第3讲 小专题:电学实验必备基础
考点一 基本仪器的使用及读数
1.游标卡尺的原理和读数
(1)原理:利用主尺的单位刻度与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值制成。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总长度少1 mm。
(2)读数:由主尺读出整毫米数l0,从游标尺上读出第n条刻度线与主尺上某一刻度线对齐,则测量值(mm)=(l0+n×分度值) mm。
注意:①游标卡尺的分度值一般为游标尺上总刻度格数的倒数。
刻度格数 分度值 (mm) 测量结果
10 0.1 主尺上读的毫米数+0.1n
20 0.05 主尺上读的毫米数+0.05n
50 0.02 主尺上读的毫米数+0.02n
②游标卡尺不需要估读。
2.螺旋测微器的原理和读数
(1)原理:固定刻度上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,即螺旋测微器的分度值为0.01 mm。读数时需要估读到毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺。
(2)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)。
3.电流表和电压表的读数
量程 分度值 读数规则
电流表0～3 A 0.1 A 与刻度尺一样,采用估读,精确值后加一位估读数
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
4.电阻箱
(1)在电路中可作为可调节的标准电阻使用。
(2)读数时,各旋钮对应指示点的读数乘面板上标记的倍数,然后相加,就得出电阻的阻值,读数时按从高倍到低倍的顺序读出。
[例1] 【游标卡尺和螺旋测微器的读数】 (2024·河北秦皇岛开学考试)(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。
(2)读出下面各螺旋测微器的读数,图丁为 mm,图戊为 mm,图己为 mm。
【答案】 (1)17.7 23.85 3.18
(2)4.040 1.100 3.515(3.514～3.516均可)
【解析】 (1)题图甲游标卡尺的主尺读数为17 mm,游标尺读数为7×0.1 mm=0.7 mm,最后结果是17 mm+0.7 mm=17.7 mm。题图乙游标卡尺的主尺读数为23 mm,游标尺读数为17×0.05 mm=0.85 mm,最后结果是23 mm+0.85 mm=23.85 mm。题图丙游标卡尺的主尺读数为3 mm,游标尺读数为9×0.02 mm=0.18 mm,最后结果是3 mm+0.18 mm=3.18 mm。
(2)题图丁的读数为4 mm+4.0×0.01 mm=4.040 mm。
题图戊的读数为1 mm+10.0×0.01 mm=1.100 mm。
题图己的读数为3.5 mm+1.5×0.01 mm=3.515 mm。
(1)游标卡尺的读数要“三看”。
①第一看分度值。
②第二看游标尺上的零刻度线位置,区分零刻度线与游标尺最前端。
③第三看游标尺的哪条刻度线与主尺上的刻度线对齐。
(2)螺旋测微器的读数三注意。
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。
[例2] 【电压表和电流表的读数】 (2025·山东青岛阶段练习)(1)如图甲所示的电表使用0～0.6 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0～3 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。
【答案】 (1)0.02 0.44 0.1 2.20
(2)0.1 1.70 0.5 8.5
【解析】 (1)使用0～0.6 A量程时,刻度盘上的每一小格表示0.02 A,表针示数为0.44 A;当使用0～3 A量程时,每一小格为0.1 A,表针示数为2.20 A。
(2)电压表使用0～3 V量程时,每小格表示0.1 V,表针示数为1.70 V;使用0～15 V量程时,每小格表示0.5 V,表针示数为8.5 V。
考点二 测量电路与控制电路的选择
1.电流表的内、外接法
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==两种电 路选择 标准 当RA Rx或Rx>时,选用电流表内接法;当RV Rx或Rx<时,选用电流表外接法
2.滑动变阻器两种连接方式的对比
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
3.滑动变阻器两种接法的选择
(1)滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多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。
(2)滑动变阻器必须采用分压式接法的几种情况。
①“测不全”:要求电压表从零开始读数时,要求电压(电流)的测量范围尽可能大,限流式接法无法获得需要的数据。
②“限不住”: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。
③“调不准”:当待测电阻Rx R0(滑动变阻器的最大阻值)时,限流式接法起不到调节电路电压、电流的作用。
[例3] 【电流表内、外接法的选择】 (2023·全国甲卷,22)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。实验中有图甲和乙两个电路图供选择。
(1)实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图丙所示,该同学选择的电路图是图
(选填“甲”或“乙”)。
(2)若选择另一个电路图进行实验,在图丙上用实线画出实验中应得到的关系曲线的示
意图。
【答案】 (1)甲 (2)图见解析
【解析】 (1)由题图丙中结果可知,当U=6 V时通过小灯泡的电流I=500 mA=0.5 A,由欧姆定律可知,此时小灯泡电阻R灯′=12 Ω,小灯泡正常工作时的电阻为R灯==12 Ω,则电流表应采用外接法,则该同学选择的电路图是题图甲。
(2)若选用另一个电路图进行实验,会有U=U灯+IRA,若使灯泡中电流分别为200 mA、
400 mA、500 mA,可知对应的电压分别为U1=1.1 V+0.2×1.5 V=1.4 V,U2=3.3 V+0.4×
1.5 V=3.9 V,U3=6.0 V+0.5×1.5 V=6.75 V,描点连线如图所示。
[例4] 【滑动变阻器两种接法的选择】 (2025·四川成都阶段练习)某同学想通过测绘小灯泡的I-U图像来研究小灯泡的电阻随电压变化的规律,要求小灯泡两端的电压由零逐渐增加到2.5 V,并便于操作。已选用的器材有:
待测小灯泡一个(额定电压为2.5 V,电阻约为几欧);
电池组(电动势为3.0 V,内阻约1 Ω);
电压表一个(量程0～3 V,内阻约为3 kΩ);
电流表一个(量程0～0.6 A,内阻约为0.1 Ω);
开关一个、导线若干。
(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 。
A.滑动变阻器(最大阻值为10 Ω,额定电流为2 A)
B.滑动变阻器(最大阻值为1 500 Ω,额定电流为0.5 A)
(2)实验的电路图应选用 。
A B
C D
(3)实验得到小灯泡的I-U图像如图所示,则可知随着电压的增大,小灯泡的电阻 (选填“增大”“减小”或“不变”)。如果将这个小灯泡接到电动势为2.5 V、内阻不计的电源两端,小灯泡消耗的功率为 W(结果保留2位有效数字)。
【答案】 (1)A (2)B (3)增大 1.1
【解析】 (1)要求小灯泡两端的电压由零逐渐增加,滑动变阻器应采用分压式接法,应选择最大阻值较小的滑动变阻器,故A正确。
(2)测绘小灯泡的I-U图像需要电压从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法,小灯泡电阻比较小,所以采用电流表外接法,故原理图应选B。
(3)根据小灯泡的I-U图像可知,电压增大,小灯泡的电阻增大;根据小灯泡的I-U图像可知,当U=2.5 V时,I=0.43 A,可求得P=UI≈1.1 W。
考点三 电表的改装
电表的两种改装
项目 改装成大量程电压表 改装成大量程电流表
内部电路
改装原理 串联分压 并联分流
改装后的量程 U=Ig(Rg+R) 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 改装成的电压表 改装成的电流表
[例5] 【电流表的改装】 (2025·江苏扬州开学考试)实验室中有一个量程较小的电流表G,其内阻约为1 000 Ω,满偏电流为100 μA,现将它改装成量程为0～1 mA、0～10 mA的双量程电流表。现有器材如下:
A.滑动变阻器R1,最大阻值为50 Ω
B.滑动变阻器R2,最大阻值为50 kΩ
C.电阻箱R′,最大阻值为9 999 Ω
D.电源E1,电动势为3.0 V(内阻不计)
