（鲁京津琼）2020版高考物理总复习第八章恒定电流专题突破电学实验基础教案.docx

专题突破电学实验基础(实验：长度的测量及其测量工具的选用)基本仪器的使用考向1长度的测量(1)游标卡尺构造：主尺，游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)，游标尺上还有一个深度尺(如图1所示)。图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。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格的，其读数见下表：刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1 mm的差值精确度(可准确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm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。需要注意的是，不管是哪种卡尺，K值均不需要向后估读一位。(2)螺旋测微器构造：如图2，S为固定刻度，H为可动刻度。 图2原理：可动刻度H上的刻度为50等份，螺距为0.5 mm，则螺旋测微器的精确度为0.01 mm。读数图3()测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出。()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3所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。【例1】 (2015海南卷)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图4(a)和(b)所示。该工件的直径为_cm，高度为_mm。图4解析图(a)为20分度的游标卡尺，其精度为0.05 mm。主尺读数为12 mm，游标尺上第4条刻线与主尺上的一条刻线对齐，故测量结果为12 mm40.05 mm12.20 mm1.220 cm。螺旋测微器的精度为0.01 mm，由图(b)知固定刻度读数为6.5 mm，可动刻度读数为“36.0”，故工件的高度为6.5 mm36.00.01 mm6.860 mm。答案1.2206.860考向2电压表、电流表的使用及读数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，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(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(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(即估读到最小分度的本位)【例2】 (1)图5甲中使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_ A，表针的示数是_ A；当使用3 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。图5(2)图乙中使用较小量程时，每小格表示_ V，图中指针的示数为_V，若使用的是较大量程，则每小格表示_ V，图中表针指示的是_ V。答案(1)0.020.440.12.20(2)0.11.700.58.5考向3电阻箱的读数【例3】 旋钮式电阻箱如图6所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为_ 。今欲将接入电路的电阻改为2 087 ，最简单的操作方法_。若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为_。图6解析电阻为1 987 。最简单的操作方法是将“1 k”旋钮调到2，再将“100”旋钮调到0。每个电阻箱的最大阻值是9 999 ，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻29 999 19 998 。故两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为019 998 。答案1 987将“1 k”旋钮调到2，再将“100”旋钮调到0019 998 1.(1)如图7甲所示的三把游标卡尺，它们的游标尺从上至下分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为_mm、_mm、_mm。(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图乙所示，则金属丝的直径是_mm。图7解析(1)最上面图读数：整毫米是17，不足1毫米数是70.1 mm0.7 mm，最后结果是17 mm0.7 mm17.7 mm。中间图读数：整毫米是23，不足1毫米数是170.05 mm0.85 mm。