测金属丝的电阻率实验中，实验室备有下列实验器材：
A．电压表（量程0~3V，内阻约为15kΩ）
B．电流表（量程0~0.6A，内阻约为1Ω）
C．变阻器R1（0~100Ω，0.6A）
D．待测金属丝（阻值约为5Ω）
E.电池组E（电压为3V）
F.开关S，导线若干，米尺，游标卡尺等
（1）甲，乙两位同学分别画出了两个电路图，如图甲、乙所示。本实验选用 （填“甲”或“乙”）图比较合适。

（2）实验中用游标卡尺测量金属丝的直径，读数如图甲所示，测量金属丝直径时如图所示，则金属丝的直径d= mm；
（3）如果实验中测得金属丝的电阻值为R，用米尺测出的金属丝长度为L， 用游标卡尺测出的金属丝的直径为d（单位m），则其电阻率ρ= 。
【答案】 甲 22.30
【详解】（1）[1]由于所以应采用电流表外接，故选甲图；
（2）[2]游标卡尺分度值为0.05mm，读数为；
（3）[3]根据公式；联立解得
考向2 滑动变阻器的选择
3．某同学要测量一导体的电阻约为，想进一步更精确测量其阻值，现有的器材及其代号和规格如下：
电流表（量程，内阻约为）；
电流表（量程，内阻约为）；
电压表（量程，内阻约为；
电压表（量程，内阻约为）；
滑动变阻器（阻值范围为，允许通过的最大电流为）；
滑动变阻器（阻值范围为，允许通过的最大电流为）；
直流电源E（电动势，内阻不计），待测电阻，电键S一个，导线若干。
（1）为了使实验误差较小，要求电表的指针的偏转幅度达到半偏以上，并要求测得多组数据进行分析，则电流表应选择 ，电压表应选择 ，滑动变阻器应选择 ；
（2）请将你设计的实验电路画在方框内 。
【答案】
【详解】（1）[1][2]电动势为，导体的电阻约为，则电路中最大电流约为故电流表应选，电压表应选择；
[3]由于要测得多组数据进行分析，因此电路采用分压式电路，由于选择R1，通过滑动变阻器的最大电流约为2A，应选用阻值较小的；
（2）[4]由于电压表内阻远远大于导体的电阻，电流表应采用外接法，滑动变阻器采用分压接法，故实验电路图如下

4．某实验小组在“测定金属丝的电阻率”的实验中，欲先采用伏安法测出金属丝的电阻Rx，已知金属丝的电阻大约为10Ω，实验室中有以下器材可供使用：
A．电压表0~3V，内阻约为5kΩ；
B．电压表0~15V，内阻约为50kΩ；
C．电流表0~0.6A，内阻约为0.5Ω；
D．电流表0~3A，内阻约为0.1Ω；
E．滑动变阻器（0~5Ω）；
F.两节干电池、开关及导线若干。
（1）要求待测金属丝两端的电压从零开始连续变化，电压表应选 ，电流表应选 （请填写器材前字母序号）；
（2）请在右侧虚线框中将电路图补充完整。

【答案】 A C
【详解】（1）[1]实验中使用两节干电池，电压为3V，故电压表选A；
[2]电路中最大电流约为故电流表选C；
（2）[3]实验要求待测金属丝两端的电压从零开始连续变化，故滑动变阻器应采用分压式接法，电压表内阻远远大于待测电阻，因此采用电流表外接法，实验电路图如下

考点三 电表的改装
知识点 电表改装的方法和计算
考向1 电流表的改装
1．图为有两个量程的电流表内部简化电路图，表头的内阻，满偏电流，已知电流表两量程分别为，，则下列说法正确的是（ ）

