通用版2020届高考物理总复习第八章电学仪器的使用及基本电路的选择（含答案解析）

2020高考一轮第八章电学仪器的使用及基本电路的选择（通用版）
物 理

考点一　游标卡尺和螺旋测微器读数
[考点解读]
1．游标卡尺

(1)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.
(2)精度：对应关系为10分度0.1 mm,20分度0.05 mm, 50分度0.02 mm.
(3)读数：若用x表示由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线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(x＋K×精确度)mm.
2．螺旋测微器

(1)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位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺．
(2)读数：测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出．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)．
[典例赏析]
[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.

[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2.0 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：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm.
[答案]　(1)17.7　23.85　3.18　(2)2.150

1．游标卡尺不需要估读，读数结果10分度为××.× mm一位小数，20分度和50分度为××.××mm两位小数，换算单位时只需要移动小数点，最后一位数字即使是0也不能抹掉．
2．螺旋测微器需要估读，读数结果为×.××× mm三位小数，需要特别注意半毫米刻度线是否露出．
[题组巩固]
1．某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图(a)和(b)所示．该工件的直径为　________　 cm，高度为　________　 mm.

解析：图(a)为20分度的游标卡尺，其精度为0.05 mm，主尺读数为12 mm，游标尺上第4条刻线与主尺上的一条刻线对齐，故测量结果为12 mm＋4×0.05 mm＝12.20 mm＝1.220 cm.螺旋测微器的精度为0.01 mm，由图(b)知固定刻度读数为6.5 mm，可动刻度读数为“36.0”，故工件的高度为6.5 mm＋36.0×0.01 mm＝6.860 mm.
答案：1.220　6.860
2．某同学用如图甲所示的螺旋测微器测小球的直径时，他应先转动　______　到F靠近小球，再转动　_____　到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.

解析：用螺旋测微器测小球直径时，先转动粗调旋钮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，拨动止动旋钮G使F固定后读数，读数为6.5 mm＋20.0×0.01 mm＝6.700 mm.
答案：D　H　G　6.700
考点二　电流表、电压表的读数及改装
[考点解读]
1．两种电表的电路结构及读数方法
电流表 电压表
符号
参数 量程：0～0.6 A，0～3 A 内阻：小于1 Ω 量程：0～3 V，0～15 V 内阻：3 kΩ，15 kΩ
电路结构
读数方法 视线垂直于刻度盘表面，一般都需估读，3 A量程估读到最小分度的1/10,0.6 A量程估读到最小分度的1/2 视线垂直于刻度盘表面，一般都需估读，3 V量程估读到最小分度的1/10，15 V量程估读到最小分度的1/5

2.两种电表的使用技巧
(1)机械零点的调整：在不通电时，指针应指在零刻线的位置．
(2)选择适当量程：估算电路中的电流或电压，指针应偏转到满刻度的以上．若无法估算电路中的电流和电压，则应先选用较大的量程，再逐步减小量程．
(3)正确接入电路：电流表应串联在电路中，电压表应并联在电路中，两种表都应使电流从正接线柱流入，从负接线柱流出．
(4)正确读数：根据所选量程的准确度，正确读出有效数字和单位．
(5)注意内阻：电流表和电压表一方面作为仪器使用，同时又是被测电路中的一个电阻，实验中没有特别要求时，一般不考虑它们的内阻对电路的影响，但有些测量中，不能忽视它们的内阻对被测电路的影响，如伏安法测电阻等．
[典例赏析]
[典例2]　(2018·全国卷Ⅱ) 某同学组装一个多用电表，可选用的器材有：微安表头(量程100 μA，内阻900 Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99 999.9 Ω)；导线若干．
要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表．组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡．

回答下列问题：
(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱．
(2)电阻箱的阻值应取R1＝　________　Ω，R2＝　________　Ω.(保留到个位)
[解析]　(1)R1电阻范围小，所以R1与表头并联起分流作用，R2电阻范围大，所以R2与改装后的电流表整体串联，起分压作用．电路如图所示．

(2)Ug＝IgRg＝(I－Ig)R1，R1＝＝＝100 Ω
IR2＝U－Ug，R2＝＝＝2 910 Ω.
[答案]　(1)见解析图　(2)100　2 910
[题组巩固]
1．如图所示，其中电流表A的量程为0.6 A，表盘均匀划分为30个小格，每一小格表示0.02 A，R1的阻值等于电流表内阻的，R2的阻值等于电流表内阻的2倍．若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值，则下列分析正确的是(　　)

