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1、微专题4电学实验基础,考点一 基本仪器的使用和读数,考点二 测量电路和控制电路设计,考点三 实验器材的选取和实物图连接,考点突破,考点一基本仪器的使用和读数,考点突破,1.螺旋测微器的原理和读数,(1)原理:测微螺杆与固定刻度之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm,即旋钮每旋转一周,测微螺杆前进或后退0.5 mm,而可动刻度上的刻度为50等,份,每转动一小格,测微螺杆前进或后退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。 (2)读数:测量值(mm)=固定刻度读数(注意半毫米刻线是否露出)+可动刻度读数(估读一位)。,2.游标卡尺的原
2、理和读数,(1)原理:利用主尺的分度值与游标尺的分度值的差值制成。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,小等分刻度的长度少1 mm。(2)读数:若用x表示由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线对齐的游标尺上的格数,则记录结果表达为x+K精确度。,3.常用电表的读数对于电压表和电流表的读数问题,首先要弄清电表量程,然后根据表盘总的刻度数确定精确度,按照指针的实际位置进行读数即可。(1)03 V的电压表和03 A的电流表读数方法相同,此量程下的精确度是0.1 V或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015 V量程
3、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00.6 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”,即读到分度值的一半0.01 A。,例1(1) 如图所示的三把游标卡尺,它们的游标尺分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、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,示数如图所示,则金属丝的直径是mm。(3)如图甲所示的电流表使用00.6 A量程时,对应刻度盘上每一小格代表A,图中表针示数为A;当使用03 A量程时,对应刻度盘上每一小格代表A
4、,图中表针示数为A。,如图乙所示的电压表使用较小量程时,每一小格表示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。(4)旋钮式电阻箱如图所示,电流从接线柱A流入,从B流出,则接入电路的电阻为。现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 。,答案(1)17.723.8510.46(2)2.150(3)0.020.440.12.200.11.700.58.5(4)1 987将“1 k”挡旋钮调到2,再将“100”挡旋钮调到0019 998 解析(1)最上面图读数:主尺读数是17 mm,游标尺
5、读数是70.1 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23 mm,游标尺读数是170.05 mm=0.85 mm,最后结果是23 mm+0.85 mm=23.85 mm。最下面图读数:主尺读数是10 mm,游标尺读数是23 0.02 mm=0.46 mm,最后结果是10 mm+0.46 mm=10.46 mm。(2)固定刻度读数为2.0 mm,不足半毫米的从可动刻度上读数,读数为15.00.01 mm,最后结果是2.0 mm+15.0 0.01 mm=2.150 mm。(3)电流表使用00.6 A量程时,刻度盘上的每一小格表示0.02 A
6、,图中表针示数为0.44 A;当使用03 A量程时,刻度盘上每一小格表示0.1 A,表针示数为2.20 A。电压表使用03 V量程时,刻度盘上每一小格表示0.1 V,表针示数为1.70 V;使用015 V量程时,刻度盘上每一小格表示0.5 V,表针示数为8.5 V。,(4)电阻为1 987 。最简单的操作方法是先将“1 k”挡旋钮调到2,再将“100”挡旋钮调到0。每个电阻箱的最大测量值是9 999 ,用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是29 999 =19 998 ,故用两个这样的电阻箱,可得到的电阻值范围为019 998 。,1.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
7、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。,图(a) 图(b),答案1.2206.860解析图(a)为20分度的游标卡尺,其精度为0.05 mm。主尺读数为12 mm,游标尺上第4条刻线与主尺上的一条刻线对齐,故测量结果为12 mm+40.05 mm=12.20 mm=1.220 cm。螺旋测微器的精度为0.01 mm,由图(b)知固定刻度读数为6.5 mm,可动刻度读数为“36.0”,故工件的高度为6.5 mm+36.00.01 mm=6.860 mm。,2.电流表量程一般有两种00.6 A,03 A;电压表量程一般有两种03 V,015 V。如图所示以下两个电
8、表:(1)电压表接03 V量程时读数为V。(2)电压表接015 V量程时读数为V。(3)电流表接03 A量程时读数为A。(4)电流表接00.6 A量程时读数为A。,答案(1)1.88(2)9.4(3)0.82(4)0.16,方法总结,考点二测量电路和控制电路设计,1.电流表的内接法和外接法(1)两种接法的比较,(2)两种接法的选择阻值比较法: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。简单概括为“大内偏大,小外偏小”。临界值计算法Rx时,用电流表内接法。实验试探法:按图所示接好电路,让电压表一根接头P先后与a、b处接,触一下
9、,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,则可采用电流表外接法;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,则可采用电流表内接法。,2.滑动变阻器的限流式接法和分压式接法(1)两种接法的比较,由上表可看出:滑动变阻器的分压式接法中,电压和电流的调节范围很大,限流式接法较节能。(2)必须选用分压式接法的三种情况若采用限流式接法不能控制电流(或电压)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),则必须选用分压式接法。,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
