2025届高考物理二轮复习讲义：专题8 电学实验基础

专题8、电学实验及电学设计 考向一　常用仪器的使用与读数 1．长度测量工具的读数规则 测量仪器 刻度总 长度 每小格与 1 mm的差值 精确度 (可准确到) 游标卡尺（10分度） 9 mm 0.1 mm 0.1 mm 游标卡尺（20分度） 19 mm 0.05 mm 0.05 mm 游标卡尺（50分度） 49 mm 0.02 mm 0.02 mm 螺旋测微器 螺旋刻度总长度 每小格长度（精度） 估读到(又名千分尺) 0.5mm 0.01mm 0.001mm 2．电流表和电压表的读数规则 量程 精确度 读数规则 电流表0～3 A 0.1 A 与刻度尺一样，采用估读，读数规则较简单，只需要精确值后加一估读数即可 电压表0～3 V 0.1 V 电流表0～0.6 A 0.02 A 估读位与最小刻度在同一位，采用估读 电压表0～15 V 0.5 V 估读位与最小刻度在同一位，采用估读 考向二　测量电路与控制电路的设计（以测电阻为核心） 1、 测量电路 (1)两种接法比较 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 适用条件 RA≪Rx RV≫Rx 适用于测量 大阻值电阻 小阻值电阻 (2)两种电路的选择 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：按图所示接好电路，让连接电压表的导线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、 控制电路：滑动变阻器的限流式接法和分压式接法(不计电源内阻) 限流式接法 分压式接法 对比说明 两种接法的电路图 串、并联关系不同 负载R上的电压调节范围 ≤U≤E 0≤U≤E 分压电路调节范围大 负载R上电流调节的范围 ≤I≤ 0≤I≤ 分压电路调节范围大 闭合S前滑片P的位置 b端 a端 都是为了保护电路元件 例1、在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 Ω，电压表V的内阻约为2 kΩ，电流表A的内阻约为10 Ω，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________(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． 【变化1-1】：如果Rx大约值未知，电流表内阻RA已知，测量电路如何选择？ 例2. (2020·高考全国卷Ⅰ)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx，所用电压表的内阻为1 kΩ，电流表内阻为0.5 Ω，该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O、P两点之间，另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图(b)所示的两条U­I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数。 回答下列问题： (1)图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在________(选填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。 (2)根据所用实验器材和图(b)可判断，由图线________(选填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为________Ω(保留一位小数)。 (3)考虑到实验中电表内阻的影响，需对(2)中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为________Ω(保留一位小数)。 解析：(1)若通过Rx相同的电流值，由题图(b)知图线Ⅰ对应的电压值大，则图线Ⅱ是采用电压表跨接在O、P两点的方案测量得到的。 (2)由题图(b)可得图线Ⅰ测得电阻阻值RⅠ＝ Ω＝50.5 Ω，图线Ⅱ测得电阻阻值RⅡ＝ Ω＝47.6 Ω，待测电阻阻值约为50 Ω，＝＝20，＝＝100，因＜，电流表采用内接法更接近待测电阻的真实值，电压表跨接在O、Q两点，测量结果为50.5 Ω。 (3)电压表跨接在O、Q间，测得的阻值为电阻与电流表内阻之和，则R＝RⅠ－RA＝(50.5－0.5)Ω＝50.0 Ω。 答案：(1)O、P　(2)Ⅰ　50.5　(3)50.0 【变式2-1】、某实验小组想测量一段粗细均匀、长度为L=0.5m的合金丝的电阻率。 (1)用螺旋测微器测量该合金丝的直径D，结果如图甲所示,则该合金丝的直径D=_________m (2)用伏安法测量该合金丝的电阻,电路如图乙所示。 ①闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应置于最________(填“左”或“右”)端。 ②闭合开关S1，调整滑动变阻器R的滑片到合适位置，将开关S2接到1上，电压表示数为U1=2.31V，电流表示数为I1=0.36A，保持滑动变阻器R的滑片位置不变，将开关S2接到2上，电压表的示数为U2=2.42V，电流表的示数为I2=0.35A，则开关S接到_________(填“1’或“2”)时，伏安法计算Rx的电阻误差更小。 (3)闭合开关S1，开关S2接到合适位置，改变滑动变阻器R的滑片位置，记录多组电流表示数I和电压表的示数U，并描绘U—I图像如图丙所示，则该合金丝的阻值为Rx=____________Ω。电阻率阻率=____________Ω·m(结果均保留两位有效数字) 答案：（1）1.050mm; (2)①右 ，②“1”；（3）3.8, 6.6×10-6 例3、某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100 μA，内阻大约为2 500 Ω)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 Ω，另一个阻值为2 000 Ω)；电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 Ω)；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． (a) (1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线． (2)完成下列填空： ①R1的阻值为___________Ω(填“20”或“2 000”)． ②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置于中间位置附近． ③将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 Ω，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”)． ④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 Ω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__________Ω(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：________________________________________________． 【解析】　(1)根据原理图(a)，将图(b)中的实物连线如图所示． (2)①滑动变阻器R1在实验中为控制电路，且为分压接法，应选总阻值小的滑动变阻器，故R1的阻值为20 Ω. ②为了保护微安表，S1闭合时，微安表上的电压为零，故开始时应将R1的滑片C滑到滑动变阻器的左端． ③接通S2前后，微安表的示数保持不变，说明S2闭合后，没有电流流过S2，故B、D两点的电势相等． ④实验过程中，由于测量电路，即由Rz、、R2组成的电路的阻值很大，可认为测量电路两端的电压不变，故与Rz互换后通过R2、Rz和的电流不变，电路如图所示． 由于B、D两点的电势相等，对于图甲，I1RμA＝I2R′ I1Rz1＝I2R，即＝ 对于图乙，I1Rz2＝I2R′ I1RμA＝I2R.即＝ 所以＝ 所以RμA＝＝ Ω＝2 550 Ω. (3)提高测微安表内阻的精度，可减小系统误差，如调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程． 规律总结: 在电阻的测量方法中，有一种很独特的测量方法，那就是电桥法，其测量电路如图所示，实验中调节电阻箱R3，当A、B两点的电势相等时，R1和R3两端的电压相等，设为U1，同时R2和Rx两端的电压也相等，设为U2，根据欧姆定律有＝，＝.由以上两式解得R1Rx＝R2R3.这就是电桥平衡的条件，由该平衡条件也可求出被测电阻Rx的阻值．该测量方法没有系统误差，R测＝R真． 例4．已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系．所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)． (1)在所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图______________ (2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值．若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为____________kΩ(保留2位有效数字)．实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图(a)所示． (3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ.由图(a)求得，此时室温为_____________℃(保留3位有效数字)． (4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图(b)所示．图中，E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警．若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中__________(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为_____________kΩ(保留2位有效数字)． 【解析】　(1)滑动变阻器采用分压式，电压表可视为理想表，所以用电流表外接．连线如图． (2)由部分电路欧姆定律得R＝＝ Ω≈1.8 kΩ (3)由图(a)可以直接读出该电阻的阻值为2.2 kΩ时对应的温度为25.5 ℃. (4)温度升高时，该热敏电阻阻值减小，分得电压减少．而温度高时要求输出电压升高，以触发报警，所以R1为热敏电阻．由图线可知，温度为50 ℃时，R1＝0.8 kΩ，由欧姆定律可得E＝I(R1＋R2)，U＝IR2，代入数据解得R2＝1.2 kΩ. 例5、从下列器材中选出适当的器材，设计一测量金属丝的电阻率的电路。要求操作简便，又 尽可能有较高的测量精度，并能得到多组数据。 金属丝L(已知其长度为L0，直径为D，电阻小于50 Ω)； 电流表A1(量程为10 mA，内阻r1＝40 Ω)； 电流表A2(量程为500 μA，内阻r2＝750 Ω)； 电压表V(量程为10 V，内阻为10 kΩ)； 保护电阻R1(阻值为100 Ω)； 滑动变阻器R2(总阻值约为20 Ω)； 电池E(电动势为1.5 V，内阻很小)； 开关S及导线若干。 (1)在虚线框中画出电路图，并标明所用器材的代号； (2)若选出测量数据中的一组数据计算电阻率ρ，则表达式ρ＝________。(式中I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数)． 2.解析：(1)如图所示 (2) 例6、(1)为精确描绘导电玻璃器件Rx的伏安特性曲线,要求实验尽量准确.可供选择的器材除圆柱体导电玻璃器件、开关、导线外，还有: A.电压表V，量程0~15 V，内阻约15 kΩ B.电流表A1，量程0~500 mA,内阻约0.5Ω C.电流表A2，量程0~1mA，内阻为r=20Ω D.滑动变阻器R1，最大阻值10Ω，额定电流2.0A E.电阻箱R2最大阻值为9999Ω F.直流电源E，电动势约6V，内阻可忽略不计 (2)在虚线框中画出电路图，标出所选器材对应的电学符号； (3)在实验过程中,串联的电阳箱的阻值应调到R2=________，导电玻璃器件的电阻值的表达式为Rx=___________。(电压表V、电流表A1、电流表A2的读数分别为U、I1、I2，用题中给出的字母表示); (4)该小组同学经过实验操作和数据记录,描绘出了导电玻璃器件的伏安特性曲线如图所示，由此推断导电玻璃器件的电阻值随工作电压的增大而___________(选填“增大”“减小”或“不变”); (5)该小组同学在完成实验后又进行了以下探究：把两只这样的导电玻璃器件并联，直接接在电动势为4V、内阻为10Ω的电源上组成闭合回路。请你根据上述信息估算此时一只导电玻璃器件的功率约为_________W(结果保留2位有效数字) 答案：（2）分压外接（2分）；（3）3980（1分）， （2分）（4）增大（1分）；（5）0.16（2）分 （U=4-20I）【2.8,0.056】 例7.在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小电珠（2.5V，0.6W），滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干。 ①粗测小电珠的电阻，应选择多用电表_____倍率的电阻档（请填写“×1”、“×10”或“×100”）；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图(c)，结果为_____Ω。 ②实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图(d)完成实物图(e)中的连线。 ③开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于____端。为使小电珠亮度增加，P应由中点向_____端滑动。 ④下表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图象，必须在相邻数据点_____间多测几组数据（请填写“ab”、“bc”、“cd”、“de”或“ef”） 数据点 a b c d e f U/V 0.00 0.50 1.00 1.50. 