11.4电学实验基础（解析版）高考一轮复习100考点100讲

2024年高考一轮复习100考点100讲第11章恒定电流第11.4讲电学实验基础【知识点精讲】一基本仪器的使用及读数1．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)，游标尺上还有一个深度尺(如图所示)。(2)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1mm。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1mm的差值精确度(可准确到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm(3)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线对齐的游标的格数，则记录结果为：(x＋K×精确度)mm。注意：对于游标卡尺，无论哪种规格，K值均不需要估读到下一位。【特别提醒】．游标卡尺的读数的“三看”(1)第一看→精确度。例如(如图所示)易错读成11mm＋3.0×0.1mm＝11.30mm正确读数为11.3mm，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零，也不能随意去零。(2)第二看→游标尺上的0刻度线位置，区分零刻度与标尺最前端。例如(如图所示)易错读成11mm＋10×0.05mm＝11.50mm正确读数为14mm＋10×0.05mm＝14.50mm。(3)第三看→游标尺的哪条(第K条)刻度线与主尺上的刻度线对齐。2．螺旋测微器(1)构造：如图，B为固定刻度，H为可动刻度。(2)原理：可动刻度H上的刻度为50等份，则螺旋测微器的精确度为0.01mm。(3)读数①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。②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)。最后一位数字为估读数字，读数和记数时估读位为有效数字的最后一位。例如(如图所示)固定刻度示数为2.0mm，不足半毫米从可动刻度上读得示数为15.0，最后的读数为2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm。【特别提醒】．螺旋测微器的读数要注意(1)半毫米刻度线是否漏出；(2)一定要估读一位；(3)如果以mm为单位记录读数，小数点后一定是三位数字，如：6.700mm、0.324mm3．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eq\f(1,3)，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eq\f(1,10)(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eq\f(1,2)(即估读到最小分度的那一位)(3)最小分度是“5、0.5、0.05、…”时，估读到最小分度的eq\f(1,5)(即估读到最小分度的那一位)二伏安法测电阻的两种接法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＝Ux＋UA电压表分流I测＝Ix＋IV电阻测量值R测＝eq\f(U测,I测)＝Rx＋RA>Rx测量值大于真实值R测＝eq\f(U测,I测)＝eq\f(RxRV,Rx＋RV)<Rx测量值小于真实值适用条件RA≪RxRV≫Rx适用于测量大电阻小电阻2.电流表的内、外接法的选择阻值比较法先将待测电阻的估计值(或大约值)与电压表、电流表内阻进行比较：(1)若Rx较小，宜采用电流表外接法；(2)若Rx较大，宜采用电流表内接法。比值比较法(1)若eq\f(RV,Rx)>eq\f(Rx,RA)，则用电流表外接法。(2)若eq\f(RV,Rx)＜eq\f(Rx,RA)，则用电流表内接法。[说明]比值比较法的变形——临界值法：(1)Rx<eq\r(RVRA)时，用电流表外接法；(2)Rx>eq\r(RVRA)时，用电流表内接法；(3)Rx＝eq\r(RVRA)时，内、外接法均可。试触法按图接好电路，让电压表一个接线柱固定接好，另一个接线柱P先后与a、b处接触一下：(1)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，即eq\f(|Ia－Ib|,Ia)<eq\f(|Ua－Ub|,Ua)，则可采用电流表外接法；(2)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，即eq\f(|Ia－Ib|,Ia)>eq\f(|Ua－Ub|,Ua)，则可采用电流表内接法。三滑动变阻器的两种接法1．