第3講　電學(xué)實(shí)驗(yàn)必備基礎(chǔ)

第3講電學(xué)實(shí)驗(yàn)必備基礎(chǔ)突破點(diǎn)一基本儀器的使用及讀數(shù)(一)游標(biāo)卡尺1．構(gòu)造：主尺、游標(biāo)尺(主尺和游標(biāo)尺上各有一個(gè)內(nèi)、外測(cè)量爪)，游標(biāo)尺與深度尺是一個(gè)整體(如圖所示)。2．原理：利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成。不管游標(biāo)尺上有多少個(gè)小等分刻度，它的刻度部分的總長(zhǎng)度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1mm。常見(jiàn)的游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格的，其讀數(shù)見(jiàn)下表：刻度格數(shù)(分度)刻度總長(zhǎng)度每小格與1mm的差值精確度(可準(zhǔn)確到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm3．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(biāo)尺上讀出與主尺上某一刻線對(duì)齊的游標(biāo)的格數(shù)，則記錄結(jié)果為(x＋K×精確度)mm。注意：對(duì)于游標(biāo)卡尺，無(wú)論哪種規(guī)格，讀數(shù)(x＋K×精確度)mm中的K值均不需要向后估讀一位。[方法規(guī)律]游標(biāo)卡尺的讀數(shù)要“三看”(1)第一看→精確度。例如(如圖所示)：易錯(cuò)讀成11mm＋4.0×0.1mm＝11.40mm正確讀數(shù)為11.4mm，游標(biāo)卡尺不需估讀，后面不能隨意加零，也不能隨意去零。(2)第二看→游標(biāo)尺上的0刻度線位置，區(qū)分零刻度與游標(biāo)尺最前端。例如(如圖所示)：易錯(cuò)讀成11mm＋10×0.05mm＝11.50mm正確讀數(shù)為14mm＋10×0.05mm＝14.50mm。(3)第三看→游標(biāo)尺的哪條刻度線與主尺上的刻度線對(duì)齊。

(二)螺旋測(cè)微器1．構(gòu)造：如圖，B為固定刻度，H為可動(dòng)刻度。2．原理：可動(dòng)刻度H上的刻度為50等分，則螺旋測(cè)微器的精確度為0.01mm。3．讀數(shù)(1)測(cè)量時(shí)被測(cè)物體長(zhǎng)度的半毫米數(shù)由固定刻度讀出，不足半毫米部分由可動(dòng)刻度讀出。(2)測(cè)量值(mm)＝固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)＋可動(dòng)刻度數(shù)(估讀一位)×0.01(mm)[方法規(guī)律]螺旋測(cè)微器的讀數(shù)勿忘估讀最后一位數(shù)字為估讀數(shù)字，讀數(shù)和記數(shù)時(shí)估讀位為有效數(shù)字的最后一位。例如(如圖所示)：固定刻度上讀得示數(shù)為2.0mm，可動(dòng)刻度上讀得示數(shù)為15.0，得到的讀數(shù)為2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm。

[自練通關(guān)]1．(1)如圖甲、乙所示的兩把游標(biāo)卡尺，它們的游標(biāo)尺分別為9mm長(zhǎng)10等分、19mm長(zhǎng)20等分，則讀數(shù)依次為_(kāi)_____mm、________mm。(2)在測(cè)定一根粗細(xì)均勻合金絲電阻率的實(shí)驗(yàn)中，利用螺旋測(cè)微器測(cè)定合金絲直徑的過(guò)程如圖丙、丁所示，校零時(shí)的讀數(shù)為_(kāi)_______mm，測(cè)得合金絲的直徑為_(kāi)_______mm。(3)圖戊所示是電流表的刻度線，若使用0.6A量程時(shí)，對(duì)應(yīng)刻度盤(pán)上每一小格代表________A，表針的示數(shù)是________A；若使用3A量程時(shí)，對(duì)應(yīng)刻度盤(pán)上每一小格代表________A，圖中表針示數(shù)為_(kāi)_______A。(4)圖己所示是電壓表的刻度線，若使用3V量程時(shí)，每小格表示________V，圖中指針的示數(shù)為_(kāi)_______V；若使用15V量程，則這時(shí)表盤(pán)刻度每小格表示________V，圖中表針指示的是________V。(5)

如圖庚所示為旋鈕式電阻箱，電流從接線柱A流入，從B流出，則接入電路的電阻為_(kāi)_______Ω。今欲將接入電路的電阻改為2087Ω，最簡(jiǎn)單的操作方法是_____________________________。若用兩個(gè)這樣的電阻箱，則可得到的電阻值范圍為_(kāi)___________。解析：(1)題圖甲讀數(shù)：主尺讀數(shù)為17mm，游標(biāo)尺讀數(shù)是5×0.1mm＝0.5mm，最后結(jié)果是17mm＋0.5mm＝17.5mm。題圖乙讀數(shù)：主尺讀數(shù)為23mm，游標(biāo)尺讀數(shù)是7×0.05mm＝0.35mm，最后結(jié)果是23mm＋0.35mm＝23.35mm。(2)由于螺旋測(cè)微器校零時(shí)有誤差，估讀為0.003mm，測(cè)量后的讀數(shù)為0.5mm＋14.5×0.01mm＝0.645mm，去掉校零誤差，可得合金絲的直徑為0.642mm。(5)電阻為1987Ω。最簡(jiǎn)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(gè)電阻箱的最大阻值是9999Ω，用這樣的兩個(gè)電阻箱串聯(lián)可得到的最大電阻為2×9999Ω＝19998Ω，故兩個(gè)這樣的電阻箱可得到的電阻值范圍為0～19998Ω。答案：(1)17.5

