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专题40 电学实验基础
【考情分析】
考情分析 考题统计
熟练掌握游标卡尺、螺旋测微器的使用方法和原理，并能正确读出准确的数值；掌握伏安法测电阻的方法，并能根据实际情况灵活的选择电流表的内接和外接的方法以及误差产生的原因和误差分析的方法；区分滑动变阻器的分压接法和限流接法，并能合力的选择接线的方法。 2024·广东·高考物理第11题 2024·湖南·高考物理第12题 2024·安徽·高考物理第12题
【网络建构】
【考点梳理】
考法1 实验仪器的原理和使用
1.螺旋测微器原理和使用
（1）构造：如图甲，S为固定刻度，H为可动刻度．
（2）原理：可动刻度H上的刻度为50等份，旋钮K每旋转一周，螺杆P前进或后退0.5 mm，则螺旋测微器的精确度为0.01 mm.
　　
　　　 　　 甲 　　　　　　 　　 乙
（3）读数
①测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出．
②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)
③如图乙所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米，从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm.
游标卡尺的原理和使用
（1）构造(如图所示)：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉．
（2）用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径．
（3）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.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，见下表：
刻度格数(分度) 刻度总长度 每小格与1 mm的差值 精确度(可准确到)
10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm
20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm
50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm
（4）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.
3. 电流表和电压表的原理和使用
（1）电流表和电压表的改装
项目 改装为大量程的电压表 改装为大量程的电流表
原理 串联电阻分压 并联电阻分流
改装原理图
分压电阻或 分流电阻 U＝Ig(Rg＋R) ，故R＝－Rg IgRg＝(I－Ig)R，故R＝
改装后电 表内阻 RV＝Rg＋R>Rg RA＝两种电表的使用技巧
①机械调零：在不通电时，指针在零刻度线的位置；
②量程选择：指针在满偏刻度的以上；
③接入方法：电流表与待测用电器串联，电压表与待测电阻并联，接线时，都是电流从正极（红色接线柱）流入，负极（黑色接线柱）流出；
（3）读数
①0～3 V的电压表和0～3 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度分别是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．
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.
考法2 伏安法测电阻
电流表和电压表测电阻两种方法的比较
（电流表）内接法 （电流表）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＝＝适用条件 RA Rx RV Rx
巧记口诀 大内偏大（大电阻内接法，测量值偏大） 小外偏小（小电阻外接法，测量值偏小）
伏安法测电阻的电路选择方法
方法 （电流表）内接法 （电流表）外接法
计算法 Rx> Rx<
试触法 按如图所示电路图接好电路，让电压表的一根接线柱P先后与a、b处接触一下
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． 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
考法3 滑动变阻器两种接法的选择
滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较
限流接法 分压接法 对比说明
电路图 串并联关系不同
负载R上电压的调节范围 ≤U≤E 0≤U≤E 分压调节范围大，并且从0开始
负载R上电流的调节范围 ≤I≤ 0≤I≤ 分压条件范围大，并且从0开始
开关闭合前触头位置 最右端 最左断 都是为了保护电路
两种接法的选择
（1）限流式接法适合控制阻值较小的电阻的电压，分压式接法适合控制阻值较大的电阻的电压．
（2）要求电压从0开始逐渐增大，采取分压式接法．
【题型过关练】
