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第3講　小專題:電學實驗必備基礎
考點一　基本儀器的使用及讀數(shù)
1.游標卡尺的原理和讀數(shù)
(1)原理:利用主尺的單位刻度與游標尺的單位刻度之間固定的微量差值制成。不管游標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總長度少1 mm。
(2)讀數(shù):由主尺讀出整毫米數(shù)l0,從游標尺上讀出第n條刻度線與主尺上某一刻度線對齊,則測量值(mm)=(l0+n×分度值) mm。
注意:①游標卡尺的分度值一般為游標尺上總刻度格數(shù)的倒數(shù)。
刻度格數(shù) 分度值 (mm) 測量結果
10 0.1 主尺上讀的毫米數(shù)+0.1n
20 0.05 主尺上讀的毫米數(shù)+0.05n
50 0.02 主尺上讀的毫米數(shù)+0.02n
②游標卡尺不需要估讀。
2.螺旋測微器的原理和讀數(shù)
(1)原理:固定刻度上的精密螺紋的螺距為0.5 mm,即旋鈕每旋轉一周,測微螺桿前進或后退0.5 mm,而可動刻度上有50個等分刻度,每轉動一小格,測微螺桿前進或后退0.01 mm,即螺旋測微器的分度值為0.01 mm。讀數(shù)時需要估讀到毫米的千分位上,因此,螺旋測微器又叫千分尺。
(2)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)。
3.電流表和電壓表的讀數(shù)
量程 分度值 讀數(shù)規(guī)則
電流表0～3 A 0.1 A 與刻度尺一樣,采用估讀,精確值后加一位估讀數(shù)
電壓表0～3 V 0.1 V
電流表0～0.6 A 0.02 A 估讀位與最小刻度在同一位,采用估讀
電壓表0～15 V 0.5 V 估讀位與最小刻度在同一位,采用估讀
4.電阻箱
(1)在電路中可作為可調(diào)節(jié)的標準電阻使用。
(2)讀數(shù)時,各旋鈕對應指示點的讀數(shù)乘面板上標記的倍數(shù),然后相加,就得出電阻的阻值,讀數(shù)時按從高倍到低倍的順序讀出。
[例1] 【游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)】 (2024·河北秦皇島開學考試)(1)如圖甲、乙、丙所示的三把游標卡尺,它們的游標尺分別為9 mm長10等分、19 mm長20等分、49 mm長50等分,它們的讀數(shù)依次為　　　　 mm,　　　　 mm,　　　　 mm。
(2)讀出下面各螺旋測微器的讀數(shù),圖丁為　　 　 mm,圖戊為　　 　　 mm,圖己為　　　 　 mm。
【答案】 (1)17.7　23.85　3.18　
(2)4.040　1.100　3.515(3.514～3.516均可)
【解析】 (1)題圖甲游標卡尺的主尺讀數(shù)為17 mm,游標尺讀數(shù)為7×0.1 mm=0.7 mm,最后結果是17 mm+0.7 mm=17.7 mm。題圖乙游標卡尺的主尺讀數(shù)為23 mm,游標尺讀數(shù)為17×0.05 mm=0.85 mm,最后結果是23 mm+0.85 mm=23.85 mm。題圖丙游標卡尺的主尺讀數(shù)為3 mm,游標尺讀數(shù)為9×0.02 mm=0.18 mm,最后結果是3 mm+0.18 mm=3.18 mm。
(2)題圖丁的讀數(shù)為4 mm+4.0×0.01 mm=4.040 mm。
題圖戊的讀數(shù)為1 mm+10.0×0.01 mm=1.100 mm。
題圖己的讀數(shù)為3.5 mm+1.5×0.01 mm=3.515 mm。
(1)游標卡尺的讀數(shù)要“三看”。
①第一看分度值。
②第二看游標尺上的零刻度線位置,區(qū)分零刻度線與游標尺最前端。
③第三看游標尺的哪條刻度線與主尺上的刻度線對齊。
(2)螺旋測微器的讀數(shù)三注意。
①半毫米刻度線是否露出。
②一定要估讀一位。
③如果以mm為單位記錄讀數(shù),小數(shù)點后一定是三位數(shù)字,如6.700 mm、0.324 mm等。
[例2] 【電壓表和電流表的讀數(shù)】 (2025·山東青島階段練習)(1)如圖甲所示的電表使用0～0.6 A量程時,對應刻度盤上每一小格代表　　　　 A,圖中表針示數(shù)為　　　　 A;當使用0～3 A量程時,對應刻度盤中每一小格代表　　　 A,圖中表針示數(shù)為　　　 A。
(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)為　　 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0～0.6 A量程時,刻度盤上的每一小格表示0.02 A,表針示數(shù)為0.44 A;當使用0～3 A量程時,每一小格為0.1 A,表針示數(shù)為2.20 A。
(2)電壓表使用0～3 V量程時,每小格表示0.1 V,表針示數(shù)為1.70 V;使用0～15 V量程時,每小格表示0.5 V,表針示數(shù)為8.5 V。
考點二　測量電路與控制電路的選擇
1.電流表的內(nèi)、外接法
項目 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==兩種電 路選擇 標準 當RA Rx或Rx>時,選用電流表內(nèi)接法;當RV Rx或Rx<時,選用電流表外接法
2.滑動變阻器兩種連接方式的對比
項目 限流式接法 分壓式接法 對比 說明
電 路 圖 串、并聯(lián) 關系 不同
負載R 上電壓 調(diào)節(jié)范 圍(不計 電源 內(nèi)阻) ≤U≤E 0≤U≤E 分壓電 路調(diào)節(jié) 范圍大
閉合S 前滑片 位置 b端 a端 都是為 了保護 電路 元件
3.滑動變阻器兩種接法的選擇
(1)滑動變阻器的最大阻值和用電器的阻值差不多且不要求電壓從零開始變化,通常情況下,由于限流式結構簡單、耗能少,優(yōu)先使用限流式。
(2)滑動變阻器必須采用分壓式接法的幾種情況。
①“測不全”:要求電壓表從零開始讀數(shù)時,要求電壓(電流)的測量范圍盡可能大,限流式接法無法獲得需要的數(shù)據(jù)。
②“限不住”:若采用限流式接法,電路中的最小電流仍超過電路中電表、電阻允許的最大
電流。
③“調(diào)不準”:當待測電阻Rx R0(滑動變阻器的最大阻值)時,限流式接法起不到調(diào)節(jié)電路電壓、電流的作用。
[例3] 【電流表內(nèi)、外接法的選擇】 (2023·全國甲卷,22)某同學用伏安法測繪一額定電壓為6 V、額定功率為3 W的小燈泡的伏安特性曲線,實驗所用電壓表內(nèi)阻約為6 kΩ,電流表內(nèi)阻約為1.5 Ω。實驗中有圖甲和乙兩個電路圖供選擇。
(1)實驗中得到的電流I和電壓U的關系曲線如圖丙所示,該同學選擇的電路圖是圖
　　　　(選填“甲”或“乙”)。
(2)若選擇另一個電路圖進行實驗,在圖丙上用實線畫出實驗中應得到的關系曲線的示
意圖。
【答案】 (1)甲　(2)圖見解析
【解析】 (1)由題圖丙中結果可知,當U=6 V時通過小燈泡的電流I=500 mA=0.5 A,由歐姆定律可知,此時小燈泡電阻R燈′=12 Ω,小燈泡正常工作時的電阻為R燈==12 Ω,則電流表應采用外接法,則該同學選擇的電路圖是題圖甲。
(2)若選用另一個電路圖進行實驗,會有U=U燈+IRA,若使燈泡中電流分別為200 mA、
400 mA、500 mA,可知對應的電壓分別為U1=1.1 V+0.2×1.5 V=1.4 V,U2=3.3 V+0.4×
1.5 V=3.9 V,U3=6.0 V+0.5×1.5 V=6.75 V,描點連線如圖所示。
[例4] 【滑動變阻器兩種接法的選擇】 (2025·四川成都階段練習)某同學想通過測繪小燈泡的I-U圖像來研究小燈泡的電阻隨電壓變化的規(guī)律,要求小燈泡兩端的電壓由零逐漸增加到2.5 V,并便于操作。已選用的器材有:
待測小燈泡一個(額定電壓為2.5 V,電阻約為幾歐);
電池組(電動勢為3.0 V,內(nèi)阻約1 Ω);
電壓表一個(量程0～3 V,內(nèi)阻約為3 kΩ);
電流表一個(量程0～0.6 A,內(nèi)阻約為0.1 Ω);
開關一個、導線若干。
(1)實驗中所用的滑動變阻器應選下列中的　 。
A.滑動變阻器(最大阻值為10 Ω,額定電流為2 A)
B.滑動變阻器(最大阻值為1 500 Ω,額定電流為0.5 A)
(2)實驗的電路圖應選用　　　　。
　
A B
　
C D
(3)實驗得到小燈泡的I-U圖像如圖所示,則可知隨著電壓的增大,小燈泡的電阻　　　　　(選填“增大”“減小”或“不變”)。如果將這個小燈泡接到電動勢為2.5 V、內(nèi)阻不計的電源兩端,小燈泡消耗的功率為　　　　　 W(結果保留2位有效數(shù)字)。
【答案】 (1)A　(2)B　(3)增大　1.1
【解析】 (1)要求小燈泡兩端的電壓由零逐漸增加,滑動變阻器應采用分壓式接法,應選擇最大阻值較小的滑動變阻器,故A正確。
(2)測繪小燈泡的I-U圖像需要電壓從零開始,所以滑動變阻器采用分壓式接法,小燈泡電阻比較小,所以采用電流表外接法,故原理圖應選B。
(3)根據(jù)小燈泡的I-U圖像可知,電壓增大,小燈泡的電阻增大;根據(jù)小燈泡的I-U圖像可知,當U=2.5 V時,I=0.43 A,可求得P=UI≈1.1 W。
考點三　電表的改裝
電表的兩種改裝
項目 改裝成大量程電壓表 改裝成大量程電流表
內(nèi)部電路
改裝原理 串聯(lián)分壓 并聯(lián)分流
改裝后的量程 U=Ig(Rg+R) I=Ig
接入的電阻 由U=Ig(Rg+R),解得R=-Rg 由IgRg=(I-Ig)R,解得R=
改裝后的內(nèi)阻 RV=Rg+R RA=
校準電路 改裝成的電壓表 改裝成的電流表
[例5] 【電流表的改裝】 (2025·江蘇揚州開學考試)實驗室中有一個量程較小的電流表G,其內(nèi)阻約為1 000 Ω,滿偏電流為100 μA,現(xiàn)將它改裝成量程為0～1 mA、0～10 mA的雙量程電流表。現(xiàn)有器材如下:
