2019年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 恒定電流 專題強化九 電學(xué)實驗基礎(chǔ)學(xué)案

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1、 專題強化九　電學(xué)實驗基礎(chǔ) 一、螺旋測微器的使用 1.構(gòu)造：如圖1所示，B為固定刻度，E為可動刻度. 圖1 2.原理：測微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0.5 mm，即旋鈕D每旋轉(zhuǎn)一周，F(xiàn)前進或后退0.5 mm，而可動刻度E上的刻度為50等份，每轉(zhuǎn)動一小格，F(xiàn)前進或后退0.01 mm，即螺旋測微器的精確度為0.01mm.讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺. 3.讀數(shù)：測量值(mm)＝固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)＋可動刻度數(shù)(估讀一位)×0.01(mm). 如圖2所示，固定刻度示數(shù)為2.0mm，半毫米刻度線未露出，而從可動刻度

2、上讀的示數(shù)為15.0，最后的讀數(shù)為：2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm. 圖2 二、游標(biāo)卡尺 1.構(gòu)造：主尺、游標(biāo)尺(主尺和游標(biāo)尺上各有一個內(nèi)、外測量爪)、游標(biāo)卡尺上還有一個深度尺.(如圖3所示) 圖3 2.用途：測量厚度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑. 3.原理：利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成. 不管游標(biāo)尺上有多少個小等分刻度，它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1mm.常見的游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺上小等分刻度有10個的、20個的、50個的，其規(guī)格見下表： 刻度格數(shù) (分度) 刻度總長度 每小格與 1mm的差值 精確度 (

3、可精確到) 10 9mm 0.1mm 0.1mm 20 19mm 0.05mm 0.05mm 50 49mm 0.02mm 0.02mm 4.讀數(shù)：若用x表示從主尺上讀出的整毫米數(shù)，K表示從游標(biāo)尺上讀出與主尺上某一刻度線對齊的游標(biāo)的格數(shù)，則記錄結(jié)果表示為(x＋K×精確度)mm. 三、常用電表的讀數(shù) 對于電壓表和電流表的讀數(shù)問題，首先要弄清電表量程，即指針指到最大刻度時電表允許通過的最大電壓或電流，然后根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度，按照指針的實際位置進行讀數(shù)即可. (1)0～3V的電壓表和0～3A的電流表的讀數(shù)方法相同，此量程下的精確度分別是0.1V和0.1A

4、，看清楚指針的實際位置，讀到小數(shù)點后面兩位. (2)對于0～15V量程的電壓表，精確度是0.5V，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面一位，即讀到0.1V. (3)對于0～0.6A量程的電流表，精確度是0.02A，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面兩位，這時要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01A. 命題點一　常用儀器的使用與讀數(shù) 1.游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的讀數(shù) 游標(biāo)卡尺的讀數(shù)應(yīng)注意以下幾點 (1)看清精確度 例如(圖4) 圖4 易錯成11mm＋4×0.1mm＝11.40mm 正確的應(yīng)為11.4mm，游標(biāo)卡尺不需要估讀，后面不能隨意加零或去零； 例如(圖5)

5、圖5 易錯成10mm＋12×0.05mm＝10.6mm，正確的應(yīng)為10.60mm. (2)主尺上的單位應(yīng)為厘米 主尺上標(biāo)識的1、2、3等數(shù)字通常是指厘米，讀數(shù)時應(yīng)將毫米和厘米分清，游標(biāo)卡尺主尺上的最小刻度是1mm. 例如(圖6) 圖6 易錯成5mm＋4×0.05mm＝5.20mm 正確的應(yīng)為50mm＋4×0.05mm＝50.20mm. (3)區(qū)分零刻度與標(biāo)尺最前端 例如(圖7) 圖7 易錯成13mm＋10×0.05mm＝13.50mm 正確讀數(shù)為14mm＋10×0.05mm＝14.50mm. 例1　(2014·福建理綜·19(1))某同學(xué)測定一金屬桿的長度和直

6、徑，示數(shù)如圖8甲、乙所示，則該金屬桿的長度和直徑分別為cm和mm. 圖8 答案　60.10　4.20 解析　刻度尺的分度值為1mm，要估讀到0.1mm. 游標(biāo)卡尺讀數(shù)為4mm＋10×0.02mm＝4.20mm. 例2　某同學(xué)用如圖9甲所示的螺旋測微器測小球的直徑時，他應(yīng)先轉(zhuǎn)動到F靠近小球，再轉(zhuǎn)動到F夾住小球，直至聽到棘輪發(fā)出聲音為止，撥動使F固定后讀數(shù)(填儀器部件字母符號).正確操作后，螺旋測微器的示數(shù)如圖乙所示，則小球的直徑是mm. 圖9 答案　D　H　G　6.700 解析　用螺旋測微器測小球直徑時，先轉(zhuǎn)動粗調(diào)旋鈕D使測微螺桿F靠近被測小球，再轉(zhuǎn)動微調(diào)旋鈕H使測微

