高考物理一轮专项复习讲义：电学实验基础（含解析）

电学实验基础

【目标要求】1.掌握常用仪器的使用方法及读数方法。2.掌握电流表的内、外接法及滑动变阻

器的两种连接方式。3.掌握误差的分类及产生原因。4.会根据电路原理图连接实验器材。

考点一常用仪器的使用及读数

1.螺旋测微器

(1)构造：如图所示，B为固定刻度，E为可动刻度。

(2)原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为"mm,即旋钮D每旋转一周，

F前进或后退婚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0.01mm,

即螺旋测微器的精确度为网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。

(3)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)X0.01(mm)。

如图所示，固定刻度示数为2.0mm,半毫米刻度线未露出，则可动刻度示数为15.0,最后的

读数为：2.0mm+15.0X0.01mm=2.150mm。

—।-

II120

2.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。(如图所示)

⑵用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径等。

(3)原理：利用主尺的单位刻度与游标尺的单位刻度之间固定的差值制成。

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

的总长度少1mm。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1mm的差值精确度(可精确到)

109mm0.1mm0.1mm

2019mm0.05mm0.05mm

5049mm0.02mm0.02mm

(4)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的与主尺上某一刻度

线对齐的格数，则记录结果表示为(x+KX精确度)mm。

3.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电表允许通

过的最大电压或电流，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)0〜3V的电压表和0〜3A的电流表的读数方法相同，此量程下的精确度分别是21V和

0JA,看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位。

⑵对于0〜15V量程的电压表，精确度是"V,在读数时只要求读到小数点后面一位，这

时要求“1格估读”，即读到0.1V。

5

(3)对于0〜0.6A量程的电流表，精确度是典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0.01A。

注意：(1)最小分度是“1、0.1、0.01、…”时，估读到最小分度的士(即估读到最小分度的下

一

(2)最小分度是“2、0.2、0.02、…”时，估读到最小分度的上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)。

■判断正误

I.为了读数更精确，游标卡尺也需要估读，如图读作11.40mm。(X)

-012cH1(

।।।1I।।।।।I

0510

2.游标卡尺主尺上的数字对应的单位为cm。(V)

3.如图，游标卡尺读数为5.20mm。(X)

5

05101520

4.如上图，游标卡尺读数为50.20mm,可简化写为50.2mm。(X)

【例11(1)如图所示的三把游标卡尺，它们的游标尺从上至下分别为9mm长10等分、19mm

长20等分、49mm长50等分，它们的读数依次为mm,mm,mm。

23

10101

234cm

01020

(2)读出下面各螺旋测微器的读数，甲：mm,乙：mm,丙：mm。

20

15

1()

答案(1)17.723.853.18

(2)4.0391.1003.515

解析(1)题图最上面游标卡尺：主尺读数为17mm,游标尺读数为7X0.1mm=0.7mm,最

后结果是17mm+0.7mm=17.7mm。

题图中间游标卡尺：主尺读数为23mm,

游标尺读数为17X0.05mm=0.85mm,

最后结果是23mm+0.85mm=23.85mmo

题图最下面游标卡尺：主尺读数为3mm,

游标尺读数为9X0.02mm=0.18mm,

最后结果是3mm+0.18mm=3.18mmo

(2)甲：(4+3.9X0.01)mm=4.039mm;

乙：(1+10.0X0.01)mm=1.100mm;

丙：(3+0.5+1.5X0.01)mm=3.515mmo

【例2】(1)如图甲所示的电表使用0.6A量程时，对应刻度盘上每一小格代表A,图

中表针示数为A；当使用3A量程时，对应刻度盘中每一小格代表A,图

中表针示数为Ao

(2)如图乙所示的电表使用较小量程时，每小格表示V,图中表针的示数为V；

若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示V,图中表针示数为Vo

(3)旋钮式电阻箱如图丙所示，电流从接线柱A流入,从8流出，则接入电路的电阻为Qo

现欲将接入电路的电阻改为2087Q,最简单的操作方法是0

若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻范围为。

答案(1)0.020.440.12.20

(2)0.11.700.58.5(3)1987将“X1k”挡旋钮调到2,再将“义100”挡旋钮调到0

0-19998Q

解析(1)电流表使用0.6A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02A,表针示数为0.44A;当