A.滑動變阻器R1,最大阻值為50 Ω
B.滑動變阻器R2,最大阻值為50 kΩ
C.電阻箱R′,最大阻值為9 999 Ω
D.電源E1,電動勢為3.0 V(內(nèi)阻不計)
E.電源E2,電動勢為6.0 V(內(nèi)阻不計)
F.定值電阻若干
G.開關S1和S2、導線若干
(1)先采用半偏法測量電流表G的內(nèi)阻,實驗電路如圖甲所示。為提高測量精確度,選用的滑動變阻器為　　　　,選用的電源為　　　　。(填器材前的字母序號)
(2)如果在(1)中測得電流表G的內(nèi)阻為990 Ω,將電流表G改裝成量程為0～1 mA、
0～10 mA的雙量程電流表,設計電路如圖乙所示,則在此電路中,RA=　　 　　 Ω,
RB=　　　　 Ω。
(3)再將該電流表G改裝成量程合適的電壓表,用于測量一舊干電池的電動勢和內(nèi)阻,實驗采用如圖丙所示電路。實驗過程中,將電阻箱撥到20.0 Ω時,電壓表讀數(shù)為0.80 V;若將電阻箱撥到如圖丁所示的阻值時,電壓表的讀數(shù)如圖戊所示,讀數(shù)是　　　　 V。根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù),可以計算出干電池的電動勢E=　　　　 V(結果保留2位有效數(shù)字),該測量結果　　　　(選填“偏大”“偏小”或“準確”)。
【答案】 (1)B　E　(2)11　99
(3)1.10　1.2　偏小
【解析】 (1)采用半偏法測量電流表G的內(nèi)阻,實驗中在開關S2閉合前后,始終認為電路中的干路電流不變,即實驗中為了減小系統(tǒng)誤差,滑動變阻器接入的阻值需要遠大于電流表G的內(nèi)阻,故滑動變阻器應選擇R2;滑動變阻器接入電路的阻值越大,誤差越小,可得電源電動勢至少為E=IgR2m=5 V,可知,電源選擇6.0 V比選擇3.0 V更能滿足滑動變阻器接入的阻值需要遠大于電流表G的內(nèi)阻的要求,系統(tǒng)誤差更小。
(2)根據(jù)電路圖有Ig+=1 mA,Ig+=10 mA,解得RA=11 Ω,RB=99 Ω。
(3)電壓表的分度值為0.1 V,估讀一位,讀數(shù)為1.10 V;根據(jù)電阻箱的讀數(shù)規(guī)則,電阻箱的讀數(shù)為R′=110.0 Ω,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得E=0.80+r,E=1.10+r,聯(lián)立解得E=1.2 V;電源內(nèi)電壓Ur=Ir,由于流過電壓表的電流忽略,電流偏小,則Ur偏小,故E偏小,即測量值小于真實值。
[例6] 【電壓表的改裝】 (2025·四川成都階段練習)在探究小燈泡電阻規(guī)律的實驗中,實驗電路圖如圖所示,所用器材有:
小燈泡(額定電壓2.5 V,額定電流0.3 A);
電壓表(量程0～300 mV,內(nèi)阻為300 Ω);
電流表(量程0～300 mA,內(nèi)阻為0.27 Ω);
定值電阻R0(A.R0=10 Ω;B.R0=200 Ω);
滑動變阻器R1(A.0～20 Ω;B.0～200 Ω);
電阻箱R2(最大阻值9 999.9 Ω);
電源E(電動勢6 V,內(nèi)阻不計);
開關S、導線若干。
完成下列填空:
(1)滑動變阻器R1應選擇　　　　(選填“A”或“B”),初始滑片應滑在　　 　　(選填“a”或“b”)端。
(2)為使電壓表量程擴大至3 V,應將R2的阻值調(diào)整為　　　　 Ω,定值電阻R0選擇　　　　(選填“A”或“B”)。
(3)某次測量電壓表的讀數(shù)為152 mV,電流表的讀數(shù)為240 mA,此時小燈泡的電阻為　　　　。(保留2位有效數(shù)字)
【答案】 (1)A　a　(2)2 700　A　(3)6.3 Ω
【解析】 (1)由電路圖可知,滑動變阻器采用分壓式接法,則滑動變阻器應選最大阻值較小的,即選擇A。初始滑片應滑在a端,以保證閉合開關時,測量電路的電流值和電壓值最小。
(2)根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理可得=,代入數(shù)據(jù)解得R2=2 700 Ω;當滑動變阻器滑片處于b端時,小燈泡所在測量電路分得的電壓等于電源電動勢6 V,電流表滿偏時,測量電路的電阻為R==20 Ω,所以作為保護電阻,其阻值一定小于20 Ω,故定值電阻選A。
(3)某次測量電壓表的讀數(shù)為152 mV,流過電壓表的電流為I1=≈5.07×10-4 A,燈泡兩端的電壓為U燈=I1(R2+Rg)≈1.52 V,此時小燈泡的電阻為R燈=≈6.3 Ω。
[例7] 【電阻表的改裝】 (2025·江蘇徐州模擬)某同學欲將內(nèi)阻為98.5 Ω、量程為0～100 μA的電流表改裝成電阻表并進行刻度和校準,要求改裝后電阻表的15 kΩ刻度正好對應電流表表盤的50 μA 刻度。可選用的器材還有:定值電阻R0(阻值14 kΩ)、滑動變阻器R1(最大阻值1 500 Ω)、滑動變阻器R2(最大阻值500 Ω)、電阻箱(0～99 999.9 Ω)、干電池(E=1.5 V,r=1.5 Ω)、紅、黑表筆和導線若干。
(1)電阻表設計。
將圖甲中的實物連線組成電阻表。電阻表改裝好后,滑動變阻器R接入電路的電阻應為　　　 Ω;滑動變阻器選　　　　(選填“R1”或“R2”)。
(2)刻度電阻表表盤。
通過計算,對整個表盤進行電阻刻度,如圖乙所示。表盤上a、b處的電流刻度分別為25和75,則a、b處的電阻刻度分別為　　　　、　　　　。
(3)校準。
紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電阻表指針指向　　　　 kΩ處;將紅、黑表筆與電阻箱連接,記錄多組電阻箱接入電路的電阻值及電阻表上對應的測量值,完成校準數(shù)據(jù)測量。若校準某刻度時,電阻箱旋鈕位置如圖丙所示,則電阻箱接入的阻值為　　　　 Ω。
【答案】 (1)圖見解析　900　R1　(2)45　5
(3)0　35 000.0
【解析】 (1)將電源與電流表、定值電阻R0、滑動變阻器以及紅、黑表筆串聯(lián)起來即可將電流表改裝為電阻表,如圖所示;將紅、黑表筆短接時,滑動變阻器接入電路的電阻應該使電流表恰好達到滿偏電流,由閉合電路歐姆定律,有Ig=,解得R=900 Ω,故滑動變阻器應選擇R1。
(2)電路中的總電阻R總=,當電路中的電流為25 μA時,接入電路的阻值即a處的電阻刻度R′=-(Rg+R0+r+R)=45 kΩ,同理可得b處的電阻刻度R″=-(Rg+R0+r+R)=5 kΩ。
(3)紅、黑表筆短接的目的是進行歐姆調(diào)零,應使電阻表指針指向0 kΩ處;題圖丙中×10k的旋鈕指向3,×1k的旋鈕指向5,其余旋鈕都指向0處,故讀數(shù)為35 000.0 Ω。
考點四　電學實驗的儀器選擇及實物連線
1.實驗儀器的選擇原則
根據(jù)實驗原理和實驗室條件選擇實驗儀器是進行正確測量的前提,一般遵循以下四個
原則。
(1)安全性原則:要能夠根據(jù)實驗要求和客觀條件選用合適的儀器,使實驗切實可行,能達到預期目標。另外還要注意測量儀器的量程,電阻類器件的電流不能超過其最大允許電流等。
(2)準確性原則:根據(jù)實驗的需要,選用精I度合適的測量工具,但對某個實驗來講,分度值夠用即可,并不是越高越好。
(3)操作性原則:實驗時需考慮調(diào)節(jié)方便,便于操作,如滑動變阻器的選擇,既要考慮它的額定電流,又要考慮它的阻值范圍,在二者都能滿足實驗要求的情況下,還要考慮阻值大小在實驗操作中是否調(diào)節(jié)方便。
(4)可行性原則:注重實際,滿足實驗要求;并且使電路元件少,耗能少。
2.幾種儀器的選擇
(1)電流表和電壓表。
根據(jù)不使電表受損和盡量減少誤差的原則選擇電表。首先保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程。然后合理選擇量程。務必使指針有較大偏轉,應使指針偏轉到滿刻度的之間,以減少讀數(shù)誤差。
(2)滑動變阻器。
根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍選擇滑動變阻器。注意流過滑動變阻器的電流不超過額定值。對高阻值的滑動變阻器,如果滑片稍有移動,使電流、電壓有很大變化的,不宜采用。
①在滑動變阻器作限流作用時,為使負載Rx既能得到較寬的電流調(diào)節(jié)范圍,又能使電流變化均勻,選擇滑動變阻器時,應使其最大電阻R0大于Rx,一般在2～5倍為好。
②在滑動變阻器作分壓作用時,一般使滑動變阻器的最大電阻R0在0.1Rx～0.5Rx之間為好。
(3)電源。
保證電源能為實驗提供合適的電流或電壓,應與實驗中提供的其他器材相匹配。
3.對器材的選擇的一般步驟
(1)找出唯一性的器材。
(2)草畫電路圖(暫不把電表接入)。
(3)估算最大值(在限流電路中把滑動變阻器滑片推向最小值)。
(4)考慮能否都使電表指針偏轉到滿偏的之間。
[例8] 【實驗儀器的選擇】 (2025·寧夏銀川階段練習)有一個小電珠上標有“4 V　2 W”的字樣,現(xiàn)在要用伏安法描繪這個電珠的I-U圖線。有下列器材可供選用:
A.電壓表(0～5 V,內(nèi)阻10 kΩ)
B.電壓表(0～10 V,內(nèi)阻20 kΩ)
C.電流表(0～0.3 A,內(nèi)阻1 Ω)
D.電流表(0～0.6 A,內(nèi)阻0.4 Ω)
E.滑動變阻器(0～5 Ω,1 A)
F.滑動變阻器(0～500 Ω,0.2 A)
(1)實驗中電壓表應選用　　　　,電流表應選用　　　　。(均用序號字母表示)
(2)為使實驗誤差盡量減小,要求電壓從零開始變化且多取幾組數(shù)據(jù),滑動變阻器應選用
　　　　(用序號字母表示),實驗中滑動變阻器應采用　　　　(選填“分壓”或“限流”)式接法。
【答案】 (1)A　D　(2)E　分壓
【解析】 (1)小電珠的額定電壓為4 V,應選用量程為0～5 V的電壓表,故選A;小電珠的額定電流為I== A=0.5 A,應選用量程為0～0.6 A的電流表,故選D。
