2026年高考物理大一轮复习讲义 第十章 第52课时 电学实验基础

第52课时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0.5mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5mm，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0.01mm。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)×0.01(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＋15.0×0.01mm＝2.150mm。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)(2)用途：测量厚度、长度、宽度、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。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)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm(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＋K×精确度)mm。3.常用电表的读数先要弄清电表量程，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。(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0.1V和0.1A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位。(2)对于0~15V量程的电压表，精确度是0.5V，在读数时只要求读到小数点后面一位，这时要求“15格估读”，即读到0.1V(3)对于0~0.6A量程的电流表，精确度是0.02A，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110(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12(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15(即估读到最小分度的本位)1.为了读数更精确，游标卡尺也需要估读，如图读作11.40mm。(×)2.游标卡尺主尺上的数字对应的单位为cm。(√)3.如图，游标卡尺读数为5.20mm。(×)4.如上图，游标卡尺读数为50.20mm，可简化写为50.2mm。（×）例1(1)某同学利用三个不同规格的游标卡尺测量三个物体的长度，示数分别如图(a)、(b)、(c)所示，则三个物体的长度分别为mm、mm、mm。(2)完成下列螺旋测微器的读数(如图所示)。甲mm乙mm丙mm丁mm答案(1)17.742.4010.32(2)0.487(0.486、0.488均可)0.537(0.536、0.538均可)4.075(4.074、4.076均可)5.665(5.664、5.666均可)解析(1)题图(a)中，游标卡尺的读数为17mm＋7×0.1mm＝17.7mm；题图(b)中，游标卡尺的读数为42mm＋8×0.05mm＝42.40mm；题图(c)中游标卡尺的读数为10mm＋16×0.02mm＝10.32mm。(2)甲：(0＋48.7×0.01)mm＝0.487mm乙：(0.5＋3.7×0.01)mm＝0.537mm丙：(4＋7.5×0.01)mm＝4.075mm丁：(5.5＋16.5×0.01)mm＝5.665mm。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A。(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V。(3)旋钮式电阻箱如图丙所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为Ω。现欲将接入电路的电阻改为2087Ω，最简单的操作方法是。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“×1k”挡旋钮调到2，再将“×100”挡旋钮调到00~19998Ω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1987Ω。最简单的操作方法是先将“×1k”挡旋钮调到2，再将“×100”挡旋钮调到0。每个电阻箱的最大阻值是9999Ω，用两个这样的电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9999Ω＝19998Ω，故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻范围为0~19998Ω。考点二测量电路与控制电路的选择1.电流表的内、外接法电流表内接法电流表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＝U测I测＝Rx＋RA测量值大于真实值R测＝U测I测＝R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选择标准当RA≪Rx或Rx>RA当RV≫Rx或Rx<RA2.滑动变阻器两种连接方式(1)两种连接方式对比限流式接法分压式接法对比说明电路图串、并联关系不同负载R上电压调节范围(不计电源内阻)RER＋R00≤U≤E分压电路调节范围大闭合S前滑片位置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Rx≫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某实验小组测未知电阻R时，先用多用电表进行粗测，再采用“伏安法”较准确地测量未知电阻。(1)首先用多用电表粗测R的电阻，当用“×10”挡时发现指针偏转角度过大，应该换用(填“×100”或“×1”)挡，进行一系列正确操作后，指针静止时位置如图所示，其读数为Ω；(2)采用“伏安法”测量该未知电阻R，现有器材如下：A.