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2021年高考物理一輪復習考點全攻關專題(60)電學實驗基礎專題強化(解析版)雙基過關:一、螺旋測微器的使用1.構造:如圖所示,B為固定刻度,E為可動刻度.2.原理:測微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0.5mm,即旋鈕D每旋轉一周,F(xiàn)前進或后退0.5mm,而可動刻度E上的刻度為50等份,每轉動一小格,F(xiàn)前進或后退0.01mm,即螺旋測微器的精確度為0.01mm.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.3.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).如圖2所示,固定刻度示數(shù)為2.0mm,半毫米刻度線未露出,而從可動刻度上讀的示數(shù)為15.0,最后的讀數(shù)為:2.0mm+15.0×0.01mm=2.150mm.二、游標卡尺1.構造:主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內(nèi)、外測量爪)、游標卡尺上還有一個深度尺.如圖所示2.用途:測量厚度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑.3.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1mm.常見的游標卡尺的游標尺上小等分刻度有10個的、20個的、50個的,其規(guī)格見下表:刻度格數(shù)(分度)刻度總長度每小格與1mm的差值精確度(可精確到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm4.讀數(shù):若用x表示從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度線對齊的游標的格數(shù),則記錄結果表示為(x+K×精確度)mm.三、常用電表的讀數(shù)對于電壓表和電流表的讀數(shù)問題,首先要弄清電表量程,即指針指到最大刻度時電表允許通過的最大電壓或電流,然后根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度,按照指針的實際位置進行讀數(shù)即可.(1)0~3V的電壓表和0~3A的電流表的讀數(shù)方法相同,此量程下的精確度分別是0.1V和0.1A,看清楚指針的實際位置,讀到小數(shù)點后面兩位.(2)對于0~15V量程的電壓表,精確度是0.5V,在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面一位,這時要求“eq\f(1,5)格估讀”,即讀到0.1V.(3)對于0~0.6A量程的電流表,精確度是0.02A,在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面兩位,這時要求“半格估讀”,即讀到最小刻度的一半0.01A.命題熱點一:常用儀器儀表的使用與讀數(shù)1.游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)游標卡尺的讀數(shù)應注意以下幾點(1)看清精確度如圖易錯成11mm+4×0.1mm=11.40mm正確的應為11.4mm,游標卡尺不需要估讀,后面不能隨意加零或去零;如圖易錯成10mm+12×0.05mm=10.6mm,正確的應為10.60mm.(2)主尺上的單位應為厘米主尺上標識的1、2、3等數(shù)字通常是指厘米,讀數(shù)時應將毫米和厘米分清,游標卡尺主尺上的最小刻度是1mm.如圖易錯成5mm+4×0.05mm=5.20mm正確的應為50mm+4×0.05mm=50.20mm.(3)區(qū)分零刻度與標尺最前端如圖易錯成13mm+10×0.05mm=13.50mm正確讀數(shù)為14mm+10×0.05mm=14.50mm.例1某同學測定一金屬桿的長度和直徑,示數(shù)如圖甲、乙所示,則該金屬桿的長度和直徑分別為________cm和________mm.【答案】60.104.20【解析】刻度尺的分度值為1mm,要估讀到0.1mm.游標卡尺讀數(shù)為4mm+10×0.02mm=4.20mm.變式1小明用螺旋測微器測量一根導體棒的直徑,刻度如圖甲所示,讀數(shù)為________mm;用游標為20分度的游標卡尺測量某個圓筒的深度,部分刻度如圖乙所示,讀數(shù)為________cm.【答案】4.224(4.222~4.226)2.185【解析】螺旋測微器的固定刻度為4.0mm,可動刻度為22.4×0.01mm=0.224mm,所以最終讀數(shù)為4.0mm+0.224mm=4.224mm;這種游標卡尺的游標尺刻度是把主尺刻度19mm的長度,分為20等份,每等份為0.95mm,游標尺上第17個刻度和主尺上38mm刻度對齊,讀數(shù)為38mm-17×0.95mm=21.85mm=2.185cm.