题型1 实验仪器的原理和使用
1. （2023·全国·模拟预测）某同学用50分度的游标卡尺测量一圆柱体工件的长度，如图1所示，则工件的长度为 mm；用螺旋测微器测量工件的直径如图2所示，则工件的直径为 mm。
【答案】 21.72 4.300
【详解】[1]游标卡尺的读数为主尺读数与游标尺读数之和，所以图中所测工件的长度为
[2]螺旋测微器的读数为固定刻度与可动刻度之和，所以图中所测工件的直径为
2．甲为20分度游标卡尺的部分示意图，其读数为 ；图乙为螺旋测微器的示意图，其读数为 。
【答案】 8.15 2.970
【详解】[1]游标卡尺主尺读数为8mm，游标第三个刻度和主尺上刻度对齐，所以游标读数为
所以最终读数为
[2]螺旋测微器的固定刻度为2.5mm，可动刻度为
所以最终读数为
3．用多用电表进行了几次测量，指针分别处于a、b的位置，如图所示。若多用电表的选择开关处于下面表格中所指的挡位，a和b的相应读数是多少？请填在表格中。
指针位置 选择开关所处挡位 读数
a 直流电流100mA mA
直流电压2.5V V
b 电阻100
【答案】 23 0.57 320
【详解】[1]直流电流100mA挡读第二行“0～10”一排，最小度值为2mA估读到1mA就可以了，所以读数是23mA；
[2]直流电压2.5V挡读第二行“0~250”一排，最小分度值为0.05V估读到0.01V就可以了，所以读数是0.57V；
[3]电阻×100挡读第一行，测量值等于表盘上读数“3.2”乘以倍率“100” ，所以读数是320Ω．
题型2 伏安法测电阻
（多选）用如图所示的电路测量待测电阻Rx的阻值时，下列关于由电表产生误差的说法中，正确的是（　　）
A．电压表的内电阻越大，测量越精确
B．电压表的读数大于Rx两端真实电压，Rx的测量值大于真实值
C．电流表的内电阻越小，测量越精确
D．由于电流表的分压作用，使Rx的测量值小于真实值
【答案】BC
【详解】电压表测的是待测电阻与电流表串联后的电压，电压表的读数大于Rx两端真实电压，电流表测的是通过待测电阻的电流，电流表的读数等于通过Rx的真实电流，根据欧姆定律可知
电流表的内阻越小，测量越准确，实验处理数据时使用，
可知Rx的测量值大于真实值，故AD错误，BC正确；
故选BC。
2．如图所示为测量未知电阻Rx阻值的部分电路，当开关S接a点时，电压表示数为9 V，电流表示数为0.30 A；当开关S接b点时，电压表示数为10 V，电流表示数为0.25 A，则（　　）
A．电压表示数相对变化显著
B．开关S接在b点时，Rx的测量值更准确
C．开关S接在b点时，Rx的测量值小于Rx的真实值
D．开关S接在a点时，Rx的测量值大于Rx的真实值
【答案】B
【详解】A．由题意可得，，电流表示数相对变化显著，A错误；
B．由于电流表示数相对变化显著，说明电压表分流作用较大，要选择电流表测量准确的电路，即开关S应接在b点，B正确；
CD．开关S接在b点时，Rx的测量值偏大，而S接在a点时，Rx的测量值偏小，CD错误；
故选B。
3．如图，某同学用伏安法测一个未知电阻的阻值，他仅将电压表接在b点，读得两表示数分别为U1=3.0V，I1=3.0mA，然后将电压表改接在a点，读得两表的示数分别为U2=2.9V，I2=4.0mA，由此可知电压表应接到 点误差较小，测得的Rx的值为 Ω。
【答案】 b 1000
【详解】[1]两种接法中两表示数变化分别为
则，，
显然，电流表示数变化较电压表示数变化明显，这说明电压表的分流作用较大，为了减小误差，应采用电流表内接法，即电压表接b点；
[2]由欧姆定律可得
题型3 滑动变阻器两种接法的选择
1．物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。图中A、B端之间电压恒为U，灯泡L的电阻恒为R1，滑动变阻器R的最大阻值为R2，在保证安全的情况下，为使灯泡两端电压的变化范围尽量大，应选择 （选填“甲”“乙”或“丙”）电路，灯泡两端电压最大变化范围是 。
【答案】 乙 0~U
【详解】[1]在保证安全的情况下，为使灯泡两端电压的变化范围尽量大，滑动变阻器应采用分压式接法，故填乙；
[2]根据乙图知，灯泡两端电压最大变化范围是：0~U
2．有一个小灯泡上标有“4 V、2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的伏安特性图线。现有下列器材供选用：电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)，电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)，滑动变阻器(10 Ω，2 A)，学生电源(直流6 V)、开关、导线若干
（1）实验时，应选下面两图中 （甲，乙）电路图来完成实验
（2）根据所选电路图，将下面的实验器材用实线连接成实物电路图，图中部分连线已经连接好，请你完成其余的连线 ．
【答案】 甲
【详解】（1）[1]伏安法描绘这个灯泡的伏安特性图线，滑动变阻器必须用分压控制电路，所以只能选用甲图；
（2）[2]根据电路图连接实物图如下