(2)要求電壓從零開始變化且多取幾組數(shù)據(jù),滑動變阻器應采用分壓式接法,分壓式接法應選用最大阻值較小的滑動變阻器,故選E。
儀器選擇的技巧
(1)巧用電阻或電表阻值的信息。
①電阻的阻值信息。
“等于”:一般可以用于電表改裝或精確計算。
“約為”:用于估算。
②電表的阻值信息。
“等于”:a.用于改裝大量程電表。
b.電流表可作電壓表使用或電壓表可作電流表使用。
c.除了測量電壓(電流)外,電表的阻值可用于準確計算待測電阻、支路的電流或電壓。
“約為”:用于估算。
(2)電流表、電壓表量程的選擇。
①根據(jù)U-I(I-U)圖像中坐標值或表格中數(shù)值范圍。
②根據(jù)待測電阻的額定值(P、U、I)綜合計算,確定電流表或電壓表量程。
[例9] 【電學實驗實物圖連線】 (2025·河北石家莊模擬)為了精確測量電流表G1的內(nèi)阻,實驗室提供器材如下:
A.待測電流表G1(0～200 μA,內(nèi)阻約2 kΩ)
B.電流表G2(0～1 mA,內(nèi)阻約1 kΩ)
C.定值電阻R1(阻值為500 Ω)
D.定值電阻R2(阻值為50 Ω)
E.滑動變阻器R3(0～20 Ω)
F.干電池E(電動勢為1.5 V,內(nèi)阻不計)
G.開關S及導線若干
(1)實驗要求多測幾組數(shù)據(jù),并方便操作,定值電阻應選　　　　。(填寫器材前面的序號)
(2)選擇恰當?shù)钠鞑暮?用筆畫線將圖甲中的實物電路補畫完整。
甲
(3)調(diào)節(jié)滑動變阻器R3滑片至合適位置,電流表G1、G2的示數(shù)分別為I1、I2,待測電流表G1內(nèi)阻表達式為Rg=　　　　　　。(用題中已知物理量的符號表示)
(4)測得電流表G1內(nèi)阻為1 800 Ω。某同學利用電流表G1、光敏電阻R和電源E′(電動勢4.5 V,內(nèi)阻不計)、定值電阻R0(阻值為20 kΩ)等器材為教室設計了一個簡易照度計,其電路如圖乙所示,光敏電阻R的阻值隨照度的變化關系如圖丙所示,圖丙中照度“適中”對應圖乙中電流表G1的示數(shù)范圍為　　　　　 μA。(結果保留3位有效數(shù)字)
【答案】 (1)C　(2)圖見解析　(3)　(4)122～162
【解析】 (1)實驗要求多測幾組數(shù)據(jù),并方便操作,定值電阻應選與電流表G1內(nèi)阻較接近的R1與電流表G1并聯(lián)。
(2)電路連線如圖。
(3)由電路可知I1Rg=(I2-I1)R1,即Rg=。
(4)由題圖丙可知,照度“適中”時光敏電阻的阻值在6～15 kΩ,由電路可知I=,代入數(shù)據(jù)可得對應題圖乙中電流表G1的示數(shù)范圍為122～162 μA。
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,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,再將要并聯(lián)的元件并聯(lián)到電路中去。
(2)連線時要將導線接在接線柱上,兩條導線不能交叉。
(3)要注意電表的量程和正、負接線柱,要使電流從電表的正接線柱流入,從負接線柱流出。
(4)滑動變阻器的接法。
限流法:導線分別連接到上、下接線柱上(一上一下,兩個接線柱)。
分壓法:導線分別連接到上邊一個接線柱和下邊兩個接線柱上(一上兩下,三個接線柱)。
(滿分:40分)
對點1.基本儀器的使用及讀數(shù)
1.(6分)(2024·黑龍江齊齊哈爾期中)某同學用螺旋測微器測圓柱體的直徑時,示數(shù)如圖甲所示,此示數(shù)為　　　　 mm;用游標卡尺測量某物體的厚度時,示數(shù)如圖乙所示,此示數(shù)為　　　　 cm。另一位學生用游標尺上標有50等分刻度的游標卡尺測一工件的長度,測得的結果如圖丙所示,則該工件的長度L=　　　　 cm。
【答案】 8.472(8.471～8.473均可)　2.060　5.236
【解析】 題圖甲中螺旋測微器的固定刻度示數(shù)為8 mm,可動刻度示數(shù)為47.2×0.01 mm=
0.472 mm,所以最終示數(shù)為8 mm+0.472 mm=8.472 mm;題圖乙中游標卡尺的主尺示數(shù)為20 mm,游標尺示數(shù)為12×0.05 mm=0.60 mm,所以最終示數(shù)為20 mm+0.60 mm=20.60 mm=
2.060 cm。題圖丙中工件的長度L=52 mm+18×0.02 mm=5.236 cm。
對點2.測量電路與控制電路的選擇
2.(8分)(2025·北京西城階段練習)在電學實驗設計電路時,要思考以下兩個問題:
(1)電流表是內(nèi)接還是外接
如圖甲所示,某同學測量燈泡電阻時采用試接的方法,讓電壓表的一端接在A點,另一端先后接在B點和C點。他發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)有明顯變化,而電流表示數(shù)無明顯變化,說明小燈泡的阻值與　　　　(選填“電流表”或“電壓表”)的阻值接近,應選擇電流表　　　　(選填“內(nèi)接”或“外接”)的電路。
(2)分壓電路中選擇最大阻值是多大的滑動變阻器更有利于完成實驗
某同學分別用最大阻值是10 Ω、100 Ω、1 000 Ω的三種滑動變阻器做分壓電阻,用如圖乙所示的電路進行實驗。實驗中所用的定值電阻Rx=30 Ω。當滑動變阻器的滑片由一端向另一端移動的過程中,根據(jù)實驗數(shù)據(jù),分別作出電壓表讀數(shù)Ux隨(指滑片移動的距離x與滑片在滑動變阻器上可移動的總長度L的比值)變化的關系曲線a、b、c,如圖丙所示。
則圖丙中的圖線a對應的滑動變阻器的最大阻值為　　　 　(選填“10 Ω”“100 Ω”或
“1 000 Ω”),為了更有利于完成實驗應選擇　　　　(填選項前的字母)。
A.最大阻值更大的滑動變阻器
B.最大阻值比Rx大2～5倍的滑動變阻器
C.最大阻值更小的滑動變阻器
【答案】 (1)電流表　外接　(2)1 000 Ω　C
【解析】 (1)該同學發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)有明顯變化,而電流表示數(shù)無明顯變化,說明小燈泡的阻值與電流表的阻值接近,應選擇電流表外接法。
(2)隨滑片移動過程中,圖線a電壓表示數(shù)變化較小,說明定值電阻與滑動變阻器左側部分并聯(lián)變化較小,說明滑動變阻器阻值較大,即最大阻值為1 000 Ω 的滑動變阻器。為了使電壓表示數(shù)變化明顯,應使用最大阻值更小的滑動變阻器,故C正確。
對點3.電表的改裝
3.(8分)(2025·云南玉溪模擬)某同學找到一個表盤刻度清晰、參數(shù)缺失的靈敏電流表G,為測量該電流表的參數(shù),該同學進行了下列操作:
(1)將靈敏電流表G按如圖所示的電路連接,開關閉合前,滑動變阻器RP的滑片應置于
　　　　(選填“最左端”“最右端”或“正中間”)。
(2)將電阻箱R調(diào)為500 Ω,閉合開關,調(diào)節(jié)滑動變阻器RP的滑片使靈敏電流表G的指針滿偏,此時電壓表V的示數(shù)為4.2 V。
(3)保持電壓表V的示數(shù)不變,反復調(diào)整電阻箱R的阻值和滑動變阻器RP的滑片位置,使靈敏電流表G的指針半偏,此時電阻箱R的阻值為1 200 Ω。
(4)可知靈敏電流表G的內(nèi)阻為　　　　 Ω,滿偏電流為　　　　 mA。
(5)若要將該電流表改裝為量程為0～3 V的電壓表,則需要串聯(lián)一個　　　　 Ω的電阻。
【答案】 (1)最左端　(4)200　6　(5)300
【解析】 (1)為確保實驗安全,開關閉合前,滑動變阻器RP的滑片要在最左端。
(4)根據(jù)實驗原理結合閉合電路歐姆定律有U=Ig(R+Rg)=Ig(R′+Rg),解得Rg=200 Ω,Ig=6 mA。
(5)將G改裝成量程為0～3 V的電壓表,根據(jù)串聯(lián)電路規(guī)律有U′=Ig(Rg+R0),解得R0=300 Ω。
對點4.電學實驗的儀器選擇及實物連線
4.(7分)(2025·四川南充模擬)采用如圖甲所示的電路進行“描繪小燈泡的伏安特性曲線”
實驗。
甲
可供選擇的實驗儀器如下:
小燈泡L:“3.8 V　0.3 A”;
電壓表V:量程0～5 V,內(nèi)阻5 kΩ;
電流表A1:量程0～100 mA,內(nèi)阻4 Ω;
電流表A2:量程0～500 mA,內(nèi)阻0.4 Ω;
滑動變阻器R1:最大阻值100 Ω,額定電流0.5 A;
滑動變阻器R2:最大阻值10 Ω,額定電流2.0 A;
直流電源E:電動勢約為6 V,內(nèi)阻約為0.5 Ω。
(1)在上述器材中,電流表應選　　　　,滑動變阻器應選　　　　。(填儀器符號)
(2)根據(jù)電路圖補全圖乙中實物圖連線。
乙
【答案】 (1)A2　R2　(2)圖見解析
【解析】 (1)燈泡的額定電流為0.3 A,所以電流表應選擇量程為0～500 mA的A2。本實驗電路中,滑動變阻器采用的是分壓式接法,為方便調(diào)節(jié),應選擇最大阻值較小的滑動變阻器,故選R2。
(2)根據(jù)實驗電路圖連接實物圖如圖所示。
5.(11分)(2025·安徽合肥開學考試)某同學為了描繪標有“3.8 V　0.5 A”的小燈泡的伏安特性曲線,準備了以下器材:
電流表A1(量程0～600 mA,內(nèi)阻約2 Ω);
電流表A2(量程0～40 mA,內(nèi)阻約1 Ω);
電壓表V(量程0～15 V,內(nèi)阻約15 kΩ);
電阻箱R(9 999.9 Ω);
滑動變阻器R1(0～10 Ω);
滑動變阻器R2(0～200 Ω);
電源電動勢為4 V,內(nèi)阻約0.04 Ω;
單刀單擲開關一個、單刀雙擲開關兩個;
導線若干。
(1)該同學在選擇實驗器材時發(fā)現(xiàn),實驗室提供的電壓表不合適,原因是　　　　　　。
(2)為了能夠順利完成實驗,該同學設計了如圖所示的電路,先測量電流表A2的內(nèi)阻,然后再描繪小燈泡的伏安特性曲線。
①根據(jù)原理圖連接電路,器材中的滑動變阻器應選擇　　　　,閉合開關S前,滑動變阻器的滑片應在最左端。
