2021年高考物理一轮复习第8章恒定电流第3讲电学实验基础学案

1、第3讲电学实验基础知识点螺旋测微器1构造：如图甲所示，b为固定刻度，e为可动刻度。2用途：测量厚度、长度、外径。3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。4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)。如图乙所示，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

2、读数为：2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。知识点游标卡尺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。(如图丙所示)2用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。3原理：利用主尺的最小刻度与游标尺的最小刻度的差值制成。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：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)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 m

3、m0.02 mm0.02 mm4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(xk精确度) mm。知识点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对应的电压或电流，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)03 v的电压表和03 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015 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，即读到0.1 v。(3)对于

4、00.6 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。考点细研 悟法培优考点1常见仪器的使用与读数1.游标卡尺读数注意事项(1)看清精确度例如(如图所示)易错成11 mm40.1 mm11.40 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(如图所示)易错成10 mm120.05 mm10.6 mm正确的应为10.60 mm。(2)主尺上的单位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(如图所示)易错成5

5、mm40.05 mm5.20 mm正确的应为50 mm40.05 mm50.20 mm。(3)区分零刻度与游标尺最前端例如(如图所示)易错成13 mm100.05 mm13.50 mm正确读数为14 mm100.05 mm14.50 mm。2螺旋测微器的读数需要估读最后一位数字为估读数字，读数和记数时估读位为有效数字的最后一位。例如(如图所示)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的部分从可动刻度上读得示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。例1(1)有一金属材料制成的圆柱形物体，当用游标卡尺来测它的截面直径d时，示数如图甲所示，则d_ mm。然后利用

6、伏安法测量该物体的电阻，此时电压表和电流表的示数如图乙、丙所示，则金属物体两端的电压为u_ v，流过该物体的电流为 i_ a。(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丁所示，校零时的读数为_ mm，合金丝的直径为_ mm。尝试解答(1)30.502.250.42(2)0.007(0.0050.008均可)0.638(0.6360.640均可)。(1)游标卡尺主尺的读数为30 mm，游标尺上第10条刻度线与主尺某刻度线对齐，由于游标尺是20分度的，所以读数为30 mm0.0510 mm30.50 mm。电压表选用03 v量程，分度为0.1 v，读数时应

7、估读到分度的，所以读数为2.25 v；电流表选用00.6 a量程，分度为0.02 a，读数时应估读到分度的，所以读数为0.42 a。(2)校零时螺旋测微器的读数为00.70.01 mm0.007 mm。合金丝的直径为0.645 mm0.007 mm0.638 mm。变式1(1)某学生用螺旋测微器测量不同金属导线的直径，其示数如图a、b、c所示，该金属导线的直径读数为：a_ mmb._ mmc._ mm(2)用游标尺为50分度的游标卡尺测量某工件的长度时，示数如图d所示，则测量结果应该读作_ mm。(3)正确读出图中各表的读数：如图e，接03 v量程时读数为_ v；接015 v 量程时读数为_

8、v。如图f，接03 a量程时读数为_ a；接00.6 a 量程时读数为_ a。答案(1)4.592(4.5914.594均可)1.880(1.8791.881均可)8.600(8.5998.601均可)(2)10.40(3)2.1810.80.800.16解析(1)a.读数4.5 mm9.20.01 mm4.592 mmb读数1.5 mm38.00.01 mm1.880 mmc读数8.5 mm10.00.01 mm8.600 mm。(2)读数10 mm200.02 mm10.40 mm(3)读数2.18 v，读数10.8 v。读数0.80 a，读数0.16 a。考点2关于电阻的测量1.电表的接

9、法(1)电流表内、外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uxua电压表分流i测ixiv电阻测量值r测rxrarx测量值大于真实值r测(或rx )，则用电流表外接法。b若)，则用电流表内接法。试触法：如图所示，将电压表分别接在a、c和b、c两点间时，若电流表示数变化较大，说明电压表分流较大，应选用电流表内接法；若电压表示数变化较大，说明电流表分压较大，则选用电流表外接法。2滑动变阻器的接法(1)滑动变阻器两种接法的比较限流接法分压接法对比说明两种接法电路图(忽略电源内阻)串、并联关系不同负载r上电压调节范围ue0ue分压电路调节范围大负载r上电流调节范围i0i分压电路调节范围大闭合

10、s前触头位置b端a端都是为了保护电路元件(2)滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况要求电压表能从零开始读数，或要求电压(或电流)变化范围足够大。当待测电阻rxr(滑动变阻器的最大阻值)时。若采用限流式接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表等元件的允许电流。3常见的电阻测量方法(1)伏安法伏安法测电阻是电学实验的基础，它渗透在电学实验的各个环节中，如测未知电阻、测电阻率、测电表内阻等。特点：大内大，小外小(测大电阻时应用内接法，测量值比真实值大；测小电阻时应采用外接法，测量值比真实值小)。(2)伏伏法测电阻(电压表的灵活选用)已知内阻的电压表可作电流表使用，在缺少合适的电流表的情况下，常用电压表

