【物理】2020届一轮复习人教版实验:电学基本仪器的使用和读数学案
实验:电学基本仪器的使用和读数
[学科素养与目标要求]
物理观念:1.掌握电流表、电压表的读数方法.2.进一步理解电流表内接法和外接法以及滑动变阻器的两种接法,能在具体问题中正确地选择.3.掌握游标卡尺和螺旋测微器的读数方法.
科学思维:1.对比电流表、电压表、螺旋测微器、游标卡尺的读数方法,找到读数的一般方法.2.建立伏安法测量导体电阻的电路模型.
一、电压表、电流表的读数
1.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值.
2.根据表盘总的刻度数确定精确度,即每一小格表示的值,同时确定读数有效数字所在的位数.
3.按照指针的实际位置进行读数.
4.(1)0~3V的电压表和0~3A的电流表读数方法相同,此量程下的精确度是0.1V和0.1A,读到0.1的下一位,即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,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.
例1 如图1为电流表和电压表的刻度盘.
图1
(1)图甲使用0.6A量程时,对应刻度盘上每一小格代表________A,图中表针示数是________A;当使用3A量程时,对应刻度盘上每一小格代表________A,图中表针示数为________A.
(2)图乙使用较小量程时,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.
答案 (1)0.02 0.44 0.1 2.20
(2)0.1 1.70 0.5 8.5
解析 (1)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,每小格为0.5V,表针示数为8.5V.
二、电压表、电流表及滑动变阻器的使用
1.电流表的内接法和外接法
(1)电路图(如图2所示)
图2
(2)误差分析
①内接法:U测>UR,R测>R真,适合测量大电阻.
②外接法:I测>IR,R测
时,即Rx<,应选外接法;当>,即Rx>时,应选内接法.
2.滑动变阻器的限流式与分压式接法
(1)电路图(如图3所示)
图3
(2)分压式和限流式电路的选择原则
①若实验中要求电压从零开始调节,则必须采用分压式电路.
②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多,以致在限流电路中,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时,待测电阻上的电流或电压变化范围不够大,此时,应用分压式电路.
③若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求,即若滑动变阻器阻值调到最大时,待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程,或超过待测电阻的额定电流(或电压),则此时必须选用分压式电路.
说明:两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法,因为限流式接法电路简单、能耗低.
例2 某同学想描绘小灯泡的伏安特性曲线,他选择“3V 0.5A”的小灯泡作为研究对象,请回答下面几个问题:
(1)下列实验器材中应选择________.(填入器材序号)
A.电流表(量程0~0.6A, 内阻1Ω)
B.电流表(量程0~3A,内阻1Ω)
C.电压表(量程0~15V,内阻约10kΩ)
D.电压表(0~3V,内阻约2kΩ)
E.滑动变阻器(阻值0~100Ω)
F.滑动变阻器(阻值0~10Ω)
G.电源E=6V
H.开关S,导线若干
(2)在本实验中要求电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用________(选填“分压”或“限流”)式接法,电流表应采用________(选填“内”或“外”)接法.
(3)在虚线框中画出实验电路图,并用实线代替导线,将图4中的器材连接成可供实验的电路.
图4
答案 见解析图
解析 (1)灯泡额定电流为0.5A,电流表选择A;灯泡额定电压为3V,电压表选择D;为方便实验操作滑动变阻器应选择F;实验还需要电源、开关与导线,故需要的实验器材为:ADFGH;
(2)本实验要求电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法;由于灯泡电阻远小于电压表内阻,电流表应采用外接法;
(3)滑动变阻器采用分压式接法,电流表采用外接法,电路图如图甲所示.
根据电路图连接实物,实物连接图如图乙所示.
三、螺旋测微器的原理及读数
1.构造及原理
如图5所示,它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可动刻度E、旋钮D和微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的,并通过精密螺纹套在B上,精密螺纹的螺距是0.5 mm,即旋钮D每转一周,测微螺杆F前进或后退0.5 mm,可动刻度分成50等份,每一等份表示0.01mm.
图5
2.使用方法
当A与F并拢时,可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合,逆时针旋转旋钮D,将测微螺杆F旋出,把被测物体放入A、F之间的夹缝中,再顺时针旋转旋钮D,F快要接触被测物时,要停止使用旋钮D,改用微调旋钮D′,直到听到“喀喀”声.
3.读数方法
L=固定刻度示数+可动刻度示数(估读一位)×分度值.
注意:(1)以毫米为单位时,小数点后面要有三位有效数字,特别是最后一位估读数字为零时,不能省略.
(2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出.
例3 用螺旋测微器测量合金丝的直径.为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧如图6所示的部件________(选填“A”“B”“C”或“D”).从图中的示数可读出合金丝的直径为________mm.
图6
答案 B 0.410
解析 读数前应先旋紧B,使读数固定不变,螺旋测微器的固定刻度为0mm,可动刻度为41.0×0.01mm=0.410mm,所以最终读数为0mm+0.410mm=0.410mm.
四、游标卡尺的原理及读数
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7所示)
图7
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.常见的游标尺上小等分刻度有10个、20个、50个的,其规格见下表:
刻度格数(分度)
刻度总长度
1mm与每小格的差值
精确度(可精确到)
10
9mm
0.1mm
0.1mm
20
19mm
0.05mm
0.05mm
50
49mm
0.02mm
0.02mm
3.用途:测量厚度、长度、深度、内径、外径.
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.
例4 用游标卡尺可以测量某些工件的外径.在测量时,示数如图8所示,则读数为_____mm.
图8
答案 11.50
解析 游标卡尺的主尺读数为11mm,游标尺上第10个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标读数为10×0.05mm=0.50mm,所以最终读数为:11mm+0.50mm=11.50mm.