专题提升练19 电学实验基础
1.(1)有一金属材料制成的圆柱形物体，当用游标卡尺来测它的截面直径d时，示数如图甲所示，则 d= mm。然后利用伏安法测量该物体的电阻，此时电压表和电流表的示数如图乙、丙所示，则金属物体两端的电压为U= V，流过该物体的电流为I= A。
(2)在测定一根粗细均匀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丁所示，校零时的读数为 mm，合金丝的直径为 mm。
2.某物理兴趣小组同学想测一款电热坐垫的电热丝阻值，该电热丝阻值约为3 Ω，现有下列器材:
A.电动势为4 V的电源
B.量程为3 V的电压表V1(内阻约为1 kΩ)，量程为15 V的电压表V2(内阻约为3 kΩ)
C.灵敏电流计，满偏电流为600 μA，内阻为500 Ω
D.滑动变阻器R0(最大电阻为5 Ω)
E.开关一个，导线若干
(1)为了精确测量，兴趣小组同学先将灵敏电流计改装为量程为1.5 A的电流表，需要给灵敏电流计
(填“串联”或 “并联”)一个阻值为 Ω的定值电阻(保留2位有效数字)。
(2)实验中，电压表应选 (填“V1”或“V2”)。
(3)为了精确测量电热丝的阻值，兴趣小组的同学设计了以下几种电路(改装后的电流表用A表示)，完成实验效果最佳的电路是 (填选项字母)。
(4)结合实验中得到的数据，描出的U-I图像如图所示，根据图像可知该款电热坐垫的电热丝阻值为 Ω。
3.(2024·安徽卷)某实验小组要将电流表G(铭牌标示:Ig=500 μA，Rg=800 Ω)改装成量程为1 V和3 V的电压表，并用标准电压表对其进行校准。选用合适的电源、滑动变阻器、电阻箱、开关和标准电压表等实验器材，按图甲所示连接电路，其中虚线框内为改装电路。
(1)开关S1闭合前，滑片P应移动到 (填“M”或“N”)端。
(2)根据要求和已知信息，电阻箱R1的阻值已调至1 200 Ω，则R2的阻值应调至 Ω。
(3)当单刀双掷开关S2与a连接时，电流表G和标准电压表V的示数分别为I、U，则电流表G的内阻可表示为 (结果用U、I、R1、R2表示)。
(4)校准电表时，发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大，经排查发现电流表G内阻的真实值与铭牌标示值有偏差，则只要 即可(填选项字母)。
A.增大电阻箱R1的阻值
B.减小电阻箱R2的阻值
C.将滑动变阻器的滑片P向M端滑动
(5)校准完成后，开关S2与b连接，电流表G的示数如图乙所示，此示数对应的改装电压表读数为 V(保留2位有效数字)。
4.(2024·湖南卷)某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律，搭建了如图甲所示的装置。电阻测量原理如图乙所示，E是电源，V为电压表，A为电流表。
(1)保持玻璃管内压强为1个标准大气压，电流表示数为100 mA，电压表量程为3 V，表盘如图丙所示，示数为 V，此时金属丝阻值的测量值R为 Ω(保留3位有效数字)。
(2)打开抽气泵，降低玻璃管内气压p，保持电流I不变，读出电压表示数U，计算出对应的金属丝阻值。
(3)根据测量数据绘制R—p关系图线，如图丁所示。
(4)如果玻璃管内气压是0.5个标准大气压，保持电流为100 mA，电压表指针应该在图丙指针位置的 (填“左”或“右”)侧。
(5)若电压表是非理想电压表，则金属丝电阻的测量值 (填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
5.(2024·全国甲卷)电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图甲所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有:装在气室内的氧气传感器(工作电流1 mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%)。
完成下列实验步骤并填空:
(1)将图甲中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标。
(2)连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口。
(3)把滑动变阻器的滑片滑到 (填“a”或“b”)端，闭合开关。
(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1 mA，记录电压表的示数U。
(5)断开开关，更换气瓶，重复步骤(3)和(4)。
(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图乙中;氧气含量为20%时电压表的示数如图丙，该示数为 V(保留2位小数)。
现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1 mA，此时电压表的示数为1.50 V，则此瓶气体的氧气含量为 %(保留整数)。
专题提升练19 电学实验基础
1.答案 (1)30.50 2.20 0.42
(2)0.005(0.004~0.006均可) 0.642(0.640~0.644均可)
解析 (1)游标卡尺主尺的读数为30 mm,游标尺上第10条刻度线与主尺某刻度线对齐,由于游标尺是20分度的,所以读数为30 mm+0.05×10 mm=30.50 mm。电压表选用0~3 V的量程,分度为0.1 V,读数时应估读到分度的,所以读数为2.20 V;电流表选用0~0.6 A量程,分度为0.02 A,读数时应估读到分度的,所以读数为0.42 A。
(2)校零时螺旋测微器的读数为0+0.5×0.01 mm=0.005 mm。合金丝的直径为0.647 mm-0.005 mm=0.642 mm。