變式2(2019·山東濟寧第二次摸底)圖甲中螺旋測微器的讀數(shù)為________mm.如圖乙為用多用電表的“×1”歐姆擋正確操作后測某電阻時指針的位置,其讀數(shù)為________Ω.【答案】0.7308【解析】螺旋測微器的讀數(shù)為0.5mm+23.0×0.01mm=0.730mm;歐姆表選用“×1”歐姆擋,讀數(shù)為8Ω.2.電壓表、電流表和變阻箱的讀數(shù)例2(1)如圖甲所示的電表使用0.6A量程時,對應刻度盤上每一小格代表________A,圖中表針示數(shù)為________A;當使用3A量程時,對應刻度盤中每一小格代表________A,圖中表針示數(shù)為________A.(2)如圖乙所示的電表使用較小量程時,每小格表示________V,圖中表針的示數(shù)為________V.若使用的是較大量程,則這時表盤刻度每小格表示________V,圖中表針示數(shù)為________V.【答案】(1)0.020.440.12.20(2)0.11.700.58.5【解析】(1)使用0.6A量程時,刻度盤上的每一小格為0.02A,表針示數(shù)為0.44A;當使用3A量程時,每一小格為0.1A,表針示數(shù)為2.20A.(2)電壓表使用3V量程時,每小格表示0.1V,表針示數(shù)為1.70V;使用15V量程時,每小格表示0.5V,表針示數(shù)為8.5V.例3旋鈕式電阻箱如圖所示,電流從接線柱A流入,從B流出,則接入電路的電阻為________Ω,今欲將接入電路的電阻改為2087Ω,最簡單的操作方法是___________________________________________________________________________.若用兩個這樣的電阻箱,即可得到的電阻值范圍為________.【答案】1987將“×1k”旋鈕調(diào)到2,再將“×100”旋鈕調(diào)到00~19998Ω【解析】接入電路的電阻為1987Ω,最簡單的操作方法是將“×1k”旋鈕調(diào)到2,再將“×100”旋鈕調(diào)到0.每個電阻箱的最大阻值是9999Ω,用這樣的兩個電阻箱串聯(lián)可得到的最大電阻是2×9999Ω=19998Ω.故用兩個這樣的電阻箱,可得到的電阻值范圍為0~19998Ω.變式3如圖甲是學生實驗用的有兩個量程的電流表刻度盤,當用“+”和“-0.6”兩接線柱時,能測的最大電流是________A,對應刻度盤上每一小格代表________A;圖中表針示數(shù)為________A;當使用電流表的“+”和“-3”兩個接線柱時,對應刻度盤上每一小格代表______A,圖中表針示數(shù)為________A.圖乙為學生實驗用的有兩個量程的電壓表刻度盤.當使用較小量程時,測量電壓最大值不得超過________V,每小格表示________V,圖中指針示數(shù)為________V;若使用的是較大量程,則表盤刻度每小格表示________V,圖中指針示數(shù)為________V.【答案】0.600.020.340.11.703.000.12.200.511.0命題熱點二:測量電路與控制電路的選擇1.電壓表和電流表的內(nèi)、外接法(1)兩種接法比較內(nèi)接法外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測=Ux+UA電壓表分流I測=Ix+IV電阻測量值R測=eq\f(U測,I測)=Rx+RA>Rx測量值大于真實值R測=eq\f(U測,I測)=eq\f(RxRV,Rx+RV)<Rx測量值小于真實值適用條件RA?RxRV?Rx適用于測量大阻值電阻小阻值電阻(2)兩種電路的選擇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<eq\r(RVRA)時,用電流表外接法;Rx>eq\r(RVRA)時,用電流表內(nèi)接法.③實驗試探法:按圖所示接好電路,讓連接電壓表的導線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,則可采用電流表外接法;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,則可采用電流表內(nèi)接法.例4用內(nèi)阻為3000Ω的電壓表和內(nèi)阻為10Ω的電流表測電阻,在圖甲、乙兩種情況下,電壓表的示數(shù)都是60V,電流表的示數(shù)都是0.2A,則R1的測量值為______Ω,真實值是________Ω,R2的測量值為________Ω,真實值是________Ω.【答案】300290300333.3【解析】題圖甲:電阻R1的測量值R1測=eq\f(U,I)=300Ω,真實值R1真=R1測-RA=290Ω;題圖乙:電阻R2的測量值R2測=eq\f(U,I)=300Ω,真實值R2真=eq\f(U,I-\f(U,RV))≈333.3Ω.2.