10、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,此时应改用分压式电路。若实验中要求电压从零开始调节,则必须采用分压式电路。,例2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(a)或图(b)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(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则(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。,答案Rx1大
11、于小于解析=20,=10,因此Rx属于大电阻,用电流表内接法时测量值更接近真实值,即Rx1更接近真实值;因Rx1=Rx+RA,故Rx1Rx,Rx2=R并(即Rx与RV的并联值),故Rx2Rx。,1.有一个电阻Rx,其阻值大约是10 ,请选择适当的器材,以便测量其阻值。可供选择的电路如图甲、乙所示,可供选择的器材如下:A.电动势为4.5 V、内阻不计的电源EB.量程为015 V、内阻10 k的电压表V1,C.量程为03 V、内阻6 k的电压表V2D.量程为0300 mA、内阻4 的电流表A1E.量程为05 A、内阻2 的电流表A2F.最大阻值20 、额定电流1.5 A的滑动变阻器R1G.最大阻值
12、500 、额定电流0.5 A的滑动变阻器R2H.开关和若干根导线。则选用的电路是(填“甲”或“乙”),选用的器材有(填器材前的字母序号)。,答案甲A、C、D、F、H,解析Rx的阻值大约为10 ,与电流表内阻接近,因此采用电流表外接法;同时Rx的阻值小于滑动变阻器的最大阻值,因而采用限流式接法,故选用甲图电路。电源电动势E=4.5 V,E=Im(Rx+RA),Im= A=0.321 A=321 mA或Im= A=0.375 A=375 mA,与电流表A1的最大测量值接近,故电流表选D。U=ImRx=0.32110 V=3.21 V,因而电压表选C。滑动变阻器R2的最大阻值为500 ,与Rx偏差太
13、大,因此滑动变阻器选F。,2.(2019山西长治质检)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下:待测电压表(量程03 V,内阻约为3 000 ),电阻箱R0(最大阻值为99 999.9 ),滑动变阻器R1(最大阻值100 ,额定电流2 A),电源E(电动势6 V,内阻不计),开关2个,导线若干。,(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整。(2)根据设计的电路,写出实验步骤: 。 (3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV,与电压表内阻的真实值RV相比,RVRV(填“”、“=”或“”
14、),主要理由是 。,答案(1)实验电路图如图所示(2)移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小;闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针满偏;保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开S2,调节电阻箱R0使电压表的指针半偏;读取电阻箱所示的电,阻值,此即测得的电压表内阻(3)断开S2,调节电阻箱使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大;此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压,故RVRV解析(1)由于R1的总阻值远小于测量电路总电阻,故控制电路采用分压式接法,电路图见答案。(2)(3)见答案。,考点三实验器材的选取和实物图连接,1.电学实验仪器的选择选择电学实验
15、器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器材,一般要考虑以下四个方面的因素:(1)安全因素:通过电源、电阻和电表的电流均不能超过其允许的最大电流。,(2)误差因素:选用不同量程的电表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;使用多用电表的欧姆挡时宜选用指针尽可能在中间刻线附近的倍率挡位。(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可以被用到。(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
16、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、滑动变阻器,按顺序将主电路中串联的元件依次连接起来;再将要并联的元件并联到电路中去。(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,要使电流从电表选用量程所对应的正接线柱流入,从负接线柱流出。,例3为了测量一电阻的阻值Rx,现有以下器材:蓄电池E,电流表A,电压表V,滑动变阻器R,电阻箱RP,开关S1、S2,导线若干。某活动小组设计了如图甲所示的电路。实验的主要步骤如下: 甲,A.闭合S1,断开S2,调节R和RP,使电流表和电压表示数合适,记下两表示数分别为I1、U1;B.闭合S2,保持R与R
17、P阻值不变,记下电流表和电压表示数分别为I2、U2。(1)按电路图在实物图乙上连线。 乙,(2)写出被测电阻的表达式Rx=(用两电表的读数表示)。(3)由于电流表、电压表都不是理想电表,则被测电阻的测量值(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。,答案(1)图见解析(2)(3)等于,解析(1)实物连线如图所示。(2)由欧姆定律可得,第一次测量的电阻为电压表和RP的并联电阻,即=,R并;第二次测量的电阻为电压表、Rx和RP的并联电阻,即=,联立解得Rx=。(3)书写被测电阻表达式时已考虑电表内阻对被测电阻的影响,由其表达式可知,电流表、电压表内阻不影响被测电阻的测量,故其测量值等于真实值。,1.