使用3A量程时，每一小格为0.1A,表针示数为2.20A。

(2)电压表使用3V量程时，每小格表示0.1V,表针示数为1.70V;使用15V量程时，每小

格表示0.5V,表针示数为8.5V。

(3)电阻为1987Qo最简单的操作方法是先将“XIk”挡旋钮调到2,再将“X100”挡旋钮

调到0。每个电阻箱的最大阻值是9999。，用两个这样的电阻箱串联可得到的最大电阻是

2X9999Q=19998Q,故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻范围为0〜19998

考点二测电阻的实验电路分析

1.电流表的内、外接法

内接法外接法

电路图

误差原因电流表分压U测=区+。\电压表分流I测=/x+/v

一测u

D测一U一_RxRY

Ra=-=^+7?A>7?XK

电阻测量值I测/测七+RV

测量值大于真实值测量值小于真实值

适用于测量大阻值电阻小阻值电阻

两种接法当RA《R、或RQNRARV时，选用电流表内接法

选择标准当Rv》氏或而v时，选用电流表外接法

2.滑动变阻器两种连接方式

(1)两种连接方式对比

一一限流接法分压接法对比说明

R

电路图串、并联关系不同

负载R上电压调节

OWUWE分压电路调节范围大

范围(不计电源内阻)R+Ro

闭合S前触头位置b端a端都是为了保护电路元件

(2)滑动变阻器两种接法的选择

滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且不要求电压从零开始变化，通常情况下，由

于限流式接法结构简单、耗能少，优先使用限流式接法。

滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况：

①要求电压表能从零开始读数，要求电压(电流)测量范围尽可能大；

②当待测电阻&》R(滑动变阻器的最大阻值)时(限流式接法滑动变阻器几乎不起作用)；

③若采用限流式接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许的最大电流。

3.实验器材选择的技巧

(1)电压表、电流表：不超过量程，且要超过满偏刻度的%有时也可以从测量数据来确定选

择的电表。

(2)滑动变阻器：分压式接法选阻值小的且不超过其额定电流的滑动变阻器，限流式接法选最

大阻值为待测电阻2〜3倍的滑动变阻器。电流表半偏法测电阻，滑动变阻器选阻值大的。

(3)定值电阻：若用于电表改装，阻值与改装后的量程匹配，若用于保护电路，应使电流表、

电压表读数在满偏刻度的1以上且不超过电流表、电压表量程。

3

4.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，按照电路原理图依次到开关，再到滑动变阻器,

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，再将要并联的元件并联到电路

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。

(4)滑动变阻器的接法：限流法，导线分别连接到上、下各一个接线柱上(两个接线柱)；分压

法，导线分别连接到上边一个接线柱和下边两个接线柱上(一上两下共三个接线柱)。

5.实验误差分析

(1)系统误差

①伏安法测电阻系统误差来源：电压表的分流或电流表的分压。

②减小系统误差

根据题目中给出的电阻大约值,选用合适的实验器材,采用误差小的实验方案(如电流表的内、

外接法)。

③消除系统误差

题目给定的条件充分(电表内阻已知)，合理设计电路可消除系统误差。

(2)偶然误差

①电压表、电流表、多用电表、毫米刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器等读数误差。

②描点、计算等对数据处理造成的误差。

③通过多次测量取平均值或图像法可以减小偶然误差。

[例3](2023•天津卷•10)测电阻R大小。

(1)同学们首先用欧姆表X1挡位大致测出电阻阻值大小，如图甲，则电阻大小读数为Qo

⑵同学们继续使用学生电源(4V)组装如图乙电路进行实验，其中电表可以从如下中进行选

择：(括号中为电表量程及内阻)

A.电压表Vi(0〜15V,15kQ)

B.电压表V2(0〜3V,3kQ)

