实验18：电学实验基础 讲义-2026届高考物理一轮复习实验解读与针对性训练

高考实验解读与针对性训练 实验18　电学实验基础 【实验解读】 一、基本仪器的原理和读数 1.螺旋测微器原理和读数 （1）构造：如图甲所示，B为固定刻度，E为可动刻度. 　　 图甲　　　　　　　　 图乙 （2）原理：固定刻度B的螺距为0.5mm，即旋钮D每旋转一周，测微螺杆F前进或后退0.5mm，而可动刻度E上有50个等分刻度，每转动一小格，F前进或后退0.01mm，即螺旋测微器的精确度为0.01mm.读数时估读到毫米的千分位上. （3）读数：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）.如图乙所示，固定刻度示数为2.0mm，半毫米刻度线未露出，可动刻度示数为15.0，最后的读数为：2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm. 2.游标卡尺原理和读数 （1）构造：主尺、游标尺（主尺和游标尺上各有一个测量爪），游标卡尺上还有一个深度尺.（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1mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，其规格见下表： 游标卡尺（分度） 游标尺刻度部分总长度 游标尺上每小格与1mm的差值 精确度（可准确到） 10 9mm 0.1mm 0.1mm 20 19mm 0.05mm 0.05mm 50 49mm 0.02mm 0.02mm （3）读数：从主尺上读出整毫米数x，然后从游标尺上找出第k＋1条刻度线与主尺上某一刻度线对齐，即记录结果表示为（x＋k×精确度）mm. （4）几点注意事项 ①注意精度，如图1： 图1 易错读成11mm＋4×0.1mm＝11.40mm； 正确的读数应为11.4mm. ②游标卡尺不需要估读，后面不能随意加零或去零，如图2： 图2 易错读成10mm＋6×0.05mm＝10.3mm； 正确读数为10.30mm. ③注意主尺上的单位为厘米 主尺上标识的1、2、3等数字的单位通常是厘米，读数时应将毫米和厘米分清，主尺上的最小刻度是1mm.如图3： 图3 易错读成5mm＋4×0.05mm＝5.20mm； 正确的读法应为50mm＋4×0.05mm＝50.20mm. ④区分游标尺的零刻度线与游标尺最前端，如图4： 图4 易错读成13mm＋10×0.05mm＝13.50mm； 正确的读法为14mm＋10×0.05mm＝14.50mm. 3.电压表、电流表的读数规则 对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许的最大电压或最大电流，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，最后按照指针的实际位置进行读数即可. （1）0～3V量程的电压表和0～3A量程的电流表的读数方法相同，此量程下的精确度分别是0.1V和0.1A，读数时看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位. （2）对于0～15V量程的电压表，精确度是0.5V，在读数时只要求读到小数点后面一位，这时要求“格估读”，即读到0.1V. （3）对于0～0.6A量程的电流表，精确度是0.02A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半（0.01A）. 二、.电表改装 改装成电压表 改装成电流表 内部电路 改装原理 串联分压 并联分流 改装后的量程 U＝Ig（R＋Rg） I＝Ig 量程扩大的倍数 n＝ n＝ 接入电阻的阻值 R＝－Rg＝（n－1）Rg R＝＝ 改装后的总内阻 RV＝Rg＋R＝nRg RA＝＝ 校正电路 三. 测量电路与控制电路的选择及实验器材的选择 1. 内接法和外接法 测量电路常用的方法是电压表和电流表结合的[1]和[2]，还有只用一个电表的替代法、半偏法、电桥法等. 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 修正方法 R真＝＝－RA R真＝ 备注 表格中的实验的条件：电流表A和电压表V均是实际电表，且知道Rx、RA和RV的近似值 【方法点拨】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流表内阻的估计值进行比较.若Rx≫RA，为大电阻，则电流表内接，测得的阻值偏大；若Rx≪RA，为小电阻，则电流表外接，测得的阻值偏小. （2）.临界值计算法：已知电压表内阻、电流表内阻、待测电阻三者的估计值时，若Rx＜，则用电流表外接法；Rx＞，则用电流表内接法. （3）.