3．如图所示电路中，R1=100Ω，滑动变阻器的总电阻R=100Ω，A、B两端电压恒定，且UAB=12V．当S断开时，滑动变阻器R滑动头P由a移至b的过程中，R1两端的电压由 V变至 V；当S闭合时，滑动变阻器R滑动头P由a移至b的过程中，R1两端的电压由 V变至 V．
【答案】 12 6 12 0
【分析】当电键S断开时，滑动变阻器滑片P滑到最上端时，电压表的示数最大，等于12V，当滑片滑到最下端时，电压表示数最小，由欧姆定律求出；
当电键S闭合时，电压表示数最大值不变，滑片滑到最下端时，电压表示数为零；
【详解】当电键S断开时，当滑动变阻器滑片P滑到最上端时，电压表的示数最大，等于12V，滑片滑到最下端时，变阻器与电阻串联，电压表示数最小，最小值为，即滑动头P由a移至b的过程中，R1两端的电压由变至；
当电键S闭合时，滑片P滑到最上端时，电压表的示数最大，等于12V；
滑片滑到最下端时，电阻R1被短路，电压表示数为零，即滑动头P由a移至b的过程中，R1两端的电压由变至．
【点睛】本题考查对变阻器两种接法的理解：S断开时变阻器为限流器，S闭合时，变阻器为分压器．运用欧姆定律求解电压范围．
4．为测量“12V，6W”的小电珠在不同电压（要求电压在0~12V范围内变化）下的功率，给定了以下器材：
电源（12V，内阻不计），电流表（量程0~0.6A、0~3A，内阻约为0.5Ω），电压表（量程0~3V、0~15V，内阻约为15kΩ），滑动变阻器1（0~1kΩ），滑动变阻器2（0~10Ω），开关一个，导线若干。回答下列问题：
（1）实验时选用的电流表量程为 A，电压表量程为 V；
（2）实验中滑动变阻器选用 （选填“1”或“2”），用作 （选填 “限流式”或“分压式”）连接；
（3）以下四个电路图中，你认为最合适的是 。
A． B．C． D．
【答案】 0～0.6 0~15 2 分压式 A
【详解】（1）[1]小电珠的额定电流为
实验时选用的电流表量程为0～0.6A；
[2]小电珠的额定电压为12V，实验时选用的电压表量程为0~15V；
（2）[3]小电珠的电阻约为
为了方便调节电路，实验中滑动变阻器选用2；
[4]实验要求电压在0~12V范围内变化，所以滑动变阻器采用分压式连接；
（3）[5]因为
为了减小实验误差，采用电流表外接法，所以采用分压外接法。
故选A。
5．现在要测量一段电阻丝的电阻率，电阻丝的阻值，允许通过的最大电流为。现提供如下器材：
电流表（量程，内阻约） 电压表（量程，内阻约）
待测的电阻丝（阻值约为） 标准电阻（阻值）
滑动变阻器（，） 滑动变阻器（，）
直流电源（电动势） 开关、导线若干
（1）下面四位同学分别设计的“测量部分”的电路，你认为合理的是 。
A．B．C．D．
（2）实验中滑动变阻器应该选择 （选填“”或“”），并采用 接法。
（3）用螺旋测微器测量待测电阻丝的直径时读数如图所示，则该电阻丝的直径 。
（4）根据你在（1）、（2）中的选择，在图中完成实验电路的连接 。
【答案】 C 分压 1.203/1.202/1.204
【详解】（1）[1]电阻丝两端的最大电压
比电压表量程小得多，需要串联一分压电阻，即串联一标准电阻，此时
电流表采用外接法，选项C正确。
（2）[2][3]滑动变阻器若选用或采用限流接法，调控范围小，所以应选择，并采用分压接法。
（3）[4]螺旋测微器的读数
（4）[5]根据测量电路图和滑动变阻器的分压式接法，实物连线如图所示
【真题演练】
1．（2024·广东·高考真题）(2)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，某同学用50分度的游标卡尺测量一例柱体的长度，示数如图丙所示，图丁为局部放大图，读数为 cm。
(3)在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏。遮光筒不可调节。打开并调节 。使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮。取下光屏，装上单缝、双缝和测量头。调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到 。
【答案】4.108
【详解】游标卡尺读数为4.1cm+4×0.02mm=4.108cm
2.（2024·湖南·高考真题）某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律，搭建了如图（a）所示的装置。电阻测量原理如图（b）所示，E是电源，V为电压表，A为电流表。
（1）保持玻璃管内压强为1个标准大气压，电流表示数为100mA，电压表量程为3V，表盘如图（c）所示，示数为 V，此时金属丝阻值的测量值R为 Ω（保留3位有效数字）；
（2）打开抽气泵，降低玻璃管内气压p，保持电流I不变，读出电压表示数U，计算出对应的金属丝阻值；
（3）根据测量数据绘制R—p关系图线，如图（d）所示；
（4）如果玻璃管内气压是0.5个标准大气压，保持电流为100mA，电压表指针应该在图（c）指针位置的 侧（填“左”或“右”）；
（5）若电压表是非理想电压表，则金属丝电阻的测量值 真实值（填“大于”“小于”或“等于”）。
【答案】 1.23 12.3 右侧 小于
【详解】（1）[1]电压表量程为0—3V，分度值为0.1V，则电压表读数需估读一位，读数为1.23V，[2]根据欧姆定律可知，金属丝的测量值