2.答案 (1)并联 0.20 (2)V1 (3)D
(4)2.80
解析 (1)将灵敏电流计改装为电流表,需要给灵敏电流计并联一个定值电阻,R'== Ω≈0.20 Ω。
(2)电压表若选V2,指针偏转角太小,误差太大,所以电压表应选V1。
(3)为使实验精确,滑动变阻器采用分压式接法。因电流表内阻已知,应采用电流表内接法,D项正确。
(4)改装后的电流表内阻RA=≈0.20 Ω,根据题图可知该款电热坐垫的电热丝阻值为R=-RA= Ω-0.20 Ω=2.80 Ω。
3.答案 (1)M (2)4 000
(3)Rg=-R1-R2 (4)A (5)0.86
解析 (1)由题图可知,该滑动变阻器采用分压式接法,为了保护电路,在开关S1闭合前,滑片P应移到M端。
(2)当开关S2接b时,电压表量程为1 V,根据欧姆定律U1=Ig(Rg+R1),当开关S2接a时,电压表量程为3 V,根据欧姆定律U2=Ig(Rg+R1+R2),其中R1=1 200 Ω,联立解得R2=4 000 Ω。
(3)当开关S2接a时,根据欧姆定律U=I(Rg+R1+R2),可得电流表G的内阻可表示为Rg=-R1-R2。
(4)校准电表时,发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大,可知电流表G内阻的真实值小于铭牌标示值,根据电压表的改装原理,只需增大变阻箱R1的阻值,且电流表G内阻的真实值比铭牌标示值小多少,变阻箱R1的阻值增大多少即可,A项正确。
(5)根据欧姆定律得UV=IA(Rg+R1)=430×10-6×(800+1 200) V=0.86 V。
4.答案 (1)1.25 12.5 (4)右 (5)小于
解析 (1)电压表量程为0~3 V,分度值为0.1 V,则电压表读数需估读一位,读数为1.25 V,根据欧姆定律可知,金属丝的测量值R==12.5 Ω。
(4)根据题图丁可知气压越小电阻越大,压强p减小,电阻R增大,再结合U=IR,可判断电压增大,电压表的指针位置应该在题图丙中指针位置的右侧。
(5)电流表采用外接法会导致电压表分流,即R测=,I测=I真+,I测偏大,则R测5.答案 (1)如图所示 (3)a (6)1.40 17
解析 (1)连接实物图如答图所示,注意连线不要有交叉,且电流从电表的正接线柱流入,从电表的负接线柱流出。
(3)为了保护电路,闭合开关瞬间,电流表和电压表的示数应为0,所以闭合开关前应将滑动变阻器的滑片滑至a端。
(6)根据电压表的读数规则可知,电压表的示数为1.40 V,根据题图乙中的数据点拟合电压表示数U与氧气含量的曲线如图所示,则可知当电压表的示数为1.50 V时,氧气含量为17%。(共28张PPT)
专题提升练19
电学实验基础
1
5
2
3
4
1.(1)有一金属材料制成的圆柱形物体，当用游标卡尺来测它的截面直径d时，示数如图甲所示，则 d= mm。然后利用伏安法测量该物体的电阻，此时电压表和电流表的示数如图乙、丙所示，则金属物体两端的电压为U= V，流过该物体的电流为I= A。
30.50
2.20
0.42
游标卡尺主尺的读数为30 mm，游标尺上第10条刻度线与主尺某刻度线对齐，由于游标尺是20分度的，所以读数为30 mm+0.05× 10 mm=30.50 mm。电压表选用0~3 V的量程，分度为0.1 V，读数时应估读到分度的，所以读数为2.20 V；电流表选用0~0.6 A 量程，分度为0.02 A，读数时应估读到分度的，所以读数为 0.42 A。
解析
1
5
2
3
4
1
5
2
3
4
(2)在测定一根粗细均匀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丁所示，校零时的读数为_______________
___________mm，合金丝的直径为
mm。
校零时螺旋测微器的读数为0+0.5×0.01 mm=0.005 mm。合金丝的直径为0.647 mm-0.005 mm=0.642 mm。
解析
0.005(0.004~
0.006均可)
0.642(0.640~0.644均可)
2.某物理兴趣小组同学想测一款电热坐垫的电热丝阻值，该电热丝阻值约为3 Ω，现有下列器材:
A.电动势为4 V的电源
B.量程为3 V的电压表V1(内阻约为1 kΩ)，量程为15 V的电压表V2(内阻约为3 kΩ)
C.灵敏电流计，满偏电流为600 μA，内阻为500 Ω
D.滑动变阻器R0(最大电阻为5 Ω)
E.开关一个，导线若干
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5
2
3
4
(1)为了精确测量，兴趣小组同学先将灵敏电流计改装为量程为1.5 A的电流表，需要给灵敏电流计 (填“串联”或 “并联”)一个阻值为 Ω的定值电阻(保留2位有效数字)。
将灵敏电流计改装为电流表，需要给灵敏电流计并联一个定值电阻，R'== Ω≈0.20 Ω。
解析
1
5
2
3
4
并联
0.20
(2)实验中，电压表应选 (填“V1”或“V2”)。
电压表若选V2，指针偏转角太小，误差太大，所以电压表应选 V1。
解析
1
5
2
3
4
V1
(3)为了精确测量电热丝的阻值，兴趣小组的同学设计了以下几种电路(改装后的电流表用A表示)，完成实验效果最佳的电路是_________
(填选项字母)。
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5
2
3
4
D
为使实验精确，滑动变阻器采用分压式接法。因电流表内阻已 知，应采用电流表内接法，D项正确。
解析
(4)结合实验中得到的数据，描出的U-I图像如图所示，根据图像可知该款电热坐垫的电热丝阻值为 Ω。
改装后的电流表内阻RA=≈0.20 Ω，根据题图可知该款电热坐垫的电热丝阻值为R=-RA= Ω-0.20 Ω=2.80 Ω。
解析
1