试触法：如图所示，让电压表一根导线P先后与a、b处接触，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，则采用电流表内接法. 2. 滑动变阻器的限流接法和分压接法 供电电路由电源和滑动变阻器两部分组成，其组合可以获得多组测量数据，以减小误差，根据滑动变阻器的接法可分为[3]接法和[4]接法（下表中不计电源内阻）. 限流接法 分压接法 对比说明 电路图 串、并联关系不同 负载R 上电压 的范围 ≤U≤E 0≤U≤E 分压电路电压的调节范围大 负载R 上电流 的范围 ≤I≤ 0≤I≤ 分压电路电流的调节范围大 闭合S 前触头 的位置 b端 a端 都是为了保护电路元件 对滑动变 阻器阻值 的要求 R0的大小要适中，不宜太大或太小 在安全前提下，R0越小越好 【方法点拨】滑动变阻器必须采用分压接法的几种情况 （1）.要求电压表能从零开始读数. （2）.当待测电阻Rx≫Rmax（滑动变阻器的最大阻值）时，若用限流接法，则调节范围太小，无法满足要求. （3）.若采用限流接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许通过的最大电流. 3.电学实验仪器的选择 选择电学实验器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器材，一般要考虑四方面因素. （1）安全因素：通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的最大电流. （2）误差因素：选用电表量程时应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时，其指针应偏转到满偏刻度的以上；使用欧姆表时应选用指针尽可能在中间刻度附近的挡位. （3）便于操作：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节.在调节滑动变阻器时，应使其大部分电阻能被用到. （4）实验实际：除以上三个因素外，还应注重实验实际，如所用的电压表量程与电源的匹配问题等. 4.实物图连接的注意事项 （1）画线连接各元件，按照电路原理图，一般先从电源正极开始，顺着电流方向，依次到开关、滑动变阻器，按顺序以单线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来，再将要并联的元件并联到电路中去. （2）连线时要将导线接在接线柱上，两条导线不能交叉. （3）要注意电表的量程和正、负接线柱，要使电流从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出. （4）滑动变阻器的接法：限流接法，两根导线分别连接到上、下接线柱上（共两个接线柱）；分压接法，导线分别连接到上边一个接线柱和下边两个接线柱上（一上两下共三个接线柱）. 【高考典例】 【典例1】 [2023全国甲]某同学用伏安法测绘一额定电压为6V、额定功率为3W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为6kΩ，电流表内阻约为1.5Ω.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”）. （2）若选择另一个电路图进行实验，在所给图上用实线画出实验中应得到的I－U关系曲线的示意图. 【典例2】. [2023北京]采用图1所示的电路图来测量金属丝Rx的电阻率. ①实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在（选填“M”或“N”）端. ②按照图1连接实物图，如图2所示.闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为（选填“a”“b”或“c”）.若闭合开关，该错误连接会带来的问题有 . 【典例3】.[2022辽宁]某同学要将一小量程电流表（满偏电流为250μA，内阻为1.2kΩ）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A端时的（填“大”或“小”）； （3）该同学选用量程合适的电压表（内阻未知）和此改装电表测量未知电阻Rx的阻值，设计了图（b）中的两个电路，不考虑实验操作中的偶然误差，则利用（填“甲”或“乙”）电路可修正由电表内阻引起的实验误差. 甲　　　　　　　 乙 图（b） 【典例4】[ 2021辽宁]某同学将一量程为250μA的微安表改装成量程为1.5V的电压表.先将电阻箱R1与该微安表串联进行改装，然后选用合适的电源E、滑动变阻器R2、定值电阻R3、开关S和标准电压表对改装后的电表进行检测，设计电路如图所示. （1）微安表铭牌标示内阻为0.8kΩ，据此计算R1的阻值应为kΩ.