23.35

(2)0.003

0.642(0.640～0.644均可)

(3)0.02

0.44

0.12．20

(4)0.1

1.70

0.5

8.5

(5)1987將“×1k”旋鈕調(diào)到2，再將“×100”旋鈕調(diào)到0

0～19998Ω2．(1)如圖a、b所示的兩把游標(biāo)卡尺，它們的讀數(shù)依次為_(kāi)_______mm、________mm。(2)完成下列螺旋測(cè)微器的讀數(shù)(如圖所示)。c．________mm d．________mm

e．________mm f．________mm(3)正確讀出圖中各電表的讀數(shù)：①如圖g，接0～3V量程時(shí)讀數(shù)為_(kāi)_______V；接0～15V量程時(shí)讀數(shù)為_(kāi)_______V。②如圖h，接0～3A量程時(shí)讀數(shù)為_(kāi)_______A；接0～0.6A量程時(shí)讀數(shù)為_(kāi)_______A。解析：(1)圖a讀數(shù)：整毫米是17mm，不足1毫米數(shù)是2×0.1mm＝0.2mm，最后結(jié)果是17mm＋0.2mm＝17.2mm。圖b讀數(shù)：整毫米是23mm，不足1毫米數(shù)是17×0.05mm＝0.85mm，最后結(jié)果是23mm＋0.85mm＝23.85mm。答案：(1)17.2mm

23.85mm(2)0.486(0.484～0.488)

0.536(0.534～0.538)

4.077(4.076～4.078)

5.667(5.665～5.669)

(3)①2.16

10.8

②0.80

0.16突破點(diǎn)二伏安法測(cè)電阻1．電流表內(nèi)、外接法的比較[自練通關(guān)]1．用電流表和電壓表測(cè)量電阻Rx的阻值。如圖所示，分別將圖甲和乙兩種測(cè)量電路連接到電路中，按照?qǐng)D甲時(shí)，電流表示數(shù)為4.50mA，電壓表示數(shù)為2.50V；按照?qǐng)D乙時(shí)，電流表示數(shù)為5.00mA，電壓表示數(shù)為2.40V，比較這兩次結(jié)果，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．電阻的真實(shí)值更接近556Ω，且大于556ΩB．電阻的真實(shí)值更接近556Ω，且小于556ΩC．電阻的真實(shí)值更接近480Ω，且大于480ΩD．電阻的真實(shí)值更接近480Ω，且小于480Ω答案：B答案：Rx1大于小于突破點(diǎn)三滑動(dòng)變阻器的兩種接法1．兩種接法的比較2.兩種接法的選擇采用分壓接法①要求待測(cè)電阻兩端的電壓從零開(kāi)始變化，或精確性要求較高時(shí)②滑動(dòng)變阻器的最大阻值遠(yuǎn)小于待測(cè)電阻或串聯(lián)的其他電阻的阻值時(shí)③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(shí)采用限流接法①待測(cè)電阻接近或略小于滑動(dòng)變阻器的最大阻值時(shí)②電源的放電電流或滑動(dòng)變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓接法的要求時(shí)③沒(méi)有很高的精確性要求，考慮安裝簡(jiǎn)捷和節(jié)能因素時(shí)[師生共研][典例]欲測(cè)量某種材料的電阻率

ρ，現(xiàn)提供以下實(shí)驗(yàn)器材：A．20分度的游標(biāo)卡尺B．螺旋測(cè)微器C．電流表A1(量程為50mA，內(nèi)阻r1＝100Ω)D．電流表A2(量程為100mA，內(nèi)阻r2約為40Ω)E．滑動(dòng)變阻器R1(0～10Ω，額定電流為2A)F．直流電源E(電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻很小)G．待測(cè)導(dǎo)電材料R2(長(zhǎng)約為5cm，電阻約為100Ω)H．開(kāi)關(guān)一只、導(dǎo)線若干請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)得該材料的導(dǎo)線長(zhǎng)度如圖甲所示，其示數(shù)L＝________cm，用螺旋測(cè)微器測(cè)得該材料的導(dǎo)線外直徑如圖乙所示，其示數(shù)D＝________mm。(2)某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖丙、丁所示的兩種實(shí)驗(yàn)方案的電路圖，為了盡可能精確地測(cè)量該材料的電阻率ρ，應(yīng)選用圖________(填“丙”或“丁”)所示電路。(3)某次實(shí)驗(yàn)中電流表A1和電流表A2的示數(shù)分別為I1和I2，用所測(cè)得的物理量符號(hào)和已知物理量的符號(hào)表示該材料的電阻率ρ＝________。[解析]

