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第九章
电路和电能
专题突破十四　电学实验基础
1.掌握游标卡尺、螺旋测微器的使用和读数。2.掌握电流表、电压表的使用和读数方法。3.掌握伏安法测电阻的两种电路接法,会分析其误差。4.掌握滑动变阻器的两种接法,知道如何选择。5.掌握实验中实验仪器的选取和实物图连线。
一、游标卡尺和螺旋测微器的读数
1.游标卡尺的读数。
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。
题型1　常用仪器的使用和读数
2.螺旋测微器读数。
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3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。
二、电压表、电流表的读数
1.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。
2.根据表盘总的刻度数确定精确度,即每一小格表示的值,同时确定读数有效数字所在的位数。
3.按照指针的实际位置进行读数。
4.(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,读到0.1的下一位,即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。
考向1　游标卡尺、螺旋测微器的读数
【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1.0 mm,不足半毫米的从可动刻度上读,其示数为15.0,最后的读数为1.0 mm+15.0×0.01 mm=1.150 mm。
答案　(1)17.7　23.85　3.18 (2)1.150
考向2　电压表、电流表的读数
【典例2】　(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。
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,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。
答案　(1)0.02　0.44　0.1　2.20　(2)0.1　1.70　0.5　8.5
考向1　电流表的内、外接法
1.电流表内、外接法的比较。
题型2　测量电路与控制电路的选择
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
适用条件
适用于测量 大电阻 小电阻

(3)试触法:如图所示,将电压表分别接在a、c和b、c两点间时,若电流表示数变化较大,说明电压表分流较大,应选用电流表内接法;若电压表示数变化较大,说明电流表分压较大,则选用电流表外接法。
【典例3】　(2023·全国甲卷)某同学用伏安法测绘一额定电压为6 V、额定功率为3 W的小灯泡的伏安特性曲线,实验所用电压表内阻约为6 kΩ,电流表内阻约为1.5 Ω。实验中有图甲和图乙两个电路图供选择。
(1)实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图丙所示,该同学选择的电路图是图________(填“甲”或“乙”)。
(2)若选择另一个电路图进行实验,在图丙上用实线画出实验中应得到的I-U关系曲线的示意图。

(2)若用图乙所示的电路进行实验,即采用电流表内接法,同一电流下对应电压表的示数偏大,则曲线示意图如图所示。
答案　(1)甲　(2)见解析图
考向2　滑动变阻器两种接法的选择
1.滑动变阻器两种接法的比较。
限流接法 分压接法 对比说明
两种接法电路图(忽略电源内阻) 串、并联关系不同
负载R上电压调节范围 0≤U≤E 分压电路调节范围大
负载R上电流调节范围 分压电路调节范围大
闭合S前触头位置 b端 a端 都是为了保护电路元件
2.滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况。
(1)要求电压表能从零开始读数,或要求电压(或电流)变化范围足够大。
(2)当待测电阻Rx R(滑动变阻器的最大阻值)时。
(3)若采用限流式接法,电路中的最小电流仍超过电路中电表等元件的允许电流。
【典例4】　在描绘一个标有“6.3 V　0.3 A”的小灯泡的伏安特性曲线的实验中,要求灯泡两端的电压由零逐渐增加到6.3 V,并便于操作。已选用的器材:
学生电源(电动势为9 V,内阻约1 Ω);
电流表(量程为0~0.6 A,内阻约0.2 Ω;量程为0~3 A,内阻约0.04 Ω);
电压表(量程为0~3 V,内阻约3 kΩ;量程为0~15 V,内阻约15 kΩ);
开关一个、导线若干。
(1)实验中还需要选择一个滑动变阻器,现有以下两个滑动变阻器,则应选其中的________(填选项字母)。
A.滑动变阻器(最大阻值10 Ω,最大允许电流1 A)
B.滑动变阻器(最大阻值1 500 Ω,最大允许电流0.3 A)
(2)实验电路图应选用图________(填“甲”或“乙”)。
(3)请根据(2)中所选的电路图,补充完成图丙中实物电路的连线。