A．当使用A、B两个端点时，该电流表的量程为
B．当使用A、B两个端点时，该电流表的量程为
C．
D．
【答案】BC
【详解】AB．当使用A、B两个端点时，表头与串联后和并联有当使用A、C两个端点时，与串联后再和表头并联，有通过比较两个公式，可知，则；故当使用A、B两个端点时，该电流表的量程为，A项错误，B项正确；
CD．联立上式解得；，C项正确，D项错误。故选BC。
2．将一个表头G改装成多量程的电流表，通常有两种连接方式。如图甲所示的连接方式称作开路转换式（其中电阻）。如图乙所示的连接方式称作闭路抽头式。两种连接方式在实际中均有使用，下列说法正确的是（ ）
A．开路转换式中，开关S接1时的量程大于开关S接2时的量程
B．开路转换式中，若电阻发生变化，则开关S接1、2对应的两个量程都会发生变化
C．闭路抽头式中，抽头3对应的量程大于抽头4对应的量程
D．闭路抽头式中，若电阻发生变化，则抽头3、4对应的两个量程都会发生变化
【答案】ACD
【详解】A．根据则并联的电阻越小，则量程越大，因，则开路转换式中，开关S接1时的量程大于开关S接2时的量程，选项A正确；
B．开路转换式中，若电阻发生变化，则开关S接1时对应的量程会发生变化，而开关S接2时对应的量程不会发生变化，选项B错误；
CD．闭路抽头式中，接抽头3时并联的电阻只有R1，而接抽头4时并联的电阻有R1和R2，则抽头3对应的量程大于抽头4对应的量程，并且若电阻发生变化，则抽头3、4对应的两个量程都会发生变化，选项CD正确；故选ACD。
考向2 电压表的改装
3．一个电流表的满偏电流，内阻，现将它改装为电压表。当使用a，b两个端点时，量程为，若使用a，c两个端点时的量程为，则的阻值大小为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】当使用a，b两个端点时，量程为，则有使用a，c两个端点时的量程为，则有解得故选A。
4．将一只量程为100μA，内阻Rg=900Ω的灵敏电流计分别改装成量程为1mA的电流表、量程为1V的电压表，电路如图所示，G为灵敏电流计，Ra、Rb是二个定值电阻，下列判断正确的是（ ）
A．选择开关置于a时，构成量程为0∼1V的电压表
B．选择开关置于b时，构成量程为0∼1mA的电流表
C．电阻Ra的阻值为90Ω
D．电阻Rb的阻值为910Ω
【答案】D
【详解】选择开关置于a时，构成量程为0~1mA的电流表，由欧姆定律可知
解得选择开关置于b时，构成量程为0~1V的电压表，由欧姆定律知
解得故选D。
（2023年江苏卷高考真题）小明通过实验探究电压表内阻对测量结果的影响．所用器材有：干电池（电动势约1.5V，内阻不计）2节；两量程电压表（量程0~3V，内阻约3kΩ；量程0~15V，内阻约15kΩ）1个；滑动变阻器（最大阻值50Ω）1个；定值电阻（阻值50Ω）21个；开关1个及导线若干．实验电路如题1图所示．

（1）电压表量程应选用 （选填“3V”或“15V”）．
（2）题2图为该实验的实物电路（右侧未拍全）．先将滑动变阻器的滑片置于如图所示的位置，然后用导线将电池盒上接线柱A与滑动变阻器的接线柱 （选填“B”“C”“D”）连接，再闭合开关，开始实验．

（3）将滑动变阻器滑片移动到合适位置后保持不变，依次测量电路中O与1，2，…，21之间的电压．某次测量时，电压表指针位置如题3图所示，其示数为 V．根据测量数据作出电压U与被测电阻值R的关系图线，如题4图中实线所示．

（4）在题1图所示的电路中，若电源电动势为E，电压表视为理想电压表，滑动变阻器接入的阻值为，定值电阻的总阻值为，当被测电阻为R时，其两端的电压 （用E、、、R表示），据此作出理论图线如题4图中虚线所示．小明发现被测电阻较小或较大时，电压的实测值与理论值相差较小．
（5）分析可知，当R较小时，U的实测值与理论值相差较小，是因为电压表的分流小，电压表内阻对测量结果影响较小．小明认为，当R较大时，U的实测值与理论值相差较小，也是因为相同的原因．你是否同意他的观点？请简要说明理由 ．
【答案】 3V D 1.50 不同意，理由见解析
【详解】（1）[1]所用电源为两节干电池，电动势为3V，则所用电表量程为3V；
（2）[2]闭合电键之前，滑动变阻器阻值应该调到最大，则由图可知，电池盒上的接线柱A应该与滑动变阻器的接线柱D连接；
（3）[3]电压表最小刻度为0.1V，则读数为1.50V；
（4）[4]由闭合电路欧姆定律可得当被测电阻阻值为R时电压表读数
（5）[5]不同意；当R较大时，则电压表内阻不能忽略，则电路中的电流
则电压表读数为
当R较大时，R=R2时R最大，此时
因RV>>R1，则电压表读数接近于考点要求
考题统计
考情分析
（1）常用测量仪器的使用
（2）测量电路和控制电路选择
（3）电表的改装
2023年海南卷第15题
2023年江苏卷第12题
2023年全国甲卷第22题
高考对电学实验基础的考查较为频繁，大多在电学实验题中穿插考查，题目难度不同省市各年份有所不同。
量程选择
使用事项
电表估读
选择合适量程：使得测量时指针偏转角度要尽可能大，一般要求超过量程的 eq \f(1,3) ，但又不能超过量程
(1)使用前应先进行零点调整(机械调零)；
(2)红表笔插“＋”插孔，黑表笔插“－”插孔；
(3)红表笔接电势高处，黑表笔接电势低处，即电流从红表笔进表，从黑表笔出表
(1)最小分度是“1、0.1、0.01、…”时，估读到最小分度的 eq \f(1,10) (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 eq \f(1,2) (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 eq \f(1,5) (即估读到最小分度的本位)
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)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
eq \f(RE,R＋R0)≤U≤E
0≤U≤E
负载R上电
流调节范围
eq \f(E,R＋R0)≤I≤eq \f(E,R)
0≤I≤eq \f(E,R)
闭合S前
触头位置
b端
a端
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
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＝eq \f(R＋Rg,R)Ig
量程扩大
的倍数
n＝1＋eq \f(R,Rg)
n＝1＋eq \f(Rg,R)
接入电阻
的阻值
R＝(n－1)Rg
R＝eq \f(Rg,n－1)
改装后的
总内阻
RV＝nRg
RA＝eq \f(Rg,n)
校准电路