按照电路图连接电路，并将R1调为该阻值. （2）开关闭合前，R2的滑片应移动到端. （3）开关闭合后，调节R2的滑片位置，微安表有示数，但变化不显著，故障原因可能是.（填选项前的字母） A.1、2间断路 B.3、4间断路 C.3、5间短路 （4）排除故障后，调节R2的滑片位置，当标准电压表的示数为0.60V时，微安表的示数为98μA，此时需要（选填“增大”或“减小”）R1的阻值，以使改装电表的量程达到预期值. 【针对性训练】 1 如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为________mm、________mm、________mm。 丙 2 .某同学用游标卡尺分别测量金属圆管的内、外壁直径，游标卡尺的示数分别如图(a)和图(b)所示。 由图可读出，圆管内壁的直径为__________mm，圆管外壁的直径为__________mm；由此可计算出金属圆管横截面的面积。 3 .在测量一根粗细均匀的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所示，校零时的读数为________mm，合金丝的直径为________mm。 4 .[2022浙江6月]探究滑动变阻器的分压特性，采用图1所示的电路，探究滑片P从A移到B的过程中，负载电阻R两端的电压变化. 图1 （1）图2为实验器材部分连线图，还需要（选填“af”“bf”“fd”“fc”“ce”或“cg”）连线（多选）. 图2 （2）图3所示电压表的示数为V. 图3 （3）已知滑动变阻器的最大阻值R0＝10Ω，额定电流I＝1.0A.选择负载电阻R＝10Ω，以R两端电压U为纵轴，为横轴（x为AP的长度，L为AB的长度），得到U－分压特性曲线为图4中的“Ⅰ”；当R＝100Ω，分压特性曲线对应图4中的（选填“Ⅱ”或“Ⅲ”）；则滑动变阻器最大阻值的选择依据是. 图4 5 .[2022北京]物理实验一般涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等. （1）用电压表（内阻约为3kΩ）和电流表（内阻约为0.1Ω）测量一个电阻Rx的阻值（约为5Ω）.要求尽量减小实验误差，则应该选择的测量电路是图1中的（选填“甲”或“乙”）. （2）一多用电表表盘上的电阻刻度线正中间标有“15”字样.用它测量约20kΩ的电阻的阻值，下列实验步骤的正确顺序为（填各实验步骤前的字母）. A.将选择开关置于“×1k”位置 B.将选择开关置于“OFF”位置 C.将两表笔分别接触待测电阻两端，读出其阻值后随即断开 D.将两表笔直接接触，调节欧姆调零旋钮，使指针指向电阻刻度“0” （3）图2是“测量电源的电动势和内阻”实验的电路图.某同学在实验中，闭合开关后，发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表有示数且不变，电流表始终没有示数.为查找故障，在其他连接不变的情况下，他将电压表连接a位置的导线端分别试触b、c、d三个位置，发现试触b、c时，电压表有示数；试触d时，电压表没有示数.若电路中仅有一处故障，则为（填选项前的字母）. A.导线ab断路 B.滑动变阻器断路 C.导线cd断路 D.滑动变阻器短路 6 .[2024湖南怀化三中开学考]某物理兴趣小组欲将电流表A1改装成量程为15V的电压表.小组同学先用如图甲所示的电路测量电流表A1的内阻，提供的实验器材有： A.电流表A1（量程为1mA，内阻约为290Ω）； B.电流表A2（量程为1.5mA，内阻约为200Ω）； C.定值电阻（阻值为600Ω）； D.定值电阻（阻值为60Ω）； E.滑动变阻器R； F.一节新的干电池E； G.开关S及导线若干. （1）图甲中的电阻R0应选用（选填“C”或“D”）. （2）根据图甲，用笔画线代替导线，补充完成图乙中实物间的连线. 图乙　　　　　　　 图丙 （3）正确连接线路后，闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片，获得多组A1的示数I1和A2的示数I2，将对应的数据在I2－I1坐标系中描点，作出I2－I1图像如图丙所示，A1的内阻为Ω（结果保留3位有效数字）. （4）给A1串联一个阻值为kΩ（结果保留3位有效数字）的定值电阻，可将A1改装成量程为15V的电压表V. （5）用标准电压表V0与V并联进行校准.当V0的示数为12.4V时，A1的示数为0.80mA，则V的实际量程为V（结果保留3位有效数字）. 7．(10分)(2024·山东烟台模拟)一根细长、均匀的内芯为绝缘材料的金属管线样品，横截面外缘为正方形，如图甲所示。此金属管线样品长约30 cm、电阻约10 Ω，已知这种金属的电阻率为ρ，因管芯绝缘材料截面形状不规则，无法直接测量其横截面积。