（京津琼鲁专用）必修二试题：第二章　恒定电流+实验：电学基本仪器的使用和读数+Word版含答案

实验：电学基本仪器的使用和读数
[学科素养与目标要求]
物理观念：1.理解电流表的内接法和外接法，并会进行正确选择.2.理解滑动变阻器的两种接法，能正确地应用.3.掌握电流表、电压表的读数方法.4.掌握游标卡尺和螺旋测微器的读数方法.
科学思维：1.对比刻度尺、电流表、电压表、螺旋测微器的读数方法，找到读数的一般方法.2.建立伏安法测量导体电阻的电路模型.
一、电压表和电流表的使用
电流表的内接法和外接法的比较
(1)两种接法的比较
内接法
外接法
电路
误差分析
电压表示数
UV＝UR＋UA＞UR
电流表示数IA＝IR
R测＝＞＝R真
电压表示数
UV＝UR
电流表示数
IA＝IR＋IV＞IR
R测＝＜＝R真
误差来源
电流表的分压作用
电压表的分流作用
(2)电流表内、外接的选择方法
①直接比较法：当Rx?RA时，采用内接法，当Rx?RV时，采用外接法，即大电阻用内接法，小电阻用外接法，可记忆为“大内小外”.
②公式计算法
当Rx＞时，用电流表内接法，
当Rx＜时，用电流表外接法，
当Rx＝时，两种接法效果相同.
③试触法：
如图1，把电压表的可动接线端分别试接b、c两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流作用对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选用外接法.
图1
例1　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2甲或乙所示，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.若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则 (选填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1 (选填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2 (选填“大于”“等于”或“小于”)真实值.
图2
答案　Rx1　大于　小于
解析　＝20，＝10，因此Rx属于大电阻，用电流表内接法时测量值更接近真实值，即Rx1更接近真实值；因Rx1＝＝Rx＋RA，故Rx1>Rx，Rx2＝＝R并(即Rx与RV的并联值)，故Rx2二、滑动变阻器的使用
1.滑动变阻器的限流式与分压式接法
方式
内容
限流式接法
分压式接法
对比说明
两种接法电路图
串、并联关系不同
负载R上电压调节范围(电源内阻不计)
≤U≤E
0≤U≤E
分压式接法调节范围大
负载R上电流调节范围(电源内阻不计)
≤I≤
0≤I≤
分压式接法调节范围大
闭合S前滑片位置
b端
a端
都是为了保护电路元件
2.分压式和限流式电路的选择原则
(1)若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路.
(2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应用分压式电路.
(3)若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则此时必须选用分压式电路.
说明：两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、能耗低.
例2　某同学想描绘小灯泡的伏安特性曲线，他选择“3 V、0.5 A”的小灯泡作为研究对象，请回答下面几个问题：
(1)下列实验器材中应选择 .(填入器材序号)
A.电流表(量程0～0.6 A, 内阻1 Ω)
B.电流表(量程0～3 A，内阻1 Ω)
C.电压表(量程0～15 V，内阻约10 kΩ)
D.电压表(0～3 V，内阻约2 kΩ)
E.滑动变阻器(阻值0～100 Ω)
F.滑动变阻器(阻值0～10 Ω)
G.电源E＝6 V
H.开关S，导线若干
(2)在本实验中要求电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用 (选填“分压”或“限流”)式接法，电流表应采用 (选填“内”或“外”)接法.
(3)在方框中画出实验电路图，并用实线代替导线，将图3中的器材连接成可供实验的电路.
图3
答案　(1)ADFGH　(2)分压　外　(3)见解析图
解析　(1)灯泡额定电流为0.5 A，电流表选择A；灯泡额定电压为3 V，电压表选择D；为方便实验操作滑动变阻器应选择F；实验还需要电源、开关与导线，故需要的实验器材为：ADFGH；
(2)本实验要求电压与电流从零开始变化，滑动变阻器应采用分压式接法；由于灯泡电阻远小于电压表内阻，电流表应采用外接法；
(3)滑动变阻器采用分压式接法，电流表采用外接法，电路图如图甲所示：
根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图乙所示：
三、电压表、电流表的读数
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通过的最大电压或电流值，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可.
(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，看清楚指针的实际位置，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.
例3　如图4为电流表和电压表的刻度盘.
(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.
(2)图乙使用较小量程时，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.
图4
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0.6 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时，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.