（4）[3]根据图（d）可知气压越小电阻越大，再根据
U = IR
可知压强p减小，则电阻R增大，故电压增大，电压表的指针位置应该在题图（c）中指针位置的右侧。
（5）[4]电流表采用外接法会导致电压表分流，即
，
即I测偏大，故R测 < R真。
3．（2024·安徽·高考真题）某实验小组要将电流表G（铭牌标示：，）改装成量程为1V和3V的电压表，并用标准电压表对其进行校准。选用合适的电源、滑动变阻器、电阻箱、开关和标准电压表等实验器材，按图（1）所示连接电路，其中虚线框内为改装电路。
(1)开关闭合前，滑片P应移动到 （填“M”或“N”）端。
(2)根据要求和已知信息，电阻箱的阻值已调至，则的阻值应调至 。
(3)当单刀双掷开关与a连接时，电流表G和标准电压表V的示数分别为I、U，则电流表G的内阻可表示为 。（结果用U、I、、表示）
(4)校准电表时，发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大，经排查发现电流表G内阻的真实值与铭牌标示值有偏差，则只要________即可。（填正确答案标号）
A．增大电阻箱的阻值 B．减小电阻箱的阻值
C．将滑动变阻器的滑片P向M端滑动
(5)校准完成后，开关与b连接，电流表G的示数如图（2）所示，此示数对应的改装电压表读数为 V。（保留2位有效数字）
【答案】(1)M
(2)4000
(3)
(4)A
(5)0.86
【详解】（1）由图可知，该滑动变阻器采用分压式接法，为了电路，在开关S1闭合前，滑片P应移到M端；
（2）当开关S2接b时，电压表量程为1V，根据欧姆定律
当开关S2接a时，电压表量程为3V，根据欧姆定律
其中
联立解得
（3）当开关S2接a时，根据欧姆定律
可得电流表G的内阻可表示为
（4）校准电表时，发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大，可知电流表G内阻的真实值小于铭牌标示值，根据闭合电路的欧姆定律可以增大两电阻箱的阻值。
故选A。
（5）根据闭合电路欧姆定律
4．（2022·北京·高考真题）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
（1）用电压表（内阻约为）和电流表（内阻约为）测量一个电阻的阻值（约为）。要求尽量减小实验误差，应该选择的测量电路是图1中的 （选填“甲”或“乙”）。
（2）一多用电表表盘上的电阻刻度线正中间标有“15”字样。用它测量约电阻的阻值，下列实验步骤正确的操作顺序为 （填各实验步骤前的字母）。
A．将选择开关置于“”位置
B．将选择开关置于“”位置
C．将两表笔分别接触待测电阻两端，读出其阻值后随即断开
D．将两表笔直接接触，调节欧姆调零旋钮，使指针指向“0”
（3）图2是“测量电源的电动势和内电阻”实验的电路图。某同学在实验中，闭合开关后，发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表有示数且不变，电流表始终没有示数。为查找故障，在其他连接不变的情况下，他将电压表连接a位置的导线端分别试触b、c、d三个位置，发现试触b、c时，电压表有示数；试触d 时，电压表没有示数。若电路中仅有一处故障，则 （选填选项前的字母）。
A．导线断路
B．滑动变阻器断路
C．导线断路
D．滑动变阻器短路
【答案】 甲 ADCB C
【详解】（1）[1]因为待测电阻约为，而
故为了减小误差应该采用电流表的外接法，即选用甲图；
（2）[2]测量过程中应该先选择合适挡位，根据题意选择“”挡位，然后进行欧姆调零，再进行测量，测量完成后要将开关置于“”挡，故顺序为ADCB。
（3）[3]闭合电键后，却发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电流表示数始终为零，可能是电路中出现断路，电压表的示数不变化，说明电压表串联在电路中；当试触b、c时依然是这个情况说明b、c段是正常的，试触d时，电压表没有示数说明在cd之间某处发生了断路，故选C。
5．（2022·全国·高考真题）一同学探究阻值约为的待测电阻在范围内的伏安特性。可用器材有：电压表V（量程为，内阻很大），电流表A（量程为，内阻为），电源E（电动势约为，内阻不计），滑动变阻器R（最大阻值可选或），定值电阻（阻值可选或），开关S，导线若干。
（1）要求通过的电流可在范围内连续可调，在答题卡上将图（a）所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图 ；
（2）实验时，图（a）中的R应选最大阻值为 （填“”或“”）的滑动变阻器，应选阻值为 （填“”或“”）的定值电阻；
（3）测量多组数据可得的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图（b）和图（c）所示，则此时两端的电压为 V，流过的电流为 ，此组数据得到的的阻值为 （保留3位有效数字）。
【答案】
【详解】（1）[1]电流表内阻已知，电流表与并联扩大电流表量程，进而准确测量通过的电流，电压表单独测量的电压；滑动变阻器采用分压式接法，电表从开始测量，满足题中通过的电流从连续可调，电路图如下