E.电源E2,电动势为6.0 V(内阻不计)
F.定值电阻若干
G.开关S1和S2、导线若干
(1)先采用半偏法测量电流表G的内阻,实验电路如图甲所示。为提高测量精确度,选用的滑动变阻器为 ,选用的电源为 。(填器材前的字母序号)
(2)如果在(1)中测得电流表G的内阻为990 Ω,将电流表G改装成量程为0～1 mA、
0～10 mA的双量程电流表,设计电路如图乙所示,则在此电路中,RA= Ω,
RB= Ω。
(3)再将该电流表G改装成量程合适的电压表,用于测量一旧干电池的电动势和内阻,实验采用如图丙所示电路。实验过程中,将电阻箱拨到20.0 Ω时,电压表读数为0.80 V;若将电阻箱拨到如图丁所示的阻值时,电压表的读数如图戊所示,读数是 V。根据以上实验数据,可以计算出干电池的电动势E= V(结果保留2位有效数字),该测量结果 (选填“偏大”“偏小”或“准确”)。
【答案】 (1)B E (2)11 99
(3)1.10 1.2 偏小
【解析】 (1)采用半偏法测量电流表G的内阻,实验中在开关S2闭合前后,始终认为电路中的干路电流不变,即实验中为了减小系统误差,滑动变阻器接入的阻值需要远大于电流表G的内阻,故滑动变阻器应选择R2;滑动变阻器接入电路的阻值越大,误差越小,可得电源电动势至少为E=IgR2m=5 V,可知,电源选择6.0 V比选择3.0 V更能满足滑动变阻器接入的阻值需要远大于电流表G的内阻的要求,系统误差更小。
(2)根据电路图有Ig+=1 mA,Ig+=10 mA,解得RA=11 Ω,RB=99 Ω。
(3)电压表的分度值为0.1 V,估读一位,读数为1.10 V;根据电阻箱的读数规则,电阻箱的读数为R′=110.0 Ω,根据闭合电路欧姆定律可得E=0.80+r,E=1.10+r,联立解得E=1.2 V;电源内电压Ur=Ir,由于流过电压表的电流忽略,电流偏小,则Ur偏小,故E偏小,即测量值小于真实值。
[例6] 【电压表的改装】 (2025·四川成都阶段练习)在探究小灯泡电阻规律的实验中,实验电路图如图所示,所用器材有:
小灯泡(额定电压2.5 V,额定电流0.3 A);
电压表(量程0～300 mV,内阻为300 Ω);
电流表(量程0～300 mA,内阻为0.27 Ω);
定值电阻R0(A.R0=10 Ω;B.R0=200 Ω);
滑动变阻器R1(A.0～20 Ω;B.0～200 Ω);
电阻箱R2(最大阻值9 999.9 Ω);
电源E(电动势6 V,内阻不计);
开关S、导线若干。
完成下列填空:
(1)滑动变阻器R1应选择 (选填“A”或“B”),初始滑片应滑在 (选填“a”或“b”)端。
(2)为使电压表量程扩大至3 V,应将R2的阻值调整为 Ω,定值电阻R0选择 (选填“A”或“B”)。
(3)某次测量电压表的读数为152 mV,电流表的读数为240 mA,此时小灯泡的电阻为 。(保留2位有效数字)
【答案】 (1)A a (2)2 700 A (3)6.3 Ω
【解析】 (1)由电路图可知,滑动变阻器采用分压式接法,则滑动变阻器应选最大阻值较小的,即选择A。初始滑片应滑在a端,以保证闭合开关时,测量电路的电流值和电压值最小。
(2)根据串联电路的分压原理可得=,代入数据解得R2=2 700 Ω;当滑动变阻器滑片处于b端时,小灯泡所在测量电路分得的电压等于电源电动势6 V,电流表满偏时,测量电路的电阻为R==20 Ω,所以作为保护电阻,其阻值一定小于20 Ω,故定值电阻选A。
(3)某次测量电压表的读数为152 mV,流过电压表的电流为I1=≈5.07×10-4 A,灯泡两端的电压为U灯=I1(R2+Rg)≈1.52 V,此时小灯泡的电阻为R灯=≈6.3 Ω。
[例7] 【电阻表的改装】 (2025·江苏徐州模拟)某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为0～100 μA的电流表改装成电阻表并进行刻度和校准,要求改装后电阻表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA 刻度。可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14 kΩ)、滑动变阻器R1(最大阻值1 500 Ω)、滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω)、电阻箱(0～99 999.9 Ω)、干电池(E=1.5 V,r=1.5 Ω)、红、黑表笔和导线若干。
(1)电阻表设计。
将图甲中的实物连线组成电阻表。电阻表改装好后,滑动变阻器R接入电路的电阻应为 Ω;滑动变阻器选 (选填“R1”或“R2”)。
(2)刻度电阻表表盘。
通过计算,对整个表盘进行电阻刻度,如图乙所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75,则a、b处的电阻刻度分别为 、 。
(3)校准。
红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使电阻表指针指向 kΩ处;将红、黑表笔与电阻箱连接,记录多组电阻箱接入电路的电阻值及电阻表上对应的测量值,完成校准数据测量。若校准某刻度时,电阻箱旋钮位置如图丙所示,则电阻箱接入的阻值为 Ω。
【答案】 (1)图见解析 900 R1 (2)45 5
(3)0 35 000.0
【解析】 (1)将电源与电流表、定值电阻R0、滑动变阻器以及红、黑表笔串联起来即可将电流表改装为电阻表,如图所示;将红、黑表笔短接时,滑动变阻器接入电路的电阻应该使电流表恰好达到满偏电流,由闭合电路欧姆定律,有Ig=,解得R=900 Ω,故滑动变阻器应选择R1。
(2)电路中的总电阻R总=,当电路中的电流为25 μA时,接入电路的阻值即a处的电阻刻度R′=-(Rg+R0+r+R)=45 kΩ,同理可得b处的电阻刻度R″=-(Rg+R0+r+R)=5 kΩ。
(3)红、黑表笔短接的目的是进行欧姆调零,应使电阻表指针指向0 kΩ处;题图丙中×10k的旋钮指向3,×1k的旋钮指向5,其余旋钮都指向0处,故读数为35 000.0 Ω。
考点四 电学实验的仪器选择及实物连线
1.实验仪器的选择原则
根据实验原理和实验室条件选择实验仪器是进行正确测量的前提,一般遵循以下四个
原则。
(1)安全性原则:要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器,使实验切实可行,能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程,电阻类器件的电流不能超过其最大允许电流等。
(2)准确性原则:根据实验的需要,选用精I度合适的测量工具,但对某个实验来讲,分度值够用即可,并不是越高越好。
(3)操作性原则:实验时需考虑调节方便,便于操作,如滑动变阻器的选择,既要考虑它的额定电流,又要考虑它的阻值范围,在二者都能满足实验要求的情况下,还要考虑阻值大小在实验操作中是否调节方便。
(4)可行性原则:注重实际,满足实验要求;并且使电路元件少,耗能少。
2.几种仪器的选择
(1)电流表和电压表。
根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程。然后合理选择量程。务必使指针有较大偏转,应使指针偏转到满刻度的之间,以减少读数误差。
(2)滑动变阻器。
根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器。注意流过滑动变阻器的电流不超过额定值。对高阻值的滑动变阻器,如果滑片稍有移动,使电流、电压有很大变化的,不宜采用。
①在滑动变阻器作限流作用时,为使负载Rx既能得到较宽的电流调节范围,又能使电流变化均匀,选择滑动变阻器时,应使其最大电阻R0大于Rx,一般在2～5倍为好。
②在滑动变阻器作分压作用时,一般使滑动变阻器的最大电阻R0在0.1Rx～0.5Rx之间为好。
(3)电源。
保证电源能为实验提供合适的电流或电压,应与实验中提供的其他器材相匹配。
3.对器材的选择的一般步骤
(1)找出唯一性的器材。
(2)草画电路图(暂不把电表接入)。
(3)估算最大值(在限流电路中把滑动变阻器滑片推向最小值)。
(4)考虑能否都使电表指针偏转到满偏的之间。
[例8] 【实验仪器的选择】 (2025·宁夏银川阶段练习)有一个小电珠上标有“4 V 2 W”的字样,现在要用伏安法描绘这个电珠的I-U图线。有下列器材可供选用:
A.电压表(0～5 V,内阻10 kΩ)
B.电压表(0～10 V,内阻20 kΩ)
C.电流表(0～0.3 A,内阻1 Ω)
D.电流表(0～0.6 A,内阻0.4 Ω)
E.滑动变阻器(0～5 Ω,1 A)
F.滑动变阻器(0～500 Ω,0.2 A)
(1)实验中电压表应选用 ,电流表应选用 。(均用序号字母表示)
(2)为使实验误差尽量减小,要求电压从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应选用
(用序号字母表示),实验中滑动变阻器应采用 (选填“分压”或“限流”)式接法。
【答案】 (1)A D (2)E 分压