②閉合開關S,將單刀雙擲開關S1接觸點1,S2接觸點3,調(diào)節(jié)滑動變阻器和電阻箱,使兩電流表均有適當?shù)淖x數(shù),用I1、I2表示電流表A1、A2的示數(shù),用R0表示電阻箱的示數(shù),則電流表A2的內(nèi)阻可表示為　　　　　　(用I1、I2和R0表示)。
③多次改變電阻箱的阻值,測出多組數(shù)據(jù),測得電流表A2內(nèi)阻的平均值為1.3 Ω。
④將單刀雙擲開關S1接觸點2,S2接觸點4,調(diào)節(jié)電阻箱使其接入電路的電阻R=98.7 Ω。
⑤調(diào)節(jié)滑動變阻器,當A1示數(shù)為312 mA時,A2示數(shù)為20 mA,此時流過小燈泡的電流為
　　　 mA,小燈泡兩端的電壓為　　　　 V。
【答案】 (1)量程太大　(2)①R1　②　⑤292　2
【解析】 (1)電源電動勢為4 V,電壓表量程0～15 V,所以電壓表量程太大。
(2)①電路中,滑動變阻器為分壓式接法,所以滑動變阻器應選擇最大阻值較小的R1。
②電流表A2與電阻箱并聯(lián)后再與A1串聯(lián),則根據(jù)串、并聯(lián)電路的規(guī)律可知,流過電阻箱的電流為I1-I2,電流表A2的內(nèi)阻可表示為RA2=。
⑤流過小燈泡的電流為IL=I1-I2=292 mA,小燈泡兩端的電壓為UL=I2(R+RA2)=2 V。
(
第
21
頁
)第3講　小專題:電學實驗必備基礎
考點一　基本儀器的使用及讀數(shù)
1.游標卡尺的原理和讀數(shù)
(1)原理:利用主尺的單位刻度與游標尺的單位刻度之間固定的微量差值制成。不管游標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總長度少1 mm。
(2)讀數(shù):由主尺讀出整毫米數(shù)l0,從游標尺上讀出第n條刻度線與主尺上某一刻度線對齊,則測量值(mm)=(l0+n×分度值) mm。
注意:①游標卡尺的分度值一般為游標尺上總刻度格數(shù)的倒數(shù)。
刻度格數(shù) 分度值 (mm) 測量結果
10 0.1 主尺上讀的毫米數(shù)+0.1n
20 0.05 主尺上讀的毫米數(shù)+0.05n
50 0.02 主尺上讀的毫米數(shù)+0.02n
②游標卡尺不需要估讀。
2.螺旋測微器的原理和讀數(shù)
(1)原理:固定刻度上的精密螺紋的螺距為0.5 mm,即旋鈕每旋轉一周,測微螺桿前進或后退0.5 mm,而可動刻度上有50個等分刻度,每轉動一小格,測微螺桿前進或后退0.01 mm,即螺旋測微器的分度值為0.01 mm。讀數(shù)時需要估讀到毫米的千分位上,因此,螺旋測微器又叫千分尺。
(2)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)。
3.電流表和電壓表的讀數(shù)
量程 分度值 讀數(shù)規(guī)則
電流表0～3 A 0.1 A 與刻度尺一樣,采用估讀,精確值后加一位估讀數(shù)
電壓表0～3 V 0.1 V
電流表0～0.6 A 0.02 A 估讀位與最小刻度在同一位,采用估讀
電壓表0～15 V 0.5 V 估讀位與最小刻度在同一位,采用估讀
4.電阻箱
(1)在電路中可作為可調(diào)節(jié)的標準電阻使用。
(2)讀數(shù)時,各旋鈕對應指示點的讀數(shù)乘面板上標記的倍數(shù),然后相加,就得出電阻的阻值,讀數(shù)時按從高倍到低倍的順序讀出。
[例1] 【游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)】 (2024·河北秦皇島開學考試)(1)如圖甲、乙、丙所示的三把游標卡尺,它們的游標尺分別為9 mm長10等分、19 mm長20等分、49 mm長50等分,它們的讀數(shù)依次為　　　　 mm,　　　　 mm,　　　　 mm。
(2)讀出下面各螺旋測微器的讀數(shù),圖丁為　　 　 mm,圖戊為　　 　　 mm,圖己為　　　 　 mm。
(1)游標卡尺的讀數(shù)要“三看”。
①第一看分度值。
②第二看游標尺上的零刻度線位置,區(qū)分零刻度線與游標尺最前端。
③第三看游標尺的哪條刻度線與主尺上的刻度線對齊。
(2)螺旋測微器的讀數(shù)三注意。
①半毫米刻度線是否露出。
②一定要估讀一位。
③如果以mm為單位記錄讀數(shù),小數(shù)點后一定是三位數(shù)字,如6.700 mm、0.324 mm等。
[例2] 【電壓表和電流表的讀數(shù)】 (2025·山東青島階段練習)(1)如圖甲所示的電表使用0～0.6 A量程時,對應刻度盤上每一小格代表　　　　 A,圖中表針示數(shù)為　　　　 A;當使用0～3 A量程時,對應刻度盤中每一小格代表　　　 A,圖中表針示數(shù)為　　　 A。
(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)為　　 V。
考點二　測量電路與控制電路的選擇
1.電流表的內(nèi)、外接法
項目 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==兩種電 路選擇 標準 當RA Rx或Rx>時,選用電流表內(nèi)接法;當RV Rx或Rx<時,選用電流表外接法
2.滑動變阻器兩種連接方式的對比
項目 限流式接法 分壓式接法 對比 說明
電 路 圖 串、并聯(lián) 關系 不同
負載R 上電壓 調(diào)節(jié)范 圍(不計 電源 內(nèi)阻) ≤U≤E 0≤U≤E 分壓電 路調(diào)節(jié) 范圍大
閉合S 前滑片 位置 b端 a端 都是為 了保護 電路 元件
3.滑動變阻器兩種接法的選擇
(1)滑動變阻器的最大阻值和用電器的阻值差不多且不要求電壓從零開始變化,通常情況下,由于限流式結構簡單、耗能少,優(yōu)先使用限流式。
(2)滑動變阻器必須采用分壓式接法的幾種情況。
①“測不全”:要求電壓表從零開始讀數(shù)時,要求電壓(電流)的測量范圍盡可能大,限流式接法無法獲得需要的數(shù)據(jù)。
②“限不住”:若采用限流式接法,電路中的最小電流仍超過電路中電表、電阻允許的最大
電流。
③“調(diào)不準”:當待測電阻Rx R0(滑動變阻器的最大阻值)時,限流式接法起不到調(diào)節(jié)電路電壓、電流的作用。
[例3] 【電流表內(nèi)、外接法的選擇】 (2023·全國甲卷,22)某同學用伏安法測繪一額定電壓為6 V、額定功率為3 W的小燈泡的伏安特性曲線,實驗所用電壓表內(nèi)阻約為6 kΩ,電流表內(nèi)阻約為1.5 Ω。實驗中有圖甲和乙兩個電路圖供選擇。
(1)實驗中得到的電流I和電壓U的關系曲線如圖丙所示,該同學選擇的電路圖是圖
　　　　(選填“甲”或“乙”)。
(2)若選擇另一個電路圖進行實驗,在圖丙上用實線畫出實驗中應得到的關系曲線的示
意圖。
[例4] 【滑動變阻器兩種接法的選擇】 (2025·四川成都階段練習)某同學想通過測繪小燈泡的I-U圖像來研究小燈泡的電阻隨電壓變化的規(guī)律,要求小燈泡兩端的電壓由零逐漸增加到2.5 V,并便于操作。已選用的器材有:
待測小燈泡一個(額定電壓為2.5 V,電阻約為幾歐);
電池組(電動勢為3.0 V,內(nèi)阻約1 Ω);
電壓表一個(量程0～3 V,內(nèi)阻約為3 kΩ);
電流表一個(量程0～0.6 A,內(nèi)阻約為0.1 Ω);
開關一個、導線若干。
(1)實驗中所用的滑動變阻器應選下列中的　 。
A.滑動變阻器(最大阻值為10 Ω,額定電流為2 A)
B.滑動變阻器(最大阻值為1 500 Ω,額定電流為0.5 A)
(2)實驗的電路圖應選用　　　　。
　
A B
　
C D
(3)實驗得到小燈泡的I-U圖像如圖所示,則可知隨著電壓的增大,小燈泡的電阻　　　　　(選填“增大”“減小”或“不變”)。如果將這個小燈泡接到電動勢為2.5 V、內(nèi)阻不計的電源兩端,小燈泡消耗的功率為　　　　　 W(結果保留2位有效數(shù)字)。
考點三　電表的改裝
電表的兩種改裝
項目 改裝成大量程電壓表 改裝成大量程電流表
內(nèi)部電路
改裝原理 串聯(lián)分壓 并聯(lián)分流
改裝后的量程 U=Ig(Rg+R) I=Ig
接入的電阻 由U=Ig(Rg+R),解得R=-Rg 由IgRg=(I-Ig)R,解得R=
改裝后的內(nèi)阻 RV=Rg+R RA=
校準電路 改裝成的電壓表 改裝成的電流表
[例5] 【電流表的改裝】 (2025·江蘇揚州開學考試)實驗室中有一個量程較小的電流表G,其內(nèi)阻約為1 000 Ω,滿偏電流為100 μA,現(xiàn)將它改裝成量程為0～1 mA、0～10 mA的雙量程電流表。現(xiàn)有器材如下:
A.滑動變阻器R1,最大阻值為50 Ω
B.滑動變阻器R2,最大阻值為50 kΩ
C.電阻箱R′,最大阻值為9 999 Ω
D.電源E1,電動勢為3.0 V(內(nèi)阻不計)
E.電源E2,電動勢為6.0 V(內(nèi)阻不計)
F.定值電阻若干
G.開關S1和S2、導線若干
(1)先采用半偏法測量電流表G的內(nèi)阻,實驗電路如圖甲所示。為提高測量精確度,選用的滑動變阻器為　　　　,選用的電源為　　　　。(填器材前的字母序號)
(2)如果在(1)中測得電流表G的內(nèi)阻為990 Ω,將電流表G改裝成量程為0～1 mA、
0～10 mA的雙量程電流表,設計電路如圖乙所示,則在此電路中,RA=　　 　　 Ω,
RB=　　　　 Ω。
(3)再將該電流表G改裝成量程合適的電壓表,用于測量一舊干電池的電動勢和內(nèi)阻,實驗采用如圖丙所示電路。實驗過程中,將電阻箱撥到20.0 Ω時,電壓表讀數(shù)為0.80 V;若將電阻箱撥到如圖丁所示的阻值時,電壓表的讀數(shù)如圖戊所示,讀數(shù)是　　　　 V。根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù),可以計算出干電池的電動勢E=　　　　 V(結果保留2位有效數(shù)字),該測量結果　　　　(選填“偏大”“偏小”或“準確”)。