滑动变阻器两种接法的比较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Rx上电压调节范围eq\f(RxE,Rx＋R0)≤U≤E0≤U≤E分压式电路的调节范围大负载Rx上电流调节范围eq\f(E,Rx＋R0)≤I≤eq\f(E,Rx)0≤I≤eq\f(E,Rx)分压式电路的调节范围大闭合S前滑片P的位置b端a端都是为了保护电路元件【特别提醒】：分压式接法中电压和电流的调节范围大，但限流式接法较节能且电路简单。2．滑动变阻器两种接法的选择(1)滑动变阻器必须采用分压式接法的几种情况①要求电压(或电流)能从零开始变化；②当待测电阻Rx≫R(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、电阻的允许电流。(2)除了上述三种情况外，如果滑动变阻器采用两种接法都能满足要求，则从节能、方便操作角度考虑，优先选用限流式接法。四、电学实验的设计、仪器选择及实物连线1．电学实验设计A。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。①选用器材时，应考虑仪器、器材的性能及量值(如仪表的量程、电器的额定值等)的要求。②设计方案时，应准备好保护措施。(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。①在安装器材时或在使用仪器之前，应按实验要求对器材、仪器精心调整。如在使用某些仪表前，应进行机械调零。②选用合适的测量工具(直尺、仪表)及合适的量值范围，使之与被测数值相匹配。如使用多用电表测量某电阻时，应选用合适的挡位，使测量时电表指针指在中央刻度值附近。③实验中可能出现因操作不当带来的偶然误差，往往需要多次重复实验，获取多组实验数据，以备选取有效数据。④设计合理的数据处理方式，如将多组有效数据相加后除以测量次数，取其算术平均值(一般求待测量的算术平均值，而不求某些中间量的算术平均值)。(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。B．定值电阻在电路设计中的三种作用2．实验器材的选择实验器材的选择原则安全、精确、方便，在保证不超过电压表和电流表量程的条件下尽量使指针偏角大些，精确度更高些实验器材的选择思路先估算回路中电流和电压的最大值，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材电流表和电压表的选择①根据电源的参数来选择②根据电路中的最大电流(或者最大电压)来选择③根据用电器的额定电流(或者额定电压)来选择滑动变阻器的选择①用分压式接法时，应该选用最大阻值较小、额定电流较大的滑动变阻器②用限流式接法时，应该选用阻值和被测电阻接近的滑动变阻器3.实物连线的“四注意”(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，其次将要并联的元件并联到电路中去。(2)电流表与被测电路串联，电流表不能直接接到电源两端；电压表与被测电路并联，电压表可以直接接到电源两端。两表“＋”接线柱均靠近电源“＋”极，“－”接线柱靠近电源“－”极。(3)滑动变阻器的限流式接法应“一上一下”；分压式接法应先将全部电阻丝接入电路，再将被测电路与滑动变阻器的上接线柱按电路图连接。(4)避免交叉：连线时要将导线接在接线柱上，两条导线不能交叉。4．保护电阻的处理为了保护电路，一般会在电路中加入一个保护电阻，例如在测电源电动势和内阻实验方案一中可将保护电阻看成滑动变阻器的一部分；方案二中可将保护电阻看成电源内阻的一部分，求解电源内阻时一定要注意减去保护电阻的阻值。【方法归纳】电表的“三用”.如果知道电表的内阻，则电流表、电压表既可以测电流，又可以测电压，还可以作为定值电阻来使用，即“一表三用”。【最新高考题精练】1.（2023高考江苏学业水平选择性考试）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1.5V，内阻不计）2节；两量程电压表（量程0~3V，内阻约3kΩ；量程0~15V，内阻约15kΩ）1个；滑动变阻器（最大阻值50Ω）1个；定值电阻（阻值50Ω）21个；开关1个及导线若干．实验电路如题1图所示．（1）电压表量程应选用________（选填“3V”或“15V”）．（2）题2图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A与滑动变阻器的接线柱________（选填“B”“C”“D”）连接，再闭合开关，开始实验．（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O与1，2，…，21之间的电压．某次测量时，电压表指针位置如题3图所示，其示数为________V．根据测量数据作出电压U与被测电阻值R的关系图线，如题4图中实线所示．