第9章 链接高考10 电学实验基础-【创新教程】2025年高考物理总复习大一轮教师用书word（人教版）

链接高考10　电学实验基础 考点一　游标卡尺和螺旋测微器的读数 1．游标卡尺 (1)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. (2)精度：对应关系为10分度0.1 mm,20分度0.05 mm, 50分度0.02 mm. (3)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与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(x＋K×精确度)mm. 2．螺旋测微器 (1)原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F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：测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数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)． [典例1]　(1)如图甲所示的三把游标卡尺，它们的游标尺从上至下分别为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，示数如图乙所示，则金属丝的直径是　________　 mm. [解析]　(1)题图甲最上面游标卡尺：主尺读数为17 mm，游标尺读数为7×0.1 mm＝0.7 mm，最后结果是17 mm＋0.7 mm＝17.7 mm. 题图甲中间游标卡尺：主尺读数为23 mm，游标尺读数为17×0.05 mm＝0.85 mm，最后结果是23 mm＋0.85 mm＝23.85 mm. 题图甲最下面游标卡尺：主尺读数为3 mm，游标尺读数为9×0.02 mm＝0.18 mm，最后结果是3 mm＋0.18 mm＝3.18 mm. (2)固定刻度示数为2.0 mm，可动刻度示数为10.0×0.01 mm＝0.100 mm，最后的读数为2.0 mm＋0.100 mm＝2.100 mm. [答案]　(1)17.7　23.85　3.18　(2)2.100 1．某同学用如图甲所示的螺旋测微器测小球的直径时，他应先转动　______　到F靠近小球，再转动　_____　到F夹住小球，直至听到棘轮发出声音为止，拨动　_____　使F固定后读数(以上均填仪器部件字母符号)．正确操作后，螺旋测微器的示数如图乙所示，则小球的直径是　______　 mm. 解析：用螺旋测微器测小球直径时，先转动粗调旋钮D使测微螺杆F靠近被测小球，再转动微调旋钮H使测微螺杆F夹住小球，直到棘轮发出声音为止，拨动止动旋钮G使F固定后读数，读数为6.5 mm＋20.0×0.01 mm＝6.700 mm. 答案：D　H　G　6.700 2．(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. 解析：(1)题图甲读数：主尺读数为17 mm，游标尺读数是5×0.1 mm＝0.5 mm，最后结果是17 mm＋0.5 mm＝17.5 mm.题图乙读数：主尺读数为23 mm，游标尺读数是7×0.05 mm＝0.35 mm，最后结果是23 mm＋0.35 mm＝23.35 mm. (2)由于螺旋测微器校零时有误差，校零时读数为0.003 mm，测量后的读数为0.5 mm＋14.5×0.01 mm＝0.645 mm，去掉校零误差，可得合金丝的直径为0.642 mm. 答案：(1)17.5　23.35　(2)0.003　0.642(0.640～0.644 均可) 考点二　电流表、电压表的读数及改装 1．两种电表的电路结构及读数方法 电流表 电压表 符号 参数 量程：0～0.6 A，0～3 A 内阻：小于1 Ω 量程：0～3 V，0～15 V 内阻：3 kΩ，15 kΩ 电路 结构 读数 方法 视线垂直于刻度盘表面，一般都需估读，3 A量程估读到最小分度的1/10,0.6 A量程估读到最小分度的1/2 视线垂直于刻度盘表面，一般都需估读，3 V量程估读到最小分度的1/10，15 V量程估读到最小分度的1/5 2.两种电表的使用技巧 (1)机械零点的调整：在不通电时，指针应指在零刻线的位置． (2)选择适当量程：估算电路中的电流或电压，指针应偏转到满刻度的以上．若无法估算电路中的电流和电压，则应先选用较大的量程，再逐步减小量程． (3)正确接入电路：电流表应串联在电路中，电压表应并联在电路中，两种表都应使电流从正接线柱流入，从负接线柱流出． (4)正确读数：根据所选量程的准确度，正确读出有效数字和单位． (5)注意内阻：电流表和电压表一方面作为仪器使用，同时又是被测电路中的一个电阻，实验中没有特别要求时，一般不考虑它们的内阻对电路的影响，但有些测量中，不能忽视它们的内阻对被测电路的影响，如伏安法测电阻等． [典例2]　某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表．该同学测得微安表内阻为1 200 Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接，进行改装．