请你设计一个测量管芯横截面积S的电学实验方案，现有如下器材可选： A．毫米刻度尺 B．螺旋测微器 C．电流表A1(量程0～600 mA，内阻约为1.0 Ω) D．电流表A2(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω) E．电压表V(量程0～3 V，内阻约为6 kΩ) F．滑动变阻器R1(2 kΩ，允许通过的最大电流0.5 A)　 G．滑动变阻器R2(10 Ω，允许通过的最大电流2 A) H．蓄电池E(电动势为6 V，内阻约为0.05 Ω) I．开关一个、带夹子的导线若干 (1)上述器材中，应该选用的电流表是________，滑动变阻器是________(填写选项前字母代号)； (2)若某次用螺旋测微器测得样品截面外缘正方形边长如图乙所示，则其值为________mm； (3)要求尽可能测出多组数据，你认为在图丙、丁、戊、己中选择的电路图是________； (4)若样品截面外缘正方形边长为a、样品长为L、电流表示数为I、电压表示数为U，则计算内芯横截面积的表达式为S＝________。 学科网（北京）股份有限公司 $ 高考实验解读与针对性训练 实验18　电学实验基础 【实验解读】 一、基本仪器的原理和读数 1.螺旋测微器原理和读数 （1）构造：如图甲所示，B为固定刻度，E为可动刻度. 　　 图甲　　　　　　　　 图乙 （2）原理：固定刻度B的螺距为0.5mm，即旋钮D每旋转一周，测微螺杆F前进或后退0.5mm，而可动刻度E上有50个等分刻度，每转动一小格，F前进或后退0.01mm，即螺旋测微器的精确度为0.01mm.读数时估读到毫米的千分位上. （3）读数：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）.如图乙所示，固定刻度示数为2.0mm，半毫米刻度线未露出，可动刻度示数为15.0，最后的读数为：2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm. 2.游标卡尺原理和读数 （1）构造：主尺、游标尺（主尺和游标尺上各有一个测量爪），游标卡尺上还有一个深度尺.（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1mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，其规格见下表： 游标卡尺（分度） 游标尺刻度部分总长度 游标尺上每小格与1mm的差值 精确度（可准确到） 10 9mm 0.1mm 0.1mm 20 19mm 0.05mm 0.05mm 50 49mm 0.02mm 0.02mm （3）读数：从主尺上读出整毫米数x，然后从游标尺上找出第k＋1条刻度线与主尺上某一刻度线对齐，即记录结果表示为（x＋k×精确度）mm. （4）几点注意事项 ①注意精度，如图1： 图1 易错读成11mm＋4×0.1mm＝11.40mm； 正确的读数应为11.4mm. ②游标卡尺不需要估读，后面不能随意加零或去零，如图2： 图2 易错读成10mm＋6×0.05mm＝10.3mm； 正确读数为10.30mm. ③注意主尺上的单位为厘米 主尺上标识的1、2、3等数字的单位通常是厘米，读数时应将毫米和厘米分清，主尺上的最小刻度是1mm.如图3： 图3 易错读成5mm＋4×0.05mm＝5.20mm； 正确的读法应为50mm＋4×0.05mm＝50.20mm. ④区分游标尺的零刻度线与游标尺最前端，如图4： 图4 易错读成13mm＋10×0.05mm＝13.50mm； 正确的读法为14mm＋10×0.05mm＝14.50mm. 3.电压表、电流表的读数规则 对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许的最大电压或最大电流，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，最后按照指针的实际位置进行读数即可. （1）0～3V量程的电压表和0～3A量程的电流表的读数方法相同，此量程下的精确度分别是0.1V和0.1A，读数时看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位. （2）对于0～15V量程的电压表，精确度是0.5V，在读数时只要求读到小数点后面一位，这时要求“格估读”，即读到0.1V. （3）对于0～0.6A量程的电流表，精确度是0.02A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半（0.01A）. 二、.电表改装 改装成电压表 改装成电流表 内部电路 改装原理 串联分压 并联分流 改装后的量程 U＝Ig（R＋Rg） I＝Ig 量程扩大的倍数 n＝ n＝ 接入电阻的阻值 R＝－Rg＝（n－1）Rg R＝＝ 改装后的总内阻 RV＝Rg＋R＝nRg RA＝＝ 校正电路 三. 