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(共62張PPT)
第九章　電路及其應用　電能
思維進階課十一　電學實驗基礎(含長度的測量及測量工具的選用)
[學習目標]　1．掌握常用儀器的使用方法及讀數方法。
2．掌握電流表的內、外接法及滑動變阻器的兩種連接方式。
進階1　常用儀器的使用與讀數
1．游標卡尺讀數的“三看”“一讀”
(1)第一看→精確度。例如，甲圖易錯讀成11 mm＋3.0×0.1 mm＝11.30 mm，正確讀數為11.3 mm，游標卡尺不需估讀，后面不能隨意加零，也不能隨意去零。
(2)第二看→游標尺上的0刻度線位置，區(qū)分零刻度與標尺最前端。例如，乙圖易錯讀成13 mm＋10×0.05 mm＝13.50 mm，正確讀數為14 mm＋10×0.05 mm＝14.50 mm。
(3)第三看→游標尺的哪條刻度線與主尺上的刻度線對齊。
(4)讀數
若用x表示由主尺上讀出的整毫米數，K表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻度線對齊的游標尺的格數，則記錄結果表示為(x＋K×精確度)mm。
2．螺旋測微器的讀數要注意
(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，小數點后一定是三位數字，如：6.700 mm、0.324 mm等。
3．電流表、電壓表和電阻箱的使用和讀數
電流表 電壓表 電阻箱
量程選擇 電流表：0～0.6 A和0～3 A；電壓表：0～3 V和0～15 V (1)選擇合適(精確)的量程，不能超過量程 (2)不能確定量程時，各表都要選擇最大量程 常見量程：0～999.9 Ω和0～
9 999 Ω 等
電流表 電壓表 電阻箱
注意事項 (1)使用前進行零點調整 (2)電流從正接線柱流入，從負接線柱流出 (1)電阻箱沒有正負極
(2)電阻箱阻值變化是不連續(xù)的
電流表 電壓表 電阻箱
估讀原則 (1)一般最小刻度是1、0.1、0.01……的采用十分之一估讀，即估讀到分度值的下一位 (2)最小刻度是2、0.2、0.02……的估讀到分度值的二分之一(本位估讀) (3)最小刻度是5、0.5、0.05……的估讀到分度值的五分之一(本位估讀) (1)沒有估讀，各旋盤指示點的示數乘對應倍數后相加，就是接入電路的電阻值
(2)旋盤倍數“×0.1” 的指示點為0時，十分位的0不能省略，如825.0 Ω
[典例1]　為了測量一精密金屬絲的電阻率：
先用多用電表電阻擋“×1”擋粗測其電阻為______ Ω(如圖甲)，然后用螺旋測微器測其直徑為______________________ mm(如圖乙)，游標卡尺測其長度是________ mm(如圖丙)。
6.0
2.095(2.094～2.096均可)
36.2
[解析]　由于多用電表為“×1”擋，根據題圖甲可得其電阻為6.0 Ω； 由題圖乙可得其直徑為D＝2 mm＋0.01 mm×9.5＝2.095 mm；游標卡尺精確度為 0.1 mm，故由題圖丙可得其長度為L＝36 mm＋
0.1 mm×2＝36.2 mm。
[典例2]　(1)如圖甲所示的電表使用0.6 A量程時，對應刻度盤上每一小格代表________ A，圖中指針示數是________ A；當使用3 A量程時，對應刻度盤上每一小格代表________ A，圖中指針示數為________ A。
0.02
0.44
0.1
2.20
(2)如圖乙所示的電表使用較小量程時，每小格表示________ V，圖中指針的示數為________ V；若使用的是較大量程，則這時表盤刻度每小格表示________ V，圖中指針示數為________ V。
0.1
1.70
0.5
8.5
(3)旋鈕式電阻箱如圖丙所示，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2 087 Ω，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_________________。
1 987
將“×1 k”旋鈕調到2，再將“×
100”旋鈕調到0
0～19 998 Ω
[解析]　(1)使用0.6 A量程時，刻度盤上的每一小格為0.02 A，指針示數為0.44 A；當使用3 A量程時，每一小格為0.1 A，指針示數為2.20 A。
(2)電壓表使用3 V量程時，每小格表示0.1 V，指針示數為1.70 V；使用15 V量程時，每小格表示0.5 V，指針示數為8.5 V。