7、螺桿F夾住小球，直到棘輪發(fā)出聲音為止，撥動止動旋鈕G使F固定后讀數(shù)，讀數(shù)為6.5mm＋20.0×0.01mm＝6.700mm. 變式1　(2015·海南單科·11)某同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度，測量結(jié)果如圖10(a)和(b)所示.該工件的直徑為cm，高度為mm. 圖10 答案　1.220　6.860 解析　游標(biāo)卡尺讀數(shù)為d＝12mm＋4×mm＝12.20mm＝1.220cm 螺旋測微器的讀數(shù)為h＝6.5mm＋36.0×0.01mm＝6.860mm 變式2　(1)如圖11甲所示的三把游標(biāo)卡尺，它們的游標(biāo)尺從上至下分別為9mm長10等分、19m

8、m長20等分、49mm長50等分，它們的讀數(shù)依次為mm、mm、mm. (2)使用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖乙所示，則金屬絲的直徑是mm. 圖11 答案　(1)17.7　23.85　3.18　(2)2.150 解析　(1)最上面圖讀數(shù)：整毫米是17，不足1毫米數(shù)是7×0.1mm＝0.7mm，最后結(jié)果是17mm＋0.7mm＝17.7mm.中間圖讀數(shù)：整毫米是23，不足1毫米數(shù)是17×0.05mm＝0.85mm.最后結(jié)果是23mm＋0.85mm＝23.85mm.最下面圖讀數(shù)：整毫米是3，不足1毫米數(shù)是9×0.02mm＝0.18mm.最后結(jié)果是3mm＋0.18mm＝3.18mm.

9、 (2)固定刻度示數(shù)為2.0mm，不足半毫米的從可動刻度上讀，其示數(shù)為15.0，最后的讀數(shù)：2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm. 2.電壓表、電流表和變阻箱的讀數(shù) 例3　(1)如圖12甲所示的電表使用0.6A量程時，對應(yīng)刻度盤上每一小格代表A，圖中表針示數(shù)為A；當(dāng)使用3A量程時，對應(yīng)刻度盤中每一小格代表A，圖中表針示數(shù)為A. 圖12 (2)如圖乙所示的電表使用較小量程時，每小格表示V，圖中表針的示數(shù)為V.若使用的是較大量程，則這時表盤刻度每小格表示V，圖中表針示數(shù)V. 答案　(1)0.02　0.44　0.1　2.20　(2)0.1　1.70　0.58.5 解析

10、　(1)使用0.6A量程時，刻度盤上的每一小格為0.02A，表針示數(shù)為0.44A；當(dāng)使用3A量程時，每一小格為0.1A，表針示數(shù)為2.20A. (2)電壓表使用3V量程時，每小格表示0.1V，表針示數(shù)為1.70V；使用15V量程時，每小格表示0.5V，表針示數(shù)為8.5V. 例4　旋鈕式電阻箱如圖13所示，電流從接線柱A流入，從B流出，則接入電路的電阻 為Ω，今欲將接入電路的電阻改為2087Ω，最簡單的操作方法是 .若用兩個這樣的電阻箱，即可得到的電阻值范圍為. 圖13 答案　1987　將“×1k”旋鈕調(diào)到2，再將“×100”旋鈕調(diào)到0　0～19998Ω 解析　電阻為1987Ω

11、，最簡單的操作方法是將“×1k”旋鈕調(diào)到2，再將“×100”旋鈕調(diào)到0.每個電阻箱的最大阻值是9999Ω，用這樣的兩個電阻箱串聯(lián)可得到的最大電阻是2×9999Ω＝19998Ω.故用兩個這樣的電阻箱，可得到的電阻值范圍為0～19998Ω. 變式3　如圖14甲是學(xué)生實驗用的有兩個量程的電流表刻度盤，當(dāng)用“＋”和“－0.6”兩接線柱時，能測的最大電流是A，對應(yīng)刻度盤上每一小格代表A；圖中表針示數(shù)為A；當(dāng)使用電流表的“＋”和“－3”兩個接線柱時，對應(yīng)刻度盤上每一小格代表A，圖中表針示數(shù)為A. 圖14 圖乙為學(xué)生實驗用的有兩個量程的電壓表刻度盤.當(dāng)使用較小量程時，測量電壓最大值不得超過V，每小

