2024届高考物理一轮总复习第八章恒定电流第3讲实验专题系统化突破第1课时基础先行__电学实验基础知识整合学案.docx

第1课时基础先行电学实验基础知识整合 (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)，游标尺与深度尺是一个整体(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1 mm。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1 mm的差值精确度(可准确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm(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(xK×精确度)mm。注意对于游标卡尺，无论哪种规格，读数(xK×精确度)mm中的K值均不需要向后估读一位。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等分，则螺旋测微器的精确度为0.01 mm。(3)读数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。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)。3电压表、电流表(1)量程选择选择合适量程：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，但又不能超过量程。电表使用“三注意”(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。(2)电表估读最小分度是“1、0.1、0.01、”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的下一位)。最小分度是“2、0.2、0.02、”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的本位)。最小分度是“5、0.5、0.05、”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的本位)。针对训练1(1)如图甲、乙所示的两把游标卡尺，它们的游标尺分别为9 mm 长10等分、19 mm长20等分，则读数依次为_mm、_mm。(2)在测定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丙、丁所示，校零时的读数为_mm，测得合金丝的直径为_mm。(3)图戊所示是电流表的刻度线，若使用00.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_ A，图中表针的示数是_ A；若使用03 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。(4)图己所示是电压表的刻度线，若使用3 V量程时，每小格表示_ V，图中指针的示数为_ V；若使用15 V量程，则这时表盘刻度每小格表示_ V，图中表针指示的是_ V。(5)如图庚所示为旋钮式电阻箱，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为_ 。今欲将接入电路的电阻改为2 087 ，最简单的操作方法是_。若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为_。解析：(1)题图甲读数：主尺读数为17 mm，游标尺读数是5×0.1 mm0.5 mm，最后结果是17 mm0.5 mm17.5 mm。题图乙读数：主尺读数为23 mm，游标尺读数是7×0.05 mm0.35 mm，最后结果是23 mm0.35 mm23.35 mm。(2)由于螺旋测微器校零时有误差，估读为0.003 mm，测量后的读数为0.5 mm14.5×0.01 mm0.645 mm，去掉校零误差，可得合金丝的直径为0.642 mm。(5)电阻为1 987 。最简单的操作方法是将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0。每个电阻箱的最大阻值是9 999 ，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻为2×9 999 19 998 ，故两个这样的电阻箱可得到的电阻值范围为019 998 。答案：(1)17.523.35(2)0.0030.642(0.6400.644 均可)(3)0.020.440.12.20(4)0.11.700.58.5(5)1 987将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0019 998 2(1)如下图甲、乙所示的两把游标卡尺，它们的读数依次为_mm、_mm。(2)完成下列螺旋测微器的读数(如图所示)。丙_mm丁_mm戊_mm 己_mm(3)正确读出图中各电表的读数：如图庚，接03 V量程时读数为_ V；接015 V量程时读数为_ V。如图辛，接03 A量程时读数为_ A；接00.6 A 量程时读数为_ A。解析：(1)图a读数：整毫米是17 mm，不足1毫米数是2×0.1 mm0.2 mm，最后结果是17 mm0.2 mm17.2 mm。图b读数：整毫米是23 mm，不足1毫米数是17×0.05 mm0.85 mm，最后结果是23 mm0.85 mm23.85 mm。