(3)電阻為1 987 Ω。最簡單的操作方法是將“×1 k”旋鈕調到2，再將“×100”旋鈕調到0。每個電阻箱的最大阻值是9 999 Ω，用這樣的兩個電阻箱串聯可得到的最大電阻是2×9 999 Ω＝19 998 Ω，故用兩個這樣的電阻箱，可得到的電阻值范圍為0～19 998 Ω。
項目 內接法 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
進階2　電流表的內接法和外接法
1．電流表內、外接法的比較
項目 內接法 外接法
電阻測量值 R測＝＝Rx＋RA＞Rx，測量值大于真實值 R測＝＝＜Rx，測量值小于真實值
適用條件 RA Rx RV Rx
適用于測量 大電阻 小電阻
2．兩種接法的選擇
(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，宜采用電流表內接法。
(2)比值比較法
①若>(或Rx<)，則用電流表外接法。
②若<(或Rx>)，則用電流表內接法。
(3)實驗試探法：按如圖所示接好電路，讓電壓表一根接線柱P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數有較大的變化，而電流表的示數變化不大，則應采用電流表外接法；如果電流表的示數有較大的變化，而電壓表的示數變化不大，則應采用電流表內接法。
[典例3]　某實驗小組同學要測量阻值約為350 Ω的定值電阻Rx，現備有下列器材：
A．電流表A(量程為10 mA，內阻約為100 Ω)；
B．電壓表V(量程為3 V，內阻約為3 kΩ)；
C．滑動變阻器R1(阻值范圍為0～10 Ω，額定電流為2 A)；
D．定值電阻R2(阻值為750 Ω)；
E．直流電源E(電動勢為4.5 V，內阻不計)；
F．開關S和導線若干。
(1)實驗小組設計了如圖甲、乙所示的兩種測量電路，電阻的測量值可由Rx＝計算得出。式中U與I分別為電壓表和電流表的讀數，則圖________(選填“甲”或“乙”)所示電路的測量值更接近待測電阻的真實值。
乙
(2)若采用(1)中所選電路進行測量，得到電壓表和電流表的示數如圖丙所示，則由此組數據可得待測電阻的測量值Rx＝________ Ω，若所用電壓表和電流表的內阻分別按3 kΩ和100 Ω進行計算，則由此可得待測電阻的真實值R真＝________ Ω(計算結果均保留3位有效數字)。
300　
333
[解析]　(1)由于＝≈8.57>＝＝3.5
可知電流表分壓更明顯，故采用電流表外接法，則題圖乙所示的電路測量更準確，測量值更接近待測電阻的真實值。
(2)根據讀數規(guī)律可知，電壓表的示數U＝1.80 V
電流表的示數為I＝6.0 mA
根據歐姆定律可得待測電阻的阻值為
Rx＝＝ Ω＝300 Ω
電路誤差在于電壓表的分流，則
R真＝＝ Ω≈333 Ω。
項目 限流式接法 分壓式接法 對比說明
電路圖 串、并聯關系不同
進階3　滑動變阻器的分壓接法和限流接法
1．滑動變阻器兩種接法的比較
項目 限流式接法 分壓式接法 對比說明
負載R上電壓調節(jié)范圍(不計電源內阻) ≤U≤E 0≤U≤E 分壓電路調節(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
2．滑動變阻器兩種接法的選擇
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。
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，要求電壓(電流)測量范圍盡可能大。
(2)當待測電阻Rx R(滑動變阻器的最大阻值)時(限流式接法滑動變阻器幾乎不起作用)。
(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、電阻允許的最大電流。
[典例4]　某同學要測量一新材料制成的均勻圓柱體的電阻(圓柱體的電阻約為6 Ω)：
為精確測量其電阻，并且待測電阻的電壓從零開始可以連續(xù)調節(jié)，除待測圓柱體外，實驗室還備有的實驗器材如下：
A．電壓表V1(量程3 V，內阻約為15 kΩ)
B．電壓表V2(量程15 V，內阻約為75 kΩ)
C．電流表A1(量程0.6 A，內阻約為1 Ω)
D．電流表A2(量程3 A，內阻約為0.2 Ω)
E．滑動變阻器R1(0～5 Ω，0.6 A)
F．滑動變阻器R2(0～2 000 Ω，0.1 A)
G．1.5 V的干電池兩節(jié)，內阻不計
H．開關S，導線若干
(1)為了測量多組實驗數據，電壓表應選________；電流表應選________；滑動變阻器應選________。(填寫器材前對應的序號字母)
(2)請設計合理的實驗電路，將電路圖完整地畫在虛線框中，并把實物圖連接完整。
A
C
E
見解析圖