四、螺旋测微器的原理及读数
1.构造及原理
如图5所示，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可动刻度E、旋钮D和微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的，并通过精密螺纹套在B上，精密螺纹的螺距是0.5 mm，即旋钮D每转一周，测微螺杆F前进或后退0.5 mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示
0.01 mm.
图5
2.使用方法
当A与F并拢时，可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间的夹缝中，再顺时针旋转旋钮D，F快要接触被测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D′，直到听到“喀、喀”声.
3.读数方法
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，小数点后面要有三位有效数字，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.
例4　用螺旋测微器测量合金丝的直径.为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧如图6所示的部件 (选填“A”“B”“C”或“D”).从图中的示数可读出合金丝的直径为 mm.
图6
答案　B　0.410
解析　读数前应先旋紧B，使读数固定不变，螺旋测微器的固定刻度为0 mm，可动刻度为41.0×0.01 mm＝0.410 mm，所以最终读数为0 mm＋0.410 mm＝0.410 mm.
五、游标卡尺的原理及读数
1.构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺.(如图7所示)
图7
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.常见的游标尺上小等分刻度有10个、20个、50个的，其规格见下表：
刻度格数(分度)
刻度总长度
1 mm与每小格的差值
精确度(可精确到)
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.用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径.
4.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.
例5　用游标卡尺可以测量某些工件的外径.在测量时，示数如图8所示，则读数为
mm.
图8
答案　11.50
解析　游标卡尺的主尺读数为11 mm，游标尺上第10个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为10×0.05 mm＝0.50 mm，所以最终读数为：11 mm＋0.50 mm＝11.50 mm.
1.分别读出下表中的电压表和电流表的示数，并填在表格中.
电表
所选量程
测量值
0～3 V
0～15 V
0～3 A
0～0.6 A
答案　2.14 V　10.7 V　0.80 A　0.16 A
解析　0～3 V的最小分度为0.1 V，读数为2.14 V；
0～15 V的最小分度为0.5 V，读数为10.7 V；
0～3 A的最小分度为0.1 A，读数为0.80 A；
0～0.6 A的最小分度为0.02 A，读数为0.16 A.
2.一个未知电阻，无法估计其电阻值，某同学用伏安法测量其电阻，用如图9所示甲、乙两种电路各测一次，图甲测得的数据是3.0 V、3.0 mA，图乙测得的数据是2.9 V、4.0 mA，由此可知，图 测得Rx的误差较小，测量值Rx＝ .
图9
答案　甲　1 000 Ω
解析　对比两次测量中电压和电流的变化量，电压的变化量为原电压的，电流的变化量为原电流的，说明电压的变化量远小于电流的变化量.因此，电流表分压不明显，即电流表内阻RA?Rx，所以采用题图甲电路测量时误差较小，且Rx＝＝ Ω＝1 000 Ω.
3.某同学用20分度的游标卡尺测量一薄金属圆板的直径D，用螺旋测微器测量其厚度d，示数如图10甲、乙所示.由图可读出D＝ mm，d＝ mm.
图10
答案　50.80　3.776(3.774～3.778均可)
4.某同学测小灯泡正常发光时的电阻，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10 Ω，额定电流1.0 A)
滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω，额定电流0.5 A)
直流电源E(电动势约为6 V，内阻不计)
开关S，导线若干
(1)在上述器材中，滑动变阻器应选 ；电流表应选 .
(2)在虚线框内画出实验的电路图，并在图中注明各元件的符号.
答案　(1)R1　A2　(2)如图所示
1.如图1所示，游标卡尺的读数是 mm；螺旋测微器的读数是 mm.
图1
答案　0.65　0.680
2.读出图2中给出的螺旋测微器和游标卡尺的示数，螺旋测微器的示数为 mm，游标卡尺A的示数为 cm，游标卡尺B的示数为 cm.
图2
答案　6.125　4.120　1.095
3.(2018·山东聊城市高一下期末)用螺旋测微器测量某金属丝的直径，如图3所示，该金属丝的直径为 mm.
图3
答案　0.900
4.(多选)用伏安法测未知电阻Rx时，若不知Rx的大约数值，为了选择正确的电流表接法以减小误差，可将仪器按如图4所示连接，只空出电压表的一个接头K，然后将K分别与a、b接触一下，观察电压表和电流表示数变化情况，则(　　)
图4
A.若电流表示数有显著变化，K应接a
B.若电流表示数有显著变化，K应接b
C.若电压表示数有显著变化，K应接a
D.若电压表示数有显著变化，K应接b
答案　BC
解析　若K从a移到b时，电流表示数有显著变化，说明电压表的分流明显，K应接在b处，故A错误，B正确；若K从a移到b时，电压表示数有显著变化，说明电流表的分压明显，K应接在a处，故C正确，D错误.