滑動變阻器兩種連接方式(1)滑動變阻器兩種接法的對比限流接法分壓接法對比說明電路圖串、并聯(lián)關系不同負載R上電壓調(diào)節(jié)范圍(不計電源內(nèi)阻)eq\f(RE,R+R0)≤U≤E0≤U≤E分壓電路調(diào)節(jié)范圍大負載R上電流調(diào)節(jié)范圍(不計電源內(nèi)阻)eq\f(E,R+R0)≤I≤eq\f(E,R)0≤I≤eq\f(E,R)分壓電路調(diào)節(jié)范圍大閉合S前觸頭位置b端a端都是為了保護電路元件(2)滑動變阻器必須接成分壓電路的幾種情況:①要求電壓表能從零開始讀數(shù);②當待測電阻Rx?R(滑動變阻器的最大阻值)時;③若采用限流式接法,電路中的最小電流仍超過電路中電表、電阻允許的最大電流.(3)滑動變阻器的最大阻值和用電器的阻值差不多且要求電壓不從零開始變化,通常情況下,由于限流式結構簡單、耗能少,優(yōu)先使用限流式.例5某同學用伏安法測定待測電阻Rx的阻值(約為10kΩ),除了Rx、開關S、導線外,還有下列器材供選用:A.電壓表(量程0~1V,內(nèi)阻約10kΩ)B.電壓表(量程0~10V,內(nèi)阻約100kΩ)C.電流表(量程0~1mA,內(nèi)阻約30Ω)D.電流表(量程0~0.6A,內(nèi)阻約0.05Ω)E.電源(電動勢1.5V,額定電流0.5A,內(nèi)阻不計)F.電源(電動勢12V,額定電流2A,內(nèi)阻不計)G.滑動變阻器R0(阻值范圍0~10Ω,額定電流2A)(1)為使測量盡量準確,電壓表選用________,電流表選用________,電源選用________.(均填器材的字母代號)(2)在虛線框內(nèi)畫出測量Rx阻值的實驗電路圖.(3)該同學選擇器材、連接電路和操作均正確,從實驗原理上看,待測電阻測量值會________其真實值(填“大于”“小于”或“等于”),原因是__________________________________.【答案】(1)BCF(2)見解析圖(3)大于電壓表的讀數(shù)大于待測電阻兩端的實際電壓(其他表述正確也可)【解析】(1)若電源選用E,則通過Rx的最大電流為0.15mA,電流表選用C還達不到半偏,故電源應選用F.電壓表內(nèi)阻應盡可能與被測電阻阻值相差大一些且接近電源電壓,故電壓表選用B.由此可知電路中的電流約為1mA,故電流表選用C.(2)因為待測電阻阻值較大,所以電流表應采用內(nèi)接法.因為滑動變阻器的阻值很小,若采用限流接法接入電路起不到多大的限流作用,所以滑動變阻器應采用分壓接法,實驗電路圖如圖所示.(3)因為電流表采用內(nèi)接法,電壓表測出的電壓為Rx與電流表串聯(lián)后兩端電壓,U測>U實,而R=eq\f(U,I),所以R測>R實.命題熱點三:電表改裝問題1.主要類型用靈敏電流計改裝為較大量程電流表、電壓表和多用電表.2.改裝原理(1)電流表的改裝利用了并聯(lián)電路分流的原理.(2)電壓表的改裝利用了串聯(lián)電路分壓的原理.例6某同學要將一量程為250μA的微安表改裝為量程為20mA的電流表.該同學測得微安表內(nèi)阻為1200Ω,經(jīng)計算后將一阻值為R的電阻與該微安表連接,進行改裝.然后利用一標準毫安表,根據(jù)圖(a)所示電路對改裝后的電表進行檢測(虛線框內(nèi)是改裝后的電表).(1)根據(jù)圖(a)和題給條件,將圖(b)中的實物連線.(2)當標準毫安表的示數(shù)為16.0mA時,微安表的指針位置如圖所示,由此可以推測出改裝的電表量程不是預期值,而是________.(填正確答案標號)A.18mAB.21mAC.25mA D.28mA(3)產(chǎn)生上述問題的原因可能是________.(填正確答案標號)A.微安表內(nèi)阻測量錯誤,實際內(nèi)阻大于1200ΩB.微安表內(nèi)阻測量錯誤,實際內(nèi)阻小于1200ΩC.R值計算錯誤,接入的電阻偏小D.R值計算錯誤,接入的電阻偏大(4)要達到預期目的,無論測得的內(nèi)阻值是否正確,都不必重新測量,只需要將阻值為R的電阻換為一個阻值為kR的電阻即可,其中k=________.【答案】(1)連線如圖所示(2)C(3)AC(4)eq\f(99,79)【解析】(1)量程為250μA的微安表改裝成量程為20mA的電流表,量程擴大了80倍,需要將定值電阻與微安表并聯(lián),然后根據(jù)題圖(a)的原理圖連線.(2)當標準毫安表示數(shù)為16.0mA時,對應的微安表讀數(shù)為160μA,說明量程擴大了100倍,因此所改裝的電表量程是25mA,選項C正確.(3)根據(jù)IgRg=(I-Ig)R得:I=eq\f(IgRg,R)+Ig出現(xiàn)該情況可能是微安表內(nèi)阻測量錯誤,實際電阻大于1200Ω,或者并聯(lián)的電阻R計算錯誤,接入的電阻偏小,選項A、C正確.