12、格表示V，圖中指針示數(shù)為V；若使用的是較大量程，則表盤刻度每小格表示V，圖中指針示數(shù)為V. 答案　0.60　0.02　0.34　0.1　1.70　3.00　0.1　2.20　0.5　11.0 解析　結(jié)合電流表和電壓表所選量程，首先應(yīng)正確讀出相應(yīng)的分度值，然后根據(jù)表針?biāo)肝恢煤推渥x數(shù)方法可得結(jié)果. 命題點二　關(guān)于電阻的測量 1.電壓表和電流表的內(nèi)、外接法 (1)兩種接法比較 內(nèi)接法 外接法 電路圖 誤差原因 電流表分壓 U測＝Ux＋UA 電壓表分流 I測＝Ix＋IV 電阻測量值 R測＝＝Rx＋RA>Rx 測量值大于真實值 R測＝＝

13、小于真實值 適用條件 RA?Rx RV?Rx 適用于測量 大阻值電阻 小阻值電阻 (2)兩種電路的選擇 ①阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內(nèi)阻進行比較，若Rx較小，宜采用電流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內(nèi)接法.簡單概括為“大內(nèi)偏大，小外偏小”. ②臨界值計算法： Rx<時，用電流表外接法； Rx>時，用電流表內(nèi)接法. ③實驗試探法：按圖15所示接好電路，讓連接電壓表的導(dǎo)線P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數(shù)有較大的變化，而電流表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表外接法；如果電流表的示數(shù)有較大的變化，而電壓表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表內(nèi)接法

14、. 圖15 例5　用內(nèi)阻為3000Ω的電壓表和內(nèi)阻為10Ω的電流表測電阻，在圖16甲、乙兩種情況下，電壓表的示數(shù)都是60V，電流表的示數(shù)都是0.2A，則R1的測量值為Ω，真實值是Ω，R2的測量值為Ω，真實值是Ω. 圖16 答案　300　290　300　333.3 2.滑動變阻器兩種連接方式 (1)滑動變阻器兩種接法的對比 限流接法 分壓接法 對比說明 電路圖 串、并聯(lián)關(guān)系不同 負(fù)載R上電壓調(diào)節(jié)范圍 ≤U≤E 0≤U≤E 分壓電路調(diào)節(jié)范圍大 負(fù)載R上電流調(diào)節(jié)范圍 ≤I≤ 0≤I≤ 分壓電路調(diào)節(jié)范圍大 閉合S前觸頭位置 b端 a端

15、都是為保護電路元件 (2)滑動變阻器必須接成分壓電路的幾種情況： ①要求電壓表能從零開始讀數(shù)； ②當(dāng)待測電阻Rx?R(滑動變阻器的最大阻值)時； ③若采用限流式接法，電路中的最小電流仍超過電路中電表、電阻的允許電流. (3)滑動變阻器的最大阻值和用電器的阻值差不多且要求電壓不從零開始變化，通常情況下，由于限流式結(jié)構(gòu)簡單、耗能少，優(yōu)先使用限流式. 例6　測定小燈泡“6V,3W”的伏安特性曲線，要求實驗中燈泡兩端的電壓從零開始連續(xù)可調(diào).供選擇的器材有：電壓表V1(量程6V，內(nèi)阻20kΩ)，電流表A1(量程3A，內(nèi)阻0.2Ω)，電流表A2(量程0.6A，內(nèi)阻1Ω)，變阻器R1(0～1

16、00Ω，0.5A)，變阻器R2(0～20Ω，2A)，學(xué)生電源E(6～8V)、開關(guān)及導(dǎo)線若干.選擇出符合實驗要求的實驗器材并設(shè)計出實驗電路. 答案　見解析 解析　不管是從題中要求燈泡兩端電壓必須從零開始連續(xù)可調(diào)的角度考慮，還是從為了最終能較準(zhǔn)確畫出伏安特性曲線必須多測幾組I、U數(shù)據(jù)的角度考慮，限流電路都難以滿足要求，因此必須采用分壓電路，實驗電路如圖所示.器材包括：電壓表V1、電流表A2、變阻器R2、 電源、開關(guān)及導(dǎo)線. 變式4　用伏安法測一個電阻Rx的阻值，提供器材有：待測電阻Rx(約5kΩ)、電壓表(0～3V，內(nèi)阻100kΩ)、微安表(0～500μA，內(nèi)阻100Ω)、變阻器(0～