5
2
3
4
2.80
3.(2024·安徽卷)某实验小组要将电流表G(铭牌标示:Ig=500 μA，Rg=800 Ω)改装成量程为1 V和3 V的电压表，并用标准电压表对其进行校准。选用合适的电源、滑动变阻器、电阻箱、开关和标准电压表等实验器材，按图甲所示连接电路，其中虚线框内为改装电路。
1
5
2
3
4
(1)开关S1闭合前，滑片P应移动到 (填“M”或“N”)端。
由题图可知，该滑动变阻器采用分压式接法，为了保护电路，在开关S1闭合前，滑片P应移到M端。
解析
1
5
2
3
4
M
(2)根据要求和已知信息，电阻箱R1的阻值已调至1 200 Ω，则R2的阻值应调至 Ω。
当开关S2接b时，电压表量程为1 V，根据欧姆定律U1=Ig(Rg+R1)，当开关S2接a时，电压表量程为3 V，根据欧姆定律U2=Ig(Rg+R1+ R2)，其中R1=1 200 Ω，联立解得R2=4 000 Ω。
解析
1
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2
3
4
4 000
(3)当单刀双掷开关S2与a连接时，电流表G和标准电压表V的示数分
别为I、U，则电流表G的内阻可表示为 (结果用U、I、R1、R2表示)。
当开关S2接a时，根据欧姆定律U=I(Rg+R1+R2)，可得电流表G的内阻可表示为Rg=-R1-R2。
解析
1
5
2
3
4
Rg=-R1-R2
(4)校准电表时，发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大，经排查发现电流表G内阻的真实值与铭牌标示值有偏差，则只要 即可(填选项字母)。
A.增大电阻箱R1的阻值
B.减小电阻箱R2的阻值
C.将滑动变阻器的滑片P向M端滑动
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2
3
4
A
校准电表时，发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大，可知电流表G内阻的真实值小于铭牌标示值，根据电压表的改装原理，只需增大变阻箱R1的阻值，且电流表G内阻的真实值比铭牌标示值小多少，变阻箱R1的阻值增大多少即可，A项正确。
解析
1
5
2
3
4
(5)校准完成后，开关S2与b连接，电流表G的示数如图乙所示，此示数对应的改装电压表读数为 V(保留2位有效数字)。
根据欧姆定律得UV=IA(Rg+R1)=430×10-6×(800+1 200) V=0.86 V。
解析
1
5
2
3
4
0.86
4.(2024·湖南卷)某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律，搭建了如图甲所示的装置。电阻测量原理如图乙所示，E是电 源，V为电压表，A为电流表。
1
5
2
3
4
(1)保持玻璃管内压强为1个标准大气压，电流表示数为100 mA，电压表量程为3 V，表盘如图丙所示，示数为 V，此时金属丝阻值的测量值R为 Ω(保留3位有效数字)。
电压表量程为0~3 V，分度值为0.1 V，则电压表读数需估读一位，读数为1.25 V，根据欧姆定律可知，金属丝的测量值R==12.5 Ω。
解析
1
5
2
3
4
1.25
12.5
(2)打开抽气泵，降低玻璃管内气压p，保持电流I不变，读出电压表示数U，计算出对应的金属丝阻值。
(3)根据测量数据绘制R—p关系图线，如图丁所示。
1
5
2
3
4
(4)如果玻璃管内气压是0.5个标准大气压，保持电流为100 mA，电压表指针应该在图丙指针位置的 (填“左”或“右”)侧。
根据题图丁可知气压越小电阻越大，压强p减小，电阻R增大，再结合U=IR，可判断电压增大，电压表的指针位置应该在题图丙中指针位置的右侧。
解析
1
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2
3
4
右
(5)若电压表是非理想电压表，则金属丝电阻的测量值 (填 “大于”“小于”或“等于”)真实值。
电流表采用外接法会导致电压表分流，即R测=，I测=I真+，I测偏大，则R测解析
1
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2
3
4
小于
5.(2024·全国甲卷)电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件 下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图甲所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有:装在气室内的氧气传感器(工作电流1 mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%)。
完成下列实验步骤并填空:
1
5
2
3
4
(1)将图甲中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标。
1
5
2
3
4
如图所示
1
5
2
3
4
连接实物图如答图所示，注意连线不要有交叉，且电流从电表的正接线柱流入，从电表的负接线柱流出。
解析
(2)连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口。
(3)把滑动变阻器的滑片滑到_______ (填“a”或“b”)端，闭合开关。
为了保护电路，闭合开关瞬间，电流表和电压表的示数应为0，所以闭合开关前应将滑动变阻器的滑片滑至a端。
解析
1
5
2
3
4
a
(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1 mA，记录电压表的示数U。