(4)設微安表的滿偏電壓為U,則對并聯(lián)的電阻R有U=(25-0.25)×10-3RU=(20-0.25)×10-3kR解得k=eq\f(99,79).變式4某同學欲將內(nèi)阻為98.5Ω、量程為100μA的電流表改裝成歐姆表并進行刻度和校準,要求改裝后歐姆表的15kΩ刻度正好對應電流表表盤的50μA刻度.可選用的器材還有:定值電阻R0(阻值14kΩ),滑動變阻器R1(最大阻值1500Ω),滑動變阻器R2(最大阻值500Ω),電阻箱(0~99999.9Ω),干電池(E=1.5V,r=1.5Ω),紅、黑表筆和導線若干.(1)歐姆表設計將圖中的實物連線組成歐姆表.歐姆表改裝好后,滑動變阻器R接入電路的電阻應為________Ω;滑動變阻器選________(填“R1”或“R2”).(2)刻度歐姆表表盤通過計算,對整個表盤進行電阻刻度,如圖所示.表盤上a、b處的電流刻度分別為25和75,則a、b處的電阻刻度分別為________、________.(3)校準紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使歐姆表指針指向________kΩ處;將紅、黑表筆與電阻箱連接,記錄多組電阻箱接入電路的電阻值及歐姆表上對應的測量值,完成校準數(shù)據(jù)測量.若校準某刻度時,電阻箱旋鈕位置如圖所示,則電阻箱接入的阻值為________Ω.【答案】(1)如圖所示900R1(2)455(3)035000.0【解析】(1)由題知當兩表筆間接入15kΩ的電阻時,電流表示數(shù)為50μA,由閉合電路歐姆定律有eq\f(Ig,2)=eq\f(E,Rg+r+Rx+R0+R),代入數(shù)據(jù)解得R=900Ω,所以滑動變阻器選擇R1.(2)歐姆表的內(nèi)阻Rg′=Rg+r+R0+R=15kΩ,當電流為25μA時,有eq\f(Ig,4)=eq\f(E,Rg′+Rx′),可得Rx′=45kΩ;當電流為75μA時,有eq\f(3Ig,4)=eq\f(E,Rg′+Rx″),可得Rx″=5kΩ.(3)紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使歐姆表指針指向0kΩ處.題圖中電阻箱讀數(shù)為35000.0Ω.命題熱點四:實驗器材的選取與實物圖連接1.電學實驗儀器的選擇選擇電學實驗器材主要是選擇電表、滑動變阻器、電源等,一般要考慮四方面因素:(1)安全因素:通過電源、電阻和電表的電流不能超過其允許的最大電流.(2)誤差因素:選用電表量程應考慮盡可能減小測量值的相對誤差,電壓表、電流表在使用時,其指針應偏轉到滿偏刻度的eq\f(1,3)以上;使用歐姆表時應選用指針盡可能在中間刻度附近的倍率擋位.(3)便于操作:選用滑動變阻器時應考慮對外供電電壓的變化范圍既能滿足實驗要求,又便于調(diào)節(jié).在調(diào)節(jié)滑動變阻器時,應使其大部分電阻線都被用到.(4)實驗實際:除以上三個因素外,還應注重實驗實際,如所用的電源與滑動變阻器的匹配問題等.2.實物圖連接的注意事項(1)畫線連接各元件,一般先從電源正極開始,按照電路原理圖依次到開關,再到滑動變阻器,按順序以單線連接方式將主電路中串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來;其次將要并聯(lián)的元件再并聯(lián)到電路中去.(2)連線時要將導線接在接線柱上,兩條導線不能交叉.(3)要注意電表的量程和正、負接線柱,要使電流從電表的正接線柱流入,從負接線柱流出.例7為測量某微安表G(量程200μA,內(nèi)阻大約2200Ω)的內(nèi)阻,有以下器材可供選擇:A.電壓表(0~3V);B.電壓表(0~15V);C.滑動變阻器(0~10Ω);D.滑動變阻器(0~1kΩ);E.電源E(電動勢約為6V)F.電阻箱RZ(最大阻值為9999Ω)開關S一個,導線若干.(1)按圖甲所示電路圖將圖乙中的實物連線.(2)實驗過程為:合上開關S,先調(diào)節(jié)R使電壓表讀數(shù)為U,再調(diào)節(jié)電阻箱(此時電壓表讀數(shù)幾乎不變),使微安表指示為滿偏,記下此時電阻箱阻值為R1=8056Ω;然后再調(diào)節(jié)R,使電壓表讀數(shù)為eq\f(2,3)U,再調(diào)節(jié)電阻箱(此時電壓表讀數(shù)幾乎不變),使微安表指示為滿偏,記下此時電阻箱阻值為R2如圖所示電壓表應選________,滑動變阻器應選________.(填字母代號)電阻箱的讀數(shù)R2=________Ω,待測微安表的內(nèi)阻Rg=________Ω.【答案】(1)見解析圖(2)AC46532153【解析】(1)根據(jù)電路圖,實物連線如圖所示(2)因為電源電動勢約為6V,B電壓表量程太大,故電壓表選A,但操作時,需注意不能超過A電壓表的量程.要使調(diào)節(jié)電阻箱時電壓表讀數(shù)幾乎不變,微

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