(5)根据实验数据,画出的小灯泡I-U图线如图戊所示。由此可知,当小灯泡两端的电压增大时,小灯泡的电阻值将________(填“变大”或“变小”)。

(3)根据实验电路图连接实物电路图,如图所示。

答案　(1)A　(2)乙　(3)见解析图　(4)18　(5)变大
1.电学实验仪器的选取。
选取电学实验器材主要是选取电表、滑动变阻器、电源等,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。
题型3　实验器材的选取与实物图连线


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,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;然后将需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5】　某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为12 kΩ),除了Rx、开关S、导线外,还有下列器材供选用:
A.电压表(量程0~3 V,内阻约为10 kΩ)
B.电压表(量程0~10 V,内阻约为100 kΩ)
C.电流表(0~1 mA,内阻约为30 Ω)
D.电流表(0~0.6 A,内阻约为0.05 Ω)
E.电源(电动势36 V,额定电流2 A,内阻约为3 Ω)
F.滑动变阻器R0(阻值范围0~20 Ω,额定电流2 A)
G.定值电阻R1(阻值约为50 Ω)
H.定值电阻R2(阻值约为100 Ω)
(1)为使测量尽量准确,电压表选用________,电流表选用________,由于电源电动势较大,为便于操作,还需选用定值电阻________。(均填器材的字母代号)
(2)在如图所示的虚线框中画出测量Rx阻值的实验电路图。

值相对待测电阻的12 kΩ较小,只能串联在干路上分压,据分压关系易得,定值电阻应选50 Ω 的定值电阻。
(2)因待测电阻阻值较大,为了准确测量,电流表采用内接法,电路图如图所示。
答案　(1)B　C　G　(2)图见解析
【典例6】　在研究小灯泡的伏安特性的实验中,小灯泡的额定电压为2.5 V,额定功率为0.5 W,实验中除导线和开关外,还有以下器材可供选择:
A.直流电源3 V(内阻不计)
B.直流电流表0~300 mA(内阻约为5 Ω)
C.直流电流表0~3 A(内阻约为0.025 Ω)
D.直流电压表0~3 V(内阻约为3.0 kΩ)
E.滑动变阻器100 Ω,0.5 A
F.滑动变阻器10 Ω,2 A
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。
(1)实验中电流表应选用________,滑动变阻器应选用________。(均填写仪器前的字母)
(2)根据所提供器材,在方框中画出实验电路图。
(3)如图甲是此实验的器材实物图,图中已连接了部分导线。请根据在(2)问中所画的电路图,补充完成图中实物间的连线。
(4)开关S闭合之前,图甲中滑动变阻器的滑片应该置于________(填“左端”“右端”或“正中间”)。
(5)由于电路故障,电压表和电流表均有读数,但调节滑动变阻器,它们的读数不能为零。其故障的原因是________和________之间的导线发生断路(填图甲中导线两端的编号)。
(6)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示,图中所描绘不是直线,某同学分析实验结论时对出现曲线的原因给出以下理由,其中正确的是________(填选项字母)。
A.实验时操作错误,从而使读数错误
B.小灯泡灯丝电阻不是恒值,随温度升高会发
生变化
C.电路中的连接点有接触不良的现象
D.改描I-U曲线可能变为直线
(7)根据实验数据,画出小灯泡I-U图线如图乙所示。由此可知,当电压为0.75 V时,小灯泡的灯丝电阻是________ Ω(保留3位有效数字)。

(4)为了保护小灯泡不被烧坏,开关S闭合之前,应使得小灯泡两端的电压为零,所以滑动变阻器的滑片应置于最左端。
(5)调节滑动变阻器,两个电表的读数不能为零。其故障的原因是滑动变阻器接成了限流形式,即5和13之间的导线发生断路。
(6)图线出现曲线的原因是小灯泡灯丝电阻不是恒值,随温度升高会发生变化,故选B。

答案　(1)B　F　(2)见解析图(a)
(3)见解析图(b)(只要原理正确其他解法也可)
(4)左端　(5)5　13(只要原理正确其他解法也可)
(6)B　(7)6.00

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