(5)断开开关，更换气瓶，重复步骤(3)和(4)。
(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图乙 中；氧气含量为20%时电压表的示数如图丙，该示数为 V (保留2位小数)。
现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1 mA，此时电压表的示数为 1.50 V，则此瓶气体的氧气含量为 %(保留整数)。
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1.40
17
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根据电压表的读数规则可知，电压表的示数为1.40 V，根据题图乙中的数据点拟合电压表示数U与氧气含量的曲线如图所示，则可知当电压表的示数为1.50 V时，氧气含量为17%。
解析
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5
2
3
4专题提升十九 电学实验基础
题型1 常用仪器的使用和读数
考向1 游标卡尺、螺旋测微器的使用和读数
1.游标卡尺。
(1)构造:如图所示,其主要部分是主尺和一条可以沿着主尺滑动的 尺。
(2)原理:利用主尺的单位刻度(1 mm)与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值来提高测量精度。常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种。其规格见下表:
分度 游标尺刻 度总长度 每小格与 1 mm的差值 精确度
10 9 mm 0.1 mm mm
20 19 mm 0.05 mm mm
50 49 mm 0.02 mm 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的与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数,则记录结果表示为(x+K×精确度) mm。
2.螺旋测微器。
(1)构造:如图所示,主要由尺架、固定刻度、可动刻度、旋钮、微调旋钮、测微螺杆、测砧等构成。
(2)原理:测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm,即旋钮D每旋转一周,F前进或后退0.5 mm,而可动刻度E上的刻度为50等份,每转动一小格,F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之一位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺。
(3)读数:L=固定刻度示数+可动刻度示数(估读一位)×分度值。
注意:①以毫米为单位时,小数点后面要有3位有效数字,特别是最后一位估读数字为零时,不能省略。
②在读数时注意半毫米刻度线是否已露出。
【典例1】 (1)如图甲所示的三把游标卡尺,它们的游标尺从上至下分别为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)使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图乙所示,则金属丝的直径是 mm。
甲 乙
考向2 电压表、电流表和电阻箱的读数
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)红色接线柱接电势高处,黑色接线柱接电势低处,即电流从红色接线柱流入表,从黑色接线柱流出表。
3.电表读数。
(1)0~3 V的电压表和0~3 A的电流表读数方法相同,此量程下的精确度是0.1 V和0.1 A,读到0.1的下一位,即读到小数点后面两位。
(2)对于0~15 V量程的电压表,精确度是0.5 V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即读到0.1 V。
(3)对于0~0.6 A量程的电流表,精确度是0.02 A,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0.01 A。
4.电阻箱。
旋钮电阻箱的读数方法是将每个旋钮上指针所指的数值乘以各自的倍率,从最高位依次往下读,即可得到电阻箱的实际阻值。
旋钮式电阻箱(以四个旋钮为例),每个旋钮上都有0~9十个数字。每个旋钮下面都有一个小三角和倍数,使用时小三角对应的数字乘以下面的倍数就是这个旋钮的电阻值。四个旋钮的阻值加起来就是该电阻箱的示数。例如,如果旋钮式电阻箱的读数为2×1 000 Ω+0×100 Ω+1×10 Ω+7×1 Ω,则总阻值为2 017 Ω。
【典例2】 (1)图甲使用0.6 A量程时,对应刻度盘上每一小格代表 A,图中表针示数是 A;当使用3 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。
甲 乙
(2)图乙使用较小量程时,每小格表示 V,图中表针示数为 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。
丙
(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,最安全且简单的操作方法是 。
此电阻箱的电阻调节范围为 Ω。
题型2 伏安法测电阻 滑动变阻器的两种接法
考向1 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==适用条件 Rx> Rx<
适用于测量 大电阻 小电阻
2.两种电表接法的选择。