最后结果是23 mm0.85 mm23.85 mm。最下面图读数：整毫米是3，不足1毫米数是90.02 mm0.18 mm，最后结果是3 mm0.18 mm3.18 mm。(2)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为15.0，最后的读数：2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。答案(1)17.723.853.18(2)2.1502.现有一合金制成的圆柱体，为测量该合金的电阻率，现用伏安法测圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度。螺旋测微器和游标卡尺的示数如图8(a)和(b)所示。图8(1)由上图读得圆柱体的直径为_ cm，长度为_ cm。(2)若流经圆柱体的电流为I，圆柱体两端之间的电压为U，圆柱体的直径和长度分别为D、L，测得D、L、I、U表示的电阻率的关系式为_ 。答案(1)0.184 4(在0.184 20.184 6范围内均可) 4.235(2)电表的改装电表的两种改装的比较改装成电压表改装成电流表内部电路改装原理串联分压并联分流改装后的量程UIg(RgR)IIg量程扩大的倍数nn接入电阻的阻值RRg(n1)RgR改装后的总内阻RVRgRnRgRA校准电路 考向1改装为电流表【例4】 (2015全国卷)图9(a)为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路。图9(1)已知毫安表表头的内阻为100 ，满偏电流为1 mA；R1和R2为阻值固定的电阻。若使用a和b两个接线柱，电表量程为3 mA；若使用a和c两个接线柱，电表量程为10 mA。由题给条件和数据，可以求出R1_ ，R2_ 。(2)现用一量程为3 mA、内阻为150 的标准电流表对改装电表的3 mA挡进行校准，校准时需选取的刻度为0.5 mA、1.0 mA、1.5 mA、2.0 mA、2.5 mA、3.0 mA。电池的电动势为1.5 V，内阻忽略不计；定值电阻R0有两种规格，阻值分别为300 和1 000 ；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为750 和3 000 。则R0应选用阻值为_ 的电阻，R应选用最大阻值为_ 的滑动变阻器。(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图(b)的电路可以判断出损坏的电阻。图(b)中的R为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图(a)虚线框内的电路。则图中的d点应和接线柱_(填“b”或“c”)相连。判断依据是：_。解析(1)设使用a和b两接线柱时，电表量程为I1，使用a和c两接线柱时，电表量程为I2，则使用a和b时：IgI1使用a和c时：IgI2由两式得R115 ，R235 。(2)校准时电路中的总电阻的最小值为R小 500 ，总电阻的最大值为R大 3 000 ，故R0选300 的，R选用最大阻值为3 000 的滑动变阻器。(3)d接b时，R1和R2串联，不论是R1还是R2损坏，电表都有示数且示数相同，故应将d接c。根据d接c时的电路连接情况可知：闭合开关，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1；若电表指针不动，则损坏的电阻是R2。答案(1)1535(2)3003 000(3)c闭合开关时，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1；若电表指针不动，则损坏的电阻是R2考向2改装为电压表【例5】 (2016海南卷)某同学改装和校准电压表的电路图如图10所示，图中虚线框内是电压表的改装电路。图10(1)已知表头G满偏电流为100 A，表头上标记的内阻值为900 。R1、R2和R3是定值电阻。利用R1和表头构成1 mA的电流表，然后再将其改装为两个量程的电压表。若使用a、b两个接线柱，电压表的量程为1 V；若使用a、c两个接线柱，电压表的量程为3 V。则根据题给条件，定值电阻的阻值应选R1_，R2_，R3_。(2)用量程为3 V，内阻为2 500 的标准电压表对改装表3 V挡的不同刻度进行校准。所用电池的电动势E为5 V；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为50 和5 k。为方便实验中调节电压，图中R应选用最大阻值为_的滑动变阻器。(3)校准时，在闭合开关S前，滑动变阻器的滑动端P应靠近_(填“M”或“N”)端。(4)若由于表头G上标记的内阻值不准，造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小，则表头G内阻的真实值_(填“大于”或“小于”)900 。解析(1)根据题意，R1与表头G构成1 mA的电流表，则IgRg(IIg)R1，整理可得，R1100 ；若使用a、b两个接线柱，电压表的量程为1 V，则R2910 ；若使用a、c两个接线柱，电压表的量程为3 V，则R32 000 。