测量电路与控制电路的选择及实验器材的选择 1. 内接法和外接法 测量电路常用的方法是电压表和电流表结合的[1]　内接法　和[2]　外接法　，还有只用一个电表的替代法、半偏法、电桥法等. 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 修正方法 R真＝＝－RA R真＝ 备注 表格中的实验的条件：电流表A和电压表V均是实际电表，且知道Rx、RA和RV的近似值 【方法点拨】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流表内阻的估计值进行比较.若Rx≫RA，为大电阻，则电流表内接，测得的阻值偏大；若Rx≪RA，为小电阻，则电流表外接，测得的阻值偏小. （2）.临界值计算法：已知电压表内阻、电流表内阻、待测电阻三者的估计值时，若Rx＜，则用电流表外接法；Rx＞，则用电流表内接法. （3）.试触法：如图所示，让电压表一根导线P先后与a、b处接触，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，则采用电流表内接法. 2. 滑动变阻器的限流接法和分压接法 供电电路由电源和滑动变阻器两部分组成，其组合可以获得多组测量数据，以减小误差，根据滑动变阻器的接法可分为[3]　限流式　接法和[4]　分压式　接法（下表中不计电源内阻）. 限流接法 分压接法 对比说明 电路图 串、并联关系不同 负载R 上电压 的范围 ≤U≤E 0≤U≤E 分压电路电压的调节范围大 负载R 上电流 的范围 ≤I≤ 0≤I≤ 分压电路电流的调节范围大 闭合S 前触头 的位置 b端 a端 都是为了保护电路元件 对滑动变 阻器阻值 的要求 R0的大小要适中，不宜太大或太小 在安全前提下，R0越小越好 【方法点拨】滑动变阻器必须采用分压接法的几种情况 （1）.要求电压表能从零开始读数. （2）.当待测电阻Rx≫Rmax（滑动变阻器的最大阻值）时，若用限流接法，则调节范围太小，无法满足要求. （3）.若采用限流接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许通过的最大电流. 3.电学实验仪器的选择 选择电学实验器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器材，一般要考虑四方面因素. （1）安全因素：通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的最大电流. （2）误差因素：选用电表量程时应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时，其指针应偏转到满偏刻度的以上；使用欧姆表时应选用指针尽可能在中间刻度附近的挡位. （3）便于操作：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节.在调节滑动变阻器时，应使其大部分电阻能被用到. （4）实验实际：除以上三个因素外，还应注重实验实际，如所用的电压表量程与电源的匹配问题等. 4.实物图连接的注意事项 （1）画线连接各元件，按照电路原理图，一般先从电源正极开始，顺着电流方向，依次到开关、滑动变阻器，按顺序以单线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来，再将要并联的元件并联到电路中去. （2）连线时要将导线接在接线柱上，两条导线不能交叉. （3）要注意电表的量程和正、负接线柱，要使电流从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出. （4）滑动变阻器的接法：限流接法，两根导线分别连接到上、下接线柱上（共两个接线柱）；分压接法，导线分别连接到上边一个接线柱和下边两个接线柱上（一上两下共三个接线柱）. 【高考典例】 【典例1】 [2023全国甲]某同学用伏安法测绘一额定电压为6V、额定功率为3W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为6kΩ，电流表内阻约为1.5Ω.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　a　（填“a”或“b”）. （2）若选择另一个电路图进行实验，在所给图上用实线画出实验中应得到的I－U关系曲线的示意图. 答案　（1）a （2）如图所示 解析　（1）由题意知，小灯泡的额定电流I额＝＝0.5A，图（a）中，当电压表示数为6V时，电流表示数是略大于0.5A的，图（b）中，当电流表示数为0.5A时，电压表示数是大于6V的，对比题图（c）可知，该同学选择的电路图是图（a）. （2）根据（1）问分析可知，图（b）的关系图线应在图（a）图线的下方，如答图中实线所示. 