C.电流表人1（0~3人）

D.电流表人2（0-0.6人）

应选择电压表,电流表。（填器材前字母）

⑶下列哪些说法是正确的？O

A.电压表分流属于系统误差

B.实验开始前滑动变阻器滑片应该调到b端

C.如图乙所示的电路，可以通过调节滑片使电压表示数为0

D.多组实验可以减小系统误差

答案（1）7（2）BD（3）AC

解析（1）电阻大小读数为7X1。=7。

（2）由于同学们使用学生电源（4V）,则为减小误差，电压表应选择V2,故选B。

整个回路中的最大电流为/=乌-0.57A

R

则电流表应选择A2,故选D。

（3）电压表分流属于系统误差，故A正确；

为保护电路，实验开始前滑动变阻器滑片应该调到a端，故B错误；

如题图乙所示的电路为分压式电路，可以通过调节滑片使电压表示数为0,故C正确；

多组实验可以减小偶然误差，故D错误。

【例4】（2023•东北三省四市联考）请同学设计一个测量电阻的电路，待测电阻&阻值约为15

要求用。一/图像来处理数据，滑动变阻器可在较大范围内调节。可供选择的器材如下：

A.电流表Ai,量程100mA,内阻人1=12Q；

B.电流表A2,量程2mA,内阻，A2=200。；

C.电压表Vi,量程10V,内阻〜产15k。；

D.电压表V2,量程3V,内阻rvzFOkQ；

E.保护电阻R）约20。；

F.滑动变阻器尺，最大阻值10。，额定电流为1A；

G.电池组，电动势12V,内阻很小；

H.开关及导线若干。

（1）电流表应选,电压表应选（填器材前面的字母序号）。

⑵设计电路时，电流表应采用（选填“内接”或“外接”）法，滑动变阻器应采用

（选填“分压”或“限流”）接法。根据所设计的实验电路，用笔画线代替导线连

接实物图。

(3)若在所测量数据中选一组数据。、/及已知量计算R,则其表达式为&=(用所

给字母表示)。

答案(1)AD(2)内接分压见解析图

(3)y-rAi

解析(1)如果选A2电流表，A2满偏时UV=/A&=0.002X15V=0.03V,远小于给出电压表

的量程，故选A,在电流表Ai达到满偏时，电压表示数约为2.7V,电压表选择D,也接近

满偏，这样读数引起的误差较小。

(2)因电流表内阻已知，用电流表内接法时，不会因电路设计引起系统误差，故电流表应采用

内接法；

因为题中要求画。一/图像处理数据，需要测量大量数据，而且滑动变阻器阻值较小，故滑

动变阻器应采用分压接法。

又因电动势为12V,而电压表最大示数约为2.7V,如果不做任何处理而直接用分压接法，

滑动变阻器滑片只能在约g范围内滑动，不便于调节，又因滑动变阻器额定电流为1A,若不

做处理，会损坏器材。因此将保护电阻&串联在供电电路的干路上，由于&的分压，滑动

变阻器的滑片可大范围滑动，且不损坏器材。实物图如图所示。

=

(3)由伏安法知必+人1=；,得Rxy-i'M»