蓄电池E(电动势为6V，内阻约为0.05Ω)B.电流表A1(量程0~0.6A，内阻约为1.0Ω)C.电流表A2(量程0~3A，内阻约为0.1Ω)D.电压表V(量程0~6V，内阻约为6kΩ)E.滑动变阻器R1(最大阻值为2kΩ，允许通过的最大电流0.5A)F.滑动变阻器R2(最大阻值为10Ω，允许通过的最大电流2A)G.开关一个、带夹子的导线若干①为使测量准确且通过R的电流能从0开始变化，上述器材中，应该选用的电流表是，滑动变阻器是(填写选项前字母代号)；②根据所选用的实验器材，在虚线框中画出“伏安法”测电阻的完整电路图。答案(1)×112.0(2)①BF②见解析图解析(1)用多用电表粗测电阻的阻值，当用“×10”挡时发现指针偏转角度过大，说明被测电阻很小，应该换用小量程电阻挡，用“×1”挡；指针静止时指在如题图所示位置，读数为12.0，乘挡位“×1”，所以是12.0Ω；(2)①由题意可知，电源电动势为6V，电压表量程0~6V，而待测电阻约为12.0Ω，则电流最大约为I＝UR＝0.5故不能选用量程为0~3A的电流表，故电流表选A1，故选B；滑动变阻器总阻值太大不方便调节，故滑动变阻器应选用最大阻值较小的R2，故选F；②由于电压表内阻远大于所测电阻的阻值，电流表应采用外接法；为使通过R的电流从0开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法，完整电路图如图所示。考点三实验器材的选取与实物图的连接1.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13(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132.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)。例4请同学设计一个测量电阻的电路，待测电阻Rx阻值约为15Ω。要求用U-I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A1，量程100mA，内阻rA1=12Ω；B.电流表A2，量程2mA，内阻rA2=200Ω；C.电压表V1，量程10V，内阻rV1≈15kΩ；D.电压表V2，量程3V，内阻rV2≈10kΩ；E.保护电阻R0约20Ω；F.滑动变阻器R，最大阻值10Ω，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)。(2)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U、I及已知量计算R，则其表达式为Rx=(用所给字母表示)。答案(1)AD(2)内接分压见解析图(3)UI-r解析(1)如果选A2电流表，A2满偏时UV=IARx=0.002×15V=0.03V，远小于给出电压表的量程，故选A，在电流表A1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U-I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15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R0串联在供电电路的干路上，由于R0(3)由伏安法知Rx+rA1=UI，得Rx=UI-r例5(2022·全国乙卷·23)一同学探究阻值约为550Ω的待测电阻Rx在0~5mA范围内的伏安特性。可用器材有：电压表(量程为3V，内阻很大)，电流表(量程为1mA，内阻为300Ω)，电源E(电动势约为4V，内阻不计)，滑动变阻器R(最大阻值可选10Ω或1.5kΩ)，定值电阻R0(阻值可选75Ω或150Ω)，开关S，导线若干。(1)要求通过Rx的电流可在0~5mA范围内连续可调，将图(a)所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图；(2)实验时，图(a)中的R应选最大阻值为(填“10Ω”或“1.5kΩ”)的滑动变阻器，R0应选阻值为(填“75Ω”或“150Ω”)的定值电阻；(3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图(b)和图(c)所示，则此时Rx两端的电压为V，流过Rx的电流为mA，此组数据得到的Rx的阻值为Ω(保留3位有效数字)。答案(1)见解析图(2)10Ω75Ω(3)2.304.20548解析(1)电流表内阻已知，电流表与R0并联扩大电流表量程，进而准确测量通过Rx的电流，电压表单独测量Rx的电压；滑动变阻器采用分压式接法，电表从0开始测量，满足题中通过Rx的电流从0~5mA连续可调，电路图如图。(2)电路中R应选最大阻值为10Ω的滑动变阻器，方便电路的调节，测量效率高、实验误差小；通过Rx的电流最大为5mA，需要将电流表量程扩大为原来的5倍，根据并联分流的规律示意图如图。并联电路中电流之比等于电阻的反比，可知4mA1mA＝300ΩR0，解得R0(3)电压表每小格表示0.1V，向后估读一位，即U＝2.30V；电流表每小格表示0.02mA，本位估读，即0.84mA，电流表量程扩大5倍，所以通过Rx的电流为I＝4.20mA；根据欧姆定律可知Rx＝UI＝2.304.20×10-3课时精练(分值：60分)1.(6分)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L＝cm。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2.1×0.01mm＝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12×0.05mm＝0.60mm，所以最终读数为20mm＋0.60mm＝20.60mm＝2.060cm。工件的长度L＝52mm＋0.02×18mm＝5.236cm。2.(9分)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10kΩ)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：A.