第10章 第三讲 第1课时 电学实验必备的基本知能（课件）-【创新方案】2026年高考物理一轮复习（江苏北京）

电学实验 第 三 讲 第1课时　 电学实验必备的基本知能 （系统知能课） 1 (一)　基本仪器的使用及读数 2 (二)　伏安法测电阻 CONTENTS 目录 3 (三)　滑动变阻器的两种接法 4 (四)　电表的改装 (一)　基本仪器的使用及读数 (一)游标卡尺 1.构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)，游标尺与深度尺是一个整体(如图所示)。 2.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。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格的，其读数见下表： 刻度格数 (分度) 刻度总长度 每小格与 1 mm的差值 精确度 (可准确到) 10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm 20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm 50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm 3.读数：若用x表示从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，则记录结果为(x+K×精确度)mm。 [注意]　对于游标卡尺，无论哪种规格，读数(x+K×精确度)mm中的K值均不需要向后估读一位。 (二)螺旋测微器 1.构造：如图所示，螺旋测微器的测砧和固定刻度是固定在尺架上的；可动刻度、旋钮、微调旋钮是与测微螺杆连在一起的，通过精密螺纹套在固定刻度上。 2.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。 3.读数 (1)测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出。 (2)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)。 (三)电压表、电流表 1.量程选择 选择合适量程：使得测量时指针偏转角度要尽可能大，一般要求超过量程的，但又不能超过量程。 2.电表使用 (1)使用前应先进行零点调整(机械调零)。 (2)红表笔插“+”插孔，黑表笔插“-”插孔。 (3)红表笔接电势高处，黑表笔接电势低处，即电流从红表笔进表，从黑表笔出表。 3.电表估读 (1)最小分度是“1、0.1、0.01、…”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的下一位)。 (2)最小分度是“2、0.2、0.02、…”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的本位)。 (3)最小分度是“5、0.5、0.05、…”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的本位)。 [针对训练] 1.在“测定金属的电阻率”的实验中。 (1)某同学用螺旋测微器测金属丝直径时，测得结果如图甲所示，则该金属丝的直径为　　　　　mm。  解析：(1)螺旋测微器的精确值为0.01 mm，由题图甲可知金属丝的直径为d=2.5 mm+43.2×0.01 mm=2.932 mm。 2.932/2.933 (2)用量程为3 V的电压表和量程为0.6 A的电流表测金属丝的电压和电流时示数如图乙所示，则电压表的读数为　　　　V，电流表的读数为　　　　A。  解析：(2)量程为3 V的电压表的最小分度为0.1 V，应估读到0.01 V，则电压表的读数为2.60 V；量程为0.6 A的电流表的最小分度为0.02 A，则电流表的读数为0.52 A。 2.60 0.52 2.(1)如图所示为三把游标卡尺测量时的情景，甲、乙、丙三把游标卡尺的游标尺的格数分别为10个格、20个格、50个格(图丙未画全)，则其读数依次为　　　　mm、　　　　mm、　　　　mm。  17.6 23.25 3.20 解析：(1)题图甲读数：主尺读数是17 mm，游标尺读数是6×0.1 mm=0.6 mm，最后结果是17 mm+0.6 mm=17.6 mm。 题图乙读数：主尺读数是23 mm，游标尺读数是5×0.05 mm=0.25 mm，最后结果是23 mm+0.25 mm=23.25 mm。 题图丙读数：主尺读数是3 mm，游标尺读数是10×0.02 mm=0.20 mm，最后结果是3 mm+0.20 mm=3.20 mm。 (2)某同学用如图丁所示的螺旋测微器测量小球的直径时，他应先转动　　　　　使F靠近小球，再转动　　　　　使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(填仪器部件字母符号)。正确操作后，螺旋测微器的示数如图戊所示，则小球的直径是　　　　mm。  