课时精练

I.某同学用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图甲所示，此示数为mm；用游

标卡尺测量某物体的厚度时，示数如图乙所示，此示数为cm。另一位学生用游标尺上

标有50等分刻度的游标卡尺测一工件的长度，测得的结果如图丙所示，则该工件的长度工

-

答案8.021（8.020,8.022均可）2,0605.236

解析螺旋测微器的固定刻度读数为8mm,可动刻度读数为2.1X0.01mm=0.021mm,所

以最终读数为8mm+0.021mm=8.021mm,由于需要估读，因此8.020mm、8.022mm均正

确。游标卡尺的主尺读数为20mm，游标尺上第12个刻度与主尺上某一刻度对齐，故游标

尺读数为12X0.05mm=0.60mm,所以最终读数为20mm+0.60mm=20.60mm=2.060cm。

工件的长度L=52mm+0.02X18mm=5.236cm。

2.用伏安法测某金属丝的电阻尺（约为5。）。现有电池组（电动势3V,内阻约1。）、滑动变

阻器&（0〜20Q,额定电流2A）、双量程电流表（0〜0.6A,内阻约0.125Q；0〜3A,内阻约

0.025。）、双量程电压表（0〜3V,内阻约3kQ；0-15V,内阻约15k。）、开关、导线若干。

⑴为减小测量误差，该实验中，电流表量程应选用（选填“0〜0.6A”或“0〜3A”）,

电压表量程应选用（选填“0〜3V”或“0〜15V”）。

⑵在图（a）中选择测量尺的电路原理图（选填“甲”或“乙”），并在图（b）中完成相应

的实物连线图。

（3）如图（c）所示，请利用图中的实验数据绘出电阻&的U—/图线。由图线可得金属丝的阻值

Rx=。（保留两位有效数字）。

UN

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

00.10.20.30.40.50.6〃A

(c)

(4)实验中，在不损坏电表的前提下，随着滑动变阻器滑片从最右端向左移动的距离x的变化,

电池组的总功率P也会发生变化。下列能正确反映P—x关系的是O

答案(1)0〜0.6A0〜3V(2)甲见解析图(3)见解析图4.5(4)B

Fa

解析(1)金属丝的电阻尺约为5。，根据闭合电路欧姆定律得/m==-A=0.5A

Rx+r6

故电流表量程应选用0〜0.6A;

电池组电动势为3V,故电压表量程应选用0〜3V;

(2)因为RS、嬴v,待测电阻阻值较小，故采用电流表外接法，即电路原理图甲;

实物图连接如图所示

(3)如图所示

根据。一/图像斜率可得7?x=-=-4.5Q

M0.56

（4）根据电源总功率公式得

E2

P=EI=—

RvRx

7?A4Fr+Rom—kx

R、+RX

_殳

=-----------------------,可知尸一x图像是一个向右平移的反比例函数图像，故选B。

R\+r+RoRvRx

xm----------------------------------

kk（Rv+Rx）

3.（2023•内蒙古包头市模拟）物理兴趣小组利用“伏安法”测量一个阻值较小的定值电阻凡

的阻值，可用器材有：电压表（量程为15V,内阻约为5000。），电流表（量程为0.6A,内阻

为50）,电源E（电动势为12V,内阻不计），滑动变阻器R最大阻值为10。，定值电阻心

阻值为15Q,开关S,导线若干。（&、&、R、电流表、电压表、电源、开关等仪器均无断

路和短路，导线无断路）

（1）将图甲所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图。要求电流表和电压表的示数从零开

始变化。

（2）连接电路后，闭合开关，逐渐移动滑片，发现电流表始终没有示数，电压表示数逐渐增大

最终接近电源电压。则出现该现象的原因可能是0

（3）该电路中Ro的作用是0

（4）测出多组数据，作出/―。图像，如图乙所示。则反阻值为。。

答案（1）见解析图（2）以与%之间接线处断路（或&与电流表之间接线处断路）

⑶①保护电路；②减小读数误差（4）4

解析（1）因待测电阻RA■的电阻和电流表的内阻都较小，为保护电路，应将定值电阻R）与它

们串联，又要求电流表和电压表的示数从零开始变化，故滑动变阻器采用分压式接法，由于

电流表的内阻已知，故电流表采用内接法，故实验电路的原理图如图所示。

⑵出现该现象的原因可能是Ro与尺、一之间接线处断路。

(3)由(1)分析可知该电路中&的作用是：①保护电路；②减小读数误差。

(4)根据/一。图像可知斜率为左=/="----1-------,代入数据解得&=4。。

U

12RX+R0+RA

4.(2023•广东茂名市二模)智能手机中都配有气压传感器，传感器的电阻会随所处环境气压变

化而变化。某实验小组在室温下用以下可供选择的器材探究“气压传感器的电阻值&随气压

变化规律”：

A.阻值随气压变化而变化的气压传感器一个(阻值变化范围从几十欧到几百欧)；

B.直流电源，电动势6V,内阻不计；

C.电压表Vi,量程为0〜3V,内阻为3k。；

D.电压表V2,量程为0〜15V,内阻为15k。；

E.电流表Ai，量程为0〜0.6A,内阻忽略不计；

F.电流表A2,量程为0〜60mA,内阻忽略不计；

G.定值电阻4=3kQ；

H.定值电阻尺2=12kQ；

I.滑动变阻器兄最大阻值约为50。；

J.开关与导线若干。

⑴小明设计了如图甲所示的实验电路原理图，其中电压表应选择,电流表应选择

，定值电阻应选择。(均选填实验器材前字母)

