第10章 专题提升十一 电学实验基础(word教师用书)-【金版新学案】2027年高考物理高三总复习大一轮复习讲义

该高中物理讲义聚焦电学实验基础专题，覆盖游标卡尺等仪器使用与读数、伏安法内外接、滑动变阻器两种接法及实验设计等高考核心考点，按“仪器原理-方法选择-实验设计”逻辑架构知识点，通过考点梳理、方法指导、真题训练环节帮助学生突破难点，体现复习系统性与针对性。 资料以“三看”“三注意”等技巧强化仪器读数规范，用比值法、试触法指导电路接法选择，结合分层练习培养科学思维与科学探究能力。如伏安法试触分析电流电压变化选接法，助力学生高效掌握实验要点，为教师把控复习节奏、提升学生应考能力提供有力支持。

专题提升十一　电学实验基础 【学习目标】　1.掌握游标卡尺、螺旋测微器、电流表、电压表、电阻箱等常用仪器的使用及读数方法。2.掌握电流表的两种接法及滑动变阻器的两种接法。3.掌握根据具体实验分析实验的误差产生原因及减小误差的方法。4.会根据具体的实验要求、实验原理等进行实验器材的选取、实验设计、实物图的连接等。 提升点一　常用仪器的使用与读数 1.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)，游标尺上还有一个深度尺(如图甲所示)。 (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，其精确度见下表： 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度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，K值均不需要估读到下一位。 2.螺旋测微器 (1)构造：如图乙所示。 (2)原理：固定刻度的螺距为0.5 mm，即旋钮每旋转一周，测微螺杆前进或后退0.5 mm，而可动刻度上有50个等分刻度，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。读数时估读到毫米的千分位上。 (3)读数：测量值a(mm)＝固定刻度数b(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数c(估读一位)×0.01(mm)。 例如：如图丙所示，半毫米刻度线未露出，固定刻度读数为2.0 mm，可动刻度读数为15.0，最后的读数为2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。 3.电压表、电流表的使用及读数 量程选择 使用事项 电表估读 选择合适量程：选择量程时应考虑尽可能减小测量误差，应使指针偏转到满刻度的到范围内 (1)使用前应先进行机械调零。 (2)导线接在电表的接线柱上时，使电流从“＋”接线柱流入，从“－”接线柱流出 (1)最小分度是“1 A、0.1 A、0.01 A…(1 V、0.1 V、0.01 V…)”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 A、0.2 A、0.02 A…(2 V、0.2 V、0.02 V…)”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的那一位)。 (3)最小分度是“5 A、0.5 A、0.05 A…(5 V、0.5 V、0.05 V…)”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的那一位) 游标卡尺、螺旋测微器的读数 (1)某同学用游标卡尺测量一圆柱体的长度l，示数如图，由图甲可读出l＝　　 cm。 学生用书⬇第177页 (2)图乙为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的　　　　(选填“A”“B”或“C”)进行测量；示数如图丙所示，该钢笔帽的内径为　　　　 mm。 (3)1992年，江苏扬州出土的古代铜卡尺，由固定尺和活动尺组成，现代游标卡尺的构件与其非常相似，已成为常用的测量工具。用游标卡尺测量某物体的长度，示数如图丁所示，其读数为　　　　mm。 A.14.20 mm B.14.2 mm C.17.20 mm D.17.2 mm 答案：(1)2.25　(2)A　 11.25　 (3)17.20 解析：(1)游标卡尺的读数l＝22 mm＋5×0.1 mm＝22.5 mm＝2.25 cm。 (2)由游标卡尺的结构原理可知，测内径应选游标卡尺的内测量爪，故选A；游标卡尺的主尺读数为11 mm，游标尺的读数为5×0.05 mm＝0.25 mm，故钢笔帽的内径为11 mm＋0.25 mm＝11.25 mm。 (3)根据游标卡尺的读数规则可知主尺读数为17 mm，游标尺为50分度，分度值为0.02 mm，第10条刻度线对齐，则游标尺的读数为10×0.02 mm＝0.20 mm，所以读数为17 mm＋0.20 mm＝17.20 mm。 游标卡尺的读数要“三看” 1.“一看”：精确度是0.1 mm、0.02 mm还是0.05 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条刻度线对齐。 (1)某同学用如图甲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(以上三空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。 (2)读出下面各螺旋测微器的读数，丙：　　　　mm，丁：　　　　mm，戊：　　　　mm。 答案：(1)D　H　G　6.700　(2)4.040　1.100　3.515(3.513～3.517均可) 解析：(1)用螺旋测微器测小球直径时，先转动旋钮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，拨动锁紧装置G使F固定后读数，读数为6.5 mm＋20.0×0.01 mm＝6.700 mm。 (2)题图丙：(4＋4.0×0.01) mm＝4.040 mm； 题图丁：(1＋10.0×0.01) mm＝1.100 mm； 题图戊：(3.5＋1.5×0.01) mm＝3.515 mm。 螺旋测微器的读数要“三注意” 1.“一注意”：半毫米刻度线是否露出。 2.“二注意”：一定要估读。 3.“三注意”：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、1.100 mm等。 电压表、电流表、电阻箱的使用与读数 (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　　　　　　　　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 解析：(1)使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格表示 A＝0.02 A，表针示数为0.44 A；使用3 A量程时，每一小格表示 A＝0.1 A，表针示数为2.20 A。 (2)电压表使用较小的3 V量程时，每小格表示 V＝0.1 V，表针示数为1.70 V；使用较大的15 V量程时，每小格表示 V＝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。 学生用书⬇第178页 提升点二　伏安法测电阻的两种接法 1.电流表内、外接法的比较 项目 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 大电阻 小电阻 2.电流表内、外接法的选择 定性比较法 待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻的比较： (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 续表 比值比较法 当已知Rx、RA、RV的大约阻值时： (1)若＞，则用电流表外接法 (2)若＜，则用电流表内接法 试触法 如图所示，电压表一个接线柱固定接好，另一个接线柱P先后接触a、b，记录两表的读数为Ia、Ua、Ib、Ub： (1)如果电压表的示数变化比电流表的示数变化更明显，即＜，则应采用电流表外接法 (2)如果电流表的示数变化比电压表的示数变化更明显，即＞，则应采用电流表内接法 比值比较法的应用 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(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(b)中电路测得的电阻值分别记为和，则　　　　(选填“”或“”)更接近待测电阻的真实值，且测量值　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。 答案：　大于　小于 解析：由于＝10，而＝20，可见＞，则采用题图(a)的内接电路测量更准确，即更接近待测电阻的真实值；由于＝，R真＝，而Ua＞UR，Ia＝IR，则＞R真，即测量值大于真实值；又由于＝，R真＝，其中Ub＝UR，Ib＞IR，则＜R真，即测量值小于真实值。 试触法的应用 (多选) 如图为测量未知电阻 Rx的部分电路，当开关S接在a点时，电压表示数为7 V，电流表示数为0.24 A；当开关S接在b点时，电压表示数为8 V，电流表示数为0.16 A，则(　　) A.电压表示数相对变化显著 B.电流表示数相对变化显著 C.开关S接在b点时的测量值更准确，且测量值偏大 D.开关S接在a点时的测量值更准确，且测量值偏小 答案：BC 解析：据题意知，电流的相对变化为ΔI＝＝＝，电压的相对变化为 ΔU＝＝＝，故电流表示数变化比较显著，故A错误，B正确；电流表示数变化显著，为了减小误差应该用电流表内接法，即S接在b点，电压测量值偏大，电流测量值准确，由R＝可知此时测量值偏大，故C正确，D错误。故选BC。 学生用书⬇第179页 提升点三　滑动变阻器的两种接法 1.滑动变阻器两种接法的比较 项目 限流式接法 分压式接法 对比说明 电路图 串、并联关系不同 负载R上电压调节范围(不计电源内阻) ≤U≤E 0≤U≤E 分压电路调节范围大 闭合S前滑片位置 b端 a端 都是为了保护电路元件 2.滑动变阻器两种接法的选择 滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值接近且不要求电压从零开始变化，通常情况下，由于限流式结构简单、耗能少，优先使用限流式。 滑动变阻器必须采用分压式接法的几种情况： (1)要求电压(电流)表能从零开始读数，要求电压(电流)测量范围尽可能大。 (2)待测电阻Rx≫R0(滑动变阻器的最大阻值)，限流式接法滑动变阻器几乎不起作用。 (3)若采用限流式接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许的最大电流。 (2026·重庆荣昌模拟)某同学测量电阻约为30 Ω 的一段圆柱形合金材料的电阻率，步骤如下： (1)用螺旋测微器测量其直径示数如图所示，该示数为　　　　mm。 (2)用伏安法测合金材料的电阻时，除待测合金材料外，实验室还备有如下器材，为了准确测量其电阻，电压表应选　　　　；电流表应选　　　　。(填写器材前对应的序号字母) A.电压表V1，量程0～3 V，内阻约3 kΩ B.电压表V2，量程0～15 V，内阻约15 kΩ C.电流表A1，量程0.6 A，内阻约10 Ω D.电流表A2，量程0～100 mA，内阻约2 Ω E.滑动变阻器R(0～10 Ω) F.电动势为4.5 V的电源，内阻不计 G.开关S，导线若干 (3)为准确测量电阻，应使待测电阻两端电压变化较大，尽量多地测量数据，请选出正确的实验电路图　　　　。 答案：(1)1.843(1.842～1.844均可)　(2)A　D　(3)C 解析：(1)螺旋测微器的读数为 1.5 mm＋34.3×0.01 mm＝1.843 mm。 (2)电源的电动势为4.5 V，电压表读数应大于量程的，所以电压表应选电压表A，量程比较合适；电压表选3 V，所以电流最大约为Im＝＝ A＝0.1 A＝100 mA，所以电流表应选电流表D。 (3)因为电压表内阻远大于待测电阻，故采用电流表外接法，为准确测量电阻，应使待测电阻两端电压变化较大，尽量多地测量数据，故滑动变阻器采用分压式接法。故选C。 提升点四　实验器材的选取、实验设计及实物图的连接 1.实验器材选择的技巧 电压表、电流表 不超过量程，且要超过满偏刻度的，有时也可以根据测量数据确定选择的电表 滑动变阻器 分压选阻值小的且不超过其额定电流的滑动变阻器，限流选最大阻值为待测电阻2～3倍的滑动变阻器。电流半偏法测电阻，滑动变阻器选阻值大的 定值电阻 若用于电表改装，阻值与改装后的量程匹配，若用于保护电路，应使电流表、电压表读数在满偏刻度的以上且不超过电流表、电压表量程 2.实物图连接的注意事项 (1)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，按照电路原理图依次将主电路中串联的元件依次串联起来，再将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，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，负接线柱流出。 (4)滑动变阻器的连接 ①限流式接法：导线分别连接到上、下接线柱上(两个接线柱)； ②分压式接法：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)。 学生用书⬇第180页 3.电学实验设计的“三原则” 安全性 确保电源、电阻和电表都不会过载，如电流表或电压表量程一定要大于被测电流或电压的最大值 精确性 判断选用多大量程的电表时，应考虑尽可能减小测量误差，对于电压表或电流表，应使指针偏转到满偏刻度的到范围内，多用电表选用电阻挡时，应尽可能使指针指在中间刻度附近 可调性 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，又能实现调节时测量电表的示数变化明显 某实验小组要测量一个用电器L的额定功率(额定电压为10 V、额定功率在12～15 W之间)，测量电路的部分导线已经接好(如图所示)。实验室有下列器材可供选用： 直流电源：E1(电动势为3 V，内阻很小) E2(电动势为15 V，内阻很小) 直流电流表：A1(量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω) A2(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω) 直流电压表：V(量程为3 V、内阻为3 kΩ) 滑动变阻器：R1(阻值范围0～20 Ω) R2(阻值范围0～200 Ω) 定值电阻：R3＝3 kΩ、R4＝9 kΩ、R5＝25 kΩ 开关一个，导线若干 为使测量尽可能准确、方便，请回答下列问题： (1)电源应该选择　　　　(选填“E1”或“E2”)； (2)电流表应该选择　　　　(选填“A1”或“A2”)； (3)滑动变阻器应该选择　　　　(选填“R1”或“R2”)； (4)由于电压表的量程不够，要利用一个定值电阻进行改装。请选择合适的定值电阻，在图中用笔画线代替导线连接好测量电路的剩余部分。 答案：(1)E2　(2)A2　(3)R1　(4)见解析图 解析：(1)由于用电器的额定电压为10 V，所以直流电源选择电动势为15 V的E2。 (2)由额定电压和额定功率可求出其额定电流为1.2～1.5 A之间，所以直流电流表选择A2。 (3)根据已有的电路结合让实验结果更为精确的要求，采用限流电路，所以利用滑动变阻器R1作为限流电阻。 (4)若要将电压表改装为量程更大的电压表，需要与其串联一个定值电阻，根据串联电路特点知，若串联R3，则量程为6 V，若串联R4，则量程为12 V，若串联R5，则量程为28 V，因此串联R4比较合适。因为RL＜，所以电流表采用外接法。实物连接图如图所示。 学科网（北京）股份有限公司 $