【典例2】. [2023北京]采用图1所示的电路图来测量金属丝Rx的电阻率. ①实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在　M　（选填“M”或“N”）端. ②按照图1连接实物图，如图2所示.闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为　b　（选填“a”“b”或“c”）.若闭合开关，该错误连接会带来的问题有　 　. 答案：①M ②b 测量电路部分被短路，无法进行测量 解析　①闭合开关S前，需要将滑动变阻器的滑片P滑动至M端，这是为了在闭合S后，测量电路中的电表示数均可以从0开始变大，保护电表.②b导线误接在滑动变阻器的滑杆上，导致滑动变阻器没有按照分压的方式接入电路，测量电路部分被短路，无法进行测量. 【典例3】.[2022辽宁]某同学要将一小量程电流表（满偏电流为250μA，内阻为1.2kΩ）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～　1　mA； （2）当开关S接B端时，该电流表的量程比接A端时的　大　（填“大”或“小”）； （3）该同学选用量程合适的电压表（内阻未知）和此改装电表测量未知电阻Rx的阻值，设计了图（b）中的两个电路，不考虑实验操作中的偶然误差，则利用　乙　（填“甲”或“乙”）电路可修正由电表内阻引起的实验误差. 甲　　　　　　　 乙 图（b） 【答案】（1）1 （2）大 （3）乙 解析　（1）当开关S接A端时，定值电阻R1与定值电阻R2串联后再与电流表并联，等效电路图如图1所示，由并联电路的规律可知，电流表两端的电压和两定值电阻两端的总电压相等，当电流表满偏时，有IgRg＝I1（R1＋R2），代入数据解得I1＝750μA，所以该电流表的量程为Im1＝I1＋Ig＝1000μA＝1mA. （2）当开关S接B端时，电流表和定值电阻R2串联后再与定值电阻R1并联，等效电路图如图2所示，同理可得Ig（Rg＋R2）＝I2R1，代入数据解得I2＝9750μA，该电流表的量程为Im2＝I2＋Ig＝10000μA＝10mA，则接B端时电流表的量程比接A端时的量程大. （3）改装电流表内阻已知，能测量出通过它的电流及其两端电压，题图（b）甲所示的电路能精确测量未知电阻Rx两端的电压，但是由于电压表的分流作用，测得的电流偏大，存在系统误差；题图（b）乙所示的电路图，改装电流表能精确测量通过未知电阻Rx的电流，而未知电阻两端的电压为电压表的示数与改装电流表分得的电压之差，既能测出通过Rx的精确电流又能测出Rx两端的精确电压，故题图（b）乙所示的电路能修正由电表内阻引起的实验误差. 图1　　　　　　 图2 【典例4】[ 2021辽宁]某同学将一量程为250μA的微安表改装成量程为1.5V的电压表.先将电阻箱R1与该微安表串联进行改装，然后选用合适的电源E、滑动变阻器R2、定值电阻R3、开关S和标准电压表对改装后的电表进行检测，设计电路如图所示. （1）微安表铭牌标示内阻为0.8kΩ，据此计算R1的阻值应为　5.2　kΩ.按照电路图连接电路，并将R1调为该阻值. （2）开关闭合前，R2的滑片应移动到　左或2　端. （3）开关闭合后，调节R2的滑片位置，微安表有示数，但变化不显著，故障原因可能是　A　.（填选项前的字母） A.1、2间断路 B.3、4间断路 C.3、5间短路 （4）排除故障后，调节R2的滑片位置，当标准电压表的示数为0.60V时，微安表的示数为98μA，此时需要　减小　（选填“增大”或“减小”）R1的阻值，以使改装电表的量程达到预期值. 【答案】（1）5.2 (2)2 （3）A （4）减小 解析　（1）根据串联电路规律有Ig（Rg＋R1）＝U，解得R1＝－Rg＝5.2×103Ω＝5.2kΩ. （2）开关闭合前，R2的滑片应该移动到测量电路电压最小处，即R2的滑片应该移动到左端或2端. （3）若1、2间断路，则该电路从分压电路变成了限流电路，R2的变化引起电路总电阻的变化较小，故微安表有示数但变化不显著；若3、4间断路，则微安表始终无示数；若3、5间短路，则微安表的示数变化范围与无故障时相同.故应选A. （4）调节R2的滑片位置，当标准电压表示数为0.60V时，微安表的示数为98μA，对应的电压U1＝V＝0.588V，小于标准电压表的示数，则需要减小R1的阻值，以使改装电表的量程达到预期值. 【针对性训练】 1 如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为________mm、________mm、________mm。 