17、20kΩ)、穩(wěn)壓電源(輸出電壓15V).試設(shè)計出實驗電路. 答案　見解析圖 解析　若接成限流電路，電路中最小電流：Imin＝＝A＝0.6×10－3A＝600μA，大于微安表的量程.因此，為了電路安全必須將變阻器接成分壓電路，Rx>，電流表采用內(nèi)接法，如圖所示. 拓展點1　用“半偏法”測電阻 利用電流表半偏測的內(nèi)阻 1.實驗原理(如圖17)： 圖17 2.實驗步驟： (1)R1調(diào)至阻值最大，閉合S1，調(diào)R1的阻值使示數(shù)達滿偏值. (2)保持R1阻值不變，閉合S2，調(diào)R2使示數(shù)達滿偏值一半，同時記錄R2的值. (3)Rg測＝R2. 3.誤差分析： 閉合S2后，R2與

18、Rg的并聯(lián)值R并Ig，而此時的示數(shù)為Ig，所以IR2>Ig，所以R2

19、(填步驟的字母代號)； A.合上開關(guān)S2 B.分別將R1和R2的阻值調(diào)至最大 C.記下R2的最終讀數(shù) D.反復(fù)調(diào)節(jié)R1和R2的阻值，使G1的示數(shù)仍為I1，使G2的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半，此時R2的最終讀數(shù)為r E.合上開關(guān)S1 F.調(diào)節(jié)R1使G2的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度，此時G1的示數(shù)為I1，記下此時G1的示數(shù) (2)僅從實驗設(shè)計原理上看，用上述方法得到的G2內(nèi)阻的測量值與真實值相比(選填“偏大”“偏小”或“相等”)； (3)若要將G2的量程擴大為I，并結(jié)合前述實驗過程中測量的結(jié)果，寫出須在G2上并聯(lián)的分流電阻R分的表達式，R分＝. 答案　(1)BEFADC　(2)相等　(3)

20、解析　(1)實驗首先要保證G1、G2不被燒壞，應(yīng)先將R1、R2的阻值調(diào)至最大.實驗中應(yīng)保持合上S2與斷開S2兩種情況下G1的示數(shù)I1為G2的滿偏電流IG2，當(dāng)合上S2時，G2示數(shù)為＝，此時流過R2的電流也為，得R2＝RG2.綜上所述可知步驟為BEFADC.(2)這種方法測量的G2的內(nèi)阻與真實值相等.(3)擴大G2量程時原理如圖所示，有(I－I1)R分＝I1r，解得R分＝. 拓展點2　用“替代法”測電阻 1.實驗原理(如圖19)： 圖19 2.實驗步驟： S先與2接，記錄的示數(shù)，再與1接，調(diào)R值使示數(shù)與原值相等，則Rx＝R. 3.說明 對的要求，只要有刻度且不超過量程即可，

21、與指針是否超無關(guān)，因為電流表示數(shù)不參與運算. 例8　電學(xué)實驗中經(jīng)常需要測量電阻的阻值： (1)測電阻的方法有很多種，現(xiàn)在有一只標(biāo)“220V　40W”的燈泡，它正常工作時的電阻為Ω.若用多用電表歐姆擋來測量這只燈泡的電阻，則測出的電阻值就(選填“大于”“等于”或“小于”)燈泡正常工作時的電阻值. (2)用下列器材設(shè)計一個實驗，測量該燈泡正常工作時的電阻值. A.220V交流電源 B.單刀雙擲開關(guān)一只 C.電阻箱一只(0～999.9Ω，額定電流0.5A) D.固定電阻一只(0.5kΩ，額定電流0.3A) E.交流電流表一只(0～0.3A) 請在方框內(nèi)畫出電路原理圖. 答

22、案　(1)1210　小于　(2)見解析圖 解析　(1)正常工作時電壓為額定電壓，故有P＝，所以R＝＝1210Ω；燈泡在正常工作時發(fā)熱，燈絲電阻率增大，電阻增大，因而用歐姆擋測量時阻值應(yīng)小于正常工作時的電阻值. (2)應(yīng)用替代法.因電阻箱的最大阻值小于燈泡正常工作時的電阻值，故應(yīng)串聯(lián)一固定電阻，電路原理圖如圖. 命題點三　實驗器材的選取與實物圖連接 1.電學(xué)實驗儀器的選擇 選擇電學(xué)實驗器材主要是選擇電表、滑動變阻器、電源等，一般要考慮四方面因素： (1)安全因素：通過電源、電阻和電表的電流不能超過其允許的最大電流. (2)誤差因素：選用電表量程應(yīng)考慮盡可能減小測量值的相對誤