[例6] 【電壓表的改裝】 (2025·四川成都階段練習)在探究小燈泡電阻規(guī)律的實驗中,實驗電路圖如圖所示,所用器材有:
小燈泡(額定電壓2.5 V,額定電流0.3 A);
電壓表(量程0～300 mV,內(nèi)阻為300 Ω);
電流表(量程0～300 mA,內(nèi)阻為0.27 Ω);
定值電阻R0(A.R0=10 Ω;B.R0=200 Ω);
滑動變阻器R1(A.0～20 Ω;B.0～200 Ω);
電阻箱R2(最大阻值9 999.9 Ω);
電源E(電動勢6 V,內(nèi)阻不計);
開關S、導線若干。
完成下列填空:
(1)滑動變阻器R1應選擇　　　　(選填“A”或“B”),初始滑片應滑在　　 　　(選填“a”或“b”)端。
(2)為使電壓表量程擴大至3 V,應將R2的阻值調(diào)整為　　　　 Ω,定值電阻R0選擇　　　　(選填“A”或“B”)。
(3)某次測量電壓表的讀數(shù)為152 mV,電流表的讀數(shù)為240 mA,此時小燈泡的電阻為　　　　。(保留2位有效數(shù)字)
[例7] 【電阻表的改裝】 (2025·江蘇徐州模擬)某同學欲將內(nèi)阻為98.5 Ω、量程為0～100 μA的電流表改裝成電阻表并進行刻度和校準,要求改裝后電阻表的15 kΩ刻度正好對應電流表表盤的50 μA 刻度。可選用的器材還有:定值電阻R0(阻值14 kΩ)、滑動變阻器R1(最大阻值1 500 Ω)、滑動變阻器R2(最大阻值500 Ω)、電阻箱(0～99 999.9 Ω)、干電池(E=1.5 V,r=1.5 Ω)、紅、黑表筆和導線若干。
(1)電阻表設計。
將圖甲中的實物連線組成電阻表。電阻表改裝好后,滑動變阻器R接入電路的電阻應為　　　 Ω;滑動變阻器選　　　　(選填“R1”或“R2”)。
(2)刻度電阻表表盤。
通過計算,對整個表盤進行電阻刻度,如圖乙所示。表盤上a、b處的電流刻度分別為25和75,則a、b處的電阻刻度分別為　　　　、　　　　。
(3)校準。
紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電阻表指針指向　　　　 kΩ處;將紅、黑表筆與電阻箱連接,記錄多組電阻箱接入電路的電阻值及電阻表上對應的測量值,完成校準數(shù)據(jù)測量。若校準某刻度時,電阻箱旋鈕位置如圖丙所示,則電阻箱接入的阻值為　　　　 Ω。
考點四　電學實驗的儀器選擇及實物連線
1.實驗儀器的選擇原則
根據(jù)實驗原理和實驗室條件選擇實驗儀器是進行正確測量的前提,一般遵循以下四個
原則。
(1)安全性原則:要能夠根據(jù)實驗要求和客觀條件選用合適的儀器,使實驗切實可行,能達到預期目標。另外還要注意測量儀器的量程,電阻類器件的電流不能超過其最大允許電流等。
(2)準確性原則:根據(jù)實驗的需要,選用精I度合適的測量工具,但對某個實驗來講,分度值夠用即可,并不是越高越好。
(3)操作性原則:實驗時需考慮調(diào)節(jié)方便,便于操作,如滑動變阻器的選擇,既要考慮它的額定電流,又要考慮它的阻值范圍,在二者都能滿足實驗要求的情況下,還要考慮阻值大小在實驗操作中是否調(diào)節(jié)方便。
(4)可行性原則:注重實際,滿足實驗要求;并且使電路元件少,耗能少。
2.幾種儀器的選擇
(1)電流表和電壓表。
根據(jù)不使電表受損和盡量減少誤差的原則選擇電表。首先保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程。然后合理選擇量程。務必使指針有較大偏轉,應使指針偏轉到滿刻度的之間,以減少讀數(shù)誤差。
(2)滑動變阻器。
根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍選擇滑動變阻器。注意流過滑動變阻器的電流不超過額定值。對高阻值的滑動變阻器,如果滑片稍有移動,使電流、電壓有很大變化的,不宜采用。
①在滑動變阻器作限流作用時,為使負載Rx既能得到較寬的電流調(diào)節(jié)范圍,又能使電流變化均勻,選擇滑動變阻器時,應使其最大電阻R0大于Rx,一般在2～5倍為好。
②在滑動變阻器作分壓作用時,一般使滑動變阻器的最大電阻R0在0.1Rx～0.5Rx之間為好。
(3)電源。
保證電源能為實驗提供合適的電流或電壓,應與實驗中提供的其他器材相匹配。
3.對器材的選擇的一般步驟
(1)找出唯一性的器材。
(2)草畫電路圖(暫不把電表接入)。
(3)估算最大值(在限流電路中把滑動變阻器滑片推向最小值)。
(4)考慮能否都使電表指針偏轉到滿偏的之間。
[例8] 【實驗儀器的選擇】 (2025·寧夏銀川階段練習)有一個小電珠上標有“4 V　2 W”的字樣,現(xiàn)在要用伏安法描繪這個電珠的I-U圖線。有下列器材可供選用:
A.電壓表(0～5 V,內(nèi)阻10 kΩ)
B.電壓表(0～10 V,內(nèi)阻20 kΩ)
C.電流表(0～0.3 A,內(nèi)阻1 Ω)
D.電流表(0～0.6 A,內(nèi)阻0.4 Ω)
E.滑動變阻器(0～5 Ω,1 A)
F.滑動變阻器(0～500 Ω,0.2 A)
(1)實驗中電壓表應選用　　　　,電流表應選用　　　　。(均用序號字母表示)
(2)為使實驗誤差盡量減小,要求電壓從零開始變化且多取幾組數(shù)據(jù),滑動變阻器應選用
　　　　(用序號字母表示),實驗中滑動變阻器應采用　　　　(選填“分壓”或“限流”)式接法。
儀器選擇的技巧
(1)巧用電阻或電表阻值的信息。
①電阻的阻值信息。
“等于”:一般可以用于電表改裝或精確計算。
“約為”:用于估算。
②電表的阻值信息。
“等于”:a.用于改裝大量程電表。
b.電流表可作電壓表使用或電壓表可作電流表使用。
c.除了測量電壓(電流)外,電表的阻值可用于準確計算待測電阻、支路的電流或電壓。
“約為”:用于估算。
(2)電流表、電壓表量程的選擇。
①根據(jù)U-I(I-U)圖像中坐標值或表格中數(shù)值范圍。
②根據(jù)待測電阻的額定值(P、U、I)綜合計算,確定電流表或電壓表量程。
[例9] 【電學實驗實物圖連線】 (2025·河北石家莊模擬)為了精確測量電流表G1的內(nèi)阻,實驗室提供器材如下:
A.待測電流表G1(0～200 μA,內(nèi)阻約2 kΩ)
B.電流表G2(0～1 mA,內(nèi)阻約1 kΩ)
C.定值電阻R1(阻值為500 Ω)
D.定值電阻R2(阻值為50 Ω)
E.滑動變阻器R3(0～20 Ω)
F.干電池E(電動勢為1.5 V,內(nèi)阻不計)
G.開關S及導線若干
(1)實驗要求多測幾組數(shù)據(jù),并方便操作,定值電阻應選　　　　。(填寫器材前面的序號)
(2)選擇恰當?shù)钠鞑暮?用筆畫線將圖甲中的實物電路補畫完整。
甲
(3)調(diào)節(jié)滑動變阻器R3滑片至合適位置,電流表G1、G2的示數(shù)分別為I1、I2,待測電流表G1內(nèi)阻表達式為Rg=　　　　　　。(用題中已知物理量的符號表示)
(4)測得電流表G1內(nèi)阻為1 800 Ω。某同學利用電流表G1、光敏電阻R和電源E′(電動勢4.5 V,內(nèi)阻不計)、定值電阻R0(阻值為20 kΩ)等器材為教室設計了一個簡易照度計,其電路如圖乙所示,光敏電阻R的阻值隨照度的變化關系如圖丙所示,圖丙中照度“適中”對應圖乙中電流表G1的示數(shù)范圍為　　　　　 μA。(結果保留3位有效數(shù)字)
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,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,再將要并聯(lián)的元件并聯(lián)到電路中去。
(2)連線時要將導線接在接線柱上,兩條導線不能交叉。
(3)要注意電表的量程和正、負接線柱,要使電流從電表的正接線柱流入,從負接線柱流出。
(4)滑動變阻器的接法。
限流法:導線分別連接到上、下接線柱上(一上一下,兩個接線柱)。
分壓法:導線分別連接到上邊一個接線柱和下邊兩個接線柱上(一上兩下,三個接線柱)。
(滿分:40分)
對點1.基本儀器的使用及讀數(shù)
1.(6分)(2024·黑龍江齊齊哈爾期中)某同學用螺旋測微器測圓柱體的直徑時,示數(shù)如圖甲所示,此示數(shù)為　　　　 mm;用游標卡尺測量某物體的厚度時,示數(shù)如圖乙所示,此示數(shù)為　　　　 cm。另一位學生用游標尺上標有50等分刻度的游標卡尺測一工件的長度,測得的結果如圖丙所示,則該工件的長度L=　　　　 cm。
對點2.測量電路與控制電路的選擇
2.(8分)(2025·北京西城階段練習)在電學實驗設計電路時,要思考以下兩個問題:
(1)電流表是內(nèi)接還是外接
如圖甲所示,某同學測量燈泡電阻時采用試接的方法,讓電壓表的一端接在A點,另一端先后接在B點和C點。他發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)有明顯變化,而電流表示數(shù)無明顯變化,說明小燈泡的阻值與　　　　(選填“電流表”或“電壓表”)的阻值接近,應選擇電流表　　　　(選填“內(nèi)接”或“外接”)的電路。
(2)分壓電路中選擇最大阻值是多大的滑動變阻器更有利于完成實驗
某同學分別用最大阻值是10 Ω、100 Ω、1 000 Ω的三種滑動變阻器做分壓電阻,用如圖乙所示的電路進行實驗。實驗中所用的定值電阻Rx=30 Ω。當滑動變阻器的滑片由一端向另一端移動的過程中,根據(jù)實驗數(shù)據(jù),分別作出電壓表讀數(shù)Ux隨(指滑片移動的距離x與滑片在滑動變阻器上可移動的總長度L的比值)變化的關系曲線a、b、c,如圖丙所示。
則圖丙中的圖線a對應的滑動變阻器的最大阻值為　　　 　(選填“10 Ω”“100 Ω”或
“1 000 Ω”),為了更有利于完成實驗應選擇　　　　(填選項前的字母)。
A.最大阻值更大的滑動變阻器
B.最大阻值比Rx大2～5倍的滑動變阻器
C.最大阻值更小的滑動變阻器
對點3.電表的改裝
