热点08 电学实验仪器选择问题（教师版含解析）-高考物理专练(新高考专用)

高考物理【热点·重点·难点】专练(山东专用)热点08电学实验仪器选择问题【热点解读】(1)、实验仪器的选择根据实验原理和实验室条件选择仪器是进行正确测量的前提，一般遵循以下三原则：①安全性原则：要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器，使实验切实可行，能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程，电阻类器件的电流不能超过其最大允许电流等。②准确性原则：根据实验的需要，选用精度合适的测量工具，但对某个实验来讲，精确程度够用即可，并不是精度越高越好。③操作性原则：实验时需考虑调节方便，便于操作，如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影响。根据教学大纲及高考考核的要求，选择电学实验仪器主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器件，通常可以从以下三方面人手：a．根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表．首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程．然后合理选择量程。务必使指针有较大偏转(一般取满偏的1/3-2/3左右)，以减少测读的误差．b．根据电路中可能出现的电流或电压范围需选择滑动变阻器．注意流过滑动变阻器的电流不超过它额定值．对高阻值的变阻器，如果滑动头稍有移动，使电流电压有很大变化的，不宜采用．c．应根据实验的基本要求来选择仪器．对于这种情况．只有熟悉实验原理．才能做出恰当的选择．对器材的选择的一般步骤是：①找出唯一性的器材；②草画电路图(暂不把电表接入)；③估算最大值(在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值)；④考虑能否都使电表达到满偏的1/3以上。※在“伏安法测电阻”和“伏安法测电池电动势和内电阻”的实验中，一般选用总阻值较小的滑动变阻器，前者可方便调节，后者可减少误差。※①在滑动变阻器作限流作用时，为使负载RX既能得到较宽的电流调节范围，又能使电流变化均匀，选择变阻器时，应使其总电阻，R0大于RX，一般在2—5倍为好。※②在滑动变阻器作为分压作用时，一般取滑动变阻器的总电阻R0在0.1RX—0.5RX之间为好。【限时检测】(建议用时：30分钟)1．一电流表的内阻Rg约在1k～2k之间，现要测量它的内阻，提供的器材有：A．待测电流表G(量程250A)B．电源E(4V，内阻0.6)C．电阻箱RA(0－9999)D．滑动变阻器R1(0－20，1A)E.滑动变阻器R2(0－250，0.6A)F.滑动变阻器R3(0－1k，0.3A)G.标准电流表G(量程250A)H.电键S1、S2及导线若干有甲、乙两同学，用不同的测量方法来测出内阻。设计的电路如图(1)和(2)A、甲同学利用图(1)的电路图来测量内阻，其实验步骤如下：①先按电路图一接好各元件，并使滑动触头P先置a端，断开电键S1，且使电阻箱阻值为零②闭合电键S1，调节滑动触头P于某一位置，使G表满刻度Ig③保持滑动触头P的位置不变，调节电阻箱RA，使G表的读数变为半偏()，记下此时的电阻箱数值R④实验完毕后断开电键，即得待测电流表内阻Rg=RB、乙同学利用图(2)的电路图来测得内阻，其实验步骤如下：①先按电路图(2)接好各元件，并使滑动触头P先置于a端，断开电键S1、S2，且使电阻箱阻值为零②闭合电键S和S1，调节滑动触头P于某一位置，使表满刻度Ig③断开电键S1，闭合电键S，调节电阻箱电阻值，使表电流仍为Ig，记下电阻箱数值R④实验完毕后断开电键，即得待测电流表内阻Rg=R请回答以下问题：(1)在不考虑操作过程中的失误的前提下，仅就电路设计而言，能更准确地测出电流表内阻值的是______同学设计的方案。(2)甲、乙两同学在操作过程中有一名同学有失误，请你指出是那名同学并改正：______(3)对测量精度较差的那个设计方案中，回答以下问题：(a)其测量误差的主要来源，以下分析正确的是______A．电阻箱两端电压大于B．aP端的电压增大C．G表两端电压由IgRg减为D．电阻箱R分压作用(b)这一测量值对实际的内阻而言是偏大还是偏小？答：______(c)要使这一测量值的误差尽量小，则可变电阻应选择_______。