(1)由題圖所示游標(biāo)卡尺可知，其讀數(shù)為：50mm＋4×0.05mm＝50.20mm＝5.020cm；由題圖所示螺旋測(cè)微器可知，其讀數(shù)為：4.5mm＋20.0×0.01mm＝4.700mm。(2)兩個(gè)電流表中，電流表A2的滿偏電流大于電流表A1的滿偏電流，又電流表A1的內(nèi)阻為定值，根據(jù)歐姆定律與串并聯(lián)知識(shí)，應(yīng)將電流表A1與待測(cè)導(dǎo)線并聯(lián)后再與電流表A2串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器阻值較小，應(yīng)用分壓式接法，應(yīng)選擇圖丁所示電路圖。[針對(duì)訓(xùn)練]1．為測(cè)量“12V、5W”的小燈泡在不同電壓下的功率，給定了以下器材：電源：12V，內(nèi)阻不計(jì)；電流表：量程0～0.6A、0～3A，內(nèi)阻約為0.2Ω；電壓表：量程0～3V、0～15V，內(nèi)阻約為15kΩ；滑動(dòng)變阻器：0～20Ω，允許最大電流1A；開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干，實(shí)驗(yàn)要求加在小燈泡上的電壓可從零開(kāi)始調(diào)節(jié)。(1)以下四個(gè)電路圖你認(rèn)為最合適的是________。(2)在本實(shí)驗(yàn)中，電流表的量程可選________。答案：(1)A

(2)0～0.6A2．為了測(cè)定阻值約為10Ω、額定電流為0.5A的電阻器的電阻，現(xiàn)準(zhǔn)備有下列器材：A．電源E：電動(dòng)勢(shì)E＝6V、內(nèi)阻不計(jì)；B．電流表A1：量程為0～3A、內(nèi)阻約為0.06Ω；C．電流表A2：量程為0～0.6A、內(nèi)阻約為0.3Ω；D．電壓表V1：量程為0～15V、內(nèi)阻約為5×104Ω；E．電壓表V2：量程0～5V、內(nèi)阻約為104Ω；F．滑動(dòng)變阻器R1

：量程為0～20Ω，額定電流為3A；G．滑動(dòng)變阻器R2

：量程為0～800Ω，額定電流為0.5A；H．開(kāi)關(guān)S和導(dǎo)線若干。(1)實(shí)驗(yàn)中要求通過(guò)待測(cè)電阻的電流能從0.15A起逐漸增大，為盡可能較精確地測(cè)出該電阻的阻值，并且實(shí)驗(yàn)中電表示數(shù)調(diào)節(jié)方便，電流表應(yīng)選擇________(填寫(xiě)器材前面的代碼)，電壓表應(yīng)選擇_________(填寫(xiě)器材前面的代碼)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇________(填寫(xiě)器材前面的代碼)。(2)在方框中畫(huà)出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖。

解析：(1)電源電動(dòng)勢(shì)為6V，電壓表需要選擇E，待測(cè)電阻的額定電流為0.5A，電流表應(yīng)選擇C；待測(cè)阻值約為10Ω，為方便實(shí)驗(yàn)操作，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇F。(2)由題意可知，電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于待測(cè)電阻阻值，電流表應(yīng)采用外接法，實(shí)驗(yàn)中要求通過(guò)待測(cè)電阻的電流從0.15A起逐漸增大，為盡可能較精確地測(cè)出該電阻的阻值，需測(cè)多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示。答案：(1)C

E

F

(2)見(jiàn)解析圖突破點(diǎn)四電表的改裝兩種改裝的比較續(xù)表[注意]改裝后表頭內(nèi)阻Rg、表頭的滿偏電流Ig、滿偏電壓Ug都沒(méi)有變，只是表頭的刻度需要相應(yīng)的調(diào)整。[師生共研]考查角度(一)表頭G改裝成電壓表[例1]某同學(xué)擬將量程為Ig＝1mA，內(nèi)阻約為幾十歐姆的電流表G改裝成量程為1V的電壓表。(1)他首先設(shè)計(jì)了如圖所示電路來(lái)測(cè)量電流表G的內(nèi)阻Rg，圖中E為電源電動(dòng)勢(shì)?，F(xiàn)有最大阻值分別為100Ω和2600Ω的滑動(dòng)變阻器，則R2應(yīng)選用最大阻值為_(kāi)_______Ω的滑動(dòng)變阻器。開(kāi)關(guān)S1接通，S2未接通時(shí)，調(diào)節(jié)R2使電流表G示數(shù)為1.00mA；接通S2后，保持滑動(dòng)變阻器R2的滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱R1，當(dāng)其阻值為50Ω時(shí)，電流表G的示數(shù)為0.50mA，則電流表G的內(nèi)阻Rg為_(kāi)___Ω。(2)為了將電流表G改裝成量程為1V的電壓表，需要________(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)一個(gè)大小為_(kāi)_______Ω的電阻。[答案]

(1)2600

50

(2)串聯(lián)950考查角度(二)表頭G改裝成電流表[例2]

(2022