2021高考物理第二轮复习专题六 物理实验及创新实验 第2讲 电学实验

第2讲电学实验基本器材的使用与读数1．电压表、电流表、多用电表的读数技巧(1)对电表读数问题，要先弄清楚电表的分度值，即每小格的数值。

①最小分度为“1”的仪器，测量误差出现在下一位，下一位按十分之一估读。

②最小分度是“2”和“5”的仪器，测量误差出现在同一位上，同一位分别按二分之一或五分之一估读。

(2)多用电表的使用问题，在弄清其基本原理的基础上，会选择测量项目及量程、挡位，能区分机械调零和欧姆调零，掌握测量电阻的步骤。

2．电表的“三用”如果知道电表的内阻，电流表、电压表就既可以测电流，也可以测电压，还可以作为定值电阻来用，即“一表三用”。

【例】(1)某课外兴趣小组在“伏安法测电阻”实验中，测得两电表示数如图1所示，电流表读数为__________ A，电压表读数为__________ V。

图1(2)如图2所示，电阻箱的读数为__________。

图2解析(1)由图所示电流表可知，其量程为0～0.6 A，分度值为0.02 A，示数为0.42 A；由图所示电压表可知，其量程为0～3 V，分度值为0.1 V，示数为2.60 V。

(2)由图可知电阻箱的电阻值为530.0 Ω答案(1)0.42 2.60(2)530.0 Ω1．(2020·济宁二模)图3甲中螺旋测微器的读数为__________mm。

如图乙所示为用多用电表的“×1”欧姆挡正确操作后测某电阻时指针的位置，其读数为__________Ω。

图3解析螺旋测微器固定刻度为0.5 mm，可动刻度为23.0×0.01 mm，则读数为0.5 mm＋23.0×0.01 mm＝0.730 mm；多用电表指针读数为8.0，而多用电表采用的是“×1”欧姆挡，故最终读数为8×1 Ω＝8 Ω。

答案0.73082．某同学在做“用多用电表测电阻”的实验中：图4(1)测量某电阻时，用“×10 Ω”挡时发现指针偏转角度过大，他应该换用“__________”(填“×1 Ω”或“×100 Ω”)挡，换挡后，在测量前先要进行________________。

(2)某次使用多用电表的实验中，多用电表指针的位置如图4所示：①如果使用的是直流“2.5 V”的电压挡，则读数为________V；②如果使用的是“×100 Ω”的电阻挡，则读数为________ Ω；③如果使用的是直流“10 mA”的电流挡，则读数为______mA。

解析(1)根据欧姆表的工作原理可知，指针的偏角过大，说明电阻较小，即所选的倍率过大，应选择“×1 Ω”挡，换挡后在测量前要重新进行欧姆调零。

(2)①如果使用的是直流“2.5 V”的电压挡，则每小格代表0.05 V，读数为17×0.05 V＝0.85 V；②如果使用的是“×100 Ω”的电阻挡，则读数为30×100 Ω＝3.0×103Ω；③如果使用的是直流“10 mA”的电流挡，则每小格代表0.2 mA，读数为17×0.2 mA ＝3.4 mA。

答案(1)×1 Ω欧姆调零(2)①0.85②3.0×103③3.4以测量电阻为核心的电学实验1．测量电阻类实验的基本思路电阻测量首先要根据实验目的、实验原理、实验器材的不同而灵活选用“伏安法”(又分为内接法和外接法)“安安法”“伏伏法”“伏安加R法”等测量电路。

从供电方式上又可分为限流电路和分压电路。

2．定值电阻的作用在高考电学设计性实验中，常以定值电阻的合理使用为背景来命题。

求解这类问题的关键是必须弄清定值电阻在设计电路中的主要作用，一般来说，定值电阻有三种作用：3．电学仪器的选择(1)电源的选择：一般可以根据待测元件的额定电流或额定电压选择符合需要的电源。

(2)电表的选择：一般根据电源电动势或待测元件的额定电压选择电压表，再估算待测电流的最大阻值选择电流表。

注意测量时要使电表的指针偏转角较大。

(3)变阻器的选择：在安全条件下，分压式选最大阻值较小、额定电流较大的，限流式选最大阻值与待测电阻差不多的。

4．滑动变阻器两种连接方式的选择(1)当题中要求负载上电压或电流从零开始调节时，应采用分压式接法。

(2)当题中要求测量精确度高且调节范围大时，一般用分压式接法。

(3)当滑动变阻器的总电阻比待测电阻阻值的一半还小时，一般用分压式接法。

(4)负载电阻的阻值小于滑动变阻器的总电阻或相差不多，且电压、电流不要求从零可调时，一般用限流式接法。

(5)两种接法均可使用时，优先用限流式接法(节能)。

【例1】(电阻的测量)(2020·全国卷Ⅰ，22)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻R x，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5(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U－I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：(a)(b)图5(1)图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在________(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________(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1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1位小数)。

