【物理】2020届一轮复习人教版第七章专题突破八电学实验基础学案（江苏专用）
专题突破八 电学实验基础
1．螺旋测微器的使用
(1)构造：如图1所示，B为固定刻度，E为可动刻度．
图1
(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0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 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0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 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)×0.01(mm)．
如图2所示，半毫米刻度线未露出，固定刻度示数为2.0 mm，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm.
图2
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3所示)
图3
(2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径．
(3)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1 mm的差值
精确度
(可精确到)
读数/mm(游标卡尺第n个刻度线与主尺对齐)
10
9 mm
0.1 mm
0.1 mm
主尺整毫米数＋0.1n
20
19 mm
0.05 mm
0.05 mm
主尺整毫米数＋0.05n
50
49 mm
0.02 mm
0.02 mm
主尺整毫米数＋0.02n
(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游标的格数，则记录结果表示为(x＋K×精确度) mm.
3．电表的改装
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
U＝Ig(R＋Rg)
I＝Ig
量程扩大的倍数
n＝
n＝
接入电阻的阻值
R＝－Rg＝(n－1)Rg
R＝＝
改装后的总内阻
RV＝Rg＋R＝nRg
RA＝＝
校对电路
改装成的电压表
改装成的电流表
备注
(1)改装后示数等于表头与分压电阻两端电压之和；
(2)改装后量程等于满偏时表头与分压电阻两端电压之和
(1)改装后示数等于通过表头与分流电阻的电流之和；
(2)改装后量程等于满偏时通过表头与分流电阻的电流之和
4.电流表、电压表的使用
(1)机械零点的调整：在不通电时，指针应指在零刻度线的位置．若不指零，应该用螺丝刀调整．
(2)选择适当量程：估算电路中电流和电压，电表指针应偏转到满刻度的以上．若无法估算电路中的电流和电压，则应先选用较大的量程，再逐步减小量程．
(3)正确接入电路，电流表应串联在电路中，电压表应并联在电路中，两种电表都应使电流从正接线柱流入，负接线柱流出．
(4)正确读数：根据所选量程的精确度，正确读出有效数字并注明单位．
①0～3 V的电压表和0～3 A的电流表的读数方法相同，此量程下的精确度分别是0.1 V和0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位．
②对于0～15 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V.
③对于0～0.6 A量程的电流表，精确度是0.02 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0.01 A.
(5)注意内阻：电流表和电压表一方面作为仪器使用，同时又是被测电路中的一个电阻，实验中没有特别要求时，一般不考虑它们的内阻对电路的影响，但在有些测量中，不能忽视它们的内阻对被测电路的影响，如伏安法测电阻等．这时电流表应看成“能读出本身电流IA的小电阻RA”，若已知RA，则该电流表可当成电压表使用，即UA＝IARA；电压表也可看成“能读出本身电压UV的大电阻RV”，若已知RV，则该电压表也可当电流表使用，即IV＝.
5．滑动变阻器的两种接法
限流接法
分压接法
对比说明
两种接法电路图
串、并联关系不同
负载R上电压调节范围(电源内阻不计)
≤U≤E
0≤U≤E
分压接法电压能从零开始连续变化，调节范围大
负载R上电流调节范围(电源内阻不计)
≤I≤
0≤I≤
分压接法调节范围大
闭合S前滑片位置
b端
a端
都是为了保护电路元件
实物图接法
一上一下
一上两下
6．实验器材的选取与实物图连接
(1)电学实验仪器的选择
选择电学实验器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等，一般要考虑四方面因素：
①安全因素：通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的最大电流．
②误差因素：选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时，其指针应偏转到满偏刻度的以上；使用欧姆表时应选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率挡位．
③便于操作：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节．在调节滑动变阻器时，应使其大部分电阻线都被用到．
④实验实际：除以上三个因素外，还应注重实验实际，如所用的电源与打点计时器的匹配问题等．
(2)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，再将需要并联的元件并联到电路中．
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.
命题点一 常用仪器的读数
例1 (1)如图4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4
答案 (1)17.7 24.85 3.18 (2)2.150
解析 (1)题图甲中最上面图读数：主尺读数是17，游标尺读数是7×0.1 mm＝0.7 mm，最后结果是17 mm＋0.7 mm＝17.7 mm.中间图读数：主尺读数是24，游标尺读数是17×0.05 mm＝0.85 mm.最后结果是24 mm＋0.85 mm＝24.85 mm.最下面图读数：主尺读数是3
，游标尺读数是9×0.02 mm＝0.18 mm.最后结果是3 mm＋0.18 mm＝3.18 mm.