（4）在题1图所示的电路中，若电源电动势为E，电压表视为理想电压表，滑动变阻器接入的阻值为，定值电阻的总阻值为，当被测电阻为R时，其两端的电压________（用E、、、R表示），据此作出理论图线如题4图中虚线所示．小明发现被测电阻较小或较大时，电压的实测值与理论值相差较小．（5）分析可知，当R较小时，U的实测值与理论值相差较小，是因为电压表的分流小，电压表内阻对测量结果影响较小．小明认为，当R较大时，U的实测值与理论值相差较小，也是因为相同的原因．你是否同意他的观点？请简要说明理由______．【参考答案】①.3V②.D③.1.50④.⑤.不同意，理由见解析【名师解析】（1）[1]所用电源两节干电池，电动势为3V，则所用电表量程为3V；（2）[2]闭合电键之前，滑动变阻器阻值应该调到最大，则由图可知，电池盒上的接线柱A应该与滑动变阻器的接线柱D连接；（3）[3]电压表最小刻度为0.1V，则读数为1.50V；（4）[4]由闭合电路欧姆定律可得当被测电阻阻值为R时电压表读数（5）[5]不同意；当R较大时，则电压表内阻不能忽略，则电路中的电流则电压表读数为当R较大时，R=R2时R最大，此时因RV>>R1，则电压表读数接近于2.（2）采用图1所示的电路图来测量金属丝的电阻率．①实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在_________（填“M”或“N”）端．②按照图1连接实物图，如图2所示．闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为_________（填“a”“b”或“c”）．若闭合开关，该错误连接会带来的问题有_________．【参考答案】（2）①M②b滑动变阻器的滑片P无论出于什么位置，电流表、电压表示数都是零【名师解析】（2）①实验电路为滑动变阻器分压式接法，闭合开关前，滑动变阻器应该处在M端。②滑动变阻器分压式接法为滑动变阻器下面两个接线柱与电池、开关连接成闭合回路，所以接错的导线为b。该错误连接会带来的问题有：滑动变阻器的滑片P无论出于什么位置，电流表、电压表示数都是零。3．（6分）（2020高考全国理综I）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）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）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）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）。【参考答案】（1）OP（2）I50.5（3）50.0【名师解析】（1）将电压表跨接在O、P之间测量电阻的电路，称为电流表外接法，实际上测量的是待测电阻和电压表内阻并联的等效电阻，其值小于真实值；将电压表跨接在O、Q之间测量电阻的电路，称为电流表内接法，实际上测量的是待测电阻和电流表内阻串联的等效电阻，其值大于真实值；所以图（b）中标记II的图线是采用电压表跨接在O、P之间的方案测量得到的。（2）由测量得到的U——I图像可知，待测电阻约为50Ω，大于=Ω=10Ω，待测电阻较大，采用电流表内接，结果更接近真实值，即由图线I得到的结果更接近真实值，结果为50.5Ω。（3）考虑到电表内阻的影响，由Rx+RA=50.5Ω，可得RA=50.0Ω.4.(2015海南高考物理第11题)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（a）和（b）所示。该工件的直径为______cm，高度为________mm。【参考答案】1.220cm，6.861mm【名师解析】根据游标卡尺读数规则，工件的直径为d=12mm+4×0.050mm=12.20mm=1.220cm。根据螺旋测微器读数规则，工件的高度为h=6.5mm+36.1×0.01mm=6.861mm。5.（12分）（2017海南物理）某同学用伏安法测量待测电阻的阻值。现有器材为：待测电阻R（阻值约为5Ω），电源（电动势3V），滑动变阻器（阻值范围0~10Ω），电流表（量程0.6A，3A），电压表（量程3V，15V），开关，导线若干。实验要求在测量电路中将电流表外接，滑动变阻器起限流作用。回答下列问题：（1）按照实验要求在图（a）中画出实物连线图。（2）若已按实验要求接线，闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数始终约为3V，电流表的示数始终接近0。写出产生这种现象的一个原因：_______________。（3）在连线正确后，闭合开关。电压表和电流表的示数分别如图（b）和图（c）所示。由图可知，电压表读数为_______V，电流表读数为______A。由此可得待测电阻的阻值为_____Ω（结果保留3位有效数字）。【参考答案】（1）实物连线图如图所示。