（通用版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第49課時 電學(xué)實驗基本能力集釋（實驗增分課）講義（含解析）(一)游標卡尺和螺旋測微器(一)游標卡尺1原理：利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度的差值制成。不管游標尺上有多少個小等分刻度，它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少 1 mm。2精度：對應(yīng)關(guān)系為10分度0.1 mm,20分度0.05 mm,50分度0.02 mm。3讀數(shù)：若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù)，K表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標刻線的格數(shù)，則記錄結(jié)果表達為(xK×精度)mm。(二)螺旋測微器1原理：測微螺桿與固定刻度之間的精密螺紋的螺距為0.5 mm，即旋鈕每旋轉(zhuǎn)一周，測微螺桿前進或后退0.5 mm，而可動刻度上的刻度為50等份，每轉(zhuǎn)動一小格，測微螺桿前進或后退0.01 mm，即螺旋測微器的精確度為0.01 mm。讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺。2讀數(shù)：測量值(mm)固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)可動刻度數(shù)(估讀一位)×0.01(mm)。例1(1)如圖甲、乙所示的兩把游標卡尺，它們的游標尺分別為9 mm長10等分、19 mm長20等分，則讀數(shù)依次為_mm、_mm。(2)在測定一根粗細均勻合金絲電阻率的實驗中，利用螺旋測微器測定合金絲直徑的過程如圖丙、丁所示，校零時的讀數(shù)為_mm，測得合金絲的直徑為_mm。解析(1)題圖甲讀數(shù)：主尺讀數(shù)為17 mm，游標尺讀數(shù)是5×0.1 mm0.5 mm，最后結(jié)果是17 mm0.5 mm17.5 mm。題圖乙讀數(shù)：主尺讀數(shù)為23 mm，游標尺讀數(shù)是7×0.05 mm0.35 mm，最后結(jié)果是23 mm0.35 mm23.35 mm。(2)由于螺旋測微器校零時有誤差，估讀為0.003 mm，測量后的讀數(shù)為0.645 mm，去掉校零誤差，可得合金絲的直徑為0.642 mm。答案(1)17.523.35(2)0.0030.642(0.6400.644 均可)(1)游標卡尺不需要估讀，讀數(shù)結(jié)果對應(yīng)10分度為××.×mm一位小數(shù)，20分度和50分度為××.××mm兩位小數(shù)，換算單位時只需要移動小數(shù)點，最后一位數(shù)字即使是0也不能省略。(2)螺旋測微器需要估讀，讀數(shù)結(jié)果為×.×××mm三位小數(shù)，需要特別注意半毫米刻度線是否露出。 (二)電流表的內(nèi)接法與外接法(一)兩種接法的比較內(nèi)接法外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測UxUA電壓表分流I測IxIV電阻測量值 R測RxRA>Rx，測量值大于真實值R測<Rx，測量值小于真實值(二)兩種接法的選擇1阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內(nèi)阻進行比較，若Rx較小，宜采用電流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內(nèi)接法。簡單概括為“大內(nèi)偏大，小外偏小”。2臨界值計算法Rx< 時，用電流表外接法。Rx> 時，用電流表內(nèi)接法。3實驗試探法：按如圖所示接好電路，讓電壓表一根接線柱P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數(shù)有較大的變化，而電流表的示數(shù)變化不大，則應(yīng)采用電流表外接法；如果電流表的示數(shù)有較大的變化，而電壓表的示數(shù)變化不大，則應(yīng)采用電流表內(nèi)接法。例2在伏安法測電阻的實驗中，待測電阻Rx約為 200 ，電壓表的內(nèi)阻約為2 k，電流表的內(nèi)阻約為10 ，測量電路中電流表的連接方式如圖甲或圖乙所示，結(jié)果由公式Rx 計算得出，式中U與I分別為電壓表和電流表的示數(shù)。若將圖甲和圖乙中電路測得的電阻值分別記為Rx1和Rx2，則_(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待測電阻的真實值，且測量值Rx1_(填“大于”“等于”或“小于”)真實值，測量值Rx2_(填“大于”“等于”或“小于”)真實值。解析根據(jù)題意知 >，電壓表的分流作用較顯著，故采用電流表內(nèi)接法得到的Rx1更接近待測電阻的真實值。題圖甲的測量值是Rx與RA串聯(lián)的電阻阻值，故Rx1>Rx真；題圖乙的測量值是Rx與RV并聯(lián)的電阻阻值，故 Rx2<Rx真。答案Rx1大于小于本題無法判斷待測電阻“較大”還是“較小”，故將和進行對比，實際上采用的是臨界值計算法。 (三)分壓電路和限流電路1兩種接法的比較限流接法分壓接法兩種接法電路圖負載R上電壓調(diào)節(jié)范圍UE0UE負載R上電流調(diào)節(jié)范圍I0I閉合S前觸頭位置b端a端2.兩種接法的選擇要求待測電阻兩端的電壓從零開始變化，或精確性要求較高時采用分壓接法滑動變阻器的最大阻值遠小于待測電阻或串聯(lián)的其他電阻的阻值時題設(shè)條件中所提供的電表量程或電阻的最大允許電流不夠時待測電阻接近或略小于滑動變阻器的最大阻值時采用限流接法電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓接法的要求時沒有很高的精確性要求，考慮安裝簡捷和節(jié)能因素時 例3(2017·全國卷)某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性。所使用的器材有：小燈泡L(額定電壓3.8 V，額定電流0.32 A)；電壓表(量程3 V，內(nèi)阻3 k)；電流表(量程0.5 A，內(nèi)阻0.5 )；固定電阻R0(阻值1 000 )；滑動變阻器R(阻值09.0 )；電源E(電動勢5 V，內(nèi)阻不計)；開關(guān)S；導(dǎo)線若干。(1)實驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)在03.8 V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，畫出實驗電路原理圖。(2)實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖(a)所示。由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻_(填“增大”“不變”或“減小”)，燈絲的電阻率_(填“增大”“不變”或“減小”)。(3)用另一電源E0(電動勢4 V，內(nèi)阻1.00 )和題給器材連接成圖(b)所示的電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實際功率。閉合開關(guān)S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為_W，最大功率為_W。(結(jié)果均保留2位小數(shù))解析(1)要實現(xiàn)在03.8 V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進行測量，則滑動變阻器需要設(shè)計成分壓接法；電壓表應(yīng)與固定電阻R0串聯(lián)，將量程改為4 V。由于小燈泡正常發(fā)光時電阻約為12 ，所以需將電流表外接。電路圖如圖所示。(2)I­U圖像中隨著電流的增大，圖線的斜率變小，小燈泡的電阻增大。根據(jù)電阻定律R，得燈絲的電阻率增大。(3)當滑動變阻器接入電路中的阻值最大為9.0 時，流過小燈泡的電流最小，小燈泡的實際功率最小，把滑動變阻器視為等效電源內(nèi)阻的一部分，在題圖(a)中畫出等效電源E0(電動勢4 V，內(nèi)阻1.00 9.0 10 )的伏安特性曲線，函數(shù)表達式為U410I(V)，圖線如圖中所示，故小燈泡的最小功率為PminU1I11.75×0.225 W0.39 W。當滑動變阻器接入電路中的阻值最小為零時，流過小燈泡的電流最大，小燈泡的實際功率最大，在題圖(a)中畫出電源E0(電動勢4 V，內(nèi)阻1.00 )的伏安特性曲線，函數(shù)表達式為U4I(V)，圖線如圖中所示，故小燈泡的最大功率為PmaxU2I23.68×0.318 W1.17 W。答案(1)見解析圖(2)增大增大(3)0.391.17研究小燈泡的伏安特性或者其他實驗中，若要求元件的電壓、電流從零開始變化，或者要求“多測幾組數(shù)據(jù)”“測量結(jié)果盡量準確”等，一定要采用分壓接法，此時應(yīng)選擇阻值范圍較小的滑動變阻器便于調(diào)節(jié)。 (四)電表的改裝改裝成電壓表改裝成電流表內(nèi)部電路改裝原理串聯(lián)大電阻分壓并聯(lián)小電阻分流改裝后的量程UIg(RgR)IIg量程擴大的倍數(shù)n1n1接入電阻的阻值R(n1)RgR改裝后的總內(nèi)阻RVnRgRA校準電路例4(2018·全國卷)某同學(xué)組裝一個多用電表?？蛇x用的器材有：微安表頭(量程100 A，內(nèi)阻900 )；電阻箱R1(阻值范圍0999.9 )；電阻箱R2(阻值范圍099 999.9 )；導(dǎo)線若干。要求利用所給器材先組裝一個量程為1 mA的直流電流表，在此基礎(chǔ)上再將它改裝成量程為3 V的直流電壓表。組裝好的多用電表有電流1 mA和電壓3 V兩擋?；卮鹣铝袉栴}：(1)在虛線框內(nèi)畫出電路圖并標出R1和R2，其中*為公共接線柱，a和b分別是電流擋和電壓擋的接線柱。(2)電阻箱的阻值應(yīng)取R1_，R2_。(保留到個位)解析(1)微安表頭改裝成毫安電流表需要并聯(lián)一個小電阻，再把電流表改裝成電壓表，需要串聯(lián)一個大電阻，電路如圖所示。(2)接a時改裝成量程為1 mA的電流表，有IgRg(IIg)R1，解得R1100 ，接b時改裝成量程為3 V的電壓表，有UIgRgIR2，解得R22 910 。答案(1)見解析圖(2)1002 910(1)本題要先將表頭與R1并聯(lián)改裝成電流表，再將改裝好的電流表與R2串聯(lián)改裝成電壓表。(2)無論改裝成電流表還是電壓表，達到量程時通過表頭的最大電流Ig是相同的。