(2)电压表与改装电表并联之后，电阻小于2 500 ，对于分压式电路，要求滑动变阻器的最大阻值小于并联部分，同时还要便于调节，故滑动变阻器选择小电阻，即选择50 的电阻。(3)在闭合开关S前，滑动变阻器的滑动端P应靠近M端，使并联部分分压为零，起到保护作用。(4)造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小，说明通过表头G的电流偏小，则实际电阻偏大，故表头G内阻的真实值大于900 。答案(1)1009102 000(2)50(3)M(4)大于1.有一只量程为1 mA的电流表，刻度盘共有50格，若给它并联一个102 的电阻，则可将它改装成一个量程为1 A的电流表，若要把这个量程为1 mA的电流表改装成一个量程为10 V的电压表，应在电流表上串联一个_ 的电阻。将这个电压表接在某段电路上，指针偏转40格，这段电路两端的电压是_V。解析将电流表并联一个分流电阻R0，可改装成一较大量程的电流表，设量程为I，则IIg，故Rg9.99 10 。将电流表改装成电压表，则需串联一分压电阻，设为R，则UIg(RgR)，RRg9 990 。当电压表指针偏40格时，表示这段电路两端电压UU8 V。答案9 99082.(2019枣庄调研)现有一直流电流计，满偏电流为200 A，内阻约为400 ，某同学想把它改装成量程为2 V的电压表，他首先根据如图11所示电路，用半偏法测定电流计的内阻。图11(1)为了提高测量准确度，在下列器材中，可变电阻R应选用_ ；电源应选用_ (均选填器材前的字母)。A.电源(电动势1.5 V，内阻不计)B.电源(电动势4.5 V，内阻不计)C.电阻箱(0999.9 )D.滑动变阻器(0500 )E.电位器(一种可变电阻，与滑动变阻器相当)(05.1 k)F.电位器(051 k)(2)该同学在开关断开的情况下，检查电路连接无误后，将R的阻值调至最大。后续的实验操作步骤依次是_ (请按合理的实验顺序，选填下列步骤前的字母)，最后记录R的阻值并整理好器材。A.闭合S1B.闭合S2C.调节R的阻值，使电流计指针偏转到满刻度D.调节R的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半E.调节R的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半F.调节R的阻值，使电流计指针偏转到满刻度(3)如果测得R的阻值为400 ，即为电流计内阻的测量值。则给电流计_ (选填“串”或“并”)联一个阻值为_ k的电阻，就可以将该电流计改装成量程为2 V的电压表。(4)本实验中电流计内阻的测量值比其内阻的实际值_ (选填“偏大”或“偏小”)。解析(1)采用半偏法测电流计的内阻时，要求干路电流不变，闭合开关S2后，改变了电路总电阻，带来了实验误差，串联在电路中的滑动变阻器阻值越大，干路电流变化越小，实验误差越小，故滑动变阻器应选F；根据200 A51 k10.2 V知，电源应选B。(2)半偏法测电阻实验步骤：第一步，按原理图连接好电路；第二步，闭合开关S1，调节滑动变阻器R的阻值，使电流计指针偏转到满刻度；第三步，闭合开关S2，调节电阻箱R的阻值，当电流计指针偏转到满刻度的一半时读数，此时电阻箱的阻值等于电流计的内阻rg。故步骤为ACBE。(3)将电流计改装成电压表，应串联一分压电阻R，由欧姆定律及串联电路分压规律有UIgRgIgR(其中U为改装后电压表的满偏电压)，则RRg9.6 k。(4)实际上电阻箱并联接入电路后，电路的总电阻减小了，干路电流增大了，电流计半偏时，流过电阻箱的电流大于流过电流计的电流，电阻箱接入的电阻小于电流计的电阻。所以，该测量值比实际值偏小。答案(1)FB(2)ACBE(3)串9.6(4)偏小伏安法测电阻的两种方法、滑动变阻器的两种接法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，电流变化显著，电压表分流对实验影响较大，电流表应采用内接法，即题图(a)所示接法，则电阻测量值为R 556 ，由于电流表采用内接，电压测量值偏大，电阻测量值大于真实值，则电阻真实值小于556 ，选项B正确。答案B电流表的内接法与外接法的选择方法(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。(2)比值比较法若，则用电流表外接法。若，则用电流表内接法。说明：比值比较法也可以变形为临界值法。(3)试触法：按图接好电路，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明显的变化，而电流表的示数变化不明显，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有明显的变化，而电压表的示数变化不明显，则可采用电流表内接法。