A．将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.04 A
B．将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.02 A
C．将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.06 A
D．将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.01 A
解析：C　[当接线柱1、2接入电路时，电阻R1与电流表内阻并联后等效阻值为电流表内阻的，由于电流表的满偏电压为定值，因此量程扩大为原来的3倍，故每一小格变为0.02 A×3＝0.06 A，A、B选项错误．
当接线柱1、3接入电路时，电阻R1与电流表内阻并联后再和电阻R2串联，但是串联的电阻R2对于电流表量程无影响，故每一小格仍为0.06 A，C正确，D错误．]
2．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

解析：表中0～3 V的电压表和0～3 A的电流表读数方法相同，精确度是0.1 V或0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位．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．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.
答案：2.14 V　10.7 V　0.80 A　0.16 A
考点三　测量电路与控制电路设计
[考点解读]
1．电流表的两种接法
(1)两种接法的比较

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＝＝＜Rx测量值小于真实值

(2)两种接法的选择
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．简单概括为“大内偏大，小外偏小”．
② 临界值计算法
Rx＜时，用电流表外接法；
Rx＞时，用电流表内接法．
③ 实验试探法：按如图所示接好电路，让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法．

3．滑动变阻器的两种接法
(1)两种接法的比较
限流接法 分压接法
两种接法电路图
负载R上电压调节范围 ≤U≤E 0≤U≤E
负载R上电流调节范围 ≤I≤ 0≤I≤
闭合S前触头位置 b端 a端

(2)两种接法的一般适用条件
①限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)．
②分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)．
(3)必须采用分压法的三种情况
①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)，则必须选用分压式接法．
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，应改用分压电路．
③若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路．
(4)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、耗能低．
[典例赏析]
[典例3]　有一个电阻Rx，其阻值大约是10 Ω，请选择适当的器材，以便测量其阻值．可供选择的电路如图所示．可供选择的器材是：

A．电动势4.5 V、内阻不计的电源E
B．量程为15 V、内阻10 kΩ的电压表V1
C．量程为3 V、内阻6 kΩ的电压表V2
D．量程为300 mA、内阻4 Ω的电流表A1
E．量程为5 A、内阻2 Ω的电流表A2
F．最大阻值20 Ω、额定电流1.5 A的滑动变阻器R1
G．最大阻值500 Ω、额定电流0.5 A的滑动变阻器R2
H．开关和若干根导线．
则选用的电路是　__________　(填甲或乙)，选用的器材是　________　(填器材的字母代号)．
[解析]　Rx的阻值大约为10 Ω，与电流表内阻接近，因此用电流表外接法，同时Rx的大约值小于滑动变阻器的总阻值，因而采用限流接法，故选用甲电路；电源电动势E＝4.5 V，E＝Im(Rx＋RA)，Im＝A＝0.321A＝321 mA或Im＝A＝0.375 A＝375 mA，电流表选D.U＝ImRx＝0.321×10 V＝3.21 V，因而电压表选C，变阻器R2最大值为500 Ω，与Rx偏差太大，因此变阻器选F.
[答案]　甲　ACDFH
[题组巩固]
1．在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 Ω，电压表的内阻约为2 kΩ，电流表的内阻约为10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示，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　________　(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1　________　(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2　________　(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值．

解析：根据串、并联电路的特点解题．根据题意知>，电压表的分流作用较显著，故Rx1更接近待测电阻的真实值．图甲的测量值是Rx与RA串联的电阻阻值，故Rx1>Rx真；图乙的测量值是Rx与RV并联的电阻阻值，故Rx2答案：Rx1　大于　小于
2．如图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5 V.

(1)完成下列实验步骤：
①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，　_______________　；
②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，　_______________　；
③断开开关，…根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线．
(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图．

解析：(1)滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，灯泡两端的电压为零，调节滑动变阻器的滑片，使它靠近滑动变阻器左端的接线柱．闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压．
(2)与实物电路相应的电路图如图所示．

答案：(1)①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱
②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到其额定电压
(2)图见解析

思想方法(十八)　实验器材的选取与实物图连接方法
方 法 阐 述 1.电学实验仪器的选择 选择电学实验器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器材，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：选用电表量程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；使用欧姆表时宜选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率挡位． (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，如所用的电源与打点计时器的匹配问题等． 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；其次将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.

