第3讲 电学实验基础

第九章

恒定电流第3讲

电学实验基础目录123教材阅读指导考点一常用仪器的使用与读数考点二测量电路与控制电路考点三实验器材的选择和实物图连接课时作业45教材阅读指导(对应人教版必修第三册相关内容及问题)

第十一章第3节阅读“实验1长度的测量及测量工具的选用”这一部分

内容。

第十一章第3节图11．3­7，说明此电路的连接方式是怎样的？若电源电动势为E，内阻不计，电压表和电流表均看作理想电表，说明滑动变阻器对负载R两端的电压调节范围。提示：负载R与滑动变阻器滑片左侧部分并联，该并联部分又与滑动变阻器滑片右侧部分串联。滑动变阻器对负载R两端的电压调节范围为0～E。

第十一章第3节[练习与应用]T3，读出图11．3­14两电表示数。

第十一章第4节[练习与应用]T1图11．4­7和T2图11．4­9中，滑动变阻器分别是什么接法？在A、B端输入电压和滑动变阻器总阻值一定的情况下，哪种接法对电压或电流的调节范围大？提示：1．20V，0．50A。提示：T1图11．4­7中的滑动变阻器为限流式接法；T2图11．4­9中的滑动变阻器为分压式接法。在A、B端输入电压和滑动变阻器总阻值一定的情况下，分压式接法对电压或电流的调节范围大。

第十一章第4节[练习与应用]T3，伏安法测电阻时甲、乙两种电路都有误差，两种电路的误差各来源于什么？测量值与真实值的大小关系各是什么？什么情况下用甲图测量误差较小？什么情况下用乙图测量误差较小？提示：甲图为电流表外接法，误差来源于电压表的分流，测量值等于待测电阻和电压表并联的总阻值，比待测电阻真实值小，当待测电阻远小于电压表内阻时用该电路测量误差较小；乙图为电流表内接法，误差来源于电流表的分压，测量值等于待测电阻和电流表串联的总阻值，比待测电阻真实值大，当待测电阻远大于电流表内阻时用该电路测量误差较小。考点一常用仪器的使用与读数一、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0．5mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退_______mm，而圆周上的可动刻度E有50个等分刻度，因此可动刻度每旋转一格，F前进或后退________mm，即螺旋测微器的精确度为________mm。读数时估读到毫米的千分位上。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)×________(mm)。如图乙所示，固定刻度示数为2．0mm，半毫米刻度线未露出，而从可动刻度上读的示数为15．0，最后的读数为：2．0mm＋15．0×0．01mm＝2．150mm。0．50．010．010．01二、游标卡尺1．构造：主尺、_________(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。游标尺刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1mm的差值精确度(可精确到)109mm0．1mm________mm2019mm0．05mm________mm5049mm0．02mm_______mm3．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微量差值来提高测量精度。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1mm。常用的游标卡尺有10分度、20分度、50分度，其规格见下表：0．10．050．024．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游标尺上的刻度数，则记录结果表示为(x＋K×精确度)mm。三、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。1．0～3V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________V和______A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位。0．10．12．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，即读到0．1V。3．对于0～0．6A量程的电流表，精确度是________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。0．50．02游标卡尺读数注意事项(1)看清精确度①如图a所示，易读错成11mm＋4×0．1mm＝11．40mm，正确的读数应为11．4mm，游标卡尺不需要估读，后面不能随意加零或去零；②如图b所示，易读错成10mm＋12×0．05mm＝10．6mm，正确的读数应为10．60mm。(2)主尺上的单位为厘米主尺上标的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1mm。如图c所示，易读错成5mm＋4×0．05mm＝5．20mm，正确的读数应为50mm＋4×0．05mm＝50．20mm。(3)区分零刻度与游标尺最前端如图d所示，易读错成13mm＋10×0．05mm＝13．50mm，正确的读数应为14mm＋10×0．05mm＝14．50mm。例1某学习小组想用实验测量某种纯净水的电阻进而得出该纯净水的电阻率。在粗细均匀的圆柱形玻璃管中注水前，应用如图甲所示游标卡尺的____(填“A”“B”或“C”)部位测玻璃管内径，其示数如图乙所示，则该玻璃管的内径d＝________mm。解析注水前，用题图甲所示游标卡尺的内测量爪B测玻璃管内径，该游标卡尺为50分度的游标卡尺，精确度为0．02mm，则由题图乙可知，该玻璃管的内径为d＝22mm＋25×0．02mm＝22．50mm。B22．50例2