18、(2017课标,23,9分)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100 A,内阻大约为2 500 )的内阻。可使用的器材有:两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20 ,另一个阻值为2 000 );电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 );电源E(电动势约为1.5 V);单刀开关S1和S2。C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。,图(a) 图(b),(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线。(2)完成下列填空:R1的阻值为(填“20”或“2 000”)。为了保护微安表,开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的端(填“左”或“右”)对应的位置;将R2的滑片D置于中间位置
19、附近。将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 ,接通S1。将R1的滑片置于适当位置,再反复调节R2的滑片D的位置。最终使得接通S2前后,微安表的示数保持不变,这说明S2接通前B与D所在位置的电势(填“相等”或,“不相等”)。将电阻箱Rz和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将Rz的阻值置于2 601.0 时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为(结果保留到个位)。(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议: 。,答案(1)如图所示(2)20左相等2 550(3)调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程,解析(1)本题考查实物连接、电阻的测量、器材的选取。(2)R1为分压
20、电阻,为了有效控制测量电路,故选20 的小电阻;为了保护微安表,开始R1的滑片C应滑到左端,使微安表示数为零;当B与D的电势相等时,IDB=0,S2闭合前后电路的电阻不变,导致微安表的示数不变;设R2中电流为I1,Rz中电流为I2,当B=D时URz1=UR2左,URg=UR2右即I2Rz1=I1R2左,I2Rg=I1R2右,得=当Rz与微安表对调时,有=故有=Rg= =2 550 ,2.某同学为了测定一只电阻的阻值,采用了如下方法:(1)用多用电表粗测:多用电表电阻挡有4个倍率,分别为1k、100、10、1。该同学选择“100”挡,用正确的操作步骤测量时,发现指针偏转角度太大(指针位置如图中虚
21、线所示)。为了较准确地进行测量,请你补充完整下列依次应该进行的主要操作步骤:,A. ;B.两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在0 处;C.重新测量并读数,某时刻度盘上的指针位置如图中实线所示,测量结果是。,(2)该同学用伏安法继续测定这只电阻的阻值,除被测电阻外,还有如下实验仪器:A.直流电源(电动势3 V,内阻不计)B.电压表V1 (量程05 V,内阻约为5 k)C.电压表V2 (量程015 V,内阻约为25 k)D.电流表A1(量程025 mA,内阻约为1 )E.电流表A2(量程0250 mA,内阻约为0.1 ),F.滑动变阻器一只,阻值020 G.开关一只,导线若干在上述仪器中,电压
22、表应选择(选填“V1”或“V2”),电流表应选择(选填“A1”或“A2”)。请在虚线框内画出电路原理图(电表用题中所给的符号表示)。,答案(1)换用“10”挡120 (2)V1A1图见解析,解析(1)指针偏转角度太大,说明选择的倍率偏大,因此应选用较小的倍率,将“100”挡换为“10”挡;欧姆表的读数为指针所指的欧姆数乘倍率,即电阻为1210 =120 。(2)由于电源电动势只有3 V,所以电压表选择量程为05 V 的电压表V1;因电路中的最大电流约为Im=25 mA,所以电流表选用量程为025mA的电流表A1;由于滑动变阻器的最大阻值小于待测电阻的阻值,所以控制电路应选用分压式接法;因待测电阻的阻值远大于电流表内阻,应选用电流表内接法,电路原理图如图所示。,