考向2滑动变阻器的两种接法的选择【例7】 (2019石景山区质检)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除了标有“6 V1.5 W”的小灯泡、导线和开关外，还有：A.直流电源6 V(内阻不计)B.直流电流表03 A(内阻0.1 以下)C.直流电流表0300 mA(内阻约为5 )D.直流电压表015 V(内阻约为15 k)E.滑动变阻器“10 2 A”F.滑动变阻器“1 k0.5 A”实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能多测几次。(1)实验中电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(均用序号表示)(2)试按要求在虚线框(图13甲)中画出电路图。(3)根据电路图将图乙中所示器材连成实验电路。图13解析(1)小灯泡的额定电流为0.25 A，其电阻约为24 ，故为精确测量，电流表选C；为方便调节，滑动变阻器选E。(2)小灯泡内阻较小，故电流表采用外接法，小灯泡两端的电压要求从零开始调节，故滑动变阻器采用分压式接法。电路图如图甲所示。(3)实物图连接可以根据分压式接法先把滑动变阻器下面两个接线柱直接连在电源和开关两端，再考虑小灯泡和电流表串联的一端接在滑动变阻器的上接线柱上，另一端接在电源没有接开关的那个接线柱上，最后连接电压表。(要注意电流进出电表必须正进负出)。答案(1)CE(2)(3)图见解析滑动变阻器两种接法选择(1)若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式接法。(2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路。(3)若实验中要求测量电路中电压从零开始变化，则必须采用分压式接法。(4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低。1.在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 ，电压表的内阻约为2 k，电流表的内阻约为10 ，测量电路中电流表的连接方式如图14(a)或图(b)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(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则_ (选填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1_ (选填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2_ (选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。图14解析根据题意知，电压表的分流作用较显著，故Rx1更接近待测电阻的真实值。图(a)的测量值是Rx与RA串联的电阻阻值，故Rx1Rx真；图(b)的测量值是Rx与RV并联的电阻阻值，故Rx2Rx真。答案Rx1大于小于2.用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材为：电池组(电动势3 V，内阻约1 )、电流表(内阻约0.1 )、电压表(内阻约3 k)、滑动变阻器R(020 ，额定电流2 A)、开关、导线若干。某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图15中的_图(选填“a”或“b”)。,图15解析通过给定的数据发现电压接近从零开始，故滑动变阻器采用的是分压式接法，Rx，电流表应采用外接法即a图。答案a科学探究系列电学实验的设计电学实验设计的三原则(1)安全性原则设计方案时，应安全可靠，不会对仪器、器材造成损坏。(2)精确性原则实验误差应控制在误差允许的范围之内，尽可能选择误差较小的方案。(3)简便性、直观性原则设计实验应便于操作、读数及进行数据处理及实验者观察。【典例】 2018天津理综9(3)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 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10 k)B.电压表(量程010 V，内阻约100 k)C.电流表(量程01 mA，内阻约30 )D.电流表(量程00.6 A，内阻约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)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)画出测量Rx阻值的实验电路图。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_。解析若选用电源1.5 V，由于被测电阻很大，电路中电流非常小，不利于实验，即电源选用12 V的，即F；则电压表就应该选取B；电路中的最大电流为I A1.2 mA，故电流表应选用C。