D H G 6.700 解析：(2)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。 [关键点拨] 1.游标卡尺的读数要“三看” (1)“一看”：精确度是0.1 mm、0.05 mm还是0.02 mm。 (2)“二看”：游标尺上的0刻度线位置，注意区分0刻度线与标尺最前端的边界线。 (3)“三看”：游标尺的第几条刻度线与主尺上的某刻度线对齐。 2.螺旋测微器的读数要注意 (1)半毫米刻度线是否露出。 (2)一定要估读一位。 (3)如果以“mm”为单位记录读数，小数点后一定是三位数字，如6.700 mm、0.324 mm等。 (二)　伏安法测电阻 1.电流表内、外接法的比较   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 适用条件 RA≪Rx，适用于测量大电阻 RV≫Rx，适用于测量小电阻 2.电流表的内、外接法的选择 (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： ①若Rx较小，宜采用电流表外接法； ②若Rx较大，宜采用电流表内接法。 (2)比值比较法： ①若>，则用电流表外接法； ②若<，则用电流表内接法。 [注意]　比值比较法也可以变形为临界值法。即： ①Rx<时，用电流表外接法； ②Rx>时，用电流表内接法； ③Rx=时，内、外接法均可。 (3)试触法：按如图所示连接好电路，让电压表的一根接线柱P先后与a、b处接触一下：①如果电压表的示数有明显的变化，而电流表的示数变化不明显，则可采用电流表外接法；②如果电流表的示数有明显的变化，而电压表的示数变化不明显，则可采用电流表内接法。 [针对训练] 1.(2022·北京高考，节选)用电压表(内阻约为3 kΩ)和电流表(内阻约为0.1 Ω)测量一个电阻的阻值(约为5 Ω)。要求尽量减小实验误差，应该选择的测量电路是图中的　　　　(选填“甲”或“乙”)。  解析：因为待测电阻约为5 Ω，而Rx<=10 Ω，故为了减小误差应该采用电流表的外接法，即选用甲图。 甲 2.小李在实验室测量一电阻R的阻值。 (1)因电表内阻未知，用如图1所示的电路来判定电流表该内接还是外接。正确连线后，合上开关S，将滑动变阻器的滑片P移至合适位置。单刀双掷开关K掷到1，电压表的读数U1=1.65 V，电流表的示数如图2所示，其读数I1=　　　A；将开关K掷到2，电压表和电流表的读数分别为U2=1.75 V，I1=0.33 A。由此可知应采用电流表　　　　(填“内”或“外”)接法。  0.34 外 解析：(1)由电流表的表盘可知电流大小为0.34 A。由题意可知电压表的示数变化更明显，说明电流表的分压更严重，因此采用电流表外接法。 (2)完成上述实验后，小李进一步尝试用其他方法进行实验： ①器材与连线如图3所示，请在方框内画出对应的电路图； 解析：(2)①电路图如图所示。 ②先将单刀双掷开关掷到左边，记录电流表读数，再将单刀双掷开关掷到右边，调节电阻箱的阻值，使电流表的读数与前一次尽量相同，电阻箱的示数如图3所示。则待测电阻Rx=　　Ω。此方法　　(填“有”或“无”)明显的实验误差，其理由是　　　　　　　　　　　　　　　　。  解析： ②两次实验中电路电流相同，因此可有I==，可得Rx=R0，根据电阻箱读数可得Rx=5 Ω。电阻箱的最小分度和待测电阻阻值接近，这样测得的阻值不够精确，如待测电阻阻值为5.4 Ω，则实验只能测得其为Rx=5 Ω，误差较大。 5 有 电阻箱的最小分度与待测电阻比较接近 解析： ②两次实验中电路电流相同，因此可有I==，可得Rx=R0，根据电阻箱读数可得Rx=5 Ω。电阻箱的最小分度和待测电阻阻值接近，这样测得的阻值不够精确，如待测电阻阻值为5.4 Ω，则实验只能测得其为Rx=5 Ω，误差较大。 (三)　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前滑片位置 b端 a端 2.两种接法的选择 采用 分压 接法 ①要求待测电阻两端的电压从零开始变化，或精确性要求较高时 ②滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻或串联的其他电阻的阻值时 ③题设条件中所提供的电表量程或电阻的最大允许电流不能满足限流式接法时 采用 限流 接法 ①待测电阻接近或略小于滑动变阻器的最大阻值时 ②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压接法的要求时 ③没有很高的精确性要求，考虑安装简捷和节能因素时 [针对训练] 1.(2023·全国甲卷)某同学用伏安法测绘一额定电压为6 V、额定功率为3 W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为6 kΩ，电流表内阻约为1.5 Ω。实验中有图(a)和(b)两个电路图供选择。 (1)实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图(c)所示，该同学选择的电路图是图　　　(填“a”或“b”)。  