(2)固定刻度示数为2.0 mm，可动刻度读数为35.0，最后的读数：2.0 mm＋35.0×0.01 mm＝2.350 mm.
变式1 (1)如图5甲所示的电表使用0.6 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；当使用3 A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.
图5
答案 (1)0.02 0.44 0.1 2.20 (2)0.1 1.70 0.5 8．5
变式2 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______ Ω，今欲将接入电路的电阻改为2 087 Ω，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________．
图6
答案 1 987 将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0 0～19 998 Ω
命题点二 电阻的测量——伏安法
1．电流表的内、外接法
(1)两种接法比较：
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＝＝Rx＋RA>Rx
R测＝＝
时，用电流表内接法．
③实验试探法：按图7所示接好电路，让连接电压表的导线P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则采用电流表内接法．
图7
2．滑动变阻器两种接法的选择
(1)滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况：
①要求电压能从零开始变化；
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、电阻的允许电流．
(2)滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且要求电压不从零开始变化，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．
例2 (2018·苏州市调研卷)为描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室备有下列器材：
A．小灯泡(额定电压6 V，额定电流600 mA)
B．电流表A1(量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω)
C．电流表A2(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω)
D．电压表V(量程0～6 V，内阻约为10 kΩ)
E．滑动变阻器R1(0～10 Ω，2 A)
F．滑动变阻器R2(0～100 Ω，1.5 A)
G．直流电源E(约6 V)
H．开关、导线若干
(1)实验中电流表应选用________，滑动变阻器应选用________(以上均填器材代号)．
(2)请用笔画线代替导线，将图8电路连接完整．
图8
答案 (1)A1 R1 (2)电路图如图所示
拓展点1 “半偏法”测电表内阻
1．利用电流表半偏测的内阻
方法一 并联分流法(如图9)：
图9
(1)实验步骤：
①R1调至阻值最大，闭合S1，调R1的阻值使示数达满偏值．
②保持R1阻值不变，闭合S2，调R2使示数达满偏值的一半，同时记录R2的值．
③Rg测＝R2.
(2)误差分析：
闭合S2后，R2与Rg的并联值R并Ig，而此时的示数为Ig，所以IR2>Ig，所以R2”“<”或“＝”)．
(4)实验中由于电路设计所存在的实验误差(系统误差)，导致测量值________真实值(选填“>”“<”或“＝”)．
答案 (1)7.5 (2)a (3)> (4)>
解析 (4)电阻箱的接入使电压表与电阻箱的分压大于原来电压表的分压，则电阻箱的分压大于电压表的分压，其阻值要大于电压表的内阻．
例4 (2018·苏锡常镇二模)某实验小组用如下器材来测量电压表的内阻．
A．待测电压表(量程3 V，内阻约几kΩ)
B．电流表(量程0.6 A，内阻约0.1 Ω)
C．电池组(电动势约3 V，内阻可忽略)
D．滑动变阻器R0
E．变阻箱R(0～9 999 Ω)
F．开关和导线若干
图15
(1)图15甲是某同学设计的电路，大家讨论后一致认为此电路不可行，你认为原因是________；
A．R0阻值较小
B．电流表存在内阻
C．电压表无法准确读数
D．电流表无法准确读数
(2)同学们改用图乙电路进行测量，设电阻箱的阻值为R，电压表的示数为U，为了能根据图象求得电压表的内阻，应该作________图线(选填“－R”“U－R”或“U－”)；
(3)请根据你选择的坐标轴和下表的数据，在图丙中标上合适的标度作出相应图线；
R/kΩ
0.6
1.5
2
3
4
5
U/V
2.5
2
1.8
1.5
1.3
1.13
/kΩ－1
1.67
0.67
0.5
0.33
0.25
0.20
/V－1
0.40
0.50
0.56
0.67
0.77
0.88
(4)根据你所画出的图线，求出电源的电动势E＝______ V，电压表内阻RV＝________ kΩ(结果均保留两位有效数字)．
答案 (1)D (2)－R (3)如图所示
(4)3.1(2.9～3.3) 2.9(2.5～3.3)
拓展点2 替代法测电阻
实验原理如图16：
图16
(1)S接1，调节R2，读出表示数为I；
(2)S接2，R2不变，调节电阻箱R1，使表示数仍为I；
(3)由以上可得Rx＝R1.