3.(8分)(2025·云南玉溪模擬)某同學找到一個表盤刻度清晰、參數(shù)缺失的靈敏電流表G,為測量該電流表的參數(shù),該同學進行了下列操作:
(1)將靈敏電流表G按如圖所示的電路連接,開關閉合前,滑動變阻器RP的滑片應置于
　　　　(選填“最左端”“最右端”或“正中間”)。
(2)將電阻箱R調(diào)為500 Ω,閉合開關,調(diào)節(jié)滑動變阻器RP的滑片使靈敏電流表G的指針滿偏,此時電壓表V的示數(shù)為4.2 V。
(3)保持電壓表V的示數(shù)不變,反復調(diào)整電阻箱R的阻值和滑動變阻器RP的滑片位置,使靈敏電流表G的指針半偏,此時電阻箱R的阻值為1 200 Ω。
(4)可知靈敏電流表G的內(nèi)阻為　　　　 Ω,滿偏電流為　　　　 mA。
(5)若要將該電流表改裝為量程為0～3 V的電壓表,則需要串聯(lián)一個　　　　 Ω的電阻。
對點4.電學實驗的儀器選擇及實物連線
4.(7分)(2025·四川南充模擬)采用如圖甲所示的電路進行“描繪小燈泡的伏安特性曲線”
實驗。
甲
可供選擇的實驗儀器如下:
小燈泡L:“3.8 V　0.3 A”;
電壓表V:量程0～5 V,內(nèi)阻5 kΩ;
電流表A1:量程0～100 mA,內(nèi)阻4 Ω;
電流表A2:量程0～500 mA,內(nèi)阻0.4 Ω;
滑動變阻器R1:最大阻值100 Ω,額定電流0.5 A;
滑動變阻器R2:最大阻值10 Ω,額定電流2.0 A;
直流電源E:電動勢約為6 V,內(nèi)阻約為0.5 Ω。
(1)在上述器材中,電流表應選　　　　,滑動變阻器應選　　　　。(填儀器符號)
(2)根據(jù)電路圖補全圖乙中實物圖連線。
乙
5.(11分)(2025·安徽合肥開學考試)某同學為了描繪標有“3.8 V　0.5 A”的小燈泡的伏安特性曲線,準備了以下器材:
電流表A1(量程0～600 mA,內(nèi)阻約2 Ω);
電流表A2(量程0～40 mA,內(nèi)阻約1 Ω);
電壓表V(量程0～15 V,內(nèi)阻約15 kΩ);
電阻箱R(9 999.9 Ω);
滑動變阻器R1(0～10 Ω);
滑動變阻器R2(0～200 Ω);
電源電動勢為4 V,內(nèi)阻約0.04 Ω;
單刀單擲開關一個、單刀雙擲開關兩個;
導線若干。
(1)該同學在選擇實驗器材時發(fā)現(xiàn),實驗室提供的電壓表不合適,原因是　　　　　　。
(2)為了能夠順利完成實驗,該同學設計了如圖所示的電路,先測量電流表A2的內(nèi)阻,然后再描繪小燈泡的伏安特性曲線。
①根據(jù)原理圖連接電路,器材中的滑動變阻器應選擇　　　　,閉合開關S前,滑動變阻器的滑片應在最左端。
②閉合開關S,將單刀雙擲開關S1接觸點1,S2接觸點3,調(diào)節(jié)滑動變阻器和電阻箱,使兩電流表均有適當?shù)淖x數(shù),用I1、I2表示電流表A1、A2的示數(shù),用R0表示電阻箱的示數(shù),則電流表A2的內(nèi)阻可表示為　　　　　　(用I1、I2和R0表示)。
③多次改變電阻箱的阻值,測出多組數(shù)據(jù),測得電流表A2內(nèi)阻的平均值為1.3 Ω。
④將單刀雙擲開關S1接觸點2,S2接觸點4,調(diào)節(jié)電阻箱使其接入電路的電阻R=98.7 Ω。
⑤調(diào)節(jié)滑動變阻器,當A1示數(shù)為312 mA時,A2示數(shù)為20 mA,此時流過小燈泡的電流為
　　　 mA,小燈泡兩端的電壓為　　　　 V。
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高中總復習·物理
第3講　
小專題:電學實驗必備基礎
1.游標卡尺的原理和讀數(shù)
(1)原理:利用主尺的單位刻度與游標尺的單位刻度之間固定的微量差值制成。不管游標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總長度少1 mm。
(2)讀數(shù):由主尺讀出整毫米數(shù)l0,從游標尺上讀出第n條刻度線與主尺上某一刻度線對齊,則測量值(mm)=(l0+n×分度值) mm。
注意:①游標卡尺的分度值一般為游標尺上總刻度格數(shù)的倒數(shù)。
刻度格數(shù) 分度值 (mm) 測量結果
10 0.1 主尺上讀的毫米數(shù)+0.1n
20 0.05 主尺上讀的毫米數(shù)+0.05n
50 0.02 主尺上讀的毫米數(shù)+0.02n
②游標卡尺不需要估讀。
2.螺旋測微器的原理和讀數(shù)
(1)原理:固定刻度上的精密螺紋的螺距為0.5 mm,即旋鈕每旋轉一周,測微螺桿前進或后退0.5 mm,而可動刻度上有50個等分刻度,每轉動一小格,測微螺桿前進或后退0.01 mm,即螺旋測微器的分度值為0.01 mm。讀數(shù)時需要估讀到毫米的千分位上,因此,螺旋測微器又叫千分尺。
(2)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)。
3.電流表和電壓表的讀數(shù)
4.電阻箱
(1)在電路中可作為可調(diào)節(jié)的標準電阻使用。
(2)讀數(shù)時,各旋鈕對應指示點的讀數(shù)乘面板上標記的倍數(shù),然后相加,就得出電阻的阻值,讀數(shù)時按從高倍到低倍的順序讀出。
[例1] 【游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)】 (2024·河北秦皇島開學考試)(1)如圖甲、乙、丙所示的三把游標卡尺,它們的游標尺分別為9 mm長10等分、19 mm長20等分、49 mm長50等分,它們的讀數(shù)依次為　　 　　 mm,
　　　　 mm,　　　　 mm。
17.7
23.85
3.18
【解析】 (1)題圖甲游標卡尺的主尺讀數(shù)為17 mm,游標尺讀數(shù)為7×0.1 mm=0.7 mm,最后結果是17 mm+0.7 mm=17.7 mm。題圖乙游標卡尺的主尺讀數(shù)為23 mm,游標尺讀數(shù)為17×0.05 mm=0.85 mm,最后結果是23 mm+0.85 mm=23.85 mm。題圖丙游標卡尺的主尺讀數(shù)為3 mm,游標尺讀數(shù)為9×0.02 mm=0.18 mm,最后結果是3 mm+
0.18 mm=3.18 mm。
(2)讀出下面各螺旋測微器的讀數(shù),圖丁為　　　 mm,圖戊為　　　 mm,圖己為　　 　　 mm。
4.040
1.100
3.515(3.514～3.516均可)
【解析】 (2)題圖丁的讀數(shù)為4 mm+4.0×0.01 mm=4.040 mm。題圖戊的讀數(shù)為1 mm+10.0×0.01 mm=1.100 mm。
題圖己的讀數(shù)為3.5 mm+1.5×0.01 mm=3.515 mm。
方法總結
(1)游標卡尺的讀數(shù)要“三看”。
①第一看分度值。
②第二看游標尺上的零刻度線位置,區(qū)分零刻度線與游標尺最前端。
③第三看游標尺的哪條刻度線與主尺上的刻度線對齊。
(2)螺旋測微器的讀數(shù)三注意。
①半毫米刻度線是否露出。
②一定要估讀一位。
③如果以mm為單位記錄讀數(shù),小數(shù)點后一定是三位數(shù)字,如6.700 mm、0.324 mm等。
[例2] 【電壓表和電流表的讀數(shù)】 (2025·山東青島階段練習)(1)如圖甲所示的電表使用0～0.6 A量程時,對應刻度盤上每一小格代表　　　　 A,圖中表針示數(shù)為　　　 　 A;當使用0～3 A量程時,對應刻度盤中每一小格代表
　　　　 A,圖中表針示數(shù)為　　　　 A。
0.02
0.44
0.1
2.20
【解析】 (1)使用0～0.6 A量程時,刻度盤上的每一小格表示0.02 A,表針示數(shù)為0.44 A;當使用0～3 A量程時,每一小格為0.1 A,表針示數(shù)為2.20 A。
(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)為　　　　 V。
0.1　
1.70　
0.5　
8.5
【解析】(2)電壓表使用0～3 V量程時,每小格表示0.1 V,表針示數(shù)為1.70 V;使用0～15 V量程時,每小格表示0.5 V,表針示數(shù)為8.5 V。
1.電流表的內(nèi)、外接法
項目 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
2.滑動變阻器兩種連接方式的對比
項目 限流式接法 分壓式接法 對比
說明
電 路 圖 串、并聯(lián)
關系
不同
3.滑動變阻器兩種接法的選擇
(1)滑動變阻器的最大阻值和用電器的阻值差不多且不要求電壓從零開始變化,通常情況下,由于限流式結構簡單、耗能少,優(yōu)先使用限流式。
(2)滑動變阻器必須采用分壓式接法的幾種情況。
①“測不全”:要求電壓表從零開始讀數(shù)時,要求電壓(電流)的測量范圍盡可能大,限流式接法無法獲得需要的數(shù)據(jù)。
②“限不住”:若采用限流式接法,電路中的最小電流仍超過電路中電表、電阻允許的最大電流。
③“調(diào)不準”:當待測電阻Rx R0(滑動變阻器的最大阻值)時,限流式接法起不到調(diào)節(jié)電路電壓、電流的作用。
[例3] 【電流表內(nèi)、外接法的選擇】 (2023·全國甲卷,22)某同學用伏安法測繪一額定電壓為6 V、額定功率為3 W的小燈泡的伏安特性曲線,實驗所用電壓表內(nèi)阻約為6 kΩ,電流表內(nèi)阻約為1.5 Ω。實驗中有圖甲和乙兩個電路圖供選擇。
(1)實驗中得到的電流I和電壓U的關系曲線如圖丙所示,該同學選擇的電路圖是圖　　　　(選填“甲”或“乙”)。
甲
(2)若選擇另一個電路圖進行實驗,在圖丙上用實線畫出實驗中應得到的關系曲線的示意圖。
【答案及解析】 (2)若選用另一個電路圖進行實驗,會有U=U燈+IRA,若使燈泡中電流分別為200 mA、400 mA、500 mA,可知對應的電壓分別為U1=1.1 V+0.2×1.5 V=1.4 V,U2=3.3 V+0.4×1.5 V=3.9 V,U3=6.0 V+0.5×