电压表(量程0~1V，内阻约10kΩ)B.电压表(量程0~10V，内阻约100kΩ)C.电流表(量程0~1mA，内阻约30Ω)D.电流表(量程0~0.6A，内阻约0.05Ω)E.电源(电动势1.5V，额定电流0.5A，内阻不计)F.电源(电动势12V，额定电流2A，内阻不计)G.滑动变阻器R0(阻值范围0~10Ω，额定电流2A)(1)(3分)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)(2分)画出测量Rx阻值的实验电路图。(3)(4分)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(填“大于”“小于”或“等于”)其真实值，原因是。答案(1)BCF(2)见解析图(3)大于电压表的读数大于待测电阻两端的实际电压(其他表述正确也可)解析(1)若电源选用E，则通过Rx的最大电流为0.15mA，电流表选用C还达不到半偏，故电源应选用F。电压表内阻应尽可能与被测电阻阻值相差大一些且量程接近电源电压，故电压表选用B。由此可知电路中的电流约为1mA，故电流表选用C。(2)因为待测电阻阻值较大，所以电流表应采用内接法。因为滑动变阻器的阻值远小于待测电阻阻值，若采用限流式接法接入电路起不到多大的限流作用，所以滑动变阻器应采用分压式接法，实验电路图如图所示。(3)因为电流表采用内接法，电压表测出的电压为Rx与电流表串联后两端电压，U测>U实，而R＝UI，所以R测>R实3.(10分)为了精确测量某电阻Rx的阻值(约2000Ω)，有如下实验器材可供选择：A.直流电源：电动势18V，内阻很小B.电流表：量程0~10mA，内阻为10ΩC.电压表：量程0~3V，内阻为3000ΩD.滑动变阻器R1：最大阻值为10ΩE.滑动变阻器R2：最大阻值为1000ΩF.开关、导线、定值电阻(1)(2分)电压表的量程太小，不满足实验要求，若要改装成量程为18V的电压表，则需串联一个阻值为Ω的定值电阻R0。(2)(2分)按图甲所示的电路图设计实验，则滑动变阻器应选用(选填“R1”或“R2”)。(3)(2分)根据图甲用笔画线将图乙中的实物图补充完整。(4)(2分)闭合开关前，滑动变阻器滑片P应置于最(选填“左”或“右”)端。(5)(2分)某次实验中电压表示数为1.20V，电流表示数为3.6mA，则测得Rx阻值为Ω。答案(1)15000(2)R1(3)见解析图(4)左(5)1990解析(1)由题可知，电压表内阻为3000Ω，量程为3V，需改装成量程为18V的电压表，则有18V＝3V＋3V3000ΩR解得R0＝15000Ω(2)题图甲所示为分压式接法，滑动变阻器应当选择最大阻值较小的，过大不利于读数。选择R1。(3)根据电路图连接实物图，如图所示。(4)闭合开关前，应当将滑片移至最左端，使电压表示数从0开始变化。(5)电压表示数为1.20V，则可知此时改装后的电压表示数为7.20V，即Rx和电流表两端的电压为7.20V，可得Rx＋RA＝7.20V3.6mA＝2000且RA＝10Ω，解得Rx＝1990Ω。4.(11分)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx，所用电压表的内阻为1kΩ，电流表内阻为0.5Ω。该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O、P两点之间，另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图(b)所示的两条U－I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数。回答下列问题：(1)(2分)图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在(填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。(2)(6分)根据所用实验器材和图(b)可判断，由图线(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为Ω(保留1位小数)。(3)(3分)考虑到实验中电表内阻的影响，需对(2)中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为Ω(保留1位小数)。答案(1)O、P(2)Ⅰ50.5(3)50.0解析(1)若通过Rx的电流相等，由题图(b)知图线Ⅰ对应的电压值较大，由R＝UI可知图线Ⅰ所测电阻较大，图线Ⅱ所测电阻较小，则图线Ⅱ是采用电压表跨接在O、P(2)由题图(b)可得图线Ⅰ测得电阻阻值RⅠ＝3.00-1.00(59.6-20.0)×10-3Ω≈50.5Ω，图线Ⅱ测得电阻阻值RⅡ＝3.00-0.95(64.0-20.0)×10-3Ω≈46.6Ω，待测电阻阻值约为50Ω，RVRx＝1000Ω50Ω＝20，RxRA＝50Ω(3)电压表跨接在O、Q之间，测得的阻值为电阻与电流表内阻之和，则R＝RⅠ－RA＝(50.5－0.5)Ω＝50.0Ω。5.(12分)某些固体材料受到外力作用后，除了产生形变，其电阻率也会发生变化，这种现象称为“压阻效应”。已知某压敏电阻Rx的阻值变化范围约为60~400Ω，某实验小组在室温下用伏安法探究该电阻阻值Rx随压力F变化的规律，实验室提供了如下器材可供选择：A.压敏电阻，无压力时阻值为400Ω；B.直流电源，电动势6V，内阻不计；C.电压表V1，量程为0~3V，内阻为3kΩ；D.电流表A1，量程为0~0.6A，内阻忽略不计；E.电流表A2，量程为0~100mA，内阻忽略不计；F.定值电阻R1＝3kΩ；G.定值电阻R2＝12kΩ；H.滑动变阻器R，最大电阻值约为50Ω；I.开关与导线若干。(1)(4分)某同学设计了如图甲所示的实验电路原理图，其中电流表应选择，定值电阻应选择(选填实验器材前字母)。(2)(2分)请在图乙中将实物连线补充完整。(3)(3分)某次压力测试，在电阻Rx上施加力F，闭合开关S，测得两个电表的读数分别为U＝2.10V和I＝42.0mA，则压敏电阻阻值Rx＝Ω(计算结果保留3位有效数字)。(4)(3分)改变F的大小，测得不同的Rx值，绘成Rx－F图像如图丙所示。按图甲实验电路进行实验，调节滑动变阻器使电压表保持满偏，在电阻Rx上施加力F，当