然后利用一标准毫安表，根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)． (1)根据图(a)和题给条件，将图(b)中的实物连线． (2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时，微安表的指针位置如图(c)所示．由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是　________　.(填正确答案标号) A．18 mA　　　　　　　 B．21 mA C．25 mA D．28 mA (3)(多选)产生上述问题的原因可能是　________　.(填正确答案标号) A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1 200 Ω B．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1 200 Ω C．R值计算错误，接入的电阻偏小 D．R值计算错误，接入的电阻偏大 (4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k＝　________　. [解析]　(1)量程为250 μA的微安表改装成量程为20 mA的电流表，量程扩大了80倍，需要将定值电阻与微安表并联，然后根据题图(a)的原理连线． (2)当标准毫安表示数为16.0 mA时，对应的微安表读数为160 μA，说明量程扩大了100倍，因此所改装的电表量程是25 mA，选项C正确． (3)当标准毫安表示数为16.0 mA时，对应的微安表读数应为200 μA，而实际测量时微安表读数为160 μA，实际测量时微安表读数偏小，若R值计算无误，而微安表内阻测量错误，则说明微安表实际内阻大于1 200 Ω，选项A正确，B错误；若微安表内阻测量无误，而R值计算错误，则并联接入的电阻的阻值偏小，R的分流较大，导致微安表中电流较小，选项C正确，D错误． (4)预期目的是将量程为250 μA的微安表改装成量程为20 mA的电流表，量程扩大80倍，根据并联电路规律有IgRg＝79IgkR；当标准毫安表示数为16.0 mA时，对应的微安表读数为160 μA，量程扩大了100倍，根据并联电路规律有IgRg＝99IgR；联立解得k＝. [答案]　(1)连线如图所示 (2)C　(3)AC　(4) 3．(1)如图甲所示的电表使用0.6 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3 A量程时，对应刻度盘中每一小格代表　________　 A，图中表针示数为　________　 A. (2)如图乙所示的电表使用较小量程时，每小格表示　________　 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. (3)旋钮式电阻箱如图 丙所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为　________　 Ω.现欲将接入电路的电阻改为2 087 Ω，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)使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，表针示数为0.44 A；当使用3 A量程时，每一小格为0.1 A，表针示数为2.20 A. (2)电压表使用3 V量程时，每小格表示0.1 V，表针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格表示0.5 V，表针示数为8.5 V. (3)电阻为1 987 Ω.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.每个电阻箱的最大阻值是9 999 Ω，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9 999 Ω＝19 998 Ω，故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻范围为0～19 998 Ω. 答案：(1)0.02　0.44　0.1　2.20 (2)0.1　1.70　0.5　8.5 (3)1 987　将“×1 k”挡旋钮调到2，再将“×100”挡旋钮调到0　0～19 998 Ω 4．实验室中有一块量程较小的电流表G，其内阻约为1 000Ω，满偏电流为100 μA，将它改装成量程为1 mA、10 mA的双量程电流表．现有器材如下： A．滑动变阻器，最大阻值50 Ω； B．滑动变阻器，最大阻值50 kΩ； C．电阻箱，最大阻值9 999 Ω； D．电池，电动势3.0 V，内阻不计； E．电池，电动势4.5 V，内阻不计； F．单刀单掷开关S1和S2，单刀双掷开关S3及导线若干． (1)采用如图甲所示电路测量电流表G的内阻，为提高测量精确度，选用的滑动变阻器为　________　，选用的电池为　________　(填器材前的字母序号)；采用此种方法，电流表G内阻的测量值　________　真实值(填“>”“＝”或“<”)． (2)如果在(1)中测得电流表G的内阻为900 Ω，将电流表G改装成双量程电流表，设计电路如图乙所示，则在此电路中R1＝　________　Ω，R2＝　________　Ω. 