(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,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法。
(2)比值比较法。
①若>(或Rx<),则用电流表外接法。
②若<(或Rx>),则用电流表内接法。
(3)
试触法:如图所示,将电压表分别接在a、c和b、c两点间时,若电流表示数变化较大,说明电压表分流较大,应选用电流表内接法;若电压表示数变化较大,说明电流表分压较大,则选用电流表外接法。
【典例3】 (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。实验中有图甲和图乙两个电路图供选择。
甲 乙 丙
(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 (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I-U关系曲线的示意图。
考向2 滑动变阻器两种接法的选择
1.滑动变阻器两种接法的比较。
限流接法 分压接法 对比说明
两种接法电路图(忽略电源内阻) 串、并联关系不同
负载R上电压调节范围 ≤U≤E 0≤U≤E 分压电路调节范围大
负载R上电流调节范围 ≤I≤ 0≤I≤ 分压电路调节范围大
闭合S前触头位置 b端 a端 都是为了保护电路元件
2.滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况。
(1)要求电压表能从零开始读数,或要求电压(或电流)变化范围足够大。
(2)当待测电阻Rx R(滑动变阻器的最大阻值)时。
(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等元件的允许电流。
【典例4】 (2025·沧州模拟)某实验小组利用电压表、电流表、滑动变阻器等元件,设计了如图甲或如图乙所示的电路来研究半导体二极管的伏安特性曲线。实验时,闭合开关,缓慢调节滑动变阻器滑动触头的位置,记录相对应的电压表读数U、电流表读数I,得到实验的I-U图线如图丙所示,回答下列问题:
甲 乙
丙 丁
(1)本实验应选图 (填“甲”或“乙”)电路图来连接实物图,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于 (填“a”或“b”)端。
(2)根据所选电路图,用笔画线代替导线,把图丁中的实物图连接完整。
(3)半导体二极管的I-U图线不是直线,这些电学元件称为非线性元件,欧姆定律 (填“适用”或“不适用”)于非线性元件,计算电阻的公式R= (填“适用”或“不适用”)于非线性元件,从I-U图线是一条曲线看出半导体二极管的电阻不是一个常数,当半导体二极管的电流为0.5 A时,其功率为 W。
题型3 实验器材的选取与实物图连线
1.电学实验仪器的选取。
选取电学实验器材主要是选取电表、滑动变阻器、电源等,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;使用欧姆表时应选择合适的倍率挡,使指针尽可能在中间刻度附近。
(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,应使其大部分电阻线都被用到。
(4)实验实际:除以上三个因素外,还应注重实验实际,如所用的电源与用电器的匹配问题等。
在选取电表时,在保证安全性的前提下,准确性优先,例如当遇到某一待测电阻不要求一定达到某一电压或电流的情况时,即使电源电动势较大,待测电阻的最大电流或最大电压也较大,超过了比较小的电表的量程,但用较大量程的电表,读数又会小于量程,则在滑动变阻器控制电压或电流保证安全的情况下,还是要选取较小量程的电表进行测量以便减小误差。
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,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;然后将需要并联的元件再并联到电路中去。
(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。
【典例5】 (2025·朔州模拟)某实验小组为描绘小灯泡L的伏安特性曲线,准备了以下器材:
A.小灯泡L:额定电压3.8 V,额定电流0.5 A
B.电流表A1:量程0.6 A,内阻r1约为10 Ω
C.电流表A2:量程100 mA,内阻为r2=2 Ω
D.定值电阻R1=10 Ω
E.定值电阻R2=40 Ω
F.滑动变阻器R3:最大阻值10 Ω,最大电流1.5 A
G.滑动变阻器R4:最大阻值100 Ω,最大电流1 A
H.电源E(电动势4.5 V,内阻约1 Ω)
I.开关S,导线若干
(1)实验中滑动变阻器应选用 (填“R3”或“R4”);定值电阻应选用 (填“R1”或“R2”)。
(2)实验为了得到小灯泡完整的伏安特性曲线,该小组同学设计好实验电路图后已经连好了部分导线,如图甲,请用笔画线代替导线将实物图连线补充完整。
甲乙
(3)多次测量,描绘出I2-(I1-I2)图像如图乙所示,其中I1为电流表A1的读数,I2为电流表A2的读数。由图线可知,灯泡两端电压为0.84 V和2.52 V时灯泡电阻阻值之比为 。
专题提升十九 电学实验基础
题型1
1.(1)游标 (2)0.1 0.05 0.02
【典例1】 答案 (1)17.7 23.85 3.18 (2)1.150
解析 (1)最上面图读数:整毫米是17,不足1毫米数是7×0.1 mm=0.7 mm,最后结果是17 mm+0.7 mm=17.7 mm。
中间图读数:整毫米是23,不足1毫米数是17×0.05 mm=0.85 mm,最后结果是23 mm+0.85 mm=23.85 mm。
最下面图读数:整毫米是3,不足1毫米数是9×0.02 mm=0.18 mm,最后结果是3 mm+0.18 mm=3.18 mm。