【答案】乙电阻箱R阻值应先置于2k以上，不应先置于零AB偏大R1【解析】(1)乙同学的方案能更准确地测出电流表内阻值；因为甲同学的方案中，调节电阻箱电阻值，使G表电流为时，由于外电路总电阻增大，变阻器输出的电压增大，即电流表与电阻箱串联的总电压已增大，电阻箱的电压将大于电流表的电压，根据串联电路分析特点可知，测量值将大于电流表内阻真实值。乙同学采用等效替代的方法，没有系统误差；(2)乙同学的失误是电阻箱阻值在测量前应先置于2kΩ以上不应先置于零，从而使得闭合开关后电路电流较小，保证电流表的安全；(3)图甲的半偏法测电流表内阻的误差为电阻箱的接入使得A平间阻值增大，分压怎大，使得电阻箱两端电压大于，故选AB；由上分析可知，甲同学方案中，所得到的电流表内阻测量值偏大；为调节方便要选小滑动变阻器，要用分压式保证总电阻变化小，变阻器也要选小阻值，则应选择R1。2．利用如图所示的电路测定电流表的内阻，步骤如下：①闭合开关S1，调节R1，使电流表指针偏转到满刻度；②再闭合开关S2，调节R2，使电流表指针偏转到满刻度的一半；③读出R2的阻值，即认为Rg＝R2。已知电流表满偏电流为500μA，其内阻约在100Ω左右，实验室配有的可变电阻有：A．电阻箱(0～10Ω)；B．电阻箱(0～9999Ω)；C．滑动变阻器(0～200Ω)；D．滑动变阻器(0～20kΩ)．(1)电路图中R1应选________，R2应选________；(2)若上述实验中，读得R2的阻值为100Ω，则电流表内阻的测量值和真实值相比________(选填“偏大”或“偏小”)。【答案】DB偏小【解析】(1)电路中R1阻值应远大于Rg，R2的阻值比Rg稍大就行，但R2必须是电阻箱，不然不能读数。故R1应选D，R2应选B。(2)S1先闭合，调节R1，使干路电流为Ig，再闭合S2，调节R2，使电流表半偏，即电流表示数为，此时因为回路中总电阻变小而干路电流I变大，即I比Ig稍大这样通过R2的电流如图所示，由并联电路电流和电阻关系知R2<Rg真，所以读得R2为100Ω时，实际Rg比100Ω要大，即测量值要比真实值偏小。3．在“测定金属丝的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5Ω，除了变阻器R、电源(3V)、开关、导线之外，还有下列器材：A．电压表V1(量程3V，内阻约为15kΩ)B．电压表V2(量程15V，内阻约为75kΩ)C．电流表A1(量程3A，内阻约为0.2Ω)D．电流表A2(量程600mA，内阻约为1Ω)(1)图1为测金属丝直径时螺旋测微器的示意图，则此金属丝的直径为___________。(2)电压表应选___________；电流表应选___________(填仪器前的字母序号)。(3)应选用图2中的___________(填“甲”或“乙”)为该实验的电路图，待测金属丝电阻的测量值比真实值偏___________(选填“大”或“小”)。【答案】1.685mmAD乙小【解析】(1)螺旋测微器固定部分读数为1.5mm，可动部分读数为18.5×0.01mm=0.185mm故最终读数为1.5mm+0.185mm=1.685mm(2)电源电动势为3V，则电压表选A，即电压表V1(量程3V，内阻约为15kΩ)；电路最大电流故电流表选D，即电流表A2(量程600mA，内阻约为1Ω)。(3)因待测金属丝的电阻Rx约为5Ω，与电流表内阻相差不大，故电流表应选择外接法，因此实验电路应选乙；因电压表分流导致电流表示数偏大，则由欧姆定律可知，待测电阻的测量值比真实值偏小。4．在“测定金属的电阻率”的实验中，小强同学先用多用电表粗测了一段粗细均匀的电阻丝的阻值(约为5)，随后将其固定在带有刻度尺的木板上，准备进一步精确测量其电阻。(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图1所示，其读数应为____mm；(2)现有电源(电动势E为3.0V，内阻不计)、开关和导线若干，以及下列器材：A．电流表(量程0~3A，内阻约0.025)B．电流表(量程0~0.6A，内阻约0.125)C．电压表(量程0~3V，内阻约3k)D．滑动变阻器(0~20，额定电流2A)E．滑动变阻器(0~100，额定电流1A)①为减小误差，且便于操作，在实验中电流表应选______，滑动变阻器应选____；(选填器材前的字母)②如图2所示，是测量该电阻丝实验器材的实物图，图中已连接了部分导线，还有两根导线没有连接，请补充完整_______；③在甲图中，在开关闭合前，滑动变阻器的滑片应当调到最_________(选填“左”或“右”端)，闭合开关后，在实验中电压表读数的最小值_______(选填“大于零”或“等于零”)；④按照上述步骤②正确连接电路的前提下，若不计实验中的偶然误差，则下列说法正确的是______。