解析：(1)此为半偏法测量电流表的内阻，滑动变阻器选用阻值较大的B，电池选用电动势较大的E.因闭合S2时，电路中总电阻变小，总电流变大，通过电流表G的电流为，则通过R′的电流大于，则R′<Rg，即测量值偏小． (2)当量程为10 mA时，根据欧姆定律；Ig(Rg＋R2)＝(I－Ig)R1；当量程为1 mA时，根据欧姆定律：IgRg＝(I′－Ig)(R1＋R2)；代入数据解得：R1＝10 Ω，R2＝90 Ω. 答案：(1)B　E　<　(2)10　90 考点三　测量电路与控制电路设计 1．电流表的两种接法 (1)两种接法的比较 内接法 外接法 电路图 误差 原因 电流表分压U测＝Ux＋UA 电压表分流I测＝Ix＋IV 电阻测 量值 R测＝＝Rx＋RA＞Rx 测量值大于真实值 R测＝＝＜Rx 测量值小于真实值 (2)两种接法的选择 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．简单概括为“大内偏大，小外偏小”． ②临界值计算法 Rx＜时，用电流表外接法； Rx＞时，用电流表内接法． ③实验试探法：按如图所示接好电路，让电压表一根接线柱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．滑动变阻器的两种接法 (1)两种接法的比较 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 ≤U≤E 0≤U≤E 负载R上电流 调节范围 ≤I≤ 0≤I≤ 闭合S前 触头位置 b端 a端 (2)两种接法的一般适用条件 ①限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)． ②分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)． (3)必须采用分压法的三种情况 ①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，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． ②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，应改用分压电路． ③若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路． (4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低． [典例3]　(2024·福建宁德·高三校考 )(1)用伏安法测电阻的实验中，除需要满足要求的电流表和电压表外，还有开关、电源、导线、0～20Ω的滑动变阻器、待测电阻(约5 000Ω). 为了减小测量误差，下列关于电路的选择或连接方式，正确的是　___________　. A．电流表内接法、滑动变阻器限流式连接 B．电流表内接法、滑动变阻器分压式连接 C. 电流表外接法、滑动变阻器限流式连接 D．电流表外接法、滑动变阻器分压式连接 (2)伏安法测电阻，测量电路的接法有安培表内接法和安培表外接法两种电路，如图A、B所示，其中　___________　(填A或B)属安培表外接法. 用安培表外接法测Rx，测量值R测＝，与真实值比，是偏　___________　(填大或小)，外接法适用于测阻值较　___________　(填大或小)的电阻. [解析]　(1)待测电阻相对较大，滑动变阻器最大值阻值太小，所以采用电流表内接法、滑动变阻器分压式连接．故选B. (2由题图可知A属于电流表外接，使用外接法时，由于电压表分流而使电流测量值偏大，电压测量值是准确的，则由欧姆定律可知，电阻测量值偏小，根据并联电路分流原理可知适合测量小电阻． [答案]　(1)B　(2)A　小　小 5．有一个电阻Rx，其阻值大约是10 Ω，请选择适当的器材，以便测量其阻值．可供选择的电路如甲、乙图所示．可供选择的器材是： A．电动势4.5 V、内阻不计的电源E B．量程为15 V、内阻10 kΩ的电压表V1 C．量程为3 V、内阻6 kΩ的电压表V2 D．量程为300 mA、内阻4 Ω的电流表A1 E．量程为5 A、内阻2 Ω的电流表A2 F．最大阻值20 Ω、额定电流1.5 A的滑动变阻器R1 G．最大阻值500 Ω、额定电流0.5 A的滑动变阻器R2 H．开关和若干根导线． 则选用的电路是　__________　(填甲或乙)，选用的器材是　________　(填器材的字母代号)． 解析：Rx的阻值大约为10 Ω，与电流表内阻接近，因此用电流表外接法，同时Rx的大约值小于滑动变阻器的总阻值，因而采用限流接法，故选用甲电路；电源电动势E＝4.5 V，E＝Im(Rx＋RA)，Im＝A＝0.321A＝321 mA或Im＝A＝0.375 A ＝375 mA，电流表选D.U＝ImRx＝0.321×10 V＝3.21 V，因而电压表选C，变阻器R2最大值为500 Ω，与Rx偏差太大，因此变阻器选F. 答案：甲　ACDFH 6．