（2）[2]电路中应选最大阻值为的滑动变阻器，方便电路的调节，测量效率高、实验误差小；
[3]通过的电流最大为，需要将电流表量程扩大为原来的倍，根据并联分流的规律示意图如下
根据并联分流，即并联电路中电流之比等于电阻的反比，可知
解得
（3）[4]电压表每小格表示，向后估读一位，即；
[5]电流表每小格表示，本位估读，即，电流表量程扩大倍，所以通过的电流为；
[6]根据欧姆定律可知
6．（2022·辽宁·高考真题）某同学要将一小量程电流表（满偏电流为，内阻为）改装成有两个量程的电流表，设计电路如图（a）所示，其中定值电阻，。
（1）当开关S接A端时，该电流表的量程为 ；
（2）当开关S接B端时，该电流表的量程比接在A端时 （填“大”或“小”）
（3）该同学选用量程合适的电压表（内阻未知）和此改装电流表测量未知电阻的阻值，设计了图（b）中两个电路。不考虑实验操作中的偶然误差，则使用 （填“甲”或“乙”）电路可修正由电表内阻引起的实验误差。
【答案】 1 大 乙
【详解】（1）[1]由图可知当S接A时，R1和R2串联接入电路，和电流表并联，满偏时电流表两端的电压为
此时R1和R2的电流为
所以总电流为
即量程为0~1mA。
（2）[2]当开关S接B端时，由图可知R1和电流表串联再和R2并联，由于和电流表并联的电阻变小，当电流表满偏时，流过R2的电流变大，干路电流变大，即量程变大；所以比接在A端时大。
（3）[3]图甲是电流表的外接法，误差是由于电压表的分流引起的；图乙是电流表的内接法，误差是由于电流表的分压引起的，因为题目中电压表电阻未知，故采用图乙的方法可以修正由电表内阻引起的实验误差。
7．（2022·天津·高考真题）某同学验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒，实验装置如图所示。A、B为两个直径相同的小球。实验时，不放B，让A从固定的斜槽上E点自由滚下，在水平面上得到一个落点位置；将B放置在斜槽末端，让A再次从斜槽上E点自由滚下，与B发生正碰，在水平面上又得到两个落点位置。三个落点位置标记为M、N、P。
（1）为了确认两个小球的直径相同，该同学用10分度的游标卡尺对它们的直径进行了测量，某次测量的结果如下图所示，其读数为 。
（2）下列关于实验的要求哪个是正确的 。
A．斜槽的末端必须是水平的 B．斜槽的轨道必须是光滑的
C．必须测出斜槽末端的高度 D．A、B的质量必须相同
（3）如果该同学实验操作正确且碰撞可视为弹性碰撞，A、B碰后在水平面上的落点位置分别为 、 。（填落点位置的标记字母）
【答案】 10.5 A M P
【详解】（1）[1]观察主尺的单位为，读出主尺的读数是，游标尺上的第五条刻度线与主尺上的刻度线对齐，其读数为，结合主尺及游标尺的读数得到被测直径为
（2）[2]ABC．首先考查在实验的过程中，需要小球A两次沿斜槽滚到末端时的速度都水平且大小相同。实验时应使小球A每次都从同一位置由静止开始释放，并不需要斜槽的轨道光滑的条件，也不需要测出斜槽末端的高度，但是必须保证斜槽末端水平，故A正确，BC错误；
D．小球A与B发生正碰时，为使小球A在碰后不反弹，要求小球A的质量大于小球B的质量，故D错误。
故选A。
（3）[3][4]设A、B两球的质量分别为mA和mB，由（2）中分析知mA>mB；碰前A的速度v0；因为两个金属小球的碰撞视为弹性碰撞，则由动量守恒定律得
由机械能守恒定律得
解得
，
可见碰后小球A的速度小于小球B的速度，也小于碰前A的速度v0；所以小球A单独滚下落到水平面上的位置为N，A、B碰后在水平面上的落点位置分别为M、P。
8．（2022·海南·高考真题）现要测量一个满偏电流的表头内阻并改装成量程为的电流表，如图所示。
（1）先闭合开关，再调整滑动变阻器，使电流表A的示数为，电流表G的示数如图所示，则流过G的电流是 。若，则 ；
（2）给G并联一个的电阻进行校准时，当电流表G的示数为时，标准电流表A的示数为，则改装之后的电流表实际量程是 ；
（3）若要把它改装成量程为的电流表，还需要在两边并联一个 的电阻。
【答案】
【详解】（1）[1]电流表G的满偏电流，则如图所示电流表G的示数为。
[2]根据并联电路电压相等可得
可得电流表G的内阻
（2）[3]对改装电表，流过电阻的电流为
根据并联电路电压相等可得
解得
则改装后的电流表的实际量程为
（3）[4]若把并联的电流表G再改装成量程为的电流表，需要并联电阻
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专题40 电学实验基础
考情分析 考题统计
熟练掌握游标卡尺、螺旋测微器的使用方法和原理，并能正确读出准确的数值；掌握伏安法测电阻的方法，并能根据实际情况灵活的选择电流表的内接和外接的方法以及误差产生的原因和误差分析的方法；区分滑动变阻器的分压接法和限流接法，并能合力的选择接线的方法。 2024·广东·高考物理第11题 2024·湖南·高考物理第12题 2024·安徽·高考物理第12题
【网络建构】
【考点梳理】
考法1 实验仪器的原理和使用
1.螺旋测微器原理和使用
（1）构造：如图甲，S为固定刻度，H为可动刻度．
（2）原理：可动刻度H上的刻度为50等份，旋钮K每旋转一周，螺杆P前进或后退0.5 mm，则螺旋测微器的精确度为0.01 mm.