因为给的滑动变阻器的最大阻值只有10 ，若采用限流接法，则电路中电流和电压变化不明显，故应采用滑动变阻器的分压接法，由于，所以采用电流表内接法，电路图如图所示。由于电流表的分压，导致电压测量值偏大，而电流准确，根据Rx可知测量值偏大。答案BCF见解析图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)电学实验设计的基本思路(1)明确实验目的：审题时要看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物理规律，或者要求设计达到何种标准的电路。(2)根据实验原理与实验器材，迁移实验方法，确定实验方案。(3)测量电路的选择：即电流表在电路中有内接和外接。(4)控制电路的选择：即滑动变阻器在电路中的连接有限流式和分压式。活页作业(时间：30分钟) 基础巩固练1.(1)如图1所示的两把游标卡尺，它们的游标尺从左至右分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分，它们的读数依次为_ mm，_ mm。图1(2)使用螺旋测微器测量两金属丝的直径，示数如图2所示，图(a)、(b)金属丝的直径分别为_ mm，_ mm。图2答案(1)47.753.85(2)2.1500.048(0.0470.048均可)2.某实验探究小组的同学准备测量电炉丝的电阻率，他们首先用螺旋测微器测出一段电炉丝的直径和长度如图3甲、乙所示，则该电炉丝的直径为_mm，长度为_mm。该小组同学又从标称为“220 V500 W”“220 V300 W”“220 V25 W”的3个电炉中任选一个，正确使用多用电表欧姆10挡测量其阻值，结果如图丙所示，则该电炉的阻值是_，选标称功率为_W的电炉丝。图3解析由图甲所示螺旋测微器可知，固定刻度示数为0.5 mm，可动刻度示数为40.00.01 mm0.400 mm，金属丝直径为0.5 mm0.400 mm0.900 mm；由图乙所示游标卡尺可知，主尺示数为3.3 cm33 mm，游标尺示数为20.05 mm0.10 mm，金属丝的长度为33 mm0.10 mm33.10 mm；由图丙可知，该电炉的阻值是16.510 165 ，根据P得功率P293 W，故选标称功率为300 W的电炉丝。答案0.90033.101653003.某电压表的内阻在2050 k之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可供选用的器材：待测电压表V(量程3 V)、电流表A1(量程200 A)、电流表A2(量程5 mA)、电流表A3(量程0.6 A)、滑动变阻器R(最大值1 k)、电源E(电动势4 V)、开关S。(1)在所提供的电流表中，应选用_ 。(2)为了减小误差，要求测量多组数据，试画出符合要求的电路图。解析(1)电压表的读数即为其内阻上的电压U，若将它与电流表串联，测出流过它(即流过其内阻)的电流I，即可转化为由“伏安法”测出其内阻RV。取电压表内阻的最小可能值20 k，并结合电压表的量程3 V，可求得流过电流表的最大电流Imax A1.5104 A0.15 mA150 A。为使与电压表串联的电流表能大角度偏转(这样读数误差小)，而其又不被损坏，应选A1。根据电流表、电压表示数，可求得电压表内阻RV。(2)实验要求测多组数据，因此实验电路中滑动变阻器应接成分压式，电路图如图所示。答案(1)A1(2)电路图见解析图4.某电阻阻值大约为22 ，用以下器材进行较准确的测量，实验室中提供的实验器材如下：电压表V1(量程3 V，内阻约3 k)电压表V2(量程15 V，内阻约10 k)电流表A1(量程0.6 A，内阻约0.5 )电流表A2(量程3 A，内阻约0.1 )电源E1(电动势6 V，内阻不计)电源E2(电动势12 V，内阻不计)滑动变阻器R(最大阻值5 )开关S和导线(1)实验时电源应选_ ，电流表应选_ ，电压表应选_ 。(填器材代号)(2)请设计一个电路图。(3)实验中移动滑动变阻器滑动头，记下多组电压表、电流表读数(U，I)，然后在坐标纸上作出UI图线，图线的_ 大小表示待测电阻阻值。在这个实验中，测量值_ 真实值(填“”“”或“”)。解析(1)待测电阻阻值为22 左右，若选择电源E1，电路中的最大电流Im A0.27 A，未达到较小量程电流表量程的一半，不符合实验准确性原则，故电源选择E2；此时电路中最大电流Im A0.55 A，故电流表应选择00.6 A量程的A1；电压表应选择015 V 量程的V2。(2)滑动变阻器最大阻值小于待测电阻，故滑动变阻器采用分压式接法；待测电阻阻值远小于电压表V2的内阻，故电流表应采用外接法，电路如图所示。(3)在UI图象中，图线的斜率大小表示待测电阻的测量值，由于电流表采用了外接法，所以测量值偏小。答案(1)E2A1V2(2)电路图见解析(3)斜率5.某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3 V、内阻约为3 k的电压表和量程为0.6 A、内阻约为0.1 的电流表。采用分压电路接线，图4是实物的部分连线图，待测电阻为图5中的R1，其阻值约