【解析】 (1)小电珠的额定电压为4 V,应选用量程为0～5 V的电压表,故选A;小电珠的额定电流为I== A=0.5 A,应选用量程为0～0.6 A的电流表,故选D。
(2)要求电压从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应采用分压式接法,分压式接法应选用最大阻值较小的滑动变阻器,故选E。
仪器选择的技巧
(1)巧用电阻或电表阻值的信息。
①电阻的阻值信息。
“等于”:一般可以用于电表改装或精确计算。
“约为”:用于估算。
②电表的阻值信息。
“等于”:a.用于改装大量程电表。
b.电流表可作电压表使用或电压表可作电流表使用。
c.除了测量电压(电流)外,电表的阻值可用于准确计算待测电阻、支路的电流或电压。
“约为”:用于估算。
(2)电流表、电压表量程的选择。
①根据U-I(I-U)图像中坐标值或表格中数值范围。
②根据待测电阻的额定值(P、U、I)综合计算,确定电流表或电压表量程。
[例9] 【电学实验实物图连线】 (2025·河北石家庄模拟)为了精确测量电流表G1的内阻,实验室提供器材如下:
A.待测电流表G1(0～200 μA,内阻约2 kΩ)
B.电流表G2(0～1 mA,内阻约1 kΩ)
C.定值电阻R1(阻值为500 Ω)
D.定值电阻R2(阻值为50 Ω)
E.滑动变阻器R3(0～20 Ω)
F.干电池E(电动势为1.5 V,内阻不计)
G.开关S及导线若干
(1)实验要求多测几组数据,并方便操作,定值电阻应选 。(填写器材前面的序号)
(2)选择恰当的器材后,用笔画线将图甲中的实物电路补画完整。
甲
(3)调节滑动变阻器R3滑片至合适位置,电流表G1、G2的示数分别为I1、I2,待测电流表G1内阻表达式为Rg= 。(用题中已知物理量的符号表示)
(4)测得电流表G1内阻为1 800 Ω。某同学利用电流表G1、光敏电阻R和电源E′(电动势4.5 V,内阻不计)、定值电阻R0(阻值为20 kΩ)等器材为教室设计了一个简易照度计,其电路如图乙所示,光敏电阻R的阻值随照度的变化关系如图丙所示,图丙中照度“适中”对应图乙中电流表G1的示数范围为 μA。(结果保留3位有效数字)
【答案】 (1)C (2)图见解析 (3) (4)122～162
【解析】 (1)实验要求多测几组数据,并方便操作,定值电阻应选与电流表G1内阻较接近的R1与电流表G1并联。
(2)电路连线如图。
(3)由电路可知I1Rg=(I2-I1)R1,即Rg=。
(4)由题图丙可知,照度“适中”时光敏电阻的阻值在6～15 kΩ,由电路可知I=,代入数据可得对应题图乙中电流表G1的示数范围为122～162 μA。
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到开关,再到滑动变阻器,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。
限流法:导线分别连接到上、下接线柱上(一上一下,两个接线柱)。
分压法: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,三个接线柱)。
(满分:40分)
对点1.基本仪器的使用及读数
1.(6分)(2024·黑龙江齐齐哈尔期中)某同学用螺旋测微器测圆柱体的直径时,示数如图甲所示,此示数为 mm;用游标卡尺测量某物体的厚度时,示数如图乙所示,此示数为 cm。另一位学生用游标尺上标有50等分刻度的游标卡尺测一工件的长度,测得的结果如图丙所示,则该工件的长度L= cm。
【答案】 8.472(8.471～8.473均可) 2.060 5.236
【解析】 题图甲中螺旋测微器的固定刻度示数为8 mm,可动刻度示数为47.2×0.01 mm=
0.472 mm,所以最终示数为8 mm+0.472 mm=8.472 mm;题图乙中游标卡尺的主尺示数为20 mm,游标尺示数为12×0.05 mm=0.60 mm,所以最终示数为20 mm+0.60 mm=20.60 mm=
2.060 cm。题图丙中工件的长度L=52 mm+18×0.02 mm=5.236 cm。
对点2.测量电路与控制电路的选择
2.(8分)(2025·北京西城阶段练习)在电学实验设计电路时,要思考以下两个问题:
(1)电流表是内接还是外接
如图甲所示,某同学测量灯泡电阻时采用试接的方法,让电压表的一端接在A点,另一端先后接在B点和C点。他发现电压表示数有明显变化,而电流表示数无明显变化,说明小灯泡的阻值与 (选填“电流表”或“电压表”)的阻值接近,应选择电流表 (选填“内接”或“外接”)的电路。
(2)分压电路中选择最大阻值是多大的滑动变阻器更有利于完成实验
某同学分别用最大阻值是10 Ω、100 Ω、1 000 Ω的三种滑动变阻器做分压电阻,用如图乙所示的电路进行实验。实验中所用的定值电阻Rx=30 Ω。当滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动的过程中,根据实验数据,分别作出电压表读数Ux随(指滑片移动的距离x与滑片在滑动变阻器上可移动的总长度L的比值)变化的关系曲线a、b、c,如图丙所示。
则图丙中的图线a对应的滑动变阻器的最大阻值为 (选填“10 Ω”“100 Ω”或
“1 000 Ω”),为了更有利于完成实验应选择 (填选项前的字母)。
A.最大阻值更大的滑动变阻器
B.最大阻值比Rx大2～5倍的滑动变阻器
C.最大阻值更小的滑动变阻器
【答案】 (1)电流表 外接 (2)1 000 Ω C
【解析】 (1)该同学发现电压表示数有明显变化,而电流表示数无明显变化,说明小灯泡的阻值与电流表的阻值接近,应选择电流表外接法。
(2)随滑片移动过程中,图线a电压表示数变化较小,说明定值电阻与滑动变阻器左侧部分并联变化较小,说明滑动变阻器阻值较大,即最大阻值为1 000 Ω 的滑动变阻器。为了使电压表示数变化明显,应使用最大阻值更小的滑动变阻器,故C正确。
对点3.电表的改装
3.(8分)(2025·云南玉溪模拟)某同学找到一个表盘刻度清晰、参数缺失的灵敏电流表G,为测量该电流表的参数,该同学进行了下列操作:
(1)将灵敏电流表G按如图所示的电路连接,开关闭合前,滑动变阻器RP的滑片应置于
(选填“最左端”“最右端”或“正中间”)。
(2)将电阻箱R调为500 Ω,闭合开关,调节滑动变阻器RP的滑片使灵敏电流表G的指针满偏,此时电压表V的示数为4.2 V。
(3)保持电压表V的示数不变,反复调整电阻箱R的阻值和滑动变阻器RP的滑片位置,使灵敏电流表G的指针半偏,此时电阻箱R的阻值为1 200 Ω。
(4)可知灵敏电流表G的内阻为 Ω,满偏电流为 mA。
(5)若要将该电流表改装为量程为0～3 V的电压表,则需要串联一个 Ω的电阻。
【答案】 (1)最左端 (4)200 6 (5)300
【解析】 (1)为确保实验安全,开关闭合前,滑动变阻器RP的滑片要在最左端。
(4)根据实验原理结合闭合电路欧姆定律有U=Ig(R+Rg)=Ig(R′+Rg),解得Rg=200 Ω,Ig=6 mA。
(5)将G改装成量程为0～3 V的电压表,根据串联电路规律有U′=Ig(Rg+R0),解得R0=300 Ω。
对点4.电学实验的仪器选择及实物连线
4.(7分)(2025·四川南充模拟)采用如图甲所示的电路进行“描绘小灯泡的伏安特性曲线”
实验。
甲
可供选择的实验仪器如下:
小灯泡L:“3.8 V 0.3 A”;
电压表V:量程0～5 V,内阻5 kΩ;
电流表A1:量程0～100 mA,内阻4 Ω;
电流表A2:量程0～500 mA,内阻0.4 Ω;
滑动变阻器R1:最大阻值100 Ω,额定电流0.5 A;
滑动变阻器R2:最大阻值10 Ω,额定电流2.0 A;
直流电源E:电动势约为6 V,内阻约为0.5 Ω。
(1)在上述器材中,电流表应选 ,滑动变阻器应选 。(填仪器符号)
(2)根据电路图补全图乙中实物图连线。
乙
【答案】 (1)A2 R2 (2)图见解析
【解析】 (1)灯泡的额定电流为0.3 A,所以电流表应选择量程为0～500 mA的A2。本实验电路中,滑动变阻器采用的是分压式接法,为方便调节,应选择最大阻值较小的滑动变阻器,故选R2。
(2)根据实验电路图连接实物图如图所示。
5.(11分)(2025·安徽合肥开学考试)某同学为了描绘标有“3.8 V 0.5 A”的小灯泡的伏安特性曲线,准备了以下器材:
电流表A1(量程0～600 mA,内阻约2 Ω);
电流表A2(量程0～40 mA,内阻约1 Ω);
电压表V(量程0～15 V,内阻约15 kΩ);
电阻箱R(9 999.9 Ω);
滑动变阻器R1(0～10 Ω);
滑动变阻器R2(0～200 Ω);
电源电动势为4 V,内阻约0.04 Ω;
单刀单掷开关一个、单刀双掷开关两个;
导线若干。
(1)该同学在选择实验器材时发现,实验室提供的电压表不合适,原因是 。
(2)为了能够顺利完成实验,该同学设计了如图所示的电路,先测量电流表A2的内阻,然后再描绘小灯泡的伏安特性曲线。
①根据原理图连接电路,器材中的滑动变阻器应选择 ,闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应在最左端。