答案：(1)17.2 23.85(2)0.486(0.4840.488均可)0.536(0.5340.538均可)4077(4.0764.078均可)5.667(5.6655.669均可)(3)2.1610.80.800.16归纳总结1游标卡尺的读数要“三看”(1)第一看精确度。如图所示：易错读成11 mm4.0×0.1 mm11.40 mm，正确读数为11.4 mm。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，区分零刻度与游标尺最前端。如图所示：易错读成11 mm10×0.05 mm11.50 mm，正确读数为14 mm10×0.05 mm14.50 mm。(3)第三看游标尺的哪条刻度线与主尺上的刻度线对齐。2螺旋测微器的读数勿忘估读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)：固定刻度上读得示数为2.0 mm，可动刻度上读得示数为15.0，得到的读数为2.0 mm15.0×0.01 mm2.150 mm。 (二) 伏安法测电阻1电流表内、外接法的比较比较项目内接法外接法电路图差原因电流表分压U测UxUA电压表分流I测IxIV电阻测量值R测RxRA>Rx，测量值大于真实值R测<Rx，测量值小于真实值适用条件RARxRVRx适用于测量大电阻小电阻2.电流表的内、外接法的选择(1)阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较：若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法。(2)比值比较法：若>，则用电流表外接法；若，则用电流表内接法。注意比值比较法也可以变形为临界值法。即：Rx<时，用电流表外接法；Rx>时，用电流表内接法；Rx时，内、外接法均可。(3)试触法：按如图所示连接好电路，让电压表的一根接线柱P先后与a、b处接触一下：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，则可采用电流表外接法；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，则可采用电流表内接法。针对训练1在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 ，电压表的内阻约为2 k，电流表的内阻约为10 ，测量电路中电流表的连接方式如图甲或乙所示，结果由公式Rx计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数。若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则_(选填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1_(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2_(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。解析：由于10<20，应采用题图甲电路测量更准确，即Rx1更接近待测电阻的真实值；由于Rx1，其中R真，而U>UR，IIR，则Rx1>R真，即测量值Rx1大于真实值；又由于Rx2，R真，其中UUR，I>IR，则Rx2<R真，即测量值Rx2小于真实值。答案：Rx1大于小于2某电阻的阻值大约为70 ，为了更精确地测量其阻值，该同学采用伏安法。实验室备有下列器材：A电压表V1(量程03 V，内阻约为15 k)；B电压表V2(量程015 V，内阻约为75 k)；C电流表A1(量程0250 mA，内阻约为0.2 )；D电流表A2(量程050 mA，内阻约为1 )；E滑动变阻器R(最大阻值150 )；F电池组E(电动势为3 V，内阻不计)；G开关S，导线若干。为减小实验误差，电压表应选用_，电流表应选用_(填器材前面的序号)，实验电路应选图_(填“甲”或“乙”)。若该同学选择器材、连接电路等操作均正确，则电阻的测量值_(填“大于”“小于”或“等于”)其真实值，原因是_。解析：电源电动势是3 V，电压表应选A，通过待测电阻的最大电流约为I A42.9 mA，电流表选D，由于214，说明待测电阻较小，则电流表用外接法，即实验电路应选图乙，电流表外接法中，电压表测量的是电阻两端的真实电压，由于电压表的分流作用使电流表的示数大于流过待测电阻的电流，据此可知，电阻的测量值小于其真实值，主要原因为电压表的分流作用。答案：AD乙小于电压表分流试触法是一种“定性”说法，为便于应用可以将“定性”说法“公式化”：设两次测量时，电流表的示数为Ia、Ib，电压表的示数为Ua、Ub，则：“电压表的示数有明显的变化，而电流表的示数变化不明显”应表示为 <时，应采用电流表外接法；“电流表的示数有明显的变化，而电压表的示数变化不明显”应表示为>时，应采用电流表内接法。 (三) 滑动变阻器的两种接法1两种接法的比较比较项目限流接法分压接法两种接法电路图负载R上电压调节范围UE0UE负载R上电流调节范围I0I闭合S前触头位置b端a端2.两种接法的选择采用分压接法要求待测电阻两端的电压从零开始变化，或精确性要求较高时滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻或串联的其他电阻的阻值时题设条件中所提供的电表量程或电阻的最大允许电流不够时采用限流接法待测电阻接近或略小于滑动变阻器的最大阻值时电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压接法的要求时没有很高的精确性要求，考虑安装简捷和节能因素时 针对训练1为测量“12 V、5 W”的小灯泡在不同电压下的功率，给定了以下器材：电源：12 V，内阻不计；电流表：量程00.6 A、03 A，内阻约为0.2 ；电压表：量程03 V、015 V，内阻约为15 k；滑动变阻器：020 ，允许最大电流1 A；开关一个，导线若干，实验要求加在小灯泡上的电压可从零开始调节。