5.在图5中，甲、乙两图分别为测灯泡电阻R的电路图，下列说法不正确的是(　　)
图5
A.甲图的接法叫电流表外接法，乙图的接法叫电流表内接法
B.甲图中R测>R真，乙图中R测C.甲图中误差由电压表分流引起，为了减小误差，应使R?RV，故此法测较小电阻好
D.乙图中误差由电流表分压引起，为了减小误差，应使R?RA，故此法测较大电阻好
答案　B
解析　题图甲叫做电流表的外接法，题图乙叫做电流表的内接法，A正确；题图甲由于电压表的分流导致电流的测量值偏大，由R＝可知，R测＜R真，R越小，电压表分流越小，误差越小，因此这种接法适合测小电阻；题图乙由于电流表的分压，导致电压的测量值偏大，由R＝得R测＞R真，R越大，电流表的分压越小，误差越小，因此这种接法适用于测大电阻，B错误，C、D正确.
6.图6是小组同学在测绘小灯泡的伏安特性曲线时的实物连接图.
图6
(1)根据图6在虚线框中画出实验电路图；
(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图7中的①、②、③、④所示，电流表量程为0.6 A，电压表量程为3 V.所示读数为：① 、② 、③ 、④ .两组数据得到的电阻分别为 和 .
图7
答案　见解析
解析　(1)由实物连接图可知电路图如图所示.
(2)电流表量程为0.6 A时，最小刻度为0.02 A，读数读到小数点后两位，所以①表示数为0.10 A，②表示数为0.24 A；电压表量程为3 V，最小刻度为0.1 V，应估读到0.01 V，所以③表示数为2.00 V，④表示数为0.28 V，灯泡两端电压小，通过灯泡的电流就小，故①④为同一组数据，②③为另一组数据，根据欧姆定律得R1＝≈8.3 Ω，R2＝ Ω＝2.8 Ω.
7.(2018·山东德州市高一下期末)为了精确测量某待测电阻Rx的阻值(大约60 Ω)，有以下器材可供选择.
电流表：A1(量程0～50 mA，内阻约6 Ω)
电流表：A2(量程0～3 A，内阻约0.6 Ω)
电压表：V1(量程0～3 V，内阻约3 000 Ω)
电压表：V2(量程0～15 V，内阻很大)
滑动变阻器：R1(0～5 Ω，允许最大电流2.0 A)
滑动变阻器：R2(0～1 kΩ，允许最大电流0.5 A)
电源：E(电动势约为3 V，内阻不计)
单刀单掷开关S一个，导线若干；
(1)电流表应选 电压表应选 ，滑动变阻器应选 (填字母代号)
(2)请在虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图.(要求测量值的范围尽可能大一些)
(3)通过分析，在本实验中Rx的测量值 真实值(选填“大于”“等于”或“小于”).
答案　(1)A1　V1　R1
(2)如图所示
(3)小于
8.兴趣小组为了测量一待测电阻丝的阻值Rx，其阻值约为9 Ω，再用千分尺测量该段电阻丝的直径，如图8所示，然后再用伏安法精确地测量.实验室里准备了以下器材：
图8
A.电压表V1，量程3 V，内阻约5 kΩ
B.电压表V2，量程15 V，内阻约25 kΩ
C.电流表A1，量程0.6 A，内阻约0.2 Ω
D.电流表A2，量程3 A，内阻约0.04 Ω
E.电源，电动势E＝3 V
F.滑动变阻器R1，最大阻值5 Ω，最大电流为3 A
G.滑动变阻器R2，最大阻值200 Ω，最大电流为1.5 A
H.开关S、导线若干
(1)此电阻丝的直径是 mm.
(2)在用伏安法测量该段电阻丝的阻值时，要求尽可能准确，并且待测电阻两端的电压从零开始可以连续调节，则在上述提供的器材中电压表应选 ；电流表应选 ；滑动变阻器应选 .(填器材前面的字母代号)
(3)在虚线框内画出用伏安法测量该段电阻丝的阻值时的实验电路图.
答案　(1)1.010　(2)A　C　F　(3)如图所示