丙 答案　16.2　23.35　10.38 解析　甲图读数：整毫米数是16 mm，不足1毫米数是2×0.1 mm＝0.2 mm，最后读数是16 mm＋0.2 mm＝16.2 mm； 乙图读数：整毫米数是23 mm，不足1毫米数是7×0.05 mm＝0.35 mm，最后读数是23 mm＋0.35 mm＝23.35 mm； 丙图读数：整毫米数是10 mm，不足1毫米数是19×0.02 mm＝0.38 mm，最后读数是10 mm＋0.38 mm＝10.38 mm。 2 .某同学用游标卡尺分别测量金属圆管的内、外壁直径，游标卡尺的示数分别如图(a)和图(b)所示。 由图可读出，圆管内壁的直径为__________mm，圆管外壁的直径为__________mm；由此可计算出金属圆管横截面的面积。 答案　22.3　29.9 解析　根据所给图像可知，该游标卡尺的游标尺为10分度值游标卡尺，其精度为0.1 mm，由图(a)可读出，圆管内壁的直径为主尺读数加游标尺读数，即为 d1＝22 mm＋3×0.1 mm＝22.3 mm 由图(b)可读出，圆管外壁的直径为d2＝29 mm＋9×0.1 mm＝29.9 mm。 3 .在测量一根粗细均匀的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所示，校零时的读数为________mm，合金丝的直径为________mm。 答案　0.007　0.650 解析　校零时可动刻度为0.7格，故读数为0.7×0.01 mm＝0.007 mm，测量时固定刻度上读数为0.5 mm，可动刻度为15.7格，故读数为0.5 mm＋15.7×0.01 mm＝0.657 mm，合金丝的直径为两次读数之差D＝0.657 mm－0.007 mm＝0.650 mm。 4 .[2022浙江6月]探究滑动变阻器的分压特性，采用图1所示的电路，探究滑片P从A移到B的过程中，负载电阻R两端的电压变化. 图1 （1）图2为实验器材部分连线图，还需要　af、fd、ce　（选填“af”“bf”“fd”“fc”“ce”或“cg”）连线（多选）. 图2 （2）图3所示电压表的示数为　1.50（1.48～1.52均可）　V. 图3 （3）已知滑动变阻器的最大阻值R0＝10Ω，额定电流I＝1.0A.选择负载电阻R＝10Ω，以R两端电压U为纵轴，为横轴（x为AP的长度，L为AB的长度），得到U－分压特性曲线为图4中的“Ⅰ”；当R＝100Ω，分压特性曲线对应图4中的　Ⅱ　（选填“Ⅱ”或“Ⅲ”）；则滑动变阻器最大阻值的选择依据是　R0＜R　. 图4 解析　（1）由电路图可知，应将电压表并联在电阻箱两端，又由图2可知电源是两节干电池，因此电压表的量程应选择3V，即连接af；由于滑动变阻器采用分压接法，因此滑动变阻器的接线柱c与电源的接线柱e相连，即连接ce；电阻箱的接线柱f应连接在滑动变阻器上侧的一个接线柱上，即连接fd. （2）由图3可知电压表的读数为1.50V. （3）在x相同的条件下，电阻箱的阻值越大，电阻箱与滑动变阻器AP部分并联的电阻值越接近AP部分的阻值，电压表的示数越大，因此当R＝100Ω时，分压特性曲线对应图4中的Ⅱ.由以上分析可知滑动变阻器的最大阻值越小，图线越接近直线，因此选择的依据为R0＜R. 5 .[2022北京]物理实验一般涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等. （1）用电压表（内阻约为3kΩ）和电流表（内阻约为0.1Ω）测量一个电阻Rx的阻值（约为5Ω）.要求尽量减小实验误差，则应该选择的测量电路是图1中的　甲　（选填“甲”或“乙”）. （2）一多用电表表盘上的电阻刻度线正中间标有“15”字样.用它测量约20kΩ的电阻的阻值，下列实验步骤的正确顺序为　ADCB　（填各实验步骤前的字母）. A.将选择开关置于“×1k”位置 B.将选择开关置于“OFF”位置 C.将两表笔分别接触待测电阻两端，读出其阻值后随即断开 D.将两表笔直接接触，调节欧姆调零旋钮，使指针指向电阻刻度“0” （3）图2是“测量电源的电动势和内阻”实验的电路图.某同学在实验中，闭合开关后，发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表有示数且不变，电流表始终没有示数.为查找故障，在其他连接不变的情况下，他将电压表连接a位置的导线端分别试触b、c、d三个位置，发现试触b、c时，电压表有示数；试触d时，电压表没有示数.若电路中仅有一处故障，则为　C　（填选项前的字母）. A.导线ab断路 B.滑动变阻器断路 C.导线cd断路 D.