(2)固定刻度示数为1.0 mm,不足半毫米的从可动刻度上读,其示数为15.0,最后的读数为1.0 mm+15.0×0.01 mm=1.150 mm。
【典例2】 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 0~9 999
解析 (1)使用0.6 A量程时,刻度盘上的每一小格为0.02 A,表针示数为0.44 A;当使用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3 V量程时,每小格表示0.1 V,表针示数为1.70 V;使用15 V量程时,每小格为0.5 V,表针示数为8.5 V。
(3)电阻箱的读数为1×1 000 Ω+9×100 Ω+8×10 Ω+7×1 Ω=1 987 Ω。欲将接入电路的电阻改为2 087 Ω,最安全且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 。 电阻箱的调节范围是0~9 999 Ω。
题型2
【典例3】 答案 (1)甲 (2)见解析图
解析 (1)小灯泡的电阻RL==12 Ω,由题图丙知当电压为6 V时,灯泡的电阻约为R=≈ Ω=12 Ω,说明测量误差较小。因电压表内阻比小灯泡电阻大得多,采用电流表外接法测量误差小,即选择的电路应为甲。
(2)若用图乙所示的电路进行实验,即采用电流表内接法,同一电流下对应电压表的示数偏大,则曲线示意图如图所示。
【典例4】 答案 (1)乙 a (2)实物图连接见解析 (3)不适用 适用 1.5
解析 (1)为了让电压、电流从0开始连续变化,本实验应选题图乙来连接实物图;为了保证电路的安全,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于a端。
(2)实物连线如图所示。
(3)半导体二极管的I-U图线不是直线,这些电学元件称为非线性元件,虽然欧姆定律不适用于非线性元件,但计算电阻的定义式R=适用于非线性元件。从I-U图线是一条曲线可以看出半导体二极管的电阻不是一个常数,当半导体二极管的电流为0.5 A时,电压为3 V,则功率P=UI=3×0.5 W=1.5 W。
题型3
【典例5】 答案 (1)R3 R2 (2)见解析图 (3)2∶3
解析 (1)为了得到小灯泡完整的伏安特性曲线,小灯泡两端的电压应从0开始,因此滑动变阻器应采用分压接法,而为了方便调节应选阻值较小的滑动变阻器R3;所给仪器中缺少电压表,因此需要用已知内阻的小量程电流表串联定值电阻进行电压表的改装,而电源电压为4.5 V,因此所改装的电压表的量程要与电源电压相近,则电流表A2应与定值电阻R2串联改装成电压表,改装后的量程为U=0.1×(40+2) V=4.2 V,能保证测量的精度。
(2)滑动变阻器为分压式接法,而分压式接法为“一上两下”,另电流表A1应选择外接,使改装后的电压表分流,用电流表A1的示数与电流表A2的示数做差可得到通过小灯泡的电流,且这样所测通过小灯泡的电流无误差,电路连接图如图所示。
(3)当灯泡两端电压值为U1=I2×(40+2) V=0.84 V时,解得I2=0.02 A,由题图乙可知,通过灯泡的电流为0.2 A,当灯泡两端电压值为U2=I2×(40+2) V=2.52 V,解得I2=0.06 A,由题图乙可知,通过灯泡的电流为0.4 A,根据R=可得灯泡电阻阻值之比为2∶3。(共50张PPT)
专题提升十九
电学实验基础
第十章 电路和电能
题型1 常用仪器的使用和读数
题型2 伏安法测电阻 滑动变阻器的两种接法
内容
索引
题型3 实验器材的选取与实物图连线
常用仪器的使用和读数
题型1
考向1
游标卡尺、螺旋测微器的使用和读数
1.游标卡尺。
(1)构造：如图所示，其主要部分是主尺和一条可以沿着主尺滑动的
尺。
游标
(2)原理：利用主尺的单位刻度(1 mm)与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值来提高测量精度。常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种。其规格见下表：
分度 游标尺刻度总长度 每小格与1 mm的差值 精确度
10 9 mm 0.1 mm mm
20 19 mm 0.05 mm mm
50 49 mm 0.02 mm mm
0.1
0.05
0.02
(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的与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(x+K×精确度) mm。
2.螺旋测微器。
(1)构造：如图所示，主要由尺架、固定刻度、可动刻度、旋钮、微调旋钮、测微螺杆、测砧等构成。
(2)原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F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之一位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。
(3)读数：L=固定刻度示数+可动刻度示数(估读一位)×分度值。
注意：①以毫米为单位时，小数点后面要有3位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略。
②在读数时注意半毫米刻度线是否已露出。
【典例1】 (1)如图甲所示的三把游标卡尺，它们的游标尺从上至下分别为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
(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图乙所示，则金属丝的直径是 mm。