11、代替电流表使用(如图甲)，这是设计电路中的高频考点。(3)安安法测电阻(电流表的灵活选用)已知内阻的电流表可作电压表使用，在缺少合适的电压表的情况下，常用电流表代替电压表使用(如图乙)，这是电学设计电路的高频考点。(4)用“替代法”测电阻实验原理(如图所示)实验步骤s先与2相接，记录的示数，再与1相接，调节r值使示数与原值相等，则rxr。说明a对的要求，只要有刻度且不超过量程即可，与指针是否超无关，因为电流表示数不参与运算。b也可以用一只电压表测量。(5)半偏法测电表的内阻实验原理半偏法测电表内阻的两种情况半偏法测电流表的内阻ra：如图甲所示，闭合s1，断开s2，调节滑动变阻器r1，使电流表达

12、到满偏值i0；保持r1不变，闭合s2，调节电阻箱r2，使电流表的读数等于，然后读出电阻箱r2的阻值r2，则有rar2。半偏法测电压表的内阻rv：如图乙所示，闭合s，将电阻箱r4的阻值调为零，调节滑动变阻器r3，使电压表达到满偏值u0；保持r3的阻值不变，调节r4，使电压表的示数为，记下此时电阻箱的示数r4，则有rvr4。方法突破两种半偏法的比较(结合图甲、乙)测电流表内阻ra测电压表内阻rv实验条件r1rar3rv误差产生原因闭合s2后，总电流变大，ir2r4连入后，与r4两端的电压变大，ur4测量结果ra测r2rv说明：半偏法测电流表的内阻时，只有当r1ra(r1r2)时，ra测ra。r1r

13、a、r1r2为选器材提供依据，即r1应选阻值较大的电阻；在安全范围内电源应选电动势较大的。半偏法测电压表的内阻时，只有当r3rv(r3r4)时，rv测rv。同理，r3rv、r3r4也为选器材提供依据，即r3应选阻值较小的电阻；在安全范围内，电源应选电动势较大的。(6)电桥法测电阻在a、b间接一灵敏电流计，如图所示，当其读数为零时即uab0，相当于a、b间断路，此时ab，则有ir1ir3，ir2ir4，两式相除得，即r1r4r2r3此时交叉电阻的乘积相等，所以知道其中任意三个电阻就可以求出第四个电阻的阻值。例2某待测电阻rx的阻值约为60 ，现要精确测量其电阻，实验室提供以下器材：a电源e(电动

14、势约为4.5 v，内阻很小)b电压表v1(量程03 v，内阻约为5 k)c电压表v2(量程015 v，内阻约为15 k)d电流表a(量程00.6 a，内阻约为1 )e滑动变阻器r(最大阻值10 ，额定电流2 a)f定值电阻r11 g定值电阻r26 h开关s及导线若干为了精确测量该待测电阻的阻值，要求电表读数不少于量程的。(1)在可供选择的器材中，电压表应选_(填序号)，定值电阻应选_(填序号)。(2)请在虚线框中将实验电路图补充完整。(3)若在某次实验中，电压表的读数为u，电流表的读数为i，则该待测电阻的表达式为rx_(用题中所给字母表示)。尝试解答(1)bg(2)如图所示(3)。(1)电动势

15、e4.5 v，电压表v2量程过大，偏转角度过小，故电压表选v1；若直接测通过待测电阻的电流，则电流表偏转角度较小，故应给待测电阻并联一电阻，并联r2可让电流表有较合适的偏转。(2)使rx与r2并联，电流表测二者总电流，电压表测二者电压，因，故采用电流表外接法，电路图如尝试解答图所示。(3)由闭合电路欧姆定律得rx。变式2用以下器材可测量电阻rx的阻值。待测电阻rx，阻值约为600 ；电源e，电动势约为6.0 v，内阻可忽略不计；电压表v1，量程为0500 mv，内阻r11000 ；电压表v2，量程为06 v，内阻r2约为10 k；电流表a，量程为00.6 a，内阻r3约为1 ；定值电阻r0，r