解析：(1)灯泡正常工作时的电阻RL== Ω=12 Ω，由题图(c)可知，当U=6 V时，I=0.5 A，此时电阻R==12 Ω=RL。因为RV≈6 kΩ≫RL，RA≈1.5 Ω，由电阻关系可知RL<，该同学选择的电路图是图(a)。 a (2)若选择另一个电路图进行实验，在图(c)上用实线画出实验中应得到的I-U关系曲线的示意图。 解析：(2)若选用另一个电路图即图(b)进行实验，会有U=U灯+IRA，则分别代入电流I=200 mA、I=400 mA、I=500 mA，可得对应的电压应为1.3 V、3.8 V、6.75 V，描点连线得到的I-U关系曲线如图所示。 2.为了更精确地测定某电学元件Rx的电阻(粗测阻值约为30 Ω)，小明收集到如下实验器材： ①电动势为3 V的电源(内阻可忽略)； ②量程为0~3 V，内阻约为3 kΩ的电压表； ③量程为0~100 mA，内阻约为1 Ω的电流表； ④阻值为0~5 Ω的滑动变阻器； ⑤开关和导线若干。 为方便控制电路，尽可能地减小实验误差，采用如图所示电路，则图中P、Q点的接法最优化的是 (　 ) A.P点接b、Q点不接 B.P点接c、Q点不接 C.P点接b、Q点接a D.P点接c、Q点接a 解析：因为Rx≈30 Ω<≈ Ω=10 Ω，所以，电流表应该采用外接法，故P点接b；由于滑动变阻器的最大阻值较小，因此采用分压式接法，故Q点接a。 √ (四)　电表的改装 两种改装方式的比较   表头G改装成电压表 表头G改装成电流表 改装电路 改装原理 串联大电阻分压 并联小电阻分流 改装后的量程 U=Ig(R+Rg) I=Ig+ 接入的 电阻 由U=Ig(Rg+R)， 解得R=-Rg 由IgRg=(I-Ig)R， 解得R= 改装后的内阻 RV=Rg+R RA= 校准电路 续表 [注意]　改装后表头内阻Rg、表头的满偏电流Ig、满偏电压Ug都没有变，只是表头的刻度需要相应的调整。 [针对训练] 题点1　电流表的改装与校准 1.(2022·辽宁高考)某同学要将一小量程电流表(满偏电流为250 μA，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=40 Ω，R2=360 Ω。 (1)当开关S接A端时，该电流表的量程为0~　　　　mA；  解析：(1)当开关S接A端时，表头与R1、R2并联，表头内阻为1.2 kΩ，当表头电流满偏时两端电压为0.3 V，流过电阻R1、R2的电流为750 μA，总电流为1 000 μA，量程为1 mA。 1 (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”)；  解析：(2)当开关S接B端时，相当于表头内阻变大，并联的电阻变小，可知当表头电流满偏时流过并联电阻的电流增加，故量程变大。 大 (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。  乙 解析： (3)如果要修正电表内阻引起的误差，只需让知道内阻的电表测量准确即可，即乙电路可满足要求；分析可知，乙电路接法改装的电表可准确测得待测电阻的电流，电压表测得的为改装电表与待测电阻的总电压，减去改装电表两端的电压即为待测电阻两端准确的电压值，故乙电路满足要求。 题点2　电压表的改装与校准 2.(2025·连云港模拟)某同学将小量程电流表G改装为双量程电压表，并用标准电压表进行校准，如图所示。已知小量程电流表G满偏电流为100 μA，表上标记的内阻值为900 Ω，R1、R2和R3是定值电阻，其中R1=100 Ω。图甲中，若使用a、b两个接线柱，电压表的量程为1 V；若使用a、c两个接线柱，电压表的量程为3 V。 (1)根据题给条件，定值电阻的阻值应选R2=　 　　　Ω，R3=　　　　Ω。  解析：(1)若使用a、b两个接线柱，电压表的量程为1 V，由欧姆定律得IgRg+R2=1 V，解得R2=910 Ω 若使用a、c两个接线柱，电压表的量程为3 V，由欧姆定律得IgRg+(R2+R3)=3 V，解得R3=2 000 Ω。 910 2 000 (2)用量程为3 V、内阻为2 500 Ω的标准电压表对改装电压表3 V挡的不同刻度进行校准，如图乙。所用电池的电动势E为5 V；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为50 Ω和5 kΩ。为了方便实验中调节电压，图中R应选用最大阻值为　　　　Ω的滑动变阻器。  解析：(2)把改装电压表和标准电压表并联之后，电阻小于2 500 Ω，对于分压式电路，要求滑动变阻器的最大值远小于并联部分的电阻，同时还要便于调节，故滑动变阻器选择最大电阻较小的一个，即R应选用最大阻值为50 Ω的滑动变阻器。 50 (3)若由于表头G上标记的内阻值不准，造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小，则表头G内阻的真实值　　　　(填“大于”或“小于”)900 Ω。  解析：(3)改装电压表的读数比标准电压表的读数偏小，即在相同的电压下，流过改装电压表的电流偏小，说明改装电压表的电阻偏大，表头G内阻的真实值大于900 Ω。 大于 $$