1.150
(1)最上面图读数：整毫米是17，不足1毫米数是7×0.1 mm=0.7 mm，最后结果是17 mm+0.7 mm=17.7 mm。
中间图读数：整毫米是23，不足1毫米数是17×0.05 mm=0.85 mm,最后结果是23 mm+0.85 mm=23.85 mm。
最下面图读数：整毫米是3，不足1毫米数是9×0.02 mm=0.18 mm,最后结果是3 mm+0.18 mm=3.18 mm。
解析
(2)固定刻度示数为1.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为15.0，最后的读数为1.0 mm+15.0×0.01 mm=1.150 mm。
解析
考向2
电压表、电流表和电阻箱的读数
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)红色接线柱接电势高处，黑色接线柱接电势低处，即电流从红色接线柱流入表，从黑色接线柱流出表。
3.电表读数。
(1)0~3 V的电压表和0~3 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V和0.1 A，读到0.1的下一位，即读到小数点后面两位。
(2)对于0~15 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V。
(3)对于0~0.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，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0.01 A。
4.电阻箱。
旋钮电阻箱的读数方法是将每个旋钮上指针所
指的数值乘以各自的倍率，从最高位依次往下
读，即可得到电阻箱的实际阻值。
旋钮式电阻箱(以四个旋钮为例)，每个旋钮上都有0~9十个数字。每个旋钮下面都有一个小三角和倍数，使用时小三角对应的数字乘以下面的倍数就是这个旋钮的电阻值。四个旋钮的阻值加起来就是该电阻箱的示数。例如，如果旋钮式电阻箱的读数为2×1 000 Ω+0×
100 Ω+1×10 Ω+7×1 Ω，则总阻值为2 017 Ω。
【典例2】 (1)图甲使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表
A，图中表针示数是 A；当使用3 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。
0.02
0.44
0.1
2.20
(2)图乙使用较小量程时，每小格表示 V，图中表针示数为
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
(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，最安全且简单的操作方法是
。
此电阻箱的电阻调节范围为 Ω。
1 987
将“×1 k”挡旋钮调到2，再将“×100”挡旋钮调到0
0~9 999
(1)使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，表针示数为0.44 A；当使用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3 V量程时，每小格表示0.1 V，表针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格为0.5 V，表针示数为8.5 V。
解析
(3)电阻箱的读数为1×1 000 Ω+9×100 Ω+8×10 Ω+7×1 Ω=1 987 Ω。欲将接入电路的电阻改为2 087 Ω，最安全且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 。 电阻箱的调节范围是0~9 999 Ω。
解析
伏安法测电阻 滑动变阻器的两种接法
题型2
考向1
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
适用条件
适用于测量 大电阻 小电阻
2.两种电表接法的选择。
(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，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法。
(2)比值比较法。
①若>(或Rx<)，则用电流表外接法。
②若<(或Rx>)，则用电流表内接法。
(3)试触法：如图所示，将电压表分别接在a、c和b、c两点间时，若电流表示数变化较大，说明电压表分流较大，应选用电流表内接法；若电压表示数变化较大，说明电流表分压较大，则选用电流表外接法。
【典例3】 (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。实验中有图甲和图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 (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I-U关系曲线的示意图。
甲
(1)小灯泡的电阻RL==12 Ω，由题图丙知当电压为6 V时，灯泡的电阻约为R=≈ Ω=12 Ω，说明测量误差较小。因电压表内阻比小灯泡电阻大得多，采用电流表外接法测量误差小，即选择的电路应为甲。
解析
(2)若用图乙所示的电路进行实验，即采用电流表内接法，同一电流下对应电压表的示数偏大，则曲线示意图如图所示。
解析
考向2
滑动变阻器两种接法的选择
1.滑动变阻器两种接法的比较。
限流接法 分压接法 对比说明
两种接法电路图(忽略电源内阻) 串、并联关系不同