该方法的优点是消除了表内阻对测量的影响，缺点是电阻箱的电阻R1不能连续变化．
例5 (2016·江苏单科·10)小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系，已知该金属电阻在常温下的阻值约10 Ω，R随t的升高而增大，实验电路如图17所示，控温箱用以调节金属电阻的温度．
图17
实验时闭合S，先将开关K与1端闭合，调节金属电阻的温度，分别记下温度t1，t2，…和电流表的相应示数I1，I2，….然后将开关K与2端闭合，调节电阻箱使电流表的示数再次为I1，I2，…，分别记下电阻箱相应的示数R1，R2，….
(1)有以下两种电流表，实验电路中应选用________．
A．量程0～100 mA，内阻约2 Ω
B．量程0～0.6 A，内阻可忽略
(2)实验过程中，要将电阻箱的阻值由9.9 Ω调节至10.0 Ω，需旋转图中电阻箱的旋钮“a”、“b”、“c”，正确的操作顺序是________．
①将旋钮a由“0”旋转至“1”
②将旋钮b由“9”旋转至“0”
③将旋钮c由“9”旋转至“0”
(3)实验记录的t和R的数据见下表
温度t(℃)
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
阻值R(Ω)
9.6
10.4
11.1
12.1
12.8
请根据表中数据，在如图18所示方格纸上作出R－t图线．
图18
由图线求得R随t的变化关系为R＝________Ω.
答案 (1)A (2)①②③(或①③②) (3)见解析图
0．04t＋8.8(0.04t＋8.7～0.04t＋8.9都算对)
解析 (1)电路中电源电动势为1.5 V，金属电阻的阻值约为10 Ω，滑动变阻器最大阻值为
10 Ω，电流在0.075～0.15 A范围内，则电流一般在0.1 A以内调整，为使电流读数更准确，应选用量程0～100 mA的电流表．
(2)调节电阻箱时按照先调大再调小的原则，旋转各旋钮的正确操作顺序是①②③(或①③②)．
(3)R－t图象如图所示
由R－t图象知，R＝0.04t＋8.8 (Ω)．
拓展点3 电桥法测电阻
例6 (2018·金陵中学等三校四模)某物理学习兴趣小组为了测量待测电阻Rx，设计了如下实验，用到的实验器材有：学生电源、灵敏电流计、电流表、滑动变阻器、电阻箱、定值电阻、开关、导线若干．
图19
按设计方案完成以下实验步骤：
①按照图19甲所示的原理图连接好实验电路；
②将滑动变阻器R2滑片调至适当位置，滑动变阻器R3滑片调至最左端，闭合开关S；
③调整R3逐步增大输出电压并反复调整R1和R2使灵敏电流计G读数为零，此时电流表A2的示数为120 mA，电阻箱R1和电流表A1示数如图乙和丙所示；
④实验完毕，整理器材
根据上述实验回答以下问题：
(1)电阻箱R1的读数为________ Ω，电流表A1的示数为________ mA；
(2)待测电阻Rx的阻值为________ Ω(计算结果保留三位有效数字)；
(3)电流表的内阻对测量结果________影响(选填“有”或“无”)；
(4)为提高本实验的精确度可采取的措施：_________________________________________.
答案 (1)50.0 180 (2)75.0 (3)无 (4)使用灵敏度更高的灵敏电流计或在保证电表安全的情况下，适当增大滑动变阻器R3左侧并联部分的电压
解析 (1)由题图乙可知电阻箱的示数为：0×100 Ω＋5×10 Ω＋0×1 Ω＋0×0.1 Ω＝50.0 Ω，
由题图丙可知电流表的分度值为10 mA，示数为：180 mA；
(2)灵敏电流计示数为零，则其两端电势相等，R1与Rx两端电压相等，由欧姆定律可知：I1R1＝I2Rx，代入数据解得：Rx＝75.0 Ω；
(3)由题图甲电路图可知，两电流表内阻对R1、Rx
两端电压没有影响，电流表的内阻对测量结果无影响；
(4)使用灵敏度更高的灵敏电流计或在保证电表安全的情况下，适当增大滑动变阻器R3左侧并联部分的电压可以提高本实验的精确度.
1．(2018·东台创新学校月考)某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度，该螺旋测微器校零时的示数如图20甲所示，测量金属板厚度时的示数如图乙所示．图甲所示读数为______ mm，图乙所示读数为________ mm，所测金属板的厚度为________ mm，用游标卡尺测金属板的直径如图丙所示，则金属板直径为________ cm.