[解析]　(1)兩節(jié)干電池的電動勢為3 V，則電壓表應選A；電路可能出現的最大電流為 A＝0.5 A，則電流表應選C；待測電阻的電壓從零開始可以連續(xù)調節(jié)，則滑動變阻器應接成分壓電路，則應該選擇阻值較小的E。
(2)因RV Rx，則應該采用電流表外接電路；合理的實驗電路如圖甲，實物圖連接如圖乙。
思維進階特訓(十一)
題號
1
3
5
2
4
6
1．(6分)某同學用螺旋測微器測圓柱體的直徑時，示數如圖甲所示，此示數為________________________ mm；用游標卡尺測量某物體的厚度時，示數如圖乙所示，此示數為________ 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。
8.021(8.020～8.022均可)　
2.060
5.236
題號
1
3
5
2
4
6
[解析]　螺旋測微器的固定刻度讀數為8 mm，可動刻度讀數為2.1×0.01 mm＝0.021 mm，所以最終讀數為8 mm＋0.021 mm＝8.021 mm。游標卡尺的主尺讀數為20 mm，游標尺上第12個刻度與主尺上某一刻度對齊，故游標尺讀數為12×0.05 mm＝0.60 mm，所以最終讀數為20 mm＋0.60 mm＝20.60 mm＝2.060 cm。工件的長度L＝52 mm＋0.02×18 mm＝5.236 cm。
題號
1
3
5
2
4
6
2．(6分)電流表量程一般有兩種——0～0.6 A，0～3 A；
電壓表量程一般有兩種——0～3 V，0～15 V。
如圖所示：
題號
1
3
5
2
4
6
(1)接0～3 V量程時讀數為________ V。
(2)接0～15 V量程時讀數為________ V。
(3)接0～3 A量程時讀數為________ A。
(4)接0～0.6 A量程時讀數為________ A。
題號
1
3
5
2
4
6
1.88
9.4
0.80
0.16
[解析]　(1)刻度盤上每一小格為0.1 V，讀數為 1.88 V。
(2)刻度盤上每一小格為0.5 V，讀數為9.4 V。
(3)刻度盤上每一小格為0.1 A，讀數為0.80 A。
(4)刻度盤上每一小格為0.02 A，讀數為0.16 A。
題號
1
3
5
2
4
6
3．(6分)在伏安法測電阻的實驗中，待測電阻Rx約為200 Ω，電壓表V的內阻約為2 kΩ，電流表A的內阻約為10 Ω，測量電路中電流表的連接方式如圖(a)或(b)所示，結果由公式Rx＝計算得出，式中U與I分別為電壓表和電流表的示數。若將圖(a)和(b)中電路測得的電阻值分別記為Rx1和Rx2，則________(選填“Rx1”或“Rx2”)更接近待測電阻的真實值，且測量值Rx1________(選填“大于”“等于”或“小于”)真實值，測量值Rx2________(選填“大于”
“等于”或“小于”)真實值。
題號
1
3
5
2
4
6
Rx1　
大于
小于
[解析]　由于＝＝10，而＝＝20，可見＞，則采用題圖(a)電路測量更準確，即Rx1更接近待測電阻的真實值；由于Rx1＝，其中R真＝，而U＞UR，I＝IR，則Rx1＞R真，即測量值Rx1大于真實值；又由于Rx2＝，R真＝，其中U′＝UR，I′＞IR，則Rx2＜R真，即測量值Rx2小于真實值。
題號
1
3
5
2
4
6
4．(6分)(2024·寧夏銀川高三校考)物理實驗一般都涉及實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗方法、實驗操作、數據分析等。
(1)某同學通過實驗測定阻值約為5 Ω的電阻Rx，用內阻約為3 kΩ的電壓表、內阻約為0.125 Ω的電流表進行測量。他設計了圖甲和圖乙兩種電路，下列說法
正確的是________。
題號
1
3
5
2
4
6
D
A．實驗中應采用圖甲電路，此電路測得的Rx偏大
B．實驗中應采用圖乙電路，此電路測得的Rx偏大
C．實驗中應采用圖乙電路，誤差主要是由電流表分壓引起的
D．實驗中應采用圖甲電路，誤差主要是由電壓表分流引起的
題號
1
3
5
2
4
6
(2)某同學要將一小量程電流表(滿偏電流為 250 μA，內阻為1.2 kΩ)改裝成有兩個量程的電流表，設計電路如圖丙所示，其中定值電阻R1＝40 Ω， R2＝360 Ω。
①當開關S接A端時，該電流表的量程為
0～________ mA。
②當開關S接B端時，該電流表的量程為
0～________ mA。
題號
1
3
5
2
4
6
1
10
[解析]　(1)根據＝5 Ω>5 Ω，可知電流表應采用外接法，即實驗中采用題圖甲電路圖，由于電壓表的分流作用，使得測量的電流值偏大，則根據R＝，可知測得的電阻比真實值小，故D正確。
(2)①當開關S接A端時，R1和R2串聯接入電路，和電流表并聯，則有IAm＝Ig＋＝0.25 mA＋ mA＝1 mA，該電流表的量程為0～1 mA。