负载R上电压调节范围 0≤U≤E 分压电路调节范围大
负载R上电流调节范围 分压电路调节范围大
闭合S前触头位置 b端 a端 都是为了保护电路元件
2.滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况。
(1)要求电压表能从零开始读数，或要求电压(或电流)变化范围足够大。
(2)当待测电阻Rx R(滑动变阻器的最大阻值)时。
(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等元件的允许电流。
【典例4】 (2025·沧州模拟)某实验小组利用电压表、电流表、滑动变阻器等元件，设计了如图甲或如图乙所示的电路来研究半导体二极管的伏安特性曲线。实验时，闭合开关，缓慢调节滑动变阻器滑动触头的位置，记录相对应的电压表读数U、电流表读数I，得到实验的I-U图线如图丙所示，回答下列问题：
(1)本实验应选图 (填“甲”或“乙”)电路图来连接实物图，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于 (填“a”或“b”)端。
(2)根据所选电路图，用笔画线代替导线，把图丁中的实物图连接完整。
乙
a
(3)半导体二极管的I-U图线不是直线，这些电学元件称为非线性元件，欧姆定律 (填“适用”或“不适用”)于非线性元件，计算电阻的公式R= (填“适用”或“不适用”)于非线性元件，从I-U图线是一条曲线看出半导体二极管的电阻不是一个常数，当半导体二极管的电流为0.5 A时，其功率为 W。
不适用
适用
1.5
(1)为了让电压、电流从0开始连续变化，本实验应选题图乙来连接实物图；为了保证电路的安全，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于a端。
(2)实物连线如图所示。
解析
(3)半导体二极管的I-U图线不是直线，这些电学元件称为非线性元件，虽然欧姆定律不适用于非线性元件，但计算电阻的定义式R=适用于非线性元件。从I-U图线是一条曲线可以看出半导体二极管的电阻不是一个常数，当半导体二极管的电流为0.5 A时，电压为3 V，则功率P=UI=3×0.5 W=1.5 W。
解析
实验器材的选取与实物图连线
题型3
1.电学实验仪器的选取。
选取电学实验器材主要是选取电表、滑动变阻器、电源等，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；使用欧姆表时应选择合适的倍率挡，使指针尽可能在中间刻度附近。
(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，应使其大部分电阻线都被用到。
(4)实验实际：除以上三个因素外，还应注重实验实际，如所用的电源与用电器的匹配问题等。
在选取电表时，在保证安全性的前提下，准确性优先，例如当遇到某一待测电阻不要求一定达到某一电压或电流的情况时，即使电源电动势较大，待测电阻的最大电流或最大电压也较大，超过了比较小的电表的量程，但用较大量程的电表，读数又会小于量程，则在滑动变阻器控制电压或电流保证安全的情况下，还是要选取较小量程的电表进行测量以便减小误差。
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，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；然后将需要并联的元件再并联到电路中去。
(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。
【典例5】 (2025·朔州模拟)某实验小组为描绘小灯泡L的伏安特性曲线，准备了以下器材：
A.小灯泡L：额定电压3.8 V，额定电流0.5 A
B.电流表A1：量程0.6 A，内阻r1约为10 Ω
C.电流表A2：量程100 mA，内阻为r2=2 Ω
D.定值电阻R1=10 Ω
E.定值电阻R2=40 Ω
F.滑动变阻器R3：最大阻值10 Ω，最大电流1.5 A
G.滑动变阻器R4：最大阻值100 Ω，最大电流1 A
H.电源E(电动势4.5 V，内阻约1 Ω)
I.开关S，导线若干
(1)实验中滑动变阻器应选用 (填“R3”或“R4”)；定值电阻应选用 (填“R1”或“R2”)。
R3
R2
(2)实验为了得到小灯泡完整的伏安特性曲线，该小组同学设计好实验电路图后已经连好了部分导线，如图甲，请用笔画线代替导线将实物图连线补充完整。
(3)多次测量，描绘出I2-(I1-I2)图像如图乙所示，其中I1为电流表A1的读数，I2为电流表A2的读数。由图线可知，灯泡两端电压为0.84 V和2.52 V时灯泡电阻阻值之比为 。
2∶3
(1)为了得到小灯泡完整的伏安特性曲线，小灯泡两端的电压应从0开始，因此滑动变阻器应采用分压接法，而为了方便调节应选阻值较小的滑动变阻器R3；所给仪器中缺少电压表，因此需要用已知内阻的小量程电流表串联定值电阻进行电压表的改装，而电源电压为4.5 V，因此所改装的电压表的量程要与电源电压相近，则电流表A2应与定值电阻R2串联改装成电压表，改装后的量程为U=0.1×(40+2) V=4.2 V，能保证测量的精度。
解析
(2)滑动变阻器为分压式接法，而分压式接法为“一上两下”，另电流表A1应选择外接，使改装后的电压表分流，用电流表A1的示数与电流表A2的示数做差可得到通过小灯泡的电流，且这样所测通过小灯泡的电流无误差，电路连接图如图所示。
解析
(3)当灯泡两端电压值为U1=I2×(40+2) V=0.84 V时，解得I2=0.02 A,由题图乙可知，通过灯泡的电流为0.2 A，当灯泡两端电压值为U2=I2×(40+2) V=2.52 V，解得I2=0.06 A，由题图乙可知，通过灯泡的电流为0.4 A，根据R=可得灯泡电阻阻值之比为2∶3。
解析