　　
　　　 　　 甲 　　　　　　 　　 乙
（3）读数
①测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出．
②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)
③如图乙所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米，从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm.
游标卡尺的原理和使用
（1）构造(如图所示)：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉．
（2）用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径．
（3）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.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，见下表：
刻度格数(分度) 刻度总长度 每小格与1 mm的差值 精确度(可准确到)
10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm
20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm
50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm
（4）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.
3. 电流表和电压表的原理和使用
（1）电流表和电压表的改装
项目 改装为大量程的电压表 改装为大量程的电流表
原理 串联电阻分压 并联电阻分流
改装原理图
分压电阻或 分流电阻 U＝Ig(Rg＋R) ，故R＝－Rg IgRg＝(I－Ig)R，故R＝
改装后电 表内阻 RV＝Rg＋R>Rg RA＝两种电表的使用技巧
①机械调零：在不通电时，指针在零刻度线的位置；
②量程选择：指针在满偏刻度的以上；
③接入方法：电流表与待测用电器串联，电压表与待测电阻并联，接线时，都是电流从正极（红色接线柱）流入，负极（黑色接线柱）流出；
（3）读数
①0～3 V的电压表和0～3 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度分别是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．
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.
考法2 伏安法测电阻
电流表和电压表测电阻两种方法的比较
（电流表）内接法 （电流表）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＝＝适用条件 RA Rx RV Rx
巧记口诀 大内偏大（大电阻内接法，测量值偏大） 小外偏小（小电阻外接法，测量值偏小）
伏安法测电阻的电路选择方法
方法 （电流表）内接法 （电流表）外接法
计算法 Rx> Rx<
试触法 按如图所示电路图接好电路，让电压表的一根接线柱P先后与a、b处接触一下
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． 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
考法3 滑动变阻器两种接法的选择
滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较
限流接法 分压接法 对比说明
电路图 串并联关系不同
负载R上电压的调节范围 ≤U≤E 0≤U≤E 分压调节范围大，并且从0开始
负载R上电流的调节范围 ≤I≤ 0≤I≤ 分压条件范围大，并且从0开始
开关闭合前触头位置 最右端 最左断 都是为了保护电路
两种接法的选择
（1）限流式接法适合控制阻值较小的电阻的电压，分压式接法适合控制阻值较大的电阻的电压．
（2）要求电压从0开始逐渐增大，采取分压式接法．
【题型过关练】
题型1 实验仪器的原理和使用
1. （2023·全国·模拟预测）某同学用50分度的游标卡尺测量一圆柱体工件的长度，如图1所示，则工件的长度为 mm；用螺旋测微器测量工件的直径如图2所示，则工件的直径为 mm。
【答案】 21.72 4.300
2．甲为20分度游标卡尺的部分示意图，其读数为 ；图乙为螺旋测微器的示意图，其读数为 。
【答案】 8.15 2.970
3．用多用电表进行了几次测量，指针分别处于a、b的位置，如图所示。若多用电表的选择开关处于下面表格中所指的挡位，a和b的相应读数是多少？请填在表格中。
指针位置 选择开关所处挡位 读数
a 直流电流100mA mA
直流电压2.5V V
b 电阻100
题型2 伏安法测电阻
（多选）用如图所示的电路测量待测电阻Rx的阻值时，下列关于由电表产生误差的说法中，正确的是（　　）
A．电压表的内电阻越大，测量越精确
B．电压表的读数大于Rx两端真实电压，Rx的测量值大于真实值