23、差，電壓表、電流表在使用時，其指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿偏刻度的以上；使用歐姆表時應(yīng)選用指針盡可能在中間刻度附近的倍率擋位. (3)便于操作：選用滑動變阻器時應(yīng)考慮對外供電電壓的變化范圍既能滿足實驗要求，又便于調(diào)節(jié).在調(diào)節(jié)滑動變阻器時，應(yīng)使其大部分電阻線都被用到. (4)實驗實際：除以上三個因素外，還應(yīng)注重實驗實際，如所用的電源與打點計時器的匹配問題等. 2.實物圖連接的注意事項 (1)畫線連接各元件，一般先從電源正極開始，按照電路原理圖依次到開關(guān)，再到滑動變阻器，按順序以單線連接方式將主電路中串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來；其次將要并聯(lián)的元件再并聯(lián)到電路中去. (2)連線時要將導(dǎo)線接在接線柱上，兩

24、條導(dǎo)線不能交叉. (3)要注意電表的量程和正、負(fù)接線柱，要使電流從電表的正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出. 例9　某物理實驗小組利用實驗室提供的器材測定電壓表V1的內(nèi)阻，可選用的器材如下： A.待測電壓表V1：量程3V，內(nèi)阻約3kΩ B.電壓表V2：量程15V，內(nèi)阻約20kΩ C.電流表A：量程3A，內(nèi)阻約0.1Ω D.定值電阻R0：9.0kΩ E.滑動變阻器R1：0～200Ω F.滑動變阻器R2：0～2kΩ G.電源E：電動勢約為12V，內(nèi)阻忽略不計 H.開關(guān)、導(dǎo)線若干 (1)為了準(zhǔn)確測量電壓表V1的內(nèi)阻，兩位同學(xué)根據(jù)上述實驗器材分別設(shè)計了如圖20甲和乙兩個測量電路，你認(rèn)為

25、(選填“甲”或“乙”)更合理，并在實物圖丙中用筆畫線代替導(dǎo)線將電路圖補充完整. 圖20 (2)該實驗中滑動變阻器應(yīng)該選用(選填“R1”或“R2”). (3)用已知量R0和V1、V2的示數(shù)U1、U2來表示電壓表V1的內(nèi)阻：RV1＝. 答案　(1)乙　如圖所示　(2)R1　(3) 解析　(1)甲圖中，因為電壓表V2的內(nèi)阻與R0阻值相當(dāng)，通過電壓表V2的電流不能忽略，故用通過R0的電流作為通過V1的電流，誤差較大，故用乙電路較合理，電路連接如圖所示. (2)實驗中滑動變阻器要用分壓接法，故應(yīng)選取阻值較小的R1. (3)根據(jù)歐姆定律可知：RV1＝＝. 變式5　為了測量一

26、電阻的阻值Rx，現(xiàn)有以下器材：蓄電池E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，電阻箱RP，開關(guān)S1、S2，導(dǎo)線若干.某活動小組設(shè)計了如圖21甲所示的電路. 實驗的主要步驟如下：a.閉合S1，斷開S2，調(diào)節(jié)R和RP，使電流表和電壓表示數(shù)合適，記下兩表示數(shù)分別為I1、U1； b.閉合S2，保持RP阻值不變，記下電流表和電壓表示數(shù)分別為I2、U2. 圖21 (1)按電路圖在實物圖乙上連線； (2)寫出被測電阻阻值的表達式：Rx＝(用兩電表的讀數(shù)表示)； (3)電流表、電壓表都不是理想電表，則被測電阻的測量值(選填“大于”“小于”或“等于”)真實值. 答案　(1)見解析圖 (2)　(3)等于 解析　(1)實物連線圖如圖所示. (2)第一次測量，由歐姆定律知，測量的電阻為電壓表和RP的并聯(lián)電阻，即＝R并；第二次測量，測量的電阻為電壓表、Rx和RP的并聯(lián)電阻，＝，聯(lián)立解得Rx＝. (3)由于電流表、電壓表內(nèi)阻不影響被測電阻的測量，其測量值等于真實值. 14