1.5 V=6.75 V,描點連線如圖所示。
[例4] 【滑動變阻器兩種接法的選擇】 (2025·四川成都階段練習)某同學想通過測繪小燈泡的I-U圖像來研究小燈泡的電阻隨電壓變化的規(guī)律,要求小燈泡兩端的電壓由零逐漸增加到2.5 V,并便于操作。已選用的器材有:
待測小燈泡一個(額定電壓為2.5 V,電阻約為幾歐);
電池組(電動勢為3.0 V,內(nèi)阻約1 Ω);
電壓表一個(量程0～3 V,內(nèi)阻約為3 kΩ);
電流表一個(量程0～0.6 A,內(nèi)阻約為0.1 Ω);
開關一個、導線若干。
(1)實驗中所用的滑動變阻器應選下列中的　 。
A.滑動變阻器(最大阻值為10 Ω,額定電流為2 A)
B.滑動變阻器(最大阻值為1 500 Ω,額定電流為0.5 A)
A
【解析】 (1)要求小燈泡兩端的電壓由零逐漸增加,滑動變阻器應采用分壓式接法,應選擇最大阻值較小的滑動變阻器,故A正確。
(2)實驗的電路圖應選用　　　　。
A　 B C　 D
B
【解析】(2)測繪小燈泡的I-U圖像需要電壓從零開始,所以滑動變阻器采用分壓式接法,小燈泡電阻比較小,所以采用電流表外接法,故原理圖應選B。
(3)實驗得到小燈泡的I-U圖像如圖所示,則可知隨著電壓的增大,小燈泡的電阻　　　　 　(選填“增大”“減小”或“不變”)。如果將這個小燈泡接到電動勢為2.5 V、內(nèi)阻不計的電源兩端,小燈泡消耗的功率為
　 　 W(結果保留2位有效數(shù)字)。
增大
1.1
【解析】 (3)根據(jù)小燈泡的I-U圖像可知,電壓增大,小燈泡的電阻增大;
根據(jù)小燈泡的I-U圖像可知,當U=2.5 V時,I=0.43 A,可求得P=UI≈1.1 W。
電表的兩種改裝
項目 改裝成大量程電壓表 改裝成大量程電流表
內(nèi)部電路
校準電路 改裝成的電壓表 改裝成的電流表
[例5] 【電流表的改裝】 (2025·江蘇揚州開學考試)實驗室中有一個量程較小的電流表G,其內(nèi)阻約為1 000 Ω,滿偏電流為100 μA,現(xiàn)將它改裝成量程為0～1 mA、0～10 mA的雙量程電流表。現(xiàn)有器材如下:
A.滑動變阻器R1,最大阻值為50 Ω
B.滑動變阻器R2,最大阻值為50 kΩ
C.電阻箱R′,最大阻值為9 999 Ω
D.電源E1,電動勢為3.0 V(內(nèi)阻不計)
E.電源E2,電動勢為6.0 V(內(nèi)阻不計)
F.定值電阻若干
G.開關S1和S2、導線若干
(1)先采用半偏法測量電流表G的內(nèi)阻,實驗電路如圖甲所示。為提高測量精確度,選用的滑動變阻器為　　　　,選用的電源為　　　　。(填器材前的字母序號)
B
E
【解析】 (1)采用半偏法測量電流表G的內(nèi)阻,實驗中在開關S2閉合前后,始終認為電路中的干路電流不變,即實驗中為了減小系統(tǒng)誤差,滑動變阻器接入的阻值需要遠大于電流表G的內(nèi)阻,故滑動變阻器應選擇R2;滑動變阻器接入電路的阻值越大,誤差越小,可得電源電動勢至少為E=IgR2m=5 V,可知,電源選擇6.0 V比選擇3.0 V更能滿足滑動變阻器接入的阻值需要遠大于電流表G的內(nèi)阻的要求,系統(tǒng)誤差更小。
(2)如果在(1)中測得電流表G的內(nèi)阻為990 Ω,將電流表G改裝成量程為0～
1 mA、0～10 mA的雙量程電流表,設計電路如圖乙所示,則在此電路中,
RA=　　　　 Ω,RB=　　　　 Ω。
11
99
(3)再將該電流表G改裝成量程合適的電壓表,用于測量一舊干電池的電動勢和內(nèi)阻,實驗采用如圖丙所示電路。實驗過程中,將電阻箱撥到20.0 Ω時,電壓表讀數(shù)為0.80 V;若將電阻箱撥到如圖丁所示的阻值時,電壓表的讀數(shù)如圖戊所示,讀數(shù)是　　　　 V。根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù),可以計算出干電池的電動勢E=　　　　 V(結果保留2位有效數(shù)字),該測量結果　　　　(選填
“偏大”“偏小”或“準確”)。
1.10
1.2
偏小
[例6] 【電壓表的改裝】 (2025·四川成都階段練習)在探究小燈泡電阻規(guī)律的實驗中,實驗電路圖如圖所示,所用器材有:
小燈泡(額定電壓2.5 V,額定電流0.3 A);
電壓表(量程0～300 mV,內(nèi)阻為300 Ω);
電流表(量程0～300 mA,內(nèi)阻為0.27 Ω);
定值電阻R0(A.R0=10 Ω;B.R0=200 Ω);
滑動變阻器R1(A.0～20 Ω;B.0～200 Ω);
電阻箱R2(最大阻值9 999.9 Ω);
電源E(電動勢6 V,內(nèi)阻不計);
開關S、導線若干。
完成下列填空:
(1)滑動變阻器R1應選擇　　　　 (選填“A”或“B”),初始滑片應滑在
　　　　(選填“a”或“b”)端。
A
a
【解析】 (1)由電路圖可知,滑動變阻器采用分壓式接法,則滑動變阻器應選最大阻值較小的,即選擇A。初始滑片應滑在a端,以保證閉合開關時,測量電路的電流值和電壓值最小。
(2)為使電壓表量程擴大至3 V,應將R2的阻值調(diào)整為　　　 　 Ω,定值電阻R0選擇　　　　(選填“A”或“B”)。
2 700
A
(3)某次測量電壓表的讀數(shù)為152 mV,電流表的讀數(shù)為240 mA,此時小燈泡的電阻為　　　　。(保留2位有效數(shù)字)
6.3 Ω
[例7] 【電阻表的改裝】 (2025·江蘇徐州模擬)某同學欲將內(nèi)阻為98.5 Ω、量程為0～100 μA的電流表改裝成電阻表并進行刻度和校準,要求改裝后電阻表的15 kΩ刻度正好對應電流表表盤的50 μA 刻度。可選用的器材還有:定值電阻R0(阻值14 kΩ)、滑動變阻器R1(最大阻值1 500 Ω)、滑動變阻器R2(最大阻值500 Ω)、電阻箱(0～99 999.9 Ω)、干電池(E=1.5 V,r=1.5 Ω)、紅、黑表筆和導線若干。
(1)電阻表設計。
將圖甲中的實物連線組成電阻表。電阻表改裝好后,滑動變阻器R接入電路的電阻應為　　　 Ω;滑動變阻器選　　　　(選填“R1”或“R2”)。
900
R1
(2)刻度電阻表表盤。
通過計算,對整個表盤進行電阻刻度,如圖乙所示。表盤上a、b處的電流刻度分別為25和75,則a、b處的電阻刻度分別為　　　　、　　　。
45
5
(3)校準。
紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電阻表指針指向　　　　 kΩ處;將紅、黑表筆與電阻箱連接,記錄多組電阻箱接入電路的電阻值及電阻表上對應的測量值,完成校準數(shù)據(jù)測量。若校準某刻度時,電阻箱旋鈕位置如圖丙所示,則電阻箱接入的阻值為　　 　 Ω。
0
35 000.0
【解析】 (3)紅、黑表筆短接的目的是進行歐姆調(diào)零,應使電阻表指針指向0 kΩ處;題圖丙中×10k的旋鈕指向3,×1k的旋鈕指向5,其余旋鈕都指向0處,故讀數(shù)為35 000.0 Ω。
1.實驗儀器的選擇原則
根據(jù)實驗原理和實驗室條件選擇實驗儀器是進行正確測量的前提,一般遵循以下四個原則。
(1)安全性原則:要能夠根據(jù)實驗要求和客觀條件選用合適的儀器,使實驗切實可行,能達到預期目標。另外還要注意測量儀器的量程,電阻類器件的電流不能超過其最大允許電流等。
(2)準確性原則:根據(jù)實驗的需要,選用精度合適的測量工具,但對某個實驗來講,分度值夠用即可,并不是越高越好。
(3)操作性原則:實驗時需考慮調(diào)節(jié)方便,便于操作,如滑動變阻器的選擇,既要考慮它的額定電流,又要考慮它的阻值范圍,在二者都能滿足實驗要求的情況下,還要考慮阻值大小在實驗操作中是否調(diào)節(jié)方便。
(4)可行性原則:注重實際,滿足實驗要求;并且使電路元件少,耗能少。
2.幾種儀器的選擇
(1)電流表和電壓表。
(2)滑動變阻器。
根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍選擇滑動變阻器。注意流過滑動變阻器的電流不超過額定值。對高阻值的滑動變阻器,如果滑片稍有移動,使電流、電壓有很大變化的,不宜采用。
①在滑動變阻器作限流作用時,為使負載Rx既能得到較寬的電流調(diào)節(jié)范圍,又能使電流變化均勻,選擇滑動變阻器時,應使其最大電阻R0大于Rx,一般在2～5倍為好。
②在滑動變阻器作分壓作用時,一般使滑動變阻器的最大電阻R0在0.1Rx～0.5Rx之間為好。
(3)電源。
保證電源能為實驗提供合適的電流或電壓,應與實驗中提供的其他器材相匹配。
3.對器材的選擇的一般步驟
(1)找出唯一性的器材。
(2)草畫電路圖(暫不把電表接入)。
(3)估算最大值(在限流電路中把滑動變阻器滑片推向最小值)。
[例8] 【實驗儀器的選擇】 (2025·寧夏銀川階段練習)有一個小電珠上標有“4 V　2 W”的字樣,現(xiàn)在要用伏安法描繪這個電珠的I-U圖線。有下列器材可供選用:
A.電壓表(0～5 V,內(nèi)阻10 kΩ)
B.電壓表(0～10 V,內(nèi)阻20 kΩ)
C.電流表(0～0.3 A,內(nèi)阻1 Ω)
D.電流表(0～0.6 A,內(nèi)阻0.4 Ω)
E.滑動變阻器(0～5 Ω,1 A)
F.滑動變阻器(0～500 Ω,0.2 A)
(1)實驗中電壓表應選用　　　,電流表應選用　　　。(均用序號字母表示)
A
D
(2)為使實驗誤差盡量減小,要求電壓從零開始變化且多取幾組數(shù)據(jù),滑動變阻器應選用　　　 　(用序號字母表示),實驗中滑動變阻器應采用　　　 　(選填“分壓”或“限流”)式接法。
E
分壓
【解析】 (2)要求電壓從零開始變化且多取幾組數(shù)據(jù),滑動變阻器應采用分壓式接法,分壓式接法應選用最大阻值較小的滑動變阻器,故選E。
儀器選擇的技巧
(1)巧用電阻或電表阻值的信息。
①電阻的阻值信息。
“等于”:一般可以用于電表改裝或精確計算。
“約為”:用于估算。
方法總結
②電表的阻值信息。
“等于”:a.用于改裝大量程電表。
b.電流表可作電壓表使用或電壓表可作電流表使用。