在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 Ω，电压表的内阻约为2 kΩ，电流表的内阻约为10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图(a)或(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　________　(选填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1　__________　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2　__________　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值． 解析：由于＝10<＝20，应采用题图(a)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，I＝IR，则Rx1>R真，即测量值Rx1大于真实值；又由于Rx2＝，R真＝，其中U＝UR，I>IR，则Rx2<R真，即测量值Rx2小于真实值． 答案：Rx1　大于　小于 1．某电阻的阻值大约为70 Ω，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3 V，内阻约为15 kΩ)； B．电压表V2(量程15 V，内阻约为75 kΩ)； C．电流表A1(量程250 mA，内阻约为0.2 Ω)； D．电流表A2(量程50 mA，内阻约为1 Ω)； E．滑动变阻器R(最大阻值150 Ω)； 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＝ A≈42.9 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：A　D　乙　小于　电压表分流 2．(2022·辽宁卷)某同学要将一小量程电流表(满偏电流为250μA，内阻为1.2 kΩ)改装成有两个量程的电流表，设计电路如图(a)所示，其中定值电阻R1＝40Ω，R2＝360Ω. (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(b)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)由题图可知当S接A时，R1和R2串联接入电路，和电流表并联，满偏时电流表两端的电压为Um＝Imr＝250×10－6×1.2×103 V＝0.3 V， 此时R1和R2的电流为I＝＝ A＝ 0．75×10－3 A＝0.75 mA， 所以总电流为I总＝Im＋I＝1 mA， 即量程为0～1 mA. (2)当开关S接B端时，由题图可知R1和电流表串联再和R2并联，由于和电流表并联的电阻变小，当电流表满偏时，流过R2的电流变大，干路电流变大，即量程变大；所以比接在A端时大． (3)图甲是电流表的外接法，误差是由于电压表的分流引起的；图乙是电流表的内接法，误差是由于电流表的分压引起的，因为题目中电压表电阻未知，故采用图乙的方法可以修正由电表内阻引起的实验误差． 答案：(1)1　(2)大　(3)乙 3．(2022·全国乙卷，23)一同学探究阻值约为550 Ω的待测电阻Rx在0～5 mA范围内的伏安特性．可用器材有：电压表(量程为3 V，内阻很大)，电流表(量程为1 mA，内阻为300 Ω)，电源E(电动势约为4 V，内阻不计)，滑动变阻器R(最大阻值可选10 Ω或1.5 kΩ)，定值电阻R0(阻值可选75 Ω或150 Ω)，开关S，导线若干． 图(a) (1)要求通过Rx的电流可在0～5 mA范围内连续可调，将图(a)所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图； (2)实验时，图(a)中的R应选最大阻值为　________　(填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器，R0应选阻值为　______　(填“75 Ω”或“150 Ω”)的定值电阻； (3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线．若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图(b)和图(c)所示，则此时Rx两端的电压为　______　V，流过Rx的电流为　________　 mA，此组数据得到的Rx的阻值为　_______　 Ω(保留3位有效数字)． 解析：(1)电流表内阻已知，电流表与R0并联，扩大电流表量程，进而准确测量通过Rx的电流，电压表单独测量Rx的电压；滑动变阻器采用分压式接法，电表从0开始测量，满足题中通过Rx的电流从0～5 mA连续可调，电路图如图 (2)电路中R应选最大阻值为10 Ω的滑动变阻器，方便电路的调节，测量效率高、实验误差小； 通过Rx的电流最大为5 mA，需要将电流表量程扩大为原来的5倍，根据并联分流的规律示意图如下 根据并联分流，即并联电路中电流之比等于电阻的反比，可知＝ 解得R0＝75 Ω (3)电压表每小格表示0.1 V，向后估读一位， 即U＝2.30 V； 电流表每小格表示0.02 mA，本位估读，即0.84 mA，电流表量程扩大5倍，所以通过Rx的电流为I＝4.20 mA； 根据欧姆定律可知Rx＝＝ Ω≈548 Ω. 答案：(1) (2)10 Ω　75 Ω　(3)2.30　4.20　548 学科网（北京）股份有限公司 $$