(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。30．502．250．42(2)在测量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。0.007(0.005、0.006、0.007、0.008均可)0.638(0.636、0.637、0.638、0.639、0.640均可)考点二测量电路与控制电路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。在伏安法测电阻实验中，测量电路选择合适的电流表和电压表连接方式，可以减小系统测量误差；控制电路选择恰当的滑动变阻器接法，可以使测量安全或数据充分。(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测量电压从零开始变化，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。滑动变阻器必须使用分压接法的几种情况：①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。②当待测电阻Rx≫R(滑动变阻器的最大阻值)时。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等元件的允许

电流。例3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U­I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)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。O、P(2)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(保留一位小数)。(3)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(保留一位小数)。Ⅰ50．550．0例4某物理兴趣小组想测定一个阻值大约为10kΩ的电阻Rx的阻值，现有以下实验器材：A．电流表A(量程为1mA，内阻约为100Ω)B．电压表V(量程为10V，内阻约为50kΩ)C．直流电源E(电动势为9V，内阻约为1Ω)D．滑动变阻器R1(20Ω，1A) E．开关、导线若干(1)根据已有器材在方框内设计并画出电路图；答案

如图所示。(2)若操作、读数、计算均无误，考虑到电表内阻影响，R测________R真(填“大于”“等于”或“小于”)；(3)为避免电表内阻的影响，小组成员提出用新的器材设计另外的方案如图所示，连接好电路后，闭合开关S1，调节各可变电阻，使得开关S2由断开到闭合，灵敏电流计G指针无偏转，并记录此时电压表示数U和电流表示数I，则待测电阻Rx＝______，该方案中若从系统误差分析，R测________R真(填“大于”“等于”或“小于”)。大于等于解析

(1)由于待测电阻阻值很大，故电流表应该选择内接法，由于滑动变阻器的阻值远小于待测电阻阻值，故应该采用分压式接法，电路图如图。考点三

实验器材的选择和实物图连接2．实物图连接的注意事项(1)连线顺序：画线连接各元件，一般先从电源正极开始，按照电路原理图，按顺序以单线连接方式将干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)避免交叉：连线时要将导线接在接线柱上，导线不能交叉。(3)选对接线柱：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5某同学要测量一新材料制成的均匀圆柱体的电阻(圆柱体的电阻Rx约为6Ω)。(1)为精确测量其电阻，并且待测电阻的电压从零开始可以连续调节，除待测圆柱体外，实验室还备有的实验器材如下，为了测多组实验数据，则电压表应选______；电流表应选______；滑动变阻器应选______。(填写器材前对应的序号字母)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0.6A，内阻约为1Ω)D．电流表A2(量程3A，内阻约为0.2Ω)E．滑动变阻器R1(0～5Ω，0．6A)F．滑动变阻器R2(0～2000Ω，0．1A)G．1．5V的干电池两节，内阻不计H．开关S，导线若干ACE(2)请设计合理的实验电路，将电路图完整地画在虚线框中，并把实物图连接完整。答案