（2）闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数始终约为3V，电流表的示数始终接近0。写出产生这种现象的一个原因是：待测电阻R处断路。（3）2.200.4804.58【命题意图】本题考查电阻的测量及其相关的知识点。【解题思路】（1）实验要求在测量电路中将电流表外接，滑动变阻器起限流作用，电压表选择3V量程，电流表选择0.6A量程，实物连线图如图所示。（2）若已按实验要求接线，闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数始终约为3V，电流表的示数始终接近0。写出产生这种现象的一个原因：_______________。（3）根据电表读数规则，电压表读数为U=2.20V，电流表读数为I=0.480A。由此可得待测电阻的阻值为R=U/I=4.58Ω。6.(2011全国理综卷)使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端。现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表，量程为60mA的电流表，电阻箱，导线若干。实验时，将多用电表调至×1Ω挡，调好零点；电阻箱置于适当数值。完成下列填空：(1)仪器连线如图l所示(a和b是多用电表的两个表笔)。若两电表均正常工作，则表笔a为_________(填“红”或“黑”)色；(2)若适当调节电阻箱后，图1中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图2(a)，(b)，(c)所示，则多用电表的读数为_________Ω．电流表的读数为_________mA，电阻箱的读数为_________Ω：(3)将图l中多用电表的两表笔短接，此时流过多用电表的电流为______mA；(保留3位有效数字)(4)计算得到多用电表内电池的电动势为_________V。(保留3位有效数字)【参考答案】(1)黑(2)14534.6(3)103(4)1.54【名师解析】：（1）由于多用电表内部电池的正极接黑表笔，所以表笔a为黑表笔。（2）将多用电表调至×1Ω挡，多用电表的读数为14×1Ω=14Ω．电流表的读数为53mA，电阻箱的读数为4×1Ω+6×0.1Ω=4.6Ω：（3）（4）多用电表中值电阻为R0=15Ω，由I=E/(15+14)=53×10-3可知，E=1.54V，将图l中多用电表的两表笔短接，此时流过多用电表的电流为I0=E/R0=0.103A=103mA。7（2006·重庆理综）用已调零且选择旋钮指向欧姆挡“×10”位置的多用电表测某电阻阻值，根据右图所示的表盘，被测电阻阻值为Ω。若将该表选择旋钮置于1mA挡测电流，表盘仍如右图所示，则被测电流为mA。【参考答案】：（1）220Ω0.40mA【名师解析】：被测电阻阻值为22×10Ω=220Ω。被测电流为0.40mA。8.(2003年广东高考)下图为一正在测量中的多用电表表盘．(1)如果是用直流10V挡测量电压，则读数为________V；(2)如果是用×100Ω挡测量电阻，则读数为________Ω；(3)如果是用直流5mA挡测量电流，则读数为________mA．【参考答案】

（1）6.50V（2）800（3）3.25【名师解析】由于多用电表的测量项目和量程比较多，而表盘的空间有限，所以并不是各个项目的每个量程都有专门的标度，有些标度就是属于共用标度．如图中的第二行刻度就是交、直流电压、电流共用的标度．(1)用直流10V挡测量电压时，读数为6．50V(也可写成6．5V)．(2)指针所指电阻刻度的读数为8.0，乘以欧姆挡的倍率，则所测电阻值为8．0×102Ω．(3)用直流5mA挡测量时，读数方法与(1)中相同，测量值为3．25mA．【最新模拟题精练】1。(1)如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺自左向右分别为10分度、20分度、50分度，它们的读数依次为________mm、________mm、________mm。(2)某同学用如图丁所示的螺旋测微器测量小球的直径时，他应先转动________使F靠近小球，再转动________使F夹住小球，直至听到棘轮发出声音为止，拨动________使F固定后读数(填仪器部件字母符号)。正确操作后，螺旋测微器的示数如图戊所示，则小球的直径是______mm。【参考答案】(1)17.723.253.20(2)DHG6.700【名师解析】(1)图甲读数：整毫米是17mm，不足1毫米数是6×0.1mm＝0.6mm，最后结果是17mm＋0.6mm＝17.6mm。图乙读数：整毫米是23mm，不足1毫米数是5×0.05mm＝0.25mm，最后结果是23mm＋0.25mm＝23.25mm。图丙读数：整毫米是3，不足1毫米数是10×0.02mm＝0.20mm，最后结果是3mm＋0.18mm＝3.20mm。