图20
答案 0.010 6.870 6.860 1.240
解析 由题图甲螺旋测微器的示数为0＋1.0×0.01 mm＝0.010 mm；由题图乙螺旋测微器的示数为6.5 mm＋37.0×0.01 mm＝6.870 mm；
所测金属板的厚度为6.870 mm－0.010 mm＝6.860 mm；
由题图丙游标卡尺的示数为12 mm＋8×0.05 mm＝12.40 mm＝1.240 cm.
2．(2018·丰县中学月考)某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ.步骤如下：
图21
(1)游标卡尺测量其长度如图21甲所示，可知其长度为________ mm；
(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，可知其直径为________ mm；
(3)选用多用电表的电阻“×1”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图丙所示，则该电阻的阻值为________ Ω.
答案 (1)50.15 (2)4.700 (3)22
3．(2018·扬州中学下学期开学考)甲、乙两位同学要测量一未知电阻Rx的阻值(阻值约1 kΩ)，实验室提供的器材如下：
A．待测电阻Rx
B．电源E：电动势约为3 V
C．电流表A1：量程为5 mA，内阻r1不超过10 Ω
D．电流表A2：量程为1 mA，内阻r2为50 Ω
E．滑动变阻器R：最大阻值为50 Ω
F．电阻箱R′：阻值0～9 999.9 Ω
G．开关、导线若干
(1)由于没有电压表，甲同学利用电流表A2和电阻箱改装成一个量程为3 V的电压表，则电流表A2应与电阻箱________(填“串联”或“并联”)，电阻箱的阻值应为________ Ω.
用表示A2改装后的电压表，在测量Rx的以下实验电路中误差较小的是________．
(2)如图22，为测量电阻Rx，乙同学设计了如下电路，实验中只要保持滑动变阻器的滑片P位置固定，无论怎样调节电阻箱，分压电路的输出电压变化都很小．他的操作步骤如下：
图22
A．将滑动变阻器的滑片P放在最左端，闭合开关S；
B．将电阻箱的阻值调节到零，调节滑动变阻器，使电流表A2的指针达到满偏；
C．保持滑动变阻器的滑片不动，调节电阻箱，使电流表的指针达到半偏；
D．读出电阻箱的示数，记为R0；
E．断开开关，整理器材．
请你根据已知量与测量量，写出待测电阻Rx的表达式________________．该测量值与真实值相比________(填“偏大”或“偏小”)．
答案 (1)串联 2 950 A (2)R0－r2 偏大
4．(2018·兴化一中四模)实验室提供以下器材测量电流计G的内阻：
A．待测电流计G(0～10 mA，内阻约300 Ω)
B．电压表V(0～15 V，内阻约3 kΩ)
C．电流表A(0～15 mA，内阻约100 Ω)
D．定值电阻R1(300 Ω)
E．定值电阻R2(10 Ω)
F．滑动变阻器R3(0～1 000 Ω)
G．滑动变阻器R4(0～15 Ω)
H．干电池(4.5 V，内阻不计)
I．开关S及导线若干．
某同学设计了如图23甲、乙所示两个测量电路，
图23
(1)用图甲电路测量时误差较大，原因是_____________________________________；
(2)用图乙电路进行实验时，滑动变阻器应选用________，定值电阻应选用________(选填器材前的字母)；
(3)请用笔画线代替导线，将图丙的电路正确连接．
(4)按电路图乙连接实验，记录待测电流计G的读数I、电路中另一个电表的读数x；移动滑动变阻器的滑片，获得多组I、x的值．以I为纵坐标，x为横坐标，作出如图丁所示的图线，若图线的斜率为k，则待测电流计G内阻为________．该实验测得电流计G的内阻测量值与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)．
答案 (1)甲图中电压表量程过大 (2)G D (3)电路如图所示
(4)300(－1) 相等
解析 (1)用题图甲电路测量时误差较大，原因是题图甲中电压表量程过大；
(2)用题图乙电路进行实验时，滑动变阻器用分压接法，则应选用阻值较小的滑动变阻器，则选G；定值电阻应选用与待测电流表阻值相当的定值电阻，则选D；
(3)电路连接如图：
(4)由欧姆定律可知：IRG＝(x－I)R1，解得I＝x，则＝k，其中R1＝300 Ω，解得RG＝300(－1)；实验中电流表A的内阻对测量结果无影响，则测得电流计G的内阻测量值与真实值相等．