A．电阻测量值偏大，产生系统误差的主要原因是电流表分压B．电阻测量值偏小，产生系统误差的主要原因是电压表分流C．若已知电压表的内阻，可计算出待测电阻的真实值D．若已知电流表的内阻，可计算出待测电阻的真实值【答案】0.212BD左大于零BC【解析】(1)由图1所示螺旋测微器可知，螺旋测微器的读数是0+21.2×0.01mm=0.212mm；(2)流过电阻丝的最大电流约为电流表应选择B；为方便实验操作，滑动变阻器应选择D；滑动变阻器最大阻值远大于待测金属丝阻值，滑动变阻器应采用限流接法，由于电压表内阻远大于待测金属丝阻值，电流表应采用外接法，实物电路图如图所示滑动变阻器采用限流接法，为保护电路，在开关闭合前，滑动变阻器的滑片应当调到最左端，闭合开关后，在实验中电压表读数的最小值大于零；AB．电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，电流测量值偏大，由欧姆定律可知，电阻测量值偏小，故A错误，B正确；CD．若已知电压表的内阻，由求出流过电压表的电流，可以测出流过待测电阻电流的真实值，可计算出待测电阻的真实值，故C正确，D错误。故选BC。5．某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率，步骤如下：(1)用游标为20分度的卡尺测量其长度如图1，由图可知其长度为______mm：(2)用螺旋测微器测量其直径如图2，由图可知其直径为_________mm；(3)用多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图3，则该电阻的阻值约为________Ω。(4)该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R，现有的器材及其代号和规格如下：待测圆柱体电阻R直流电源E(电动势4V，内阻不计)电流表A1(量程0~4mA，内阻约50Ω)电流表A2(量程0~10mA，内阻约30Ω)电压表V1(量程0~3V，内阻约10kΩ)电压表V2(量程0~15V，内阻约25kΩ)滑动变阻器R1(阻值范围0~15Ω，允许通过的最大电流2.0A)滑动变阻器R2(阻值范围0~2kΩ，允许通过的最大电流0.5A)开关S导线若干为使实验误差较小，要求测得多组数据分析，请在图中画出测量的电路图，并标明所用器材的代号(________)【答案】50.15mm4.700mm220Ω见解析【解析】(1)游标卡尺读数50mm+3×0.05mm=50.15mm(2)螺旋测微器测量的直径为4.5mm+20.0×0.01mm=4.700mm(3)电阻的阻值22×10Ω=220Ω(4)由于电源电动势为4V，因此电压表选用量程为3V的V1，回路最大电流因此电流表选A2，题目要求测量多组数据，因此滑动变阻器采用分压式接法，选用阻值尽可能小的电阻，因此选用R1，由于待测电阻与电流表内阻比较相差不大，因此采用电流表的外接法，电路如图所示6．某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率步骤如下：(1)用游标为20分度的卡尺测量其长度，由图可知其长度_________。(2)用螺旋测微器测量其直径，由图可知其直径________。(3)用多用电表的电阻“10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘示数如图所示，则该电阻的阻值约为_________。(4)该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R，现有的器材及其代号和规格如下：待测圆柱体电阻R；直流电源E(电动势，内阻不计)；电流表(量程，内阻约)；电流表(量程，内阻约)；电压表(量程，内阻约)；电压表(量程，内阻约)；滑动变阻器(阻值范围，允许通过的最大电流)；滑动变阻器(阻值范围，允许通过的最大电流)；开关S；导线若干。为使实验误差较小，要求测得多组数据进行分析，请在右侧框中画出测量的电路图______。(并且标出所用器材代号)。(5)若该同学用伏安法跟用多用电表测量得到的R测量值几乎相等，若已知伏安法测电阻电路中电压表和电流表示数分别用U和I表示，则用此法测出该圆柱材料的电阻率____________。【答案】50.154.700