c.除了測量電壓(電流)外,電表的阻值可用于準確計算待測電阻、支路的電流或電壓。
“約為”:用于估算。
方法總結
(2)電流表、電壓表量程的選擇。
①根據(jù)U-I(I-U)圖像中坐標值或表格中數(shù)值范圍。
②根據(jù)待測電阻的額定值(P、U、I)綜合計算,確定電流表或電壓表量程。
方法總結
[例9] 【電學實驗實物圖連線】 (2025·河北石家莊模擬)為了精確測量電流表G1的內(nèi)阻,實驗室提供器材如下:
A.待測電流表G1(0～200 μA,內(nèi)阻約2 kΩ)
B.電流表G2(0～1 mA,內(nèi)阻約1 kΩ)
C.定值電阻R1(阻值為500 Ω)
D.定值電阻R2(阻值為50 Ω)
E.滑動變阻器R3(0～20 Ω)
F.干電池E(電動勢為1.5 V,內(nèi)阻不計)
G.開關S及導線若干
(1)實驗要求多測幾組數(shù)據(jù),并方便操作,定值電阻應選　　　　。(填寫器材前面的序號)
C
【解析】 (1)實驗要求多測幾組數(shù)據(jù),并方便操作,定值電阻應選與電流表G1內(nèi)阻較接近的R1與電流表G1并聯(lián)。
(2)選擇恰當?shù)钠鞑暮?用筆畫線將圖甲中的實物電路補畫完整。
甲
【答案及解析】 (2)電路連線如圖。
(3)調(diào)節(jié)滑動變阻器R3滑片至合適位置,電流表G1、G2的示數(shù)分別為I1、I2,待測電流表G1內(nèi)阻表達式為Rg=　　　　　　。(用題中已知物理量的符號表示)
(4)測得電流表G1內(nèi)阻為1 800 Ω。某同學利用電流表G1、光敏電阻R和電源E′(電動勢4.5 V,內(nèi)阻不計)、定值電阻R0(阻值為20 kΩ)等器材為教室設計了一個簡易照度計,其電路如圖乙所示,光敏電阻R的阻值隨照度的變化關系如圖丙所示,圖丙中照度“適中”對應圖乙中電流表G1的示數(shù)范圍為
　　　　 　 μA。(結果保留3位有效數(shù)字)
122～162
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,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,再將要并聯(lián)的元件并聯(lián)到電路中去。
(2)連線時要將導線接在接線柱上,兩條導線不能交叉。
方法總結
(3)要注意電表的量程和正、負接線柱,要使電流從電表的正接線柱流入,從負接線柱流出。
(4)滑動變阻器的接法。
限流法:導線分別連接到上、下接線柱上(一上一下,兩個接線柱)。
分壓法:導線分別連接到上邊一個接線柱和下邊兩個接線柱上(一上兩下,三個接線柱)。
方法總結
對點1.基本儀器的使用及讀數(shù)
1.(6分)(2024·黑龍江齊齊哈爾期中)某同學用螺旋測微器測圓柱體的直徑時,示數(shù)如圖甲所示,此示數(shù)為　　　 　 mm;用游標卡尺測量某物體的厚度時,示數(shù)如圖乙所示,此示數(shù)為　　　　 cm。另一位學生用游標尺上標有50等分刻度的游標卡尺測一工件的長度,測得的結果如圖丙所示,則該工件的長度L=　　　　 cm。
基礎對點練
8.472(8.471～8.473均可)
2.060
5.236
【解析】 題圖甲中螺旋測微器的固定刻度示數(shù)為8 mm,可動刻度示數(shù)為47.2×0.01 mm=0.472 mm,所以最終示數(shù)為8 mm+0.472 mm=8.472 mm;
題圖乙中游標卡尺的主尺示數(shù)為20 mm,游標尺示數(shù)為12×0.05 mm=
0.60 mm,所以最終示數(shù)為20 mm+0.60 mm=20.60 mm=2.060 cm。題圖丙中工件的長度L=52 mm+18×0.02 mm=5.236 cm。
對點2.測量電路與控制電路的選擇
2.(8分)(2025·北京西城階段練習)在電學實驗設計電路時,要思考以下兩個問題:
(1)電流表是內(nèi)接還是外接
如圖甲所示,某同學測量燈泡電阻時采用試接的方法,讓電壓表的一端接在A點,另一端先后接在B點和C點。他發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)有明顯變化,而電流表示數(shù)無明顯變化,說明小燈泡的阻值與　　　 　(選填“電流表”或“電壓表”)的阻值接近,應選擇電流表　　　　(選填“內(nèi)接”或“外接”)的電路。
電流表
外接
【解析】 (1)該同學發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)有明顯變化,而電流表示數(shù)無明顯變化,說明小燈泡的阻值與電流表的阻值接近,應選擇電流表外接法。
則圖丙中的圖線a對應的滑動變阻器的最大阻值為　　　 　(選填“10 Ω”“100 Ω”或“1 000 Ω”),為了更有利于完成實驗應選擇　　　　(填選項前的字母)。
A.最大阻值更大的滑動變阻器
B.最大阻值比Rx大2～5倍的滑動變阻器
C.最大阻值更小的滑動變阻器
1 000 Ω
C
【解析】 (2)隨滑片移動過程中,圖線a電壓表示數(shù)變化較小,說明定值電阻與滑動變阻器左側部分并聯(lián)變化較小,說明滑動變阻器阻值較大,即最大阻值為1 000 Ω 的滑動變阻器。為了使電壓表示數(shù)變化明顯,應使用最大阻值更小的滑動變阻器,故C正確。
對點3.電表的改裝
3.(8分)(2025·云南玉溪模擬)某同學找到一個表盤刻度清晰、參數(shù)缺失的靈敏電流表G,為測量該電流表的參數(shù),該同學進行了下列操作:
(1)將靈敏電流表G按如圖所示的電路連接,開關閉合前,滑動變阻器RP的滑片應置于　　　　(選填“最左端”“最右端”或“正中間”)。
最左端
【解析】 (1)為確保實驗安全,開關閉合前,滑動變阻器RP的滑片要在最左端。
(2)將電阻箱R調(diào)為500 Ω,閉合開關,調(diào)節(jié)滑動變阻器RP的滑片使靈敏電流表G的指針滿偏,此時電壓表V的示數(shù)為4.2 V。
(3)保持電壓表V的示數(shù)不變,反復調(diào)整電阻箱R的阻值和滑動變阻器RP的滑片位置,使靈敏電流表G的指針半偏,此時電阻箱R的阻值為1 200 Ω。
(4)可知靈敏電流表G的內(nèi)阻為　　　　 Ω,滿偏電流為　　　　 mA。
200
6
(5)若要將該電流表改裝為量程為0～3 V的電壓表,則需要串聯(lián)一個　 　 Ω的電阻。
300
【解析】 (5)將G改裝成量程為0～3 V的電壓表,根據(jù)串聯(lián)電路規(guī)律有U′=Ig(Rg+R0),解得R0=300 Ω。
4.(7分)(2025·四川南充模擬)采用如圖甲所示的電路進行“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗。
可供選擇的實驗儀器如下:
小燈泡L:“3.8 V　0.3 A”;
電壓表V:量程0～5 V,內(nèi)阻5 kΩ;
電流表A1:量程0～100 mA,內(nèi)阻4 Ω;
電流表A2:量程0～500 mA,內(nèi)阻0.4 Ω;
滑動變阻器R1:最大阻值100 Ω,額定電流0.5 A;
滑動變阻器R2:最大阻值10 Ω,額定電流2.0 A;
直流電源E:電動勢約為6 V,內(nèi)阻約為0.5 Ω。
(1)在上述器材中,電流表應選　　　　,滑動變阻器應選　　　　。(填儀器符號)
A2
甲
R2
對點4.電學實驗的儀器選擇及實物連線
【解析】 (1)燈泡的額定電流為0.3 A,所以電流表應選擇量程為0～500 mA的A2。本實驗電路中,滑動變阻器采用的是分壓式接法,為方便調(diào)節(jié),應選擇最大阻值較小的滑動變阻器,故選R2。
(2)根據(jù)電路圖補全圖乙中實物圖連線。
【答案及解析】 (2)根據(jù)實驗電路圖連接實物圖如圖所示。
綜合提升練
5.(11分)(2025·安徽合肥開學考試)某同學為了描繪標有“3.8 V　0.5 A”的小燈泡的伏安特性曲線,準備了以下器材:
電流表A1(量程0～600 mA,內(nèi)阻約2 Ω);
電流表A2(量程0～40 mA,內(nèi)阻約1 Ω);
電壓表V(量程0～15 V,內(nèi)阻約15 kΩ);
電阻箱R(9 999.9 Ω);
滑動變阻器R1(0～10 Ω);
滑動變阻器R2(0～200 Ω);
電源電動勢為4 V,內(nèi)阻約0.04 Ω;
單刀單擲開關一個、單刀雙擲開關兩個;
導線若干。
(1)該同學在選擇實驗器材時發(fā)現(xiàn),實驗室提供的電壓表不合適,原因是
　　　　　　。
量程太大
【解析】 (1)電源電動勢為4 V,電壓表量程0～15 V,所以電壓表量程太大。
(2)為了能夠順利完成實驗,該同學設計了如圖所示的電路,先測量電流表A2的內(nèi)阻,然后再描繪小燈泡的伏安特性曲線。
①根據(jù)原理圖連接電路,器材中的滑動變阻器應選擇　　　,閉合開關S前,滑動變阻器的滑片應在最左端。
R1
【解析】 (2)①電路中,滑動變阻器為分壓式接法,所以滑動變阻器應選擇最大阻值較小的R1。
②閉合開關S,將單刀雙擲開關S1接觸點1,S2接觸點3,調(diào)節(jié)滑動變阻器和電阻箱,使兩電流表均有適當?shù)淖x數(shù),用I1、I2表示電流表A1、A2的示數(shù),用R0表示電阻箱的示數(shù),則電流表A2的內(nèi)阻可表示為　　　　　　(用I1、I2和R0表示)。
③多次改變電阻箱的阻值,測出多組數(shù)據(jù),測得電流表A2內(nèi)阻的平均值為1.3 Ω。
④將單刀雙擲開關S1接觸點2,S2接觸點4,調(diào)節(jié)電阻箱使其接入電路的電阻R=98.7 Ω。
⑤調(diào)節(jié)滑動變阻器,當A1示數(shù)為312 mA時,A2示數(shù)為20 mA,此時流過小燈泡的電流為　　　 mA,小燈泡兩端的電壓為　　　　 V。
292　
2
【解析】 ⑤流過小燈泡的電流為IL=I1-I2=292 mA,小燈泡兩端的電壓為UL=I2(R+RA2)=2 V。

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