(2)请在图乙中将实物图连线补充完整。

(3)当气压传感器所处环境压强为p时，闭合开关S,测得两个电表的读数分别为U=2.30V

和/=23.0mA,则气压传感器阻值Rx=

⑷当环境压强p改变时，测得不同的心值，绘成图像如图丙所示，由图可得&和压强p的

=

关系表达式为Rx

Rjn

400

200

()--------------------------------

0.80.91.01.11.2

丙

答案(1)CFG(2)见解析图(3)200

(4)1000—8X10—3)

解析(1)电源电动势为6V,电压表读数时要在满偏刻度的三分之一以上更准确，而且串联

定值电阻可以扩大量程，故电压表选C;

气压传感器阻值变化范围从几十欧到几百欧，流经电流表的电流约为几十毫安，故电流表选

F;

串联定值电阻，相当于扩大电压表量程，扩大到6V即可，电压表内阻为3k。，定值电阻选

Go

(2)如图所示

nil

(3)根据欧姆定律得&=亍=200Q

(4)根据题图丙，设Rx=Ro—kp

代入数据可得&=1000—8X10">(Q)o

5.某同学要测量一个未知电阻的阻值，实验室提供的器材有:

A.电流表Ai：量程为0〜3mA,内阻口约为15。

B.电流表A2：量程为0〜1.5mA,内阻rz为25。

C.定值电阻Ri：7?i=9975Q

D.定值电阻&：&=1975。

E.滑动变阻器尺3：最大阻值为10。

F.电源£,电动势为3V,内阻很小

G.开关S及导线若干

⑴该同学根据实验器材设计了如图所示的测量电路，闭合开关S之前，滑动变阻器尺3的滑

片应置于（选填“最左端”或“最右端”）。

⑵实验中需要量程为0〜3V的电压表，则电路图中的电流表①应选择,定值电阻R

应选择（均填器材前面的字母）。

（3）①、②位置放置好电流表，调节滑动变阻器，将滑动变阻器的滑片置于合适的位置，若此

时电流表A1的示数为/1，电流表A2的示数为/2,则待测电阻必=（用物理量的符号

表示）。

答案（1）最左端（2）BD（3产2十%）

I\-h

解析（1）为了实验安全，闭合开关S之前，应使电路中电流从最小值开始调节，滑动变阻器

采用分压接法，故应将滑片置于最左端。

（2）实验器材中没有电压表，要用电流表改装，只有内阻已知的电流表才能改装成电压表，所

以电路图中的电流表①选择Bo

把A2改装成量程为3V的电压表,

根据电压表改装原理可得/二07A-。=1975。,

7A21.5X10-3

故定值电阻应选择D。

（3）由串、并联电路的特点和欧姆定律有

/2±2+尺2)=(/1—/2)尺.

/2&2+尺2)

解得&

I\-h

6.（2023・江苏卷・12）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L5V,内阻不计）2节；两量程电压表（量程0〜3V,内阻约3k。；量程0〜15V,内

阻约15kQ）l个；滑动变阻器（最大阻值50Q）1个；定值电阻（阻值50Q）21个；开关1个及

导线若干。实验电路如图甲所示。

甲

⑴电压表量程应选用(选填“3V”或“15V”)。

(2)图乙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/与滑动变阻器的接线柱(选填"B”“C”或)连

接，再闭合开关，开始实验。

乙

(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。与1,2,…，21之间的

电压。某次测量时，电压表指针位置如图丙所示，其示数为V。根据测量数据作出

电压。与被测电阻值R的关系图线，如图丁中实线所示。

3.00

2.50

2.00

1.50

1.00

0.50