(2)用螺旋测微器测小球直径时，先转动粗调旋钮D使测微螺杆F靠近被测小球，再转动微调旋钮H使测微螺杆F夹住小球，直到棘轮发出声音为止，拨动止动旋钮G使F固定后读数，读数为6.5mm＋20.0×0.01mm＝6.700mm。2。(1)图甲使用0.6A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中指针示数是________A；当使用3A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中指针示数为________A。(2)图乙使用较小量程时，每小格表示________V，图中指针的示数为________V；若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示________V，图中指针示数为____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。今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，即可得到的电阻值范围为____________。【参考答案】(1)0.020.440.12.20(2)0.11.700.58.5(3)1987将“×1k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到00～19998Ω【名师解析】(1)使用0.6A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02A，指针示数为0.44A；当使用3A量程时，每一小格为0.1A，指针示数为2.20A。(2)电压表使用3V量程时，每小格表示0.1V，指针示数为1.70V；使用15V量程时，每小格表示0.5V，指针示数为8.5V。(3)电阻为1987Ω。最简单的操作方法是将“×1k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0。每个电阻箱的最大阻值是9999Ω，用这样的两个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，可得到的电阻值范围为0～19998Ω。3.（2022陕西宝鸡陈仓区二模）小阳同学想自己设计的实验来测量某种金属丝的电阻率。首先他将一卷长为128m的金属丝的两端固定在两个接线柱间，他选用的器材有多用电表、电流表（内阻为1Ω）、电压表（内阻约为3000Ω）、开关、滑动变阻器、螺旋测微器、导线和学生电源等。（1）他先使用多用电表粗测金属丝的电阻，操作过程分以下四个步骤：①调整“机械零点调节旋纽”使指针指到零刻度；②将红、黑表笔分别插人多用电表的“”“”插孔，选择电阻挡“×1”；③然后将两表笔_________；调整“欧姆调零旋钮”进行欧姆调零；④把红、黑表笔分别与金属丝的两端（已刮去绝缘漆）相接，多用电表的示数如图甲所示，该金属丝的电阻为__________Ω。（2）用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图乙所示，则金属丝的直径为________mm。（3）为了更准确地测量金属丝Rx的电阻，并获得较大的电压调节范围，以下四个电路中最合理的是__________________。A．B．C．D．（4）按小阳同学选择的电路测量，某次得到电流表示数为0.20A，电压表示数为2.76V，可计算出金属丝的电阻率约为_________Ω·m。（结果保留两位有效数字）【参考答案】①.短接②.13③.0.600④.B⑤.【名师解析】（1）③[1]欧姆调零时，需要将两表笔短接；④[2]选择的档位为×1，所以欧姆表读数为（2）[3]螺旋测微器读数为（3）[4]为获得较大的电压调节范围，滑动变阻器采用分压式接法，由于电流表内阻已知为1Ω电流表应采用内接法有URx=UV-IRA则可消除系统误差。故选B。（4）[5]根据欧姆定律得结合电阻定律又代入数据联立解得4.用伏安法测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为200Ω)，实验室提供如下器材：电池组E：电动势为3V，内阻不计；电流表A1：量程为0～15mA，内阻约为100Ω；电流表A2：量程为0～300μA，内阻为1000Ω；滑动变阻器R1：阻值范围为0～20Ω，额定电流为2A；电阻箱R2：阻值范围为0～9999Ω，额定电流为1A；开关S、导线若干。要求实验中尽可能准确地测量Rx的阻值，请回答下列问题：(1)为了测量待测电阻两端的电压，可以将电流表________(填写器材代号)与电阻箱串联，并将电阻箱阻值调到________Ω，这样可以改装成一个量程为3.0V的电压表。(2)在图中画出测量Rx阻值的完整电路图，并在图中标明器材代号。(3)调节滑动变阻器R1，两表的示数如图所示，可读出电流表A1的示数是________mA，电流表A2的示数是__