C．电流表的内电阻越小，测量越精确
D．由于电流表的分压作用，使Rx的测量值小于真实值
2．如图所示为测量未知电阻Rx阻值的部分电路，当开关S接a点时，电压表示数为9 V，电流表示数为0.30 A；当开关S接b点时，电压表示数为10 V，电流表示数为0.25 A，则（　　）
A．电压表示数相对变化显著
B．开关S接在b点时，Rx的测量值更准确
C．开关S接在b点时，Rx的测量值小于Rx的真实值
D．开关S接在a点时，Rx的测量值大于Rx的真实值
3．如图，某同学用伏安法测一个未知电阻的阻值，他仅将电压表接在b点，读得两表示数分别为U1=3.0V，I1=3.0mA，然后将电压表改接在a点，读得两表的示数分别为U2=2.9V，I2=4.0mA，由此可知电压表应接到 点误差较小，测得的Rx的值为 Ω。
题型3 滑动变阻器两种接法的选择
1．物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。图中A、B端之间电压恒为U，灯泡L的电阻恒为R1，滑动变阻器R的最大阻值为R2，在保证安全的情况下，为使灯泡两端电压的变化范围尽量大，应选择 （选填“甲”“乙”或“丙”）电路，灯泡两端电压最大变化范围是 。
2．有一个小灯泡上标有“4 V、2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的伏安特性图线。现有下列器材供选用：电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)，电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)，滑动变阻器(10 Ω，2 A)，学生电源(直流6 V)、开关、导线若干
（1）实验时，应选下面两图中 （甲，乙）电路图来完成实验
（2）根据所选电路图，将下面的实验器材用实线连接成实物电路图，图中部分连线已经连接好，请你完成其余的连线 ．
3．如图所示电路中，R1=100Ω，滑动变阻器的总电阻R=100Ω，A、B两端电压恒定，且UAB=12V．当S断开时，滑动变阻器R滑动头P由a移至b的过程中，R1两端的电压由 V变至 V；当S闭合时，滑动变阻器R滑动头P由a移至b的过程中，R1两端的电压由 V变至 V．
4．为测量“12V，6W”的小电珠在不同电压（要求电压在0~12V范围内变化）下的功率，给定了以下器材：
电源（12V，内阻不计），电流表（量程0~0.6A、0~3A，内阻约为0.5Ω），电压表（量程0~3V、0~15V，内阻约为15kΩ），滑动变阻器1（0~1kΩ），滑动变阻器2（0~10Ω），开关一个，导线若干。回答下列问题：
（1）实验时选用的电流表量程为 A，电压表量程为 V；
（2）实验中滑动变阻器选用 （选填“1”或“2”），用作 （选填 “限流式”或“分压式”）连接；
（3）以下四个电路图中，你认为最合适的是 。
A． B．C． D．
5．现在要测量一段电阻丝的电阻率，电阻丝的阻值，允许通过的最大电流为。现提供如下器材：
电流表（量程，内阻约） 电压表（量程，内阻约）
待测的电阻丝（阻值约为） 标准电阻（阻值）
滑动变阻器（，） 滑动变阻器（，）
直流电源（电动势） 开关、导线若干
（1）下面四位同学分别设计的“测量部分”的电路，你认为合理的是 。
A．B．C．D．
（2）实验中滑动变阻器应该选择 （选填“”或“”），并采用 接法。
（3）用螺旋测微器测量待测电阻丝的直径时读数如图所示，则该电阻丝的直径 。
（4）根据你在（1）、（2）中的选择，在图中完成实验电路的连接 。
【真题演练】
1．（2024·广东·高考真题）(2)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，某同学用50分度的游标卡尺测量一例柱体的长度，示数如图丙所示，图丁为局部放大图，读数为 cm。
(3)在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏。遮光筒不可调节。打开并调节 。使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮。取下光屏，装上单缝、双缝和测量头。调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到 。
2.（2024·湖南·高考真题）某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律，搭建了如图（a）所示的装置。电阻测量原理如图（b）所示，E是电源，V为电压表，A为电流表。
（1）保持玻璃管内压强为1个标准大气压，电流表示数为100mA，电压表量程为3V，表盘如图（c）所示，示数为 V，此时金属丝阻值的测量值R为 Ω（保留3位有效数字）；
（2）打开抽气泵，降低玻璃管内气压p，保持电流I不变，读出电压表示数U，计算出对应的金属丝阻值；
（3）根据测量数据绘制R—p关系图线，如图（d）所示；
（4）如果玻璃管内气压是0.5个标准大气压，保持电流为100mA，电压表指针应该在图（c）指针位置的 侧（填“左”或“右”）；
（5）若电压表是非理想电压表，则金属丝电阻的测量值 真实值（填“大于”“小于”或“等于”）。