如图所示。课时作业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，则金属导线的直径读数分别为：a．____________________________________________mm；b．____________________________________________mm；c．____________________________________________mm。4．592(4．591、4．592、4．593、4．594均可)1．880(1．879、1．880、1．881均可)8．601(8．600、8．601、8．602均可)(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。10．40(3)正确读出图中各表的读数：①如图e，接0～3V量程时读数为_________________________________V；接0～15V量程时读数为______________V。②如图f，接0～3A量程时读数为___________________________A；接0～0．6A量程时读数为________A。2.18(2.16、2.17、2.18、2.19均可)10.8(或10.9)0.80(0.79、0.80、0.81均可)0.16解析：(1)a．读数为4．5mm＋9．2×0．01mm＝4．592mm；b．读数为1．5mm＋38．0×0．01mm＝1．880mm；c．读数为8．5mm＋10．1×0．01mm＝8．601mm。(2)图d中，读数为10mm＋20×0．02mm＝10．40mm。(3)①接0～3V时，读数为2．18V；接0～15V时，读数为10．8V。②接0～3A时，读数为0．80A；接0～0．6A时，读数为0．16A。2．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，内阻约为10kΩ)B．电压表(量程0～10V，内阻约为100kΩ)C．电流表(0～1mA，内阻约为30Ω)D．电流表(0～0．6A，内阻约为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)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)BCF(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”“小于”或“等于”)，原因是_____________________________________________________________________________。答案：如图所示。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)3．(2023·天津高考)某同学测量金属丝的电阻。①首先使用多用电表的欧姆挡进行粗测，用“×1”挡正确测量，指针偏转如图所示，对应的读数为______Ω；7②该同学设计了如图所示的电路，再次开展测量，除学生电源(输出电压为4V)、滑动变阻器、开关、导线外，还提供如下器材：A．电压表(量程0～15V，内阻约15kΩ)；B．电压表(量程0～3V，内阻约3kΩ)；C．电流表(量程0～3A，内阻约0．025Ω)；D．电流表(量程0～0．6A，内阻约0．125Ω)。(ⅰ)为了测量准确，实验时应选用______测量电压U，应选用______测量电流I；(选填器材前对应的字母)BD(ⅱ)关于该实验，下列哪些说法是正确的_______。A．电压表内阻分流引起的误差是系统误差B．闭合开关前滑动变阻器的滑片应置于b端C．滑动变阻器采用图示接法电压U可以调为零D．通过测量多组数据绘制U­I图像可减小系统误差AC(ⅱ)电压表内阻分流引起的误差是系统误差，故A正确；由实验电路图可知，滑动变阻器采用分压式接法，为保护电路，闭合开关前滑动变阻器的滑片应置于a端，使闭合开关后测量电路两端的电压为零，此时电压表示数即电压U为零，故B错误，C正确；通过测量多组数据绘制U­I图像可以减小偶然误差，不可以减小系统误差，故D错误。4．(2021·海南高考)在伏安法测电阻的实验中，提供以下实验器材：电源E(电动势约6V，内阻约1Ω)，待测电阻Rx(阻值小于10Ω)，电压表V(量程3V，内阻约3kΩ)，电流表A(量程0．6A，内阻约1Ω)，滑动变阻器(最大阻值20Ω)，单刀开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。某同学利用上述实验器材设计如图所示的测量电路。回答下列问题：(1)闭合开关S1前，滑动变阻器的滑片P应滑到______(填“a”或“b”)端；b(2)实验时，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应将S2拨向______(填“c”或“d”)；在上述操作正确的情况下，引起实验误差的主要原因是_____(填正确选项前的标号)；A．电流表分压 B．电压表分流C．电源内阻分压(3)实验时，若已知电流表的内阻为1.2Ω，在此情况下，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应将S2拨向_____(填“c”或“d”)；读得电压表的示数为2.37V，电流表的示数为0.33A，则Rx＝______Ω(结果保留两位有效数字)。cBd6.05．实验小组找到一刻度清晰的微安表

，但其量程、内阻标识均模糊不清。该小组同学决定测量该微安表的内阻并确定其量程，可供选择的器材如下：A．电压表(量程为0～3V，内阻约为3kΩ)；B．滑动变阻器R1(0～10Ω)；C．滑动变阻器R2(0～1kΩ)；D．电源