②闭合开关S,将单刀双掷开关S1接触点1,S2接触点3,调节滑动变阻器和电阻箱,使两电流表均有适当的读数,用I1、I2表示电流表A1、A2的示数,用R0表示电阻箱的示数,则电流表A2的内阻可表示为 (用I1、I2和R0表示)。
③多次改变电阻箱的阻值,测出多组数据,测得电流表A2内阻的平均值为1.3 Ω。
④将单刀双掷开关S1接触点2,S2接触点4,调节电阻箱使其接入电路的电阻R=98.7 Ω。
⑤调节滑动变阻器,当A1示数为312 mA时,A2示数为20 mA,此时流过小灯泡的电流为
mA,小灯泡两端的电压为 V。
【答案】 (1)量程太大 (2)①R1 ② ⑤292 2
【解析】 (1)电源电动势为4 V,电压表量程0～15 V,所以电压表量程太大。
(2)①电路中,滑动变阻器为分压式接法,所以滑动变阻器应选择最大阻值较小的R1。
②电流表A2与电阻箱并联后再与A1串联,则根据串、并联电路的规律可知,流过电阻箱的电流为I1-I2,电流表A2的内阻可表示为RA2=。
⑤流过小灯泡的电流为IL=I1-I2=292 mA,小灯泡两端的电压为UL=I2(R+RA2)=2 V。
(
第
21
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)第3讲 小专题:电学实验必备基础
考点一 基本仪器的使用及读数
1.游标卡尺的原理和读数
(1)原理:利用主尺的单位刻度与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值制成。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总长度少1 mm。
(2)读数:由主尺读出整毫米数l0,从游标尺上读出第n条刻度线与主尺上某一刻度线对齐,则测量值(mm)=(l0+n×分度值) mm。
注意:①游标卡尺的分度值一般为游标尺上总刻度格数的倒数。
刻度格数 分度值 (mm) 测量结果
10 0.1 主尺上读的毫米数+0.1n
20 0.05 主尺上读的毫米数+0.05n
50 0.02 主尺上读的毫米数+0.02n
②游标卡尺不需要估读。
2.螺旋测微器的原理和读数
(1)原理:固定刻度上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,即螺旋测微器的分度值为0.01 mm。读数时需要估读到毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺。
(2)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)。
3.电流表和电压表的读数
量程 分度值 读数规则
电流表0～3 A 0.1 A 与刻度尺一样,采用估读,精确值后加一位估读数
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
4.电阻箱
(1)在电路中可作为可调节的标准电阻使用。
(2)读数时,各旋钮对应指示点的读数乘面板上标记的倍数,然后相加,就得出电阻的阻值,读数时按从高倍到低倍的顺序读出。
[例1] 【游标卡尺和螺旋测微器的读数】 (2024·河北秦皇岛开学考试)(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。
(2)读出下面各螺旋测微器的读数,图丁为 mm,图戊为 mm,图己为 mm。
(1)游标卡尺的读数要“三看”。
①第一看分度值。
②第二看游标尺上的零刻度线位置,区分零刻度线与游标尺最前端。
③第三看游标尺的哪条刻度线与主尺上的刻度线对齐。
(2)螺旋测微器的读数三注意。
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。
[例2] 【电压表和电流表的读数】 (2025·山东青岛阶段练习)(1)如图甲所示的电表使用0～0.6 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0～3 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。
考点二 测量电路与控制电路的选择
1.电流表的内、外接法
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==两种电 路选择 标准 当RA Rx或Rx>时,选用电流表内接法;当RV Rx或Rx<时,选用电流表外接法
2.滑动变阻器两种连接方式的对比
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
3.滑动变阻器两种接法的选择
(1)滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多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。
(2)滑动变阻器必须采用分压式接法的几种情况。
①“测不全”:要求电压表从零开始读数时,要求电压(电流)的测量范围尽可能大,限流式接法无法获得需要的数据。
②“限不住”: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。
③“调不准”:当待测电阻Rx R0(滑动变阻器的最大阻值)时,限流式接法起不到调节电路电压、电流的作用。
[例3] 【电流表内、外接法的选择】 (2023·全国甲卷,22)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。实验中有图甲和乙两个电路图供选择。
(1)实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图丙所示,该同学选择的电路图是图
(选填“甲”或“乙”)。
(2)若选择另一个电路图进行实验,在图丙上用实线画出实验中应得到的关系曲线的示
意图。
[例4] 【滑动变阻器两种接法的选择】 (2025·四川成都阶段练习)某同学想通过测绘小灯泡的I-U图像来研究小灯泡的电阻随电压变化的规律,要求小灯泡两端的电压由零逐渐增加到2.5 V,并便于操作。已选用的器材有:
待测小灯泡一个(额定电压为2.5 V,电阻约为几欧);
电池组(电动势为3.0 V,内阻约1 Ω);
电压表一个(量程0～3 V,内阻约为3 kΩ);
电流表一个(量程0～0.6 A,内阻约为0.1 Ω);
开关一个、导线若干。
(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 。
A.滑动变阻器(最大阻值为10 Ω,额定电流为2 A)
B.滑动变阻器(最大阻值为1 500 Ω,额定电流为0.5 A)
(2)实验的电路图应选用 。
A B
C D
(3)实验得到小灯泡的I-U图像如图所示,则可知随着电压的增大,小灯泡的电阻 (选填“增大”“减小”或“不变”)。如果将这个小灯泡接到电动势为2.5 V、内阻不计的电源两端,小灯泡消耗的功率为 W(结果保留2位有效数字)。
考点三 电表的改装
电表的两种改装
项目 改装成大量程电压表 改装成大量程电流表
内部电路
改装原理 串联分压 并联分流
改装后的量程 U=Ig(Rg+R) 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 改装成的电压表 改装成的电流表
[例5] 【电流表的改装】 (2025·江苏扬州开学考试)实验室中有一个量程较小的电流表G,其内阻约为1 000 Ω,满偏电流为100 μA,现将它改装成量程为0～1 mA、0～10 mA的双量程电流表。现有器材如下:
A.滑动变阻器R1,最大阻值为50 Ω
B.滑动变阻器R2,最大阻值为50 kΩ
C.电阻箱R′,最大阻值为9 999 Ω
D.电源E1,电动势为3.0 V(内阻不计)
E.电源E2,电动势为6.0 V(内阻不计)
F.定值电阻若干
G.开关S1和S2、导线若干
(1)先采用半偏法测量电流表G的内阻,实验电路如图甲所示。为提高测量精确度,选用的滑动变阻器为 ,选用的电源为 。(填器材前的字母序号)
(2)如果在(1)中测得电流表G的内阻为990 Ω,将电流表G改装成量程为0～1 mA、
0～10 mA的双量程电流表,设计电路如图乙所示,则在此电路中,RA= Ω,
RB= Ω。
(3)再将该电流表G改装成量程合适的电压表,用于测量一旧干电池的电动势和内阻,实验采用如图丙所示电路。实验过程中,将电阻箱拨到20.0 Ω时,电压表读数为0.80 V;若将电阻箱拨到如图丁所示的阻值时,电压表的读数如图戊所示,读数是 V。根据以上实验数据,可以计算出干电池的电动势E= V(结果保留2位有效数字),该测量结果 (选填“偏大”“偏小”或“准确”)。
[例6] 【电压表的改装】 (2025·四川成都阶段练习)在探究小灯泡电阻规律的实验中,实验电路图如图所示,所用器材有:
小灯泡(额定电压2.5 V,额定电流0.3 A);
电压表(量程0～300 mV,内阻为300 Ω);
电流表(量程0～300 mA,内阻为0.27 Ω);
定值电阻R0(A.R0=10 Ω;B.R0=200 Ω);
滑动变阻器R1(A.0～20 Ω;B.0～200 Ω);
电阻箱R2(最大阻值9 999.9 Ω);
电源E(电动势6 V,内阻不计);
开关S、导线若干。