3．（2024·安徽·高考真题）某实验小组要将电流表G（铭牌标示：，）改装成量程为1V和3V的电压表，并用标准电压表对其进行校准。选用合适的电源、滑动变阻器、电阻箱、开关和标准电压表等实验器材，按图（1）所示连接电路，其中虚线框内为改装电路。
(1)开关闭合前，滑片P应移动到 （填“M”或“N”）端。
(2)根据要求和已知信息，电阻箱的阻值已调至，则的阻值应调至 。
(3)当单刀双掷开关与a连接时，电流表G和标准电压表V的示数分别为I、U，则电流表G的内阻可表示为 。（结果用U、I、、表示）
(4)校准电表时，发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大，经排查发现电流表G内阻的真实值与铭牌标示值有偏差，则只要________即可。（填正确答案标号）
A．增大电阻箱的阻值 B．减小电阻箱的阻值
C．将滑动变阻器的滑片P向M端滑动
(5)校准完成后，开关与b连接，电流表G的示数如图（2）所示，此示数对应的改装电压表读数为 V。（保留2位有效数字）
4．（2022·北京·高考真题）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
（1）用电压表（内阻约为）和电流表（内阻约为）测量一个电阻的阻值（约为）。要求尽量减小实验误差，应该选择的测量电路是图1中的 （选填“甲”或“乙”）。
（2）一多用电表表盘上的电阻刻度线正中间标有“15”字样。用它测量约电阻的阻值，下列实验步骤正确的操作顺序为 （填各实验步骤前的字母）。
A．将选择开关置于“”位置
B．将选择开关置于“”位置
C．将两表笔分别接触待测电阻两端，读出其阻值后随即断开
D．将两表笔直接接触，调节欧姆调零旋钮，使指针指向“0”
（3）图2是“测量电源的电动势和内电阻”实验的电路图。某同学在实验中，闭合开关后，发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表有示数且不变，电流表始终没有示数。为查找故障，在其他连接不变的情况下，他将电压表连接a位置的导线端分别试触b、c、d三个位置，发现试触b、c时，电压表有示数；试触d 时，电压表没有示数。若电路中仅有一处故障，则 （选填选项前的字母）。
A．导线断路
B．滑动变阻器断路
C．导线断路
D．滑动变阻器短路
5．（2022·全国·高考真题）一同学探究阻值约为的待测电阻在范围内的伏安特性。可用器材有：电压表V（量程为，内阻很大），电流表A（量程为，内阻为），电源E（电动势约为，内阻不计），滑动变阻器R（最大阻值可选或），定值电阻（阻值可选或），开关S，导线若干。
（1）要求通过的电流可在范围内连续可调，在答题卡上将图（a）所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图 ；
（2）实验时，图（a）中的R应选最大阻值为 （填“”或“”）的滑动变阻器，应选阻值为 （填“”或“”）的定值电阻；
（3）测量多组数据可得的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图（b）和图（c）所示，则此时两端的电压为 V，流过的电流为 ，此组数据得到的的阻值为 （保留3位有效数字）。
6．（2022·辽宁·高考真题）某同学要将一小量程电流表（满偏电流为，内阻为）改装成有两个量程的电流表，设计电路如图（a）所示，其中定值电阻，。
（1）当开关S接A端时，该电流表的量程为 ；
（2）当开关S接B端时，该电流表的量程比接在A端时 （填“大”或“小”）
（3）该同学选用量程合适的电压表（内阻未知）和此改装电流表测量未知电阻的阻值，设计了图（b）中两个电路。不考虑实验操作中的偶然误差，则使用 （填“甲”或“乙”）电路可修正由电表内阻引起的实验误差。
7．（2022·天津·高考真题）某同学验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒，实验装置如图所示。A、B为两个直径相同的小球。实验时，不放B，让A从固定的斜槽上E点自由滚下，在水平面上得到一个落点位置；将B放置在斜槽末端，让A再次从斜槽上E点自由滚下，与B发生正碰，在水平面上又得到两个落点位置。三个落点位置标记为M、N、P。
（1）为了确认两个小球的直径相同，该同学用10分度的游标卡尺对它们的直径进行了测量，某次测量的结果如下图所示，其读数为 。
（2）下列关于实验的要求哪个是正确的 。
A．斜槽的末端必须是水平的 B．斜槽的轨道必须是光滑的
C．必须测出斜槽末端的高度 D．A、B的质量必须相同
（3）如果该同学实验操作正确且碰撞可视为弹性碰撞，A、B碰后在水平面上的落点位置分别为 、 。（填落点位置的标记字母）
8．（2022·海南·高考真题）现要测量一个满偏电流的表头内阻并改装成量程为的电流表，如图所示。
（1）先闭合开关，再调整滑动变阻器，使电流表A的示数为，电流表G的示数如图所示，则流过G的电流是 。若，则 ；
（2）给G并联一个的电阻进行校准时，当电流表G的示数为时，标准电流表A的示数为，则改装之后的电流表实际量程是 ；
（3）若要把它改装成量程为的电流表，还需要在两边并联一个 的电阻。
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