題號
1
3
5
2
4
6
②當開關S接B端時，R2和電流表串聯，再與R1并聯，則有IBm＝Ig＋＝0.25 mA＋ mA＝10 mA，該電流表的量程為0～10 mA。
題號
1
3
5
2
4
6
5．(8分)(2021·浙江6月選考)小李在實驗室測量一電阻R的阻值。
(1)因電表內阻未知，用如圖1所示的電路來判定電流表該內接還是外接。正確連線后，合上開關S，將滑動變阻器的滑片P移至合適位置。單刀雙擲開關K擲到1，電壓表的讀數U1＝1.65 V，電流表的示數如圖2所示，其讀數I1＝________ A；將K擲到2，電壓表和電流表的讀數分別為U2＝1.75 V，I2＝0.33 A。由此可知應采用電流表________(選填“內”或“外”)接法。
題號
1
3
5
2
4
6
0.34
外
題號
1
3
5
2
4
6
(2)完成上述實驗后，小李進一步嘗試用其他方法進行實驗：
①器材與連線如圖3所示，請在虛線框中畫出對應的電路圖；
題號
1
3
5
2
4
6
見解析圖
題號
1
3
5
2
4
6
②先將單刀雙擲開關擲到左邊，記錄電流表讀數，再將單刀雙擲開關擲到右邊，調節(jié)電阻箱的阻值，使電流表的讀數與前一次盡量相同，電阻箱的示數如圖3所示，則待測電阻Rx＝________ Ω。此方法________(選填“有”或“無”)明顯的實驗誤差，其理由是： ______________________________________________________。
5
有
電阻箱的最小分度與待測電阻比較接近(或其他合理解釋)
[解析]　(1)由電流表的表盤可知電流大小為 0.34 A。 電壓表示數變化的百分比為η1＝×100%≈6%，電流表示數變化的百分比為η2＝×100%≈3%，可知電壓表的示數變化更明顯，說明電流表的分壓更嚴重，因此不能讓電流表分壓，應采用電流表外接法。
題號
1
3
5
2
4
6
(2)①電路圖如圖所示。
②兩次實驗電路中電流相同，有I＝
＝，可得Rx＝R0，讀
數可得Rx＝5 Ω。電阻箱的最小分度
和待測電阻阻值接近，這樣測得的阻值不夠精確，如待測電阻阻值為5.4 Ω，則實驗只能測得其為Rx＝5 Ω，誤差較大。
題號
1
3
5
2
4
6
6．(8分)請同學設計一個測量電阻的電路，待測電阻Rx阻值約為
15 Ω，要求用U-I圖像來處理數據，滑動變阻器可在較大范圍內調節(jié)。可供選擇的器材如下：
A．電流表A1，量程100 mA，內阻rA1＝12 Ω；
B．電流表A2，量程2 mA，內阻rA2＝200 Ω；
C．電壓表V1，量程10 V，內阻rV1≈15 kΩ；
D．電壓表V2，量程3 V，內阻rV2≈10 kΩ；
E．保護電阻R0約20 Ω；
題號
1
3
5
2
4
6
F．滑動變阻器R，最大阻值10 Ω，額定電流為1 A；
G．電池組，電動勢12 V，內阻很小；
H．開關及導線若干。
(1)電流表應選________，電壓表應選________(填器材前面的字母序號)。
題號
1
3
5
2
4
6
A
D
(2)設計電路時，電流表應采用________(選填“內接”或“外接”)法，滑動變阻器應采用________(選填“分壓”或“限流”)接法。根據所設計的實驗電路，用筆畫線代替導線連接實物圖。
題號
1
3
5
2
4
6
內接
分壓
(3)若在所測量數據中選一組數據U、I及已知量計算Rx，則其表達式為Rx＝__________(用所給字母表示)。
題號
1
3
5
2
4
6
見解析圖
　－rA1
[解析]　(1)如果選電流表A2，A2滿偏時UV＝IARx＝0.002×15 V＝0.03 V，遠小于給出的電壓表量程，故選A，在電流表A1達到滿偏時，電壓表示數約為2.7 V，電壓表選擇D，也接近滿偏，這樣讀數引起的誤差較小。
題號
1
3
5
2
4
6
(2)因電流表內阻已知，用電流表內接法時，不會因電路設計引起系統誤差，故電流表應采用內接法；因為題中要求畫U-I圖像處理數據，需要測量大量數據，而且滑動變阻器阻值較小，故滑動變阻器應采用分壓接法。
題號
1
3
5
2
4
6
又因電動勢為12 V，而電壓表最大示數約為2.7 V，如果不做任何處理而直接用分壓接法，滑動變阻器滑片只能在約范圍內滑動，不便于調節(jié)，又因滑動變阻器額定電流為1 A，若不做處理，會損壞器材。因此將保護電阻R0串聯在供電電路的
干路上，由于R0的分壓，滑動變阻器的滑
片可大范圍滑動，且不損壞器材。實物圖
如圖所示。
題號
1
3
5
2
4
6
(3)由伏安法知Rx＋rA1＝，得Rx＝－rA1。
謝 謝 ！

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