滑动变阻器短路 【答案】（1）甲 （2）ADCB （3）C 解析　（1）因为待测电阻约为5Ω，而Rx＜＝10Ω，故为了减小误差应该采用电流表外接法，即选用甲. （2）用多用电表测电阻时应该先选择合适的挡位，根据题意选择“×1k”挡位，然后进行欧姆调零，再进行测量，测量完成后要将开关置于“OFF”挡，故顺序为ADCB. （3）闭合开关后，发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电流表示数始终为零，可能是电路中出现断路；电压表的示数不变化，说明电压表串联在电路中.试触b、c时依然是这个情况说明a、c间是正常的，试触d时，电压表没有示数说明在c、d之间某处发生了断路.故选C. 6 .[2024湖南怀化三中开学考]某物理兴趣小组欲将电流表A1改装成量程为15V的电压表.小组同学先用如图甲所示的电路测量电流表A1的内阻，提供的实验器材有： A.电流表A1（量程为1mA，内阻约为290Ω）； B.电流表A2（量程为1.5mA，内阻约为200Ω）； C.定值电阻（阻值为600Ω）； D.定值电阻（阻值为60Ω）； E.滑动变阻器R； F.一节新的干电池E； G.开关S及导线若干. （1）图甲中的电阻R0应选用　C　（选填“C”或“D”）. （2）根据图甲，用笔画线代替导线，补充完成图乙中实物间的连线. 图乙　　　　　　　 图丙 （3）正确连接线路后，闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片，获得多组A1的示数I1和A2的示数I2，将对应的数据在I2－I1坐标系中描点，作出I2－I1图像如图丙所示，A1的内阻为　300　Ω（结果保留3位有效数字）. （4）给A1串联一个阻值为　14.7　kΩ（结果保留3位有效数字）的定值电阻，可将A1改装成量程为15V的电压表V. （5）用标准电压表V0与V并联进行校准.当V0的示数为12.4V时，A1的示数为0.80mA，则V的实际量程为　15.5　V（结果保留3位有效数字）. 【答案】（1）C （2） （3）300（4）14.7 （5）15.5 解析　（1）当电流表A1、A2同时满偏时，A1并联的电阻约为R'0＝＝Ω＝580Ω，图甲中的电阻R0应选用C. （2）根据图甲，用笔画线代替导线，补充完成图乙中实物间的连线如图所示. （3）根据欧姆定律和串并联电路特点有I2＝I1＋，整理得I2＝I1，根据图像可得＝，代入数据解得RA1＝300Ω. （4）将A1改装成量程为15V的电压表，需要串联的电阻为R1＝＝Ω＝14700Ω＝14.7kΩ. （5）当V0的示数为12.4V时，A1的示数为0.80mA，则V的内阻为RV＝Ω＝15500Ω，V的实际量程为UV真＝RV·IA1＝15500×1×10－3V＝15.5V. 7．(10分)(2024·山东烟台模拟)一根细长、均匀的内芯为绝缘材料的金属管线样品，横截面外缘为正方形，如图甲所示。此金属管线样品长约30 cm、电阻约10 Ω，已知这种金属的电阻率为ρ，因管芯绝缘材料截面形状不规则，无法直接测量其横截面积。请你设计一个测量管芯横截面积S的电学实验方案，现有如下器材可选： A．毫米刻度尺 B．螺旋测微器 C．电流表A1(量程0～600 mA，内阻约为1.0 Ω) D．电流表A2(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω) E．电压表V(量程0～3 V，内阻约为6 kΩ) F．滑动变阻器R1(2 kΩ，允许通过的最大电流0.5 A)　 G．滑动变阻器R2(10 Ω，允许通过的最大电流2 A) H．蓄电池E(电动势为6 V，内阻约为0.05 Ω) I．开关一个、带夹子的导线若干 (1)上述器材中，应该选用的电流表是________，滑动变阻器是________(填写选项前字母代号)； (2)若某次用螺旋测微器测得样品截面外缘正方形边长如图乙所示，则其值为________mm； (3)要求尽可能测出多组数据，你认为在图丙、丁、戊、己中选择的电路图是________； (4)若样品截面外缘正方形边长为a、样品长为L、电流表示数为I、电压表示数为U，则计算内芯横截面积的表达式为S＝________。 答案：(1)C　G　(2)0.730　(3)丙　(4)a2－ 解析：(1)由题意可知，电源电动势为6 V，电压表量程为0～3 V，而由于待测电阻约为10 Ω，则电流最大为I＝＝0.3 A，故不能选用量程为0～3 A的电流表，故电流表选A1，即C；滑动变阻器总阻值太大不方便调节，故滑动变阻器应选用最大阻值较小的R2，即G。 (2)由题图乙所示螺旋测微器可知，固定刻度读数为0.5 mm，可动刻度读数为23.0×0.01 mm＝0.230 mm，螺旋测微器的读数为0.5 mm＋0.230 mm＝0.730 mm。 (3)由于电压表内阻远大于金属管线的电阻，电流表应采用外接法；为测多组实验数据，滑动变阻器应采用分压式接法，故选择电路图丙。 (4)根据欧姆定律有R＝，根据电阻定律有R＝ρ，故横截面积为S0＝，故金属管线内芯横截面积的表达式为S＝a2－。 学科网（北京）股份有限公司 $