(1)以下四个电路图你认为最合适的是_。(2)在本实验中，电流表的量程可选_。解析：(1)C与D电路图不符合电压从零开始调节。小灯泡的电阻RL 28.8 ，144，520.8，由于<，故电流表应采用外接法，应选A。(2)小灯泡的额定电流I A0.4 A，故电流表量程为00.6 A。答案：(1)A(2)00.6 A2(2022·德州模拟)某同学用伏安法测量待测电阻Rx的阻值(约为10 k)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：A电压表(量程01 V，内阻约为10 k)B电压表(量程010 V，内阻约为100 k)C电流表(01 mA，内阻约为30 )D电流表(00.6 A，内阻约为0.05 )E电源(电动势1.5 V，额定电流0.5 A，内阻不计)F电源(电动势12 V，额定电流2 A，内阻不计)G滑动变阻器R0(阻值范围010 ，额定电流2 A)(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)(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_。解析：(1)若选用电源1.5 V，由于被测电阻很大，电路中电流非常小，不利于实验，即电源选用电动势为12 V的，即F；则电压表就应该选取B；电路中的最大电流为Im1.2 mA，故选用电流表C。(2)因为给的滑动变阻器的最大阻值只有10 ，若采用滑动变阻器的限流接法，则电路中电流和电压变化不明显，故采用滑动变阻器的分压接法；由于，所以采用电流表内接法，电路图如图所示。(3)由于电流表的分压，导致电压测量值偏大，而电流的测量值是准确的，根据Rx，可知测量值偏大。答案：(1)BCF(2)见解析图(3)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)(四) 电表的改装两种改装的比较比较项目表头G改装成电压表表头G改装成电流表改装电路改装原理串联大电阻分压并联小电阻分流改装后的量程UIg(RRg)IIg接入的电阻由UIg(RgR)，解得RRg由IgRg(IIg)R，解得R改装后的内阻RVRgRRA校准电路注意改装后表头内阻Rg、表头的满偏电流Ig、满偏电压Ug都没有变，只是表头的刻度需要相应的调整。针对训练1电流表的改装与校对(2022·辽宁高考)某同学要将一小量程电流表(满偏电流为250 A，内阻为1.2 k)改装成有两个量程的电流表，设计电路如图1所示，其中定值电阻R140 ，R2360 。(1)当开关S接A端时，该电流表的量程为0_mA；(2)当开关S接B端时，该电流表的量程比接在A端时_(填“大”或“小”)；(3)该同学选用量程合适的电压表(内阻未知)和此改装电流表测量未知电阻Rx的阻值，设计了图2中两个电路。不考虑实验操作中的偶然误差，则使用_(填“甲”或“乙”)电路可修正由电表内阻引起的实验误差。解析：(1)当开关S接A端时，表头与400 电阻并联，表头内阻为1.2 k，当表头满偏时两端电压为0.3 V，流过电阻的电流为750 A，总电流为1 000 A，即1 mA；(2)当开关S接B端时，相当于表头内阻变大，并联的电阻变小，可知当表头满偏时流过并联电阻的电流增加，故量程变大；(3)如果要修正电表内阻引起的误差，只需让知道内阻的电表测准确即可，即乙电路可满足要求；分析可知，乙电路接法改装的电表可准确测得待测电阻的电流，电压表测量的是改装电表与待测电阻的总电压，减去改装电表两端电压即为待测电阻准确的电压值，故乙电路满足要求。答案：(1)1(2)大(3)乙2电压表的改装与校对某同学将一量程为250 A的微安表改装成量程为01.5 V的电压表。先将电阻箱R1与该微安表串联进行改装，然后选用合适的电源E、滑动变阻器R2、定值电阻R3、开关S和标准电压表对改装后的电表进行检测，设计电路如图所示。(1)微安表铭牌标示内阻为0.8 k，据此计算R1的阻值应为_k。按照电路图连接电路，并将R1调为该阻值。(2)开关闭合前，R2的滑片应移动到_端。(3)开关闭合后，调节R2的滑片位置，微安表有示数，但变化不显著，故障原因可能是_。(填选项前的字母)A1、2间断路 B3、4间断路 C3、5间短路(4)排除故障后，调节R2的滑片位置，当标准电压表的示数为0.60 V时，微安表的示数为98 A，此时需要_(填“增大”或“减小”)R1的阻值，以使改装电表的量程达到预期值。解析：(1)微安表的内阻Rg0.8 k，满偏电流Ig250 A250×106 A，串联R1后改装为U1.5 V的电压表，所以满足Ig(RgR1)U，代入数据解得R1Rg 0.8 k6 k0.8 k5.2 k。(2)开关闭合前，将滑动变阻器R2的滑片移动到2端，这样测量电路部分的分压为0，保护电表。(3)开关闭合后，调节滑动变阻器R2，电表示数变化不明显，说明分压电路未起作用，可能是1、2之间断路或者3、5间短路，整个电路变为限流线路，滑动变阻器的阻值远小于检测电表的电路部分的电阻，所以微安表示数变化不明显；若是3、4间断路，电路断开，微安表无示数。故A、C正确。(4)标准电压表的示数为0.60 V，若改装电压表也为0.60 V，此时微安表的示数为I100 A，但此时微安表示数为98 A，说明R1的阻值偏大，所以应该减小R1的阻值。答案：(1)5.2(2)2(3)AC(4)减小