解析(1)当用电流表内接法时，测量值为R x1＝R x＋R A>R x，当用电流表外接法时，测量值为R x2＝R x R V<R x，图(b)中图线Ⅱ的斜率较小，所以应为使用电流表外接R x＋R V法测量的结果，即电压表跨接在O、P间测量得到的。

(2)由图线可得R x约为50.0 Ω，可知R x>R A R V，所以用电流表内接法测量的结果误差较小，即由图线Ⅰ得到的结果更接近待测电阻的真实值，测量结果R x1＝ΔU＝ΔI 50.5 Ω。

(3)因为R x1＝R x＋R A，所以R x＝R x1－R A＝50.0 Ω。

答案(1)O、P(2)Ⅰ50.5(3)50.0【例2】(电表的改装)(2019·全国卷Ⅰ，23)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6(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)。

图6(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7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)图7A．18 mA B．21 mA C．25 mA D．28 mA(3)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 ΩB．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1 200 ΩC．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)实物连线如图所示。

(2)串联电路中电流处处相等，根据比例关系得，毫安表示数为16.0 mA时，对应微安表的刻度为160 μA，说明量程扩大了100倍，所以当微安表指针到满量程250 μA时，毫安表的示数应为25 mA，即为改装后电表的量程，选项C正确。

(3)根据I g R g＝(I－I g)R得I＝I g R gR＋I g。

出现该情况可能是微安表内阻测量错误，实际电阻大于1 200 Ω，或者并联的电阻R计算错误，接入的电阻偏小。

选项A、C 正确。

(4)若微安表的满偏电压为U，则对并联的电阻R有U＝(25－0.25)×10－3R，U＝(20－0.25)×10－3kR解得k＝9979。

答案(1)见解析图(2)C(3)AC(4)99 79【例3】(伏安特性曲线)(2020·全国卷Ⅱ，23)某同学要研究一小灯泡L(3.6 V，0.30 A)的伏安特性。

所用器材有：电流表A1(量程200 mA，内阻R g1＝10.0 Ω)、电流表A2(量程500 mA，内阻R g2＝1.0 Ω)、定值电阻R0(阻值R0＝10.0 Ω)、滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω)、电源E(电动势4.5 V，内阻很小)、开关S和若干导线。

该同学设计的电路如图8a所示。

图8(1)根据图a，在图b的实物图中画出连线。

(2)若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流，利用I1、I2、R g1和R0写出：小灯泡两端的电压U＝________，流过小灯泡的电流I＝________。

为保证小灯泡的安全，I1不能超过________mA。

(3)实验时，调节滑动变阻器，使开关闭合后两电流表的示数为零。

逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2。

所得实验数据在下表中给出。

I1/mA325585125144173I2/mA171229299379424470根据实验数据可算得，当I1＝173 mA时，灯丝电阻R＝________Ω(保留1位小数)。

(4)如果用另一个电阻替代定值电阻R0，其他不变，为了能够测量完整的伏安特性曲线，所用电阻的阻值不能小于________Ω(保留1位小数)。

解析(1)实物图连线如图所示。

(2)根据串并联知识可得小灯泡两端的电压U＝I1(R g1＋R0)，流过小灯泡的电流I ＝I2－I1，小灯泡的额定电压为U额＝3.6 V，由U额＝I1(R g1＋R0)可得I1＝180 mA，即为了保证小灯泡的安全，I1不能超过180 mA。

(3)灯丝的电阻R＝UI＝I1（R g1＋R0）I2－I1，当I1＝173 mA时，I2＝470 mA，解得R＝11.6 Ω。

(4)小灯泡的额定电压为U额＝3.6 V，由I g1(R g1＋R)≥U额可得R≥8.0 Ω。

答案(1)图见解析(2)I1(R g1＋R0)I2－I1180(3)11.6(4)8.01．某同学要测量某圆柱体的电阻率ρ。

(1)用游标卡尺和螺旋测微器分别测量其长度和直径，如图9所示，则其长度L＝________ cm，直径d＝________mm。

图9(2)该同学先用指针式多用电表粗测其电阻。

他将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔中，将选择开关置于“×1”挡位置，然后____________________________，直至指针指在“0 Ω”处，继续实验。