完成下列填空:
(1)滑动变阻器R1应选择 (选填“A”或“B”),初始滑片应滑在 (选填“a”或“b”)端。
(2)为使电压表量程扩大至3 V,应将R2的阻值调整为 Ω,定值电阻R0选择 (选填“A”或“B”)。
(3)某次测量电压表的读数为152 mV,电流表的读数为240 mA,此时小灯泡的电阻为 。(保留2位有效数字)
[例7] 【电阻表的改装】 (2025·江苏徐州模拟)某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为0～100 μA的电流表改装成电阻表并进行刻度和校准,要求改装后电阻表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA 刻度。可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14 kΩ)、滑动变阻器R1(最大阻值1 500 Ω)、滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω)、电阻箱(0～99 999.9 Ω)、干电池(E=1.5 V,r=1.5 Ω)、红、黑表笔和导线若干。
(1)电阻表设计。
将图甲中的实物连线组成电阻表。电阻表改装好后,滑动变阻器R接入电路的电阻应为 Ω;滑动变阻器选 (选填“R1”或“R2”)。
(2)刻度电阻表表盘。
通过计算,对整个表盘进行电阻刻度,如图乙所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75,则a、b处的电阻刻度分别为 、 。
(3)校准。
红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使电阻表指针指向 kΩ处;将红、黑表笔与电阻箱连接,记录多组电阻箱接入电路的电阻值及电阻表上对应的测量值,完成校准数据测量。若校准某刻度时,电阻箱旋钮位置如图丙所示,则电阻箱接入的阻值为 Ω。
考点四 电学实验的仪器选择及实物连线
1.实验仪器的选择原则
根据实验原理和实验室条件选择实验仪器是进行正确测量的前提,一般遵循以下四个
原则。
(1)安全性原则:要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器,使实验切实可行,能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程,电阻类器件的电流不能超过其最大允许电流等。
(2)准确性原则:根据实验的需要,选用精I度合适的测量工具,但对某个实验来讲,分度值够用即可,并不是越高越好。
(3)操作性原则:实验时需考虑调节方便,便于操作,如滑动变阻器的选择,既要考虑它的额定电流,又要考虑它的阻值范围,在二者都能满足实验要求的情况下,还要考虑阻值大小在实验操作中是否调节方便。
(4)可行性原则:注重实际,满足实验要求;并且使电路元件少,耗能少。
2.几种仪器的选择
(1)电流表和电压表。
根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程。然后合理选择量程。务必使指针有较大偏转,应使指针偏转到满刻度的之间,以减少读数误差。
(2)滑动变阻器。
根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器。注意流过滑动变阻器的电流不超过额定值。对高阻值的滑动变阻器,如果滑片稍有移动,使电流、电压有很大变化的,不宜采用。
①在滑动变阻器作限流作用时,为使负载Rx既能得到较宽的电流调节范围,又能使电流变化均匀,选择滑动变阻器时,应使其最大电阻R0大于Rx,一般在2～5倍为好。
②在滑动变阻器作分压作用时,一般使滑动变阻器的最大电阻R0在0.1Rx～0.5Rx之间为好。
(3)电源。
保证电源能为实验提供合适的电流或电压,应与实验中提供的其他器材相匹配。
3.对器材的选择的一般步骤
(1)找出唯一性的器材。
(2)草画电路图(暂不把电表接入)。
(3)估算最大值(在限流电路中把滑动变阻器滑片推向最小值)。
(4)考虑能否都使电表指针偏转到满偏的之间。
[例8] 【实验仪器的选择】 (2025·宁夏银川阶段练习)有一个小电珠上标有“4 V 2 W”的字样,现在要用伏安法描绘这个电珠的I-U图线。有下列器材可供选用:
A.电压表(0～5 V,内阻10 kΩ)
B.电压表(0～10 V,内阻20 kΩ)
C.电流表(0～0.3 A,内阻1 Ω)
D.电流表(0～0.6 A,内阻0.4 Ω)
E.滑动变阻器(0～5 Ω,1 A)
F.滑动变阻器(0～500 Ω,0.2 A)
(1)实验中电压表应选用 ,电流表应选用 。(均用序号字母表示)
(2)为使实验误差尽量减小,要求电压从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应选用
(用序号字母表示),实验中滑动变阻器应采用 (选填“分压”或“限流”)式接法。
仪器选择的技巧
(1)巧用电阻或电表阻值的信息。
①电阻的阻值信息。
“等于”:一般可以用于电表改装或精确计算。
“约为”:用于估算。
②电表的阻值信息。
“等于”:a.用于改装大量程电表。
b.电流表可作电压表使用或电压表可作电流表使用。
c.除了测量电压(电流)外,电表的阻值可用于准确计算待测电阻、支路的电流或电压。
“约为”:用于估算。
(2)电流表、电压表量程的选择。
①根据U-I(I-U)图像中坐标值或表格中数值范围。
②根据待测电阻的额定值(P、U、I)综合计算,确定电流表或电压表量程。
[例9] 【电学实验实物图连线】 (2025·河北石家庄模拟)为了精确测量电流表G1的内阻,实验室提供器材如下:
A.待测电流表G1(0～200 μA,内阻约2 kΩ)
B.电流表G2(0～1 mA,内阻约1 kΩ)
C.定值电阻R1(阻值为500 Ω)
D.定值电阻R2(阻值为50 Ω)
E.滑动变阻器R3(0～20 Ω)
F.干电池E(电动势为1.5 V,内阻不计)
G.开关S及导线若干
(1)实验要求多测几组数据,并方便操作,定值电阻应选 。(填写器材前面的序号)
(2)选择恰当的器材后,用笔画线将图甲中的实物电路补画完整。
甲
(3)调节滑动变阻器R3滑片至合适位置,电流表G1、G2的示数分别为I1、I2,待测电流表G1内阻表达式为Rg= 。(用题中已知物理量的符号表示)
(4)测得电流表G1内阻为1 800 Ω。某同学利用电流表G1、光敏电阻R和电源E′(电动势4.5 V,内阻不计)、定值电阻R0(阻值为20 kΩ)等器材为教室设计了一个简易照度计,其电路如图乙所示,光敏电阻R的阻值随照度的变化关系如图丙所示,图丙中照度“适中”对应图乙中电流表G1的示数范围为 μA。(结果保留3位有效数字)
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到开关,再到滑动变阻器,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。
限流法:导线分别连接到上、下接线柱上(一上一下,两个接线柱)。
分压法: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,三个接线柱)。
(满分:40分)
对点1.基本仪器的使用及读数
1.(6分)(2024·黑龙江齐齐哈尔期中)某同学用螺旋测微器测圆柱体的直径时,示数如图甲所示,此示数为 mm;用游标卡尺测量某物体的厚度时,示数如图乙所示,此示数为 cm。另一位学生用游标尺上标有50等分刻度的游标卡尺测一工件的长度,测得的结果如图丙所示,则该工件的长度L= cm。
对点2.测量电路与控制电路的选择
2.(8分)(2025·北京西城阶段练习)在电学实验设计电路时,要思考以下两个问题:
(1)电流表是内接还是外接
如图甲所示,某同学测量灯泡电阻时采用试接的方法,让电压表的一端接在A点,另一端先后接在B点和C点。他发现电压表示数有明显变化,而电流表示数无明显变化,说明小灯泡的阻值与 (选填“电流表”或“电压表”)的阻值接近,应选择电流表 (选填“内接”或“外接”)的电路。
(2)分压电路中选择最大阻值是多大的滑动变阻器更有利于完成实验
某同学分别用最大阻值是10 Ω、100 Ω、1 000 Ω的三种滑动变阻器做分压电阻,用如图乙所示的电路进行实验。实验中所用的定值电阻Rx=30 Ω。当滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动的过程中,根据实验数据,分别作出电压表读数Ux随(指滑片移动的距离x与滑片在滑动变阻器上可移动的总长度L的比值)变化的关系曲线a、b、c,如图丙所示。
则图丙中的图线a对应的滑动变阻器的最大阻值为 (选填“10 Ω”“100 Ω”或
“1 000 Ω”),为了更有利于完成实验应选择 (填选项前的字母)。
A.最大阻值更大的滑动变阻器
B.最大阻值比Rx大2～5倍的滑动变阻器
C.最大阻值更小的滑动变阻器
对点3.电表的改装
3.(8分)(2025·云南玉溪模拟)某同学找到一个表盘刻度清晰、参数缺失的灵敏电流表G,为测量该电流表的参数,该同学进行了下列操作:
(1)将灵敏电流表G按如图所示的电路连接,开关闭合前,滑动变阻器RP的滑片应置于