16、060 ；滑动变阻器r，最大阻值为150 ；单刀单掷开关s一个，导线若干。(1)测量中要求两只电表的读数都不小于其量程的，并能测量多组数据，请在虚线框中画出测量电阻rx的实验电路图。(2)若选择测量数据中的一组来计算rx，则由已知量和测量物理量计算rx的表达式为rx_，式中各符号的意义是_。(所有物理量用题中符号表示)答案(1)电路图见解析(2)u1为电压表v1的示数，u2为电压表v2的示数，r1为电压表v1的内阻，r0为定值电阻解析(1)电路的最大电流约为i0.01 a，电流表量程太大，可以把电压表v1并联一个定值电阻改装成电流表，改装后的电流表内阻已知，故改装后的电流表内接，电压表选择v2

17、即可。要求测量多组数据，滑动变阻器应采用分压式接法，电路如图所示。(2)流过被测电阻的电流为i，被测电阻为rx，式中u1为电压表v1的示数，u2为电压表v2的示数，r1为电压表v1的内阻，r0为定值电阻。考点3实验器材的选择和实物图连接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以上；使用欧姆表时应选择合适的倍率挡，使指针尽可能在中间刻度附近。(3)便于操作：选用滑动变阻

18、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，如所用的电源与打点计时器的匹配问题等。在选取电表时，在保证安全性的前提下，准确性优先，例如当遇到某一待测电阻不要求一定达到某一电压或电流的情况时，即使电源电动势较大，待测电阻的最大电流或最大电压也较大，超过了比较小的电表的量程，但用较大量程的电表，读数又会小于量程，则在滑动变阻器控制电压或电流保证安全的情况下，还是要选取较小量程的电表进行测量以便减小误差。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

19、，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；然后将需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。例3某同学用伏安法测量待测电阻的阻值。现有器材为：待测电阻r(阻值约为5 )，电源(电动势3 v)，滑动变阻器(阻值范围010 )，电流表(量程00.6 a，03 a)，电压表(量程03 v,015 v)，开关，导线若干。实验要求在测量电路中将电流表外接，滑动变阻器起限流作用。回答下列问题：(1)按照实验要求在图甲中画出实物连线图。(2)在连线正确后，闭合开关。电压表

20、和电流表的示数分别如图乙和图丙所示。由图可知，电压表读数为_ v，电流表读数为_ a。由此可得待测电阻的阻值为_ (计算结果保留两位小数)。尝试解答(1)如图所示_(2)2.20_0.48_4.58。(1)电源电动势为3 v，故电压表接3 v的接线柱，电路中的最大电流为0.6 a，故电流表应接0.6 a的接线柱，实物图连接如尝试解答图所示。(2)电压表选择3 v量程，每小格代表0.1 v，小数点后要估读一位，读数为2.20 v；电流表选择0.6 a量程，每小格代表0.02 a，读数为0.48 a；则电阻r4.58 。变式3某同学用图甲所示电路测量电流表g1的内阻r1。供选择的仪器如下：待测电流

21、表g1(05 ma，内阻约200 )；电流表g2(010 ma，内阻约100 )；定值电阻r1(100 )；定值电阻r2(200 )；滑动变阻器r3(01000 )；滑动变阻器r4(0400 )；电源e(电动势6 v，内阻可不计)；开关s及导线若干。(1)实验中要求电流表g1能达到满偏，则定值电阻应选_(填“r1”或“r2”)，滑动变阻器应选_(填“r3”或“r4”)，按照电路图，闭合开关s前应将滑动触头移至_(填“a”或“b”)端。(2)在图乙所示实物图中，已正确连接了部分导线，请根据图甲电路完成剩余部分的连接。(3)实验步骤如下：按电路图连接电路，将滑动变阻器的滑动触头移至一端；闭合开关s

22、，移动滑动触头至某一位置，记录g1、g2的读数i1、i2；多次移动滑动触头，记录相应的g1、g2的读数i1、i2；以i1为纵坐标，i2为横坐标，作出相应图线，如图丙所示。若图中直线的斜率为k，请用题中所给符号写出待测电流表内阻的表达式 r1_。答案(1)r2r3a(2)如图所示(3)r2解析(1)由题中所给数据可知，当电流表g1满偏时，需使g2不超过量程，则定值电阻应选r2；由于滑动变阻器采用限流式接法，电源电动势e6 v，求得电路中最小电阻r600 ，滑动变阻器应选r3；闭合开关前应将滑片移至a端。(2)电路连接如答图所示。(3)根据并联电路的电流规律，有i1i2，化简得i1i2，作出i1i

23、2图象，斜率k，则r1r2。高考模拟 随堂集训1(2018全国卷)一课外实验小组用如图a所示的电路测量某待测电阻rx的阻值，图中r0为标准定值电阻(r020.0 )；可视为理想电压表。s1为单刀开关，s2为单刀双掷开关，e为电源，r为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验：(1)按照实验原理线路图a，将图b中实物连线；(2)将滑动变阻器滑动端置于适当位置，闭合s1；(3)将开关s2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表的示数u1；然后将s2掷于2端，记下此时电压表的示数u2；(4)待测电阻阻值的表达式rx_(用r0、u1、u2表示)；(5)重复步骤(3)，得到如下数据：12345u1/