[典例赏析]
[典例]　某同学为了测定一只电阻的阻值，采用了如下方法：
(1)用多用电表粗测：多用电表电阻挡有4个倍率，分别为×1 k、×100、×10、×1.该同学选择“×100”倍率，用正确的操作步骤测量时，发现指针偏转角度太大(指针位置如图中虚线所示)．为了较准确地进行测量，请你补充完整下列依次应该进行的主要操作步骤：

A．________________________________________________________________________；
B．两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在0 Ω处；
C．重新测量并读数，若这时刻度盘上的指针位置如图中实线所示，测量结果是　________　.
(2)该同学用伏安法继续测定这只电阻的阻值，除被测电阻外，还有如下实验仪器：
A．直流电源(电动势3 V，内阻不计)
B．电压表V1 (量程0～5 V，内阻约为5 kΩ)
C．电压表V2 (量程0～15 V，内阻约为25 kΩ)
D．电流表A1(量程0～25 mA，内阻约为1 Ω)
E．电流表A2(量程0～250 mA，内阻约为0.1 Ω)
F．滑动变阻器一只，阻值0～20 Ω
G．开关一只，导线若干
在上述仪器中，电压表应选择　________　(选填“V1”或“V2”)，电流表应选择　________　(选填“A1”或“A2”)，请在虚线框内画出电路原理图(电表用题中所给的符号表示)．

[解析]　(1)指针偏转角度太大，说明选择的倍率偏大，因此应选用较小的倍率，将“×100”换为“×10”；此时的读数为指针所指的刻度乘以倍率，即电阻为12×10 Ω＝120 Ω.
(2)由于电源电动势只有3 V，所以电压表选择量程为0～5 V的电压表V1；因电路中最大电流约为Im＝＝25 mA，所以选用量程0～25 mA的电流表A1；由于滑动变阻器最大阻值小于待测电阻的阻值，所以控制电路应选用分压接法，因待测电阻远大于电流表内阻，应选用电流表内接法，电路如图所示．

[答案]　(1)A.换用“×10”的倍率　C．120 Ω　 (2)V1　A1　图见解析
[题组巩固]
1．某物理实验小组利用实验室提供的器材测定电压表V1的内阻，可选用的器材如下：
A．待测电压表V1：量程3 V，内阻约3 kΩ
B．电压表V2：量程15 V，内阻约20 kΩ
C．电流表A：量程3 A，内阻约0.1 Ω
D．定值电阻R0∶9.0 kΩ
E．滑动变阻器R1∶0～200 Ω
F．滑动变阻器R2∶0～2 kΩ
G．电源E：电动势约为12 V，内阻忽略不计
H．开关、导线若干
(1)为了准确测量电压表V1的内阻，两位同学根据上述实验器材分别设计了如图甲和乙两个测量电路，你认为　________　(选填“甲”或“乙”)更合理，并在实物图丙中用笔画线代替导线将电路图补充完整．


(2)该实验中滑动变阻器应该选用　________　(选填“R1”或“R2”)．
(3)用已知量R0和V1、V2的示数U1、U2来表示电压表V1的内阻：RV1＝　________　.
解析：(1)甲图中，因为电压表V2的内阻与R0阻值相当，通过电压表V2的电流不能忽略，故用通过R0的电流作为通过V1的电流，误差较大，故用乙电路较合理，电路连接如图所示．

(2)实验中滑动变阻器要用分压接法，故应选取阻值较小的R1.
(3)根据欧姆定律可知：RV1＝＝.
答案：(1)乙　图见解析　(2)R1　(3)
2．为了测量一电阻的阻值Rx，现有以下器材：蓄电池E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，电阻箱RP，开关S1、S2，导线若干．某活动小组设计了如图甲所示的电路．实验的主要步骤如下：

A．闭合S1，断开S2，调节R和RP，使电流表和电压表示数合适，记下两表示数分别为I1、U1；
B．闭合S2，保持RP阻值不变，记下电流表和电压表示数分别为I2、U2.
(1)按电路图在实物图乙上连线．
(2)写出被测电阻的表达式Rx＝　____________　(用两电表的读数表示)．
(3)由于电流表、电压表都不是理想电表，则被测电阻的测量值　____________　(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值．
解析：(1)实物连线如图所示．

(2)由欧姆定律，第一次测量的电阻为电压表和RP的并联电阻，即＝R并；第二次测量的电阻为电压表、Rx和RP的并联电阻，＝，联立解得Rx＝.
(3)由于电流表、电压表内阻不影响被测电阻的测量，故其测量值等于真实值．
答案：(1)图见解析　(2)　(3)等于
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