2.00 2.50 I/A 0.000 0.122 0.156 0.185 0.216 0.244 ( 图( c ) A V P a b S E 图( d ) A 3 0.6 红 黑 电源 + 图( e ) ) V A L S ① L V A S ② A V ③ S L A V ④ S L 例7．【答案】①×1、7.5 ②如图所示 ③a，b ④ab ( A 3 0.6 红 黑 电源 + )【解析】①小电珠（2.5V，0.6W）对应电阻为，电阻十几欧，所以选“×1”档。 ②电流表的电阻也就几欧，与电压表几千欧相比，小电珠算小电阻，所以电压表必须外接，伏安特性曲线要求电压从0开始逐渐变大，所以滑动变阻器必须与电压采用分压接法。 ③从a端开始，电压为零，向b端移动，对小电珠所加电压逐渐变大。 ④ab之间电流增加了0.122A，其它段电流增加了0.03A左右，所以需要在ab之间将电流分为0.030A、0.060A、0.090A，分别测出相应的电压值。 例8.现要测量某小量程电流表的内阻，其内阻在5Ω～8Ω之间，可选用的器材如下： A．待测电流表A（量程10 mA）； B．电压表V1（量程0.3 V，内阻约500Ω）； C．电压表V2（量程3 V，内阻约3 kΩ）； D．滑动变阻器R1（最大电阻l0Ω）； E．滑动变阻器R2（最大电阻500Ω）； F．定值电阻R3（阻值10Ω）； G．电源E（电动势3 V）； H．开关S及导线若干。 要求测量结果尽可能精确且电流表、电压表的示数能从零开始调节。 ①器材应选用（填器材序号字母）； ②在方框内画出实验电路图并标明符号； ③电流表A内阻的表达式为RA=_________，式中各符号的物理意义为：_________________。 例8. 【答案】①ABDEFGH；②电路如图；③RA= －R3，电压表读数U、电流表读数I） 【解析】①由于待测电流表内阻较小，且量程较小，即使给待测电流表串联上定值电阻R3，二者两端的总电压也不能超过Im（RA+R3）=0.01×（10+8）V=0.18V，所以电压表应选B；根据电压表的示数能从零开始调节的要求，可知滑动变阻器需要连成分压式，则应选总电阻较小的滑动变阻器，即选D；为使滑动变阻器便于调节且保护电表不被烧毁，需用滑动变阻器R2作为保护电阻，即选E；为了使电压表B的示数能超过其量程的1/3，需要给电流表串联一个调节电阻R3，即F。②本题由于要测电流表内阻，所以应采用内接；根据电压表的示数能从零开始调节的要求，滑动变阻器应连成分压式。③根据电路可得电流表A内阻的表达式为RA=－R3，其中U为电压表读数、I为电流表读数。R1 A R3 V1 E r S R2 例9.电流表A1的量程为0～200μA、内电阻约为500Ω，现要测其内阻，除若干开关、导线之外还有如下器材： 电流表A2：与A1规格相同；滑动变阻器R1：阻值0～20Ω 电阻箱R2：阻值0～9999Ω；保护电阻R3：3kΩ 电源：电动势E约1.5V、内电阻r约2Ω (1) 如图所示，某同学设计了部分测量电路，在此基础上请你将滑动变阻器接入电路中，使实验可以完成。 (2) 电路完成后，依你所选方案写出测量电流表A1内电阻的实验步骤。 例9、 【解析】 （1）完成电路如图 （2）测量电流表A1内电阻的实验步骤： ①将变阻器R1的滑动端移到左端，电阻箱的阻值调到最大。 ②闭合开关S1、S，调节变阻器，使两电流表指针有较大的偏转，记录电流表A2的示数I。 ③断开S1，保持S闭合、R1不变，再闭合S2，调节电阻箱，使电流表A2的示数再次为I。读出此时电阻箱的示数R2，R2的大小为电流表A1内电阻r。即r=R2。 （另法：①将变阻器R1的滑动端移到左端。②闭合开关S1、S2、S，调节变阻器、电阻箱，使两电流表指针有较大的偏转，记录电流表A1的示数I1、电流表A2的示数I2、电阻箱的示数R2。③设r为电流表A1的内电阻，计算如下： 考向三　以测电动势为核心的实验 1． 电源电动势和内电阻的测量方法 方案 伏安法 伏阻法 安阻法 原理 E＝U＋Ir E＝U＋r E＝IR＋Ir 电路图 关系式 U＝E－Ir ＝＋ ＝＋ 图像 纵轴截距：E 斜率：－r 纵轴截距： 斜率： 纵轴截距： 斜率： 2.对实验的两点说明 (1)任何一种实验方法，一定要紧扣闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，其中最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I。 (2)利用图像得出电动势和内阻是常见的方法，对于不同的电路设计，在作图像时都要画出倾斜直线，即得到有关电动势和内阻的一次函数关系，再利用图像中的斜率与截距求解。 例10、某物理兴趣小组想测量一电源的电动势和内阻(电动势约为 1.5 V，内阻约为 10 Ω)，身边没有电流表，仅有电压表、定值电阻R0＝150 Ω、电阻箱R(0～999.9 Ω)、开关及导线。 (1)小张同学设计了如图甲所示的电路图，小明同学设计了如图乙所示的电路图，小王设计了如图丙所示的电路图。通过分析可判断出 ________同学设计的电路图不合适，理由是__________________________。 (2)小张同学通过实验数据描出­R图像的一些点如图丁所示。