24、v0.250.300.360.400.44u2/v0.861.031.221.361.493.443.433.393.403.39(6)利用上述5次测量所得的平均值，求得rx_ 。(保留一位小数)答案(1)图见解析(4)r0(6)48.2解析开关s2掷于1端，由欧姆定律可得通过rx的电流i，将开关s2掷于2端，r0和rx串联电路电压为u2，rx两端电压为uu2u1，由欧姆定律可得待测电阻阻值rxr0r0。5次测量所得的平均值为(3.443.433.393.403.39)3.41，故rxr0(3.411)20.0 48.2 。2(2018天津高考)某同学用伏安法测定待测电阻rx的阻值(约为10

25、k)，除了rx、开关s、导线外，还有下列器材供选用：a电压表(量程01 v，内阻约为10 k)b电压表(量程010 v，内阻约为100 k)c电流表(01 ma，内阻约为30 )d电流表(00.6 a，内阻约为0.05 )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010 ，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)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”

26、“小于”或“等于”)，原因是_。答案(1)bcf(2)如图所示(3)大于电压表的读数大于待测电阻两端实际电压(其他正确表述也可)解析(1)若选用电源1.5 v，由于被测电阻很大，电路中电流非常小，不利于实验，故电源选用电动势为12 v的f；则电压表就应该选用b；电路中的最大电流为i a1.2 ma，故电流表选用c。(2)因为给的滑动变阻器的最大阻值只有10 ，若采用滑动变阻器的限流接法，则电路中电流和电压变化不明显，故采用滑动变阻器的分压接法；由于，所以采用电流表内接法，电路图如答案所示。(3)由于电流表的分压，导致电压测量值偏大，而电流的测量值是准确的，根据rx可知测量值偏大。3(2020河

27、南南阳第一中学高三上月考)用伏安法测定一个待测电阻rx的阻值(阻值约为200 )，实验室提供如下器材：电池组e：电动势为3 v，内阻不计；电流表a1：量程为015 ma，内阻约为100 ；电流表a2：量程为0300 a，内阻为1000 ；滑动变阻器r1：阻值范围为020 ，额定电流为2 a；电阻箱r2：阻值范围为09999 ，额定电流为1 a；开关s、导线若干。要求实验中尽可能准确地测量rx的阻值，请回答下列问题：(1)为了测量待测电阻两端的电压，可以将电流表_(填写器材代号)与电阻箱串联，并将电阻箱阻值调到_ ，这样可以改装成一个量程为3.0 v的电压表。(2)在图中画出测量rx阻值的完整电

28、路图，并在图中标明器材代号。(3)调节滑动变阻器r1，两表的示数如图所示，可读出电流表a1的示数是_ ma，电流表a2的示数是_ a，测得待测电阻rx的阻值是_ 。答案(1)a29000(2)图见解析(3)8150191解析(1)电流表a2内阻已知，可将其与电阻箱串联组成电压表，改装后电压表量程是3 v，则电阻箱的阻值r29000 。(2)滑动变阻器最大阻值较小，应采用分压接法，改装的电压表内阻可求，rv9000 1000 10000 ，电流表a1应采用外接法，电路图如图所示。(3)由题图可知，电流表a1的示数为8 ma，电流表a2的示数是150 a；根据欧姆定律可得：rx191 。4(201

29、7全国卷)某同学利用如图a所示的电路测量一微安表(量程为100 a，内阻大约为2500 )的内阻。可使用的器材有：两个滑动变阻器r1、r2(其中一个阻值为20 ，另一个阻值为2000 )；电阻箱rz(最大阻值为99999.9 )；电源e(电动势约为1.5 v)；单刀开关s1和s2。c、d分别为两个滑动变阻器的滑片。(1)按原理图a将图b中的实物连线。 (2)完成下列填空：r1的阻值为_(填“20”或“2000”)。为了保护微安表，开始时将r1的滑片c滑到接近图a中滑动变阻器的_端(填“左”或“右”)对应的位置；将r2的滑片d置于中间位置附近。将电阻箱rz的阻值置于2500.0 ，接通s1。将r1的滑片置于适当位置，再反复调节r2的滑片d的位置。最终使得接通s2前后，微安表的示数保持不变，这说明s2接通前b与d所在位置的电势_(填“相等”或“不相等”)。将电阻箱rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将rz的阻值置于2601.0 时，在接通s2前后，微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为_ (结果保留到个位)。(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：_。答案(1)图见解析(2)20左相等2550(