(选填“最左端”“最右端”或“正中间”)。
(2)将电阻箱R调为500 Ω,闭合开关,调节滑动变阻器RP的滑片使灵敏电流表G的指针满偏,此时电压表V的示数为4.2 V。
(3)保持电压表V的示数不变,反复调整电阻箱R的阻值和滑动变阻器RP的滑片位置,使灵敏电流表G的指针半偏,此时电阻箱R的阻值为1 200 Ω。
(4)可知灵敏电流表G的内阻为 Ω,满偏电流为 mA。
(5)若要将该电流表改装为量程为0～3 V的电压表,则需要串联一个 Ω的电阻。
对点4.电学实验的仪器选择及实物连线
4.(7分)(2025·四川南充模拟)采用如图甲所示的电路进行“描绘小灯泡的伏安特性曲线”
实验。
甲
可供选择的实验仪器如下:
小灯泡L:“3.8 V 0.3 A”;
电压表V:量程0～5 V,内阻5 kΩ;
电流表A1:量程0～100 mA,内阻4 Ω;
电流表A2:量程0～500 mA,内阻0.4 Ω;
滑动变阻器R1:最大阻值100 Ω,额定电流0.5 A;
滑动变阻器R2:最大阻值10 Ω,额定电流2.0 A;
直流电源E:电动势约为6 V,内阻约为0.5 Ω。
(1)在上述器材中,电流表应选 ,滑动变阻器应选 。(填仪器符号)
(2)根据电路图补全图乙中实物图连线。
乙
5.(11分)(2025·安徽合肥开学考试)某同学为了描绘标有“3.8 V 0.5 A”的小灯泡的伏安特性曲线,准备了以下器材:
电流表A1(量程0～600 mA,内阻约2 Ω);
电流表A2(量程0～40 mA,内阻约1 Ω);
电压表V(量程0～15 V,内阻约15 kΩ);
电阻箱R(9 999.9 Ω);
滑动变阻器R1(0～10 Ω);
滑动变阻器R2(0～200 Ω);
电源电动势为4 V,内阻约0.04 Ω;
单刀单掷开关一个、单刀双掷开关两个;
导线若干。
(1)该同学在选择实验器材时发现,实验室提供的电压表不合适,原因是 。
(2)为了能够顺利完成实验,该同学设计了如图所示的电路,先测量电流表A2的内阻,然后再描绘小灯泡的伏安特性曲线。
①根据原理图连接电路,器材中的滑动变阻器应选择 ,闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应在最左端。
②闭合开关S,将单刀双掷开关S1接触点1,S2接触点3,调节滑动变阻器和电阻箱,使两电流表均有适当的读数,用I1、I2表示电流表A1、A2的示数,用R0表示电阻箱的示数,则电流表A2的内阻可表示为 (用I1、I2和R0表示)。
③多次改变电阻箱的阻值,测出多组数据,测得电流表A2内阻的平均值为1.3 Ω。
④将单刀双掷开关S1接触点2,S2接触点4,调节电阻箱使其接入电路的电阻R=98.7 Ω。
⑤调节滑动变阻器,当A1示数为312 mA时,A2示数为20 mA,此时流过小灯泡的电流为
mA,小灯泡两端的电压为 V。
(
第
21
页
)(共88张PPT)
高中总复习·物理
第3讲
小专题:电学实验必备基础
1.游标卡尺的原理和读数
(1)原理:利用主尺的单位刻度与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值制成。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总长度少1 mm。
(2)读数:由主尺读出整毫米数l0,从游标尺上读出第n条刻度线与主尺上某一刻度线对齐,则测量值(mm)=(l0+n×分度值) mm。
注意:①游标卡尺的分度值一般为游标尺上总刻度格数的倒数。
刻度格数 分度值 (mm) 测量结果
10 0.1 主尺上读的毫米数+0.1n
20 0.05 主尺上读的毫米数+0.05n
50 0.02 主尺上读的毫米数+0.02n
②游标卡尺不需要估读。
2.螺旋测微器的原理和读数
(1)原理:固定刻度上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,即螺旋测微器的分度值为0.01 mm。读数时需要估读到毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺。
(2)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)。
3.电流表和电压表的读数
4.电阻箱
(1)在电路中可作为可调节的标准电阻使用。
(2)读数时,各旋钮对应指示点的读数乘面板上标记的倍数,然后相加,就得出电阻的阻值,读数时按从高倍到低倍的顺序读出。
[例1] 【游标卡尺和螺旋测微器的读数】 (2024·河北秦皇岛开学考试)(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。
17.7
23.85
3.18
【解析】 (1)题图甲游标卡尺的主尺读数为17 mm,游标尺读数为7×0.1 mm=0.7 mm,最后结果是17 mm+0.7 mm=17.7 mm。题图乙游标卡尺的主尺读数为23 mm,游标尺读数为17×0.05 mm=0.85 mm,最后结果是23 mm+0.85 mm=23.85 mm。题图丙游标卡尺的主尺读数为3 mm,游标尺读数为9×0.02 mm=0.18 mm,最后结果是3 mm+
0.18 mm=3.18 mm。
(2)读出下面各螺旋测微器的读数,图丁为 mm,图戊为 mm,图己为 mm。
4.040
1.100
3.515(3.514～3.516均可)
【解析】 (2)题图丁的读数为4 mm+4.0×0.01 mm=4.040 mm。题图戊的读数为1 mm+10.0×0.01 mm=1.100 mm。
题图己的读数为3.5 mm+1.5×0.01 mm=3.515 mm。
方法总结
(1)游标卡尺的读数要“三看”。
①第一看分度值。
②第二看游标尺上的零刻度线位置,区分零刻度线与游标尺最前端。
③第三看游标尺的哪条刻度线与主尺上的刻度线对齐。
(2)螺旋测微器的读数三注意。
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。
[例2] 【电压表和电流表的读数】 (2025·山东青岛阶段练习)(1)如图甲所示的电表使用0～0.6 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0～3 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。
0.02
0.44
0.1
2.20
【解析】 (1)使用0～0.6 A量程时,刻度盘上的每一小格表示0.02 A,表针示数为0.44 A;当使用0～3 A量程时,每一小格为0.1 A,表针示数为2.20 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。
0.1
1.70
0.5
8.5
【解析】(2)电压表使用0～3 V量程时,每小格表示0.1 V,表针示数为1.70 V;使用0～15 V量程时,每小格表示0.5 V,表针示数为8.5 V。
1.电流表的内、外接法
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
2.滑动变阻器两种连接方式的对比
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
3.滑动变阻器两种接法的选择
(1)滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多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。
(2)滑动变阻器必须采用分压式接法的几种情况。
①“测不全”:要求电压表从零开始读数时,要求电压(电流)的测量范围尽可能大,限流式接法无法获得需要的数据。
②“限不住”: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。
③“调不准”:当待测电阻Rx R0(滑动变阻器的最大阻值)时,限流式接法起不到调节电路电压、电流的作用。
[例3] 【电流表内、外接法的选择】 (2023·全国甲卷,22)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。实验中有图甲和乙两个电路图供选择。
(1)实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图丙所示,该同学选择的电路图是图 (选填“甲”或“乙”)。
甲
(2)若选择另一个电路图进行实验,在图丙上用实线画出实验中应得到的关系曲线的示意图。
【答案及解析】 (2)若选用另一个电路图进行实验,会有U=U灯+IRA,若使灯泡中电流分别为200 mA、400 mA、500 mA,可知对应的电压分别为U1=1.1 V+0.2×1.5 V=1.4 V,U2=3.3 V+0.4×1.5 V=3.9 V,U3=6.0 V+0.5×
1.5 V=6.75 V,描点连线如图所示。
[例4] 【滑动变阻器两种接法的选择】 (2025·四川成都阶段练习)某同学想通过测绘小灯泡的I-U图像来研究小灯泡的电阻随电压变化的规律,要求小灯泡两端的电压由零逐渐增加到2.5 V,并便于操作。已选用的器材有:
待测小灯泡一个(额定电压为2.5 V,电阻约为几欧);
电池组(电动势为3.0 V,内阻约1 Ω);
电压表一个(量程0～3 V,内阻约为3 kΩ);
电流表一个(量程0～0.6 A,内阻约为0.1 Ω);
开关一个、导线若干。
(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 。
A.滑动变阻器(最大阻值为10 Ω,额定电流为2 A)
B.滑动变阻器(最大阻值为1 500 Ω,额定电流为0.5 A)
A
【解析】 (1)要求小灯泡两端的电压由零逐渐增加,滑动变阻器应采用分压式接法,应选择最大阻值较小的滑动变阻器,故A正确。
(2)实验的电路图应选用 。
A B C D
B
【解析】(2)测绘小灯泡的I-U图像需要电压从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法,小灯泡电阻比较小,所以采用电流表外接法,故原理图应选B。
(3)实验得到小灯泡的I-U图像如图所示,则可知随着电压的增大,小灯泡的电阻 (选填“增大”“减小”或“不变”)。如果将这个小灯泡接到电动势为2.5 V、内阻不计的电源两端,小灯泡消耗的功率为
W(结果保留2位有效数字)。
增大
1.1
【解析】 (3)根据小灯泡的I-U图像可知,电压增大,小灯泡的电阻增大;
根据小灯泡的I-U图像可知,当U=2.5 V时,I=0.43 A,可求得P=UI≈1.1 W。
电表的两种改装
项目 改装成大量程电压表 改装成大量程电流表
内部电路
校准电路 改装成的电压表 改装成的电流表
[例5] 【电流表的改装】 (2025·江苏扬州开学考试)实验室中有一个量程较小的电流表G,其内阻约为1 000 Ω,满偏电流为100 μA,现将它改装成量程为0～1 mA、0～10 mA的双量程电流表。现有器材如下:
A.滑动变阻器R1,最大阻值为50 Ω
B.滑动变阻器R2,最大阻值为50 kΩ
C.电阻箱R′,最大阻值为9 999 Ω
D.电源E1,电动势为3.0 V(内阻不计)
E.电源E2,电动势为6.0 V(内阻不计)
F.定值电阻若干
G.开关S1和S2、导线若干
(1)先采用半偏法测量电流表G的内阻,实验电路如图甲所示。为提高测量精确度,选用的滑动变阻器为 ,选用的电源为 。(填器材前的字母序号)
B
E
【解析】 (1)采用半偏法测量电流表G的内阻,实验中在开关S2闭合前后,始终认为电路中的干路电流不变,即实验中为了减小系统误差,滑动变阻器接入的阻值需要远大于电流表G的内阻,故滑动变阻器应选择R2;滑动变阻器接入电路的阻值越大,误差越小,可得电源电动势至少为E=IgR2m=5 V,可知,电源选择6.0 V比选择3.0 V更能满足滑动变阻器接入的阻值需要远大于电流表G的内阻的要求,系统误差更小。
(2)如果在(1)中测得电流表G的内阻为990 Ω,将电流表G改装成量程为0～
1 mA、0～10 mA的双量程电流表,设计电路如图乙所示,则在此电路中,
RA= Ω,RB= Ω。
11
99
(3)再将该电流表G改装成量程合适的电压表,用于测量一旧干电池的电动势和内阻,实验采用如图丙所示电路。实验过程中,将电阻箱拨到20.0 Ω时,电压表读数为0.80 V;若将电阻箱拨到如图丁所示的阻值时,电压表的读数如图戊所示,读数是 V。根据以上实验数据,可以计算出干电池的电动势E= V(结果保留2位有效数字),该测量结果 (选填
“偏大”“偏小”或“准确”)。
1.10
1.2
偏小
[例6] 【电压表的改装】 (2025·四川成都阶段练习)在探究小灯泡电阻规律的实验中,实验电路图如图所示,所用器材有:
小灯泡(额定电压2.5 V,额定电流0.3 A);
电压表(量程0～300 mV,内阻为300 Ω);
电流表(量程0～300 mA,内阻为0.27 Ω);
定值电阻R0(A.R0=10 Ω;B.R0=200 Ω);
滑动变阻器R1(A.0～20 Ω;B.0～200 Ω);
电阻箱R2(最大阻值9 999.9 Ω);
电源E(电动势6 V,内阻不计);
开关S、导线若干。
完成下列填空:
(1)滑动变阻器R1应选择 (选填“A”或“B”),初始滑片应滑在
(选填“a”或“b”)端。
A
a
【解析】 (1)由电路图可知,滑动变阻器采用分压式接法,则滑动变阻器应选最大阻值较小的,即选择A。初始滑片应滑在a端,以保证闭合开关时,测量电路的电流值和电压值最小。
(2)为使电压表量程扩大至3 V,应将R2的阻值调整为 Ω,定值电阻R0选择 (选填“A”或“B”)。
2 700
A
(3)某次测量电压表的读数为152 mV,电流表的读数为240 mA,此时小灯泡的电阻为 。(保留2位有效数字)
6.3 Ω
[例7] 【电阻表的改装】 (2025·江苏徐州模拟)某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为0～100 μA的电流表改装成电阻表并进行刻度和校准,要求改装后电阻表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA 刻度。可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14 kΩ)、滑动变阻器R1(最大阻值1 500 Ω)、滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω)、电阻箱(0～99 999.9 Ω)、干电池(E=1.5 V,r=1.5 Ω)、红、黑表笔和导线若干。
(1)电阻表设计。
将图甲中的实物连线组成电阻表。电阻表改装好后,滑动变阻器R接入电路的电阻应为 Ω;滑动变阻器选 (选填“R1”或“R2”)。
900
R1
(2)刻度电阻表表盘。
通过计算,对整个表盘进行电阻刻度,如图乙所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75,则a、b处的电阻刻度分别为 、 。
45
5
(3)校准。
红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使电阻表指针指向 kΩ处;将红、黑表笔与电阻箱连接,记录多组电阻箱接入电路的电阻值及电阻表上对应的测量值,完成校准数据测量。若校准某刻度时,电阻箱旋钮位置如图丙所示,则电阻箱接入的阻值为 Ω。
0
35 000.0
【解析】 (3)红、黑表笔短接的目的是进行欧姆调零,应使电阻表指针指向0 kΩ处;题图丙中×10k的旋钮指向3,×1k的旋钮指向5,其余旋钮都指向0处,故读数为35 000.0 Ω。
1.实验仪器的选择原则
根据实验原理和实验室条件选择实验仪器是进行正确测量的前提,一般遵循以下四个原则。
(1)安全性原则:要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器,使实验切实可行,能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程,电阻类器件的电流不能超过其最大允许电流等。
(2)准确性原则:根据实验的需要,选用精度合适的测量工具,但对某个实验来讲,分度值够用即可,并不是越高越好。
(3)操作性原则:实验时需考虑调节方便,便于操作,如滑动变阻器的选择,既要考虑它的额定电流,又要考虑它的阻值范围,在二者都能满足实验要求的情况下,还要考虑阻值大小在实验操作中是否调节方便。
(4)可行性原则:注重实际,满足实验要求;并且使电路元件少,耗能少。
2.几种仪器的选择
(1)电流表和电压表。
(2)滑动变阻器。
根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器。注意流过滑动变阻器的电流不超过额定值。对高阻值的滑动变阻器,如果滑片稍有移动,使电流、电压有很大变化的,不宜采用。
①在滑动变阻器作限流作用时,为使负载Rx既能得到较宽的电流调节范围,又能使电流变化均匀,选择滑动变阻器时,应使其最大电阻R0大于Rx,一般在2～5倍为好。
②在滑动变阻器作分压作用时,一般使滑动变阻器的最大电阻R0在0.1Rx～0.5Rx之间为好。
(3)电源。
保证电源能为实验提供合适的电流或电压,应与实验中提供的其他器材相匹配。
3.对器材的选择的一般步骤
(1)找出唯一性的器材。
(2)草画电路图(暂不把电表接入)。
(3)估算最大值(在限流电路中把滑动变阻器滑片推向最小值)。
[例8] 【实验仪器的选择】 (2025·宁夏银川阶段练习)有一个小电珠上标有“4 V 2 W”的字样,现在要用伏安法描绘这个电珠的I-U图线。有下列器材可供选用:
A.电压表(0～5 V,内阻10 kΩ)
B.电压表(0～10 V,内阻20 kΩ)
C.电流表(0～0.3 A,内阻1 Ω)
D.电流表(0～0.6 A,内阻0.4 Ω)
E.滑动变阻器(0～5 Ω,1 A)
F.滑动变阻器(0～500 Ω,0.2 A)
(1)实验中电压表应选用 ,电流表应选用 。(均用序号字母表示)
A
D
(2)为使实验误差尽量减小,要求电压从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应选用 (用序号字母表示),实验中滑动变阻器应采用 (选填“分压”或“限流”)式接法。