请根据所描出的点作出一条直线。通过图像求得电源的电动势 E＝________ V，内阻 r＝________ Ω。(结果均保留三位有效数字) (3)根据(2)所得电动势E的测量值________真实值，电源内阻的测量值________真实值。(均选填“大于”“等于” 或“小于”) [解析]　(1)小王同学设计的电路图不合适，理由是由于电源内阻较小，调节电阻箱时电压表的示数变化不明显。 (2)图像如图所示。 由闭合电路的欧姆定律可知E＝U＋(R＋r)，即＝＋R，由图可知＝0.70 V－1，＝ V－1·Ω－1＝ V－1·Ω－1，解得E＝1.52 V，r＝100 Ω。 (3)若考虑电压表内阻的影响，则设电压表与R0并联后的阻值为R′，则R′<R0，表达式变为＝＋R，则所得电动势E的测量值小于真实值，电源内阻的测量值小于真实值。 [答案]　(1)小王　由于电源内阻较小，调节电阻箱时电压表的示数变化不明显　(2)图见解析　1.52(1.50～1.54)　10.0(9.6～10.2)　(3)小于　小于 例11.某同学到实验室做“测电源电动势和内阻”的实验时，发现实验台上有以下器材：V1 A V2 R R0 S E r 待测电源（电动势约为4V，内阻约为2Ω） 一个阻值未知的电阻R0 电压表（内阻很大，有5V、15V两个量程）两块 电流表（内阻约为5Ω，量程500mA） 滑动变阻器A（0～20Ω，3A） 滑动变阻器B（0～200Ω，0.2A） 电键一个，导线若干。 该同学想在完成学生实验“测电源电动势和内阻”的同时测出定值电阻R0的阻值，设计了如图所示的电路。实验时他用U1、U2、I分别表示电表V1、V2、A的读数。在将滑动变阻器的滑片移动到不同位置时，记录了U1、U2、I的一系列值。其后他在两张坐标纸上各作了一个图线来处理实验数据，并计算了电源电动势、内阻以及定值电阻R0的阻值。 根据题中所给信息解答下列问题： （1）在电压表V1接入电路时应选择的量程是_________，滑动变阻器应选择_________（填器材代号“A”或“B”）； （2）在画出图线时，用来计算电源电动势和内阻的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用_________、_________表示；用来计算定值电阻R0的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用_________、__________表示。（填“U1、U2、I”或由它们组成的算式） （3）若实验中的所有操作和数据处理无错误，实验中测得的定值电阻R0的值________（选填“大于”、“小于”或“等于”）其真实值。 例11.【答案】（1）5VA （2）U1 IU1－U2I （3）大于 【解析】待测电动势4V，电压表的量程应选择5V，滑动变阻器调节范围较大且便于操作，应选择0～20Ω的滑动变阻器A；计算电源电动势和内阻的图线应为路端电压U1与干路电流I的关系图线，计算定值电阻R0的图线应为R0两端的电压（U1－U2）与电流I的关系图线；R0两端的电压（U1－U2）没有误差，电流表示数比R0的实际电流偏小，故R0的测量值偏大。 例12.某实验小组认为用一只已知内阻的电流表和电阻箱，采用如图甲所示的电路测电源电动势与内阻，比常规的伏安法更准确。若电流表内阻阻值为RA，则测量的方法与步骤是：R E A r S 图甲 A．将电阻箱阻值R调到最大，闭合S后观察电流表示数，然后_____________，使电流表中的示数指到某两个恰当的值，记下此时电阻箱的阻值R1、R2及对应的电流I1、I2； B．根据以上的数据及_________________定律，建立方程组，即可求出电源的电动势E与内阻r。该方程组的表达式是： _________________、______________________。 ( + _ 0.6 – A 3 3 – V 15 电阻箱 图乙 )他们现在手头只有一个电流表，只知其内阻很小，却不知具体阻值。为了测出该电流表的内阻（0.6A量程），她们找来了如图乙所示两节干电池等实验器材。请你用笔画线将图中的实物连接成能测出电流表内阻的电路。注意滑动变阻器串联接入电路起限流作用，开关闭合前其阻值应_________。 ( + _ 0.6 – A 3 3 – V 15 电阻箱 )12.【答案】再调节电阻箱 闭合电路欧姆定律 连线如图； 最大 【解析】A．应调节电阻箱连入电路的电阻；B．根据闭合电路欧姆定律列方程，。 电路连接：滑动变阻器串联连接，变阻器电阻丝端使用右接线柱，电压表应使用3V量程，实物连线如图所示，开关闭合前滑动变阻器连入电路的阻值应最大。 例13.某校科技小组的同学设计了如图所示的电路测电源电动势E及电阻R1和R2的阻值。实验器材有：待测电源E(不计内阻)，待测电阻R1，待测电阻R2，电流表A(量程为0.6A，内阻不计)，电阻箱R(0～99.99Ω)，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。 ( O R/ Ω 2.0 4.0 3.0 R S 1 E S 2 R 1 R 2 A )（1）测电阻R1的阻值，请将下面的操作步骤补充完整：闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数r1和对应的电流表示数I， ___________________________________， 读出此时电阻箱的示数r2。则电阻R1的表达式为R1＝。 （2） 测得电阻R1＝2.0Ω后，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值。做法是：闭合S1，将S2切换到b，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电流表示数I，由测得的数据，绘出了如图所示的1/I－R图线，则电源电动势E＝____V，电阻R2＝___Ω。 13.【答案】（1）将S2切换到b，调节电阻箱，使电流表的示数仍为Ir1-r2（2）1.5 1.0 【解析】（1）将S2切换到b，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I。因电路中电流I相同，两次测量时电路电阻相等，所以R1=r1-r2 。 （2）根据闭合电路欧姆定律得，，解得，根据图线斜率得电源电动势E=1.5V,由纵轴截距得R2=1.0Ω。 　 考向四、多用电表的原理及使用 例14．一多用电表的简化电路图如图甲所示．已知表头内阻为400 Ω，满偏电流为2 mA；电池E＝1.5 V，E′＝15 V. (1)若R1＝1 Ω，R2＝99 Ω，当选择开关置于2时，多用电表测量的是_________(选填“电流”“电压”或“电阻”)，其测量的最大值(量程)为____________. (2)在(1)的条件下，若R5＝0.92×103 Ω，R6＝9×103 Ω，当选择开关置于6时，多用电表测量的是_______(选填“电流”“电压”或“电阻”)，其测量的最大值(量程)为__________ V。 (3)在(1)的条件下，当选择开关置于3时，多用电表测量的是____________(选填“电流”“电压”或“电阻”)．现要测量一个一千多欧的电阻，应当把选择开关置于_______(选填“1”“2”“3”“4”“5”或“6”)，正确测量时多用电表指针如图乙所示，则所测电阻的阻值为____________Ω. 【解析】　(1)结合题图甲可知，多用电表选择开关置于2时，R1、R2串联后与表头并联，此时多用电表测量的是电流，量程为2 mA＋＝10 mA．(2)当选择开关置于6时，多用电表测量的是电压，此时表头与R1、R2可视为一个新表头(满偏电流为10 mA，内阻为80 Ω)，量程为10 mA×(80＋920＋9 000)Ω＝100 V．(3)当选择开关置于3时，多用电表内含电池，测量的是电阻，由第(2)问分析可知，此时新表头的满偏电流为10 mA，内阻为80 Ω，若测量一个一千多欧的电阻，由闭合电路欧姆定律可知电池的电动势应选15 V．题图乙中指针位于表盘刻度中央，此时所测电阻阻值等于多用电表的内阻，满偏电流为10 mA，电压为15 V，故多用电表的内阻即所测电阻的阻值为1 500 Ω. 例15、实验室中常用指针式多用电表作为测量仪器。 (1)如图甲所示为多用电表原理示意图，虚线框中S为一个单刀多掷开关，通过操作开关，接线柱B可以分别与触点1、2、3接通，从而实现使用多用电表测量不同物理量的功能。关于此多用电表，下列说法正确的是________(选填选项前面的字母)。 A．当S接触点3时，多用电表处于测量电压的挡位，其中接线柱B接的是红表笔 B．当S接触点2时，多用电表处于测量电压的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔 C．当S接触点2时，多用电表处于测量电阻的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔 D．当S接触点1时，多用电表处于测量电流的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔 (2)用实验室的多用电表进行某次测量时，指针在表盘的位置如图乙所示。 ①若所选挡位为直流10 A挡，则示数为________A； ②若所选挡位为电阻×100挡，则示数为________Ω。 (3)用表盘如图乙所示的多用电表正确测量了一个约为15 Ω的电阻后，需要继续测量一个阻值约为2 kΩ的电阻，在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前，请选择以下必需的步骤，并按操作顺序逐一写出步骤的序号：________。 A．将红表笔和黑表笔接触 B．把选择开关旋至“×100”位置 C．把选择开关旋至“×1 k”位置 D．调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点 (4)某小组的同学发现欧姆表的表盘刻度不均匀，分析在同一个挡位下通过待测电阻的电流I和它的阻值Rx的关系，他们分别画出了如图所示的图像，其中可能正确的是________。(选填选项下面的字母) [解析]　(1)根据多用电表的构造原理可知，当S接触点3时，多用电表处于测量电压的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔，选项A错误；当S接触点2时，多用电表处于测量电阻的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔，选项B错误，C正确；当S接触点1时，多用电表处于测量电流的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔，选项D正确。 (2)①若所选挡位为直流10 A挡，则示数为4.2 A； ②若所选挡位为电阻×100挡，则示数为19×100 Ω＝1.9×103 Ω。 (3)用表盘如题图所示的多用电表正确测量了一个约为15 Ω的电阻后，再继续测量一个阻值约为2 kΩ的电阻，在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前，应该把选择开关旋至“×100”位置，将红表笔和黑表笔接触，调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点，然后进行测量。 (4)某小组的同学发现欧姆表的表盘刻度不均匀，分析在同一个挡位下通过待测电阻的电流I和它的阻值Rx的关系，对欧姆表电路，利用闭合电路欧姆定律得I＝，可变换为＝(Rx＋R＋r)，如题图所示的图像，其中可能正确的是A、C。 [答案]　(1)CD　(2)①4.2　②1.9×103 　(3)BAD　(4)AC 例16.使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源（一般为电池）、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端。现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表，量程为60 mA的电流表，电阻箱，导线若干。实验时，将多用电表调至×1 Ω挡，调好零点；电阻箱置于适当数值。完成下列填空：多用电表 电流表 电阻箱 a b 图1 + ⑴仪器连线如图l所示（a和b是多用电表的两个表笔）。若两电表均正常工作，则表笔a为_________（填“红”或“黑”）色； ⑵若适当调节电阻箱后，图1中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图2(a)，(b)，(c)所示，则多用电表的读数为________Ω，电流表的读数为_______mA，电阻箱的读数为_______Ω： （3）欧姆表刻度上中间刻度值为15，计算得到多用电表内电池的电动势为___________V（保留3位有效数字）。 ( mA ×100 ×10 ×1 ×0.1 图2( a ) 图2( b ) 图2( c ) )例16.【答案】(1)黑；(2)14.0、53.0、4.6； (3)1.54 【解析】（1）根据所有电器“红进黑出”的一般原则，对多用电表来说，电流从红表笔进入多用电表，电流从黑表笔从多用电表流出，由于设计电路图中a表笔接在电流表的正极，故电流经过多用电表从a表笔流出，故a表笔为多用电表的黑表笔。 （2）欧姆表读数为R＝14.0Ω；电流表读数为I＝50mA＋×3.0＝53.0mA；电阻箱读数为：4×1Ω＋6×0.1Ω＝4.6Ω。 （3）多用电表接外电路时，考虑到多用电表表头的电流刻度是均匀的，其表头偏转的格数与表盘总格数之比为26：50，而多用电表接外电路时，外电路电流表示数为I＝53.0mA，设表笔短接时通过多用电表的电流为I0，则＝，解得I0＝102mA。设多用电表内阻为r，已知外电路电阻为R＝14Ω，多用电表接外电路时：E＝I(r＋R)，多用电表两表笔短接时：E＝I0r，联立解得多用电表内的电池电动势E＝1.54V。 例17.(10分)在练习使用多用电表的实验中: （1）一多用电表的电阻挡有三个倍率,分别是x10、x100、x1k,用x100挡测量某电阻时,操作步骤正确,发现表头指针偏转角度很大,为了较准确地进行测量,应换到________档 （2）重新测量后,指针位于如图甲所示位置,被测电阻的测量值为__________Ω。 （3）如图乙所示为欧姆表某倍率的内部结构示意图,已知电流计的量程为Ig=100μA,内阻为Rg,定值电阻 R0=,电池电动势为E=6.0V,R为调零电阻,则表盘上30μA刻度线对应的电阻值是___________kΩ, （4）当图乙所示欧姆表的电池的电动势下降到5.6V、内阻增加了5Ω时仍可调零,调零后,测量电阻将偏_______(填“大”或“小”),若测得某电阻为 30kΩ,则这个电阻的真实值为___________ kΩ。 答案：（1）x10；（2）170,；（3）35；（4）大，28 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$