E
分压
【解析】 (2)要求电压从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应采用分压式接法,分压式接法应选用最大阻值较小的滑动变阻器,故选E。
仪器选择的技巧
(1)巧用电阻或电表阻值的信息。
①电阻的阻值信息。
“等于”:一般可以用于电表改装或精确计算。
“约为”:用于估算。
方法总结
②电表的阻值信息。
“等于”:a.用于改装大量程电表。
b.电流表可作电压表使用或电压表可作电流表使用。
c.除了测量电压(电流)外,电表的阻值可用于准确计算待测电阻、支路的电流或电压。
“约为”:用于估算。
方法总结
(2)电流表、电压表量程的选择。
①根据U-I(I-U)图像中坐标值或表格中数值范围。
②根据待测电阻的额定值(P、U、I)综合计算,确定电流表或电压表量程。
方法总结
[例9] 【电学实验实物图连线】 (2025·河北石家庄模拟)为了精确测量电流表G1的内阻,实验室提供器材如下:
A.待测电流表G1(0～200 μA,内阻约2 kΩ)
B.电流表G2(0～1 mA,内阻约1 kΩ)
C.定值电阻R1(阻值为500 Ω)
D.定值电阻R2(阻值为50 Ω)
E.滑动变阻器R3(0～20 Ω)
F.干电池E(电动势为1.5 V,内阻不计)
G.开关S及导线若干
(1)实验要求多测几组数据,并方便操作,定值电阻应选 。(填写器材前面的序号)
C
【解析】 (1)实验要求多测几组数据,并方便操作,定值电阻应选与电流表G1内阻较接近的R1与电流表G1并联。
(2)选择恰当的器材后,用笔画线将图甲中的实物电路补画完整。
甲
【答案及解析】 (2)电路连线如图。
(3)调节滑动变阻器R3滑片至合适位置,电流表G1、G2的示数分别为I1、I2,待测电流表G1内阻表达式为Rg= 。(用题中已知物理量的符号表示)
(4)测得电流表G1内阻为1 800 Ω。某同学利用电流表G1、光敏电阻R和电源E′(电动势4.5 V,内阻不计)、定值电阻R0(阻值为20 kΩ)等器材为教室设计了一个简易照度计,其电路如图乙所示,光敏电阻R的阻值随照度的变化关系如图丙所示,图丙中照度“适中”对应图乙中电流表G1的示数范围为
μA。(结果保留3位有效数字)
122～162
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到开关,再到滑动变阻器,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。
方法总结
(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。
限流法:导线分别连接到上、下接线柱上(一上一下,两个接线柱)。
分压法: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,三个接线柱)。
方法总结
对点1.基本仪器的使用及读数
1.(6分)(2024·黑龙江齐齐哈尔期中)某同学用螺旋测微器测圆柱体的直径时,示数如图甲所示,此示数为 mm;用游标卡尺测量某物体的厚度时,示数如图乙所示,此示数为 cm。另一位学生用游标尺上标有50等分刻度的游标卡尺测一工件的长度,测得的结果如图丙所示,则该工件的长度L= cm。
基础对点练
8.472(8.471～8.473均可)
2.060
5.236
【解析】 题图甲中螺旋测微器的固定刻度示数为8 mm,可动刻度示数为47.2×0.01 mm=0.472 mm,所以最终示数为8 mm+0.472 mm=8.472 mm;
题图乙中游标卡尺的主尺示数为20 mm,游标尺示数为12×0.05 mm=
0.60 mm,所以最终示数为20 mm+0.60 mm=20.60 mm=2.060 cm。题图丙中工件的长度L=52 mm+18×0.02 mm=5.236 cm。
对点2.测量电路与控制电路的选择
2.(8分)(2025·北京西城阶段练习)在电学实验设计电路时,要思考以下两个问题:
(1)电流表是内接还是外接
如图甲所示,某同学测量灯泡电阻时采用试接的方法,让电压表的一端接在A点,另一端先后接在B点和C点。他发现电压表示数有明显变化,而电流表示数无明显变化,说明小灯泡的阻值与 (选填“电流表”或“电压表”)的阻值接近,应选择电流表 (选填“内接”或“外接”)的电路。
电流表
外接
【解析】 (1)该同学发现电压表示数有明显变化,而电流表示数无明显变化,说明小灯泡的阻值与电流表的阻值接近,应选择电流表外接法。
则图丙中的图线a对应的滑动变阻器的最大阻值为 (选填“10 Ω”“100 Ω”或“1 000 Ω”),为了更有利于完成实验应选择 (填选项前的字母)。
A.最大阻值更大的滑动变阻器
B.最大阻值比Rx大2～5倍的滑动变阻器
C.最大阻值更小的滑动变阻器
1 000 Ω
C
【解析】 (2)随滑片移动过程中,图线a电压表示数变化较小,说明定值电阻与滑动变阻器左侧部分并联变化较小,说明滑动变阻器阻值较大,即最大阻值为1 000 Ω 的滑动变阻器。为了使电压表示数变化明显,应使用最大阻值更小的滑动变阻器,故C正确。
对点3.电表的改装
3.(8分)(2025·云南玉溪模拟)某同学找到一个表盘刻度清晰、参数缺失的灵敏电流表G,为测量该电流表的参数,该同学进行了下列操作:
(1)将灵敏电流表G按如图所示的电路连接,开关闭合前,滑动变阻器RP的滑片应置于 (选填“最左端”“最右端”或“正中间”)。
最左端
【解析】 (1)为确保实验安全,开关闭合前,滑动变阻器RP的滑片要在最左端。
(2)将电阻箱R调为500 Ω,闭合开关,调节滑动变阻器RP的滑片使灵敏电流表G的指针满偏,此时电压表V的示数为4.2 V。
(3)保持电压表V的示数不变,反复调整电阻箱R的阻值和滑动变阻器RP的滑片位置,使灵敏电流表G的指针半偏,此时电阻箱R的阻值为1 200 Ω。
(4)可知灵敏电流表G的内阻为 Ω,满偏电流为 mA。
200
6
(5)若要将该电流表改装为量程为0～3 V的电压表,则需要串联一个 Ω的电阻。
300
【解析】 (5)将G改装成量程为0～3 V的电压表,根据串联电路规律有U′=Ig(Rg+R0),解得R0=300 Ω。
4.(7分)(2025·四川南充模拟)采用如图甲所示的电路进行“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验。
可供选择的实验仪器如下:
小灯泡L:“3.8 V 0.3 A”;
电压表V:量程0～5 V,内阻5 kΩ;
电流表A1:量程0～100 mA,内阻4 Ω;
电流表A2:量程0～500 mA,内阻0.4 Ω;
滑动变阻器R1:最大阻值100 Ω,额定电流0.5 A;
滑动变阻器R2:最大阻值10 Ω,额定电流2.0 A;
直流电源E:电动势约为6 V,内阻约为0.5 Ω。
(1)在上述器材中,电流表应选 ,滑动变阻器应选 。(填仪器符号)
A2
甲
R2
对点4.电学实验的仪器选择及实物连线
【解析】 (1)灯泡的额定电流为0.3 A,所以电流表应选择量程为0～500 mA的A2。本实验电路中,滑动变阻器采用的是分压式接法,为方便调节,应选择最大阻值较小的滑动变阻器,故选R2。
(2)根据电路图补全图乙中实物图连线。
【答案及解析】 (2)根据实验电路图连接实物图如图所示。
综合提升练
5.(11分)(2025·安徽合肥开学考试)某同学为了描绘标有“3.8 V 0.5 A”的小灯泡的伏安特性曲线,准备了以下器材:
电流表A1(量程0～600 mA,内阻约2 Ω);
电流表A2(量程0～40 mA,内阻约1 Ω);
电压表V(量程0～15 V,内阻约15 kΩ);
电阻箱R(9 999.9 Ω);
滑动变阻器R1(0～10 Ω);
滑动变阻器R2(0～200 Ω);
电源电动势为4 V,内阻约0.04 Ω;
单刀单掷开关一个、单刀双掷开关两个;
导线若干。
(1)该同学在选择实验器材时发现,实验室提供的电压表不合适,原因是
。
量程太大
【解析】 (1)电源电动势为4 V,电压表量程0～15 V,所以电压表量程太大。
(2)为了能够顺利完成实验,该同学设计了如图所示的电路,先测量电流表A2的内阻,然后再描绘小灯泡的伏安特性曲线。
①根据原理图连接电路,器材中的滑动变阻器应选择 ,闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应在最左端。
R1
【解析】 (2)①电路中,滑动变阻器为分压式接法,所以滑动变阻器应选择最大阻值较小的R1。
②闭合开关S,将单刀双掷开关S1接触点1,S2接触点3,调节滑动变阻器和电阻箱,使两电流表均有适当的读数,用I1、I2表示电流表A1、A2的示数,用R0表示电阻箱的示数,则电流表A2的内阻可表示为 (用I1、I2和R0表示)。
③多次改变电阻箱的阻值,测出多组数据,测得电流表A2内阻的平均值为1.3 Ω。
④将单刀双掷开关S1接触点2,S2接触点4,调节电阻箱使其接入电路的电阻R=98.7 Ω。
⑤调节滑动变阻器,当A1示数为312 mA时,A2示数为20 mA,此时流过小灯泡的电流为 mA,小灯泡两端的电压为 V。
292
2
【解析】 ⑤流过小灯泡的电流为IL=I1-I2=292 mA,小灯泡两端的电压为UL=I2(R+RA2)=2 V。
