高考物理总复习检测：电学中仪器的使用及基本电路的选择

第3节 电学中仪器的使用及基本电路的选择

实验十:长度的测量及其测量工具的选用

【典题例析】

(2019·广州调研)(1)如图所示的三把游标卡尺,它们的游标尺自左至右分别为10等分、20等

分、50等分,它们的读数依次为________mm,________mm,________mm.

(2)使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径,示数如图所示,则图(a)、(b)金属丝的直径分别为________mm,________mm.

(3)①图甲用0.6 A量程时,对应刻度盘上每一小格代表________A,表针的示数是________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,图中指针的示数为________V,若使用的是较大量程,则这时表盘刻度每小格表示________V,图中表针指示的是________V.

[答案] (1)17.7 23.20 3.20 (2)2.150 0.048 (3)①0.02 0.44 0.1 2.20 ②0.1 1.70 0.5 8.5

(1)考查游标卡尺的读数[对应第(1)问]

①10分度的游标尺的读数:主尺上读出整毫米数＋游标尺上与主尺上某一刻线对齐的游标的格数×1； 10

②20分度的游标尺的读数:主尺上读出整毫米数＋游标尺上与主尺上某一刻线对齐的游标的格数×1； 20

③50分度的游标尺的读数:主尺上读出整毫米数＋游标尺上与主尺上某一刻度对齐的游标的格数×1. 50

(2)考查螺旋测微器的读数[对应第(2)问]

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方法:固定刻度数mm＋可动刻度数(估读一位)×0.01 mm. (3)考查电流表和电压表的读数[对应第(3)问]

①若刻度盘上每一小格为:1,0.1,0.001,…时,需估读到最小刻度值的下一位．

②若刻度盘上每一小格为:0.2,0.02,0.5,0.05,…时,只需估读到最小刻度值的位数．

【题组突破】

1．电压表量程一般有0～3 V和0～15 V两种；电流表量程一般有0～0.6 A和0～3 A两种．如图所示:

(1)接0～3 V量程时读数为________V. (2)接0～15 V量程时读数为________V. (3)接0～3 A量程时读数为________A. (4)接0～0.6 A量程时读数为________A. 答案:(1)1.88 (2)9.4 (3)0.80 (4)0.16

2．某同学测定一金属杆的长度和直径,示数如图甲、乙所示,则该金属杆的长度和直径分别为________cm和________mm.

解析:用毫米刻度尺测量时,读数应读到mm的下一位,即长度测量值为60.10 cm；题图乙中游标卡尺为五十分度游标卡尺,精确度为0.02 mm,主尺读数为4 mm,游标尺第10条刻度线与主尺刻度线对齐,故游标尺读数为10×0.02 mm＝0.20 mm,所以金属杆直径测量值为4.20 mm.

答案:60.10 4.20

3．(2019·沧州一中模拟)如图所示,螺旋测微器的读数为________mm；游标卡尺的读数为________mm.

解析:螺旋测微器的读数为6 mm＋0.01 mm×12.0＝6.120 mm；游标卡尺的读数为5 cm＋0.05 mm×18＝50.90 mm.

答案:6.120(±0.02) 50.90

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电流表、电压表的读数及改装

【知识提炼】

1．两种电表的读数方法

符号 参数 电流表 A 量程:0～0.6 A,0～3 A 内阻:小于1 Ω 电压表 V 量程:0～3 V,0～15 V 内阻:3 kΩ,15 kΩ 视线垂直于刻度盘表面,一般都视线垂直于刻度盘表面,一般都需读数 方法 估读,3 A量程估读到最小分度的11,0.6 A量程估读到最小分度的 102需估读,3 V量程估读到最小分1度的,15 V量程估读到最小分101度的 52.电表的改装

改装成电压表 改装成电流表 第 3 页 共 10 页

内部电路 改装原理 改装后的量程 量程扩大的倍数 接入电阻的阻值 改装后的总内阻 串联分压 U＝Ig(R＋Rg) Un＝ UgUR＝－Rg＝(n－1)Rg IgRV＝Rg＋R＝nRg 改装成的电压表 并联分流 R＋RgI＝Ig RIn＝ IgIgRgRgR＝＝ I－Ign－1R·RgRgRA＝＝ R＋Rgn 改装成的电流表校对电路 3.两种电表的使用技巧 (1)机械零点的调整:在不通电时,指针应指在零刻线的位置．

12

(2)选择适当量程:估算电路中的电流或电压,指针应偏转到满刻度的 ～范围内．若无法估算电路中33的电流和电压,则应先选用较大的量程,再逐步减小量程．

(3)正确接入电路:电流表应串联在电路中,电压表应并联在电路中,两种表都应使电流从正接线柱流入,从负接线柱流出．

(4)正确读数:根据所选量程的准确度,正确读出有效数字和单位．

(5)注意内阻:电流表和电压表一方面作为仪器使用,同时又是被测电路中的一个电阻,实验中没有特别要求时,一般不考虑它们的内阻对电路的影响,但有些测量中,不能忽视它们的内阻对被测电路的影响,

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如伏安法测电阻等．

【题组突破】

1．(2019·吉林长春外国语学校质检)(1)某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中,正确操作获得金属丝直径以及电流表、电压表的读数如图甲所示,则金属丝的直径的读数是__________,电流表的读数是________,电压表的读数是________．

(2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为0～10 Ω,电流表内阻约几欧,电压表内阻约20 kΩ.电源为干电池(不宜在长时间、大功率状况下使用),电动势E＝4.5 V,内阻很小．则图乙电路图中__________(填电路图下方的字母代号)

电路为本次实验应当采用的最佳电路．但用此最佳电路测量的结果仍然会比真实值偏__________(填“大”或“小”)．

(3)若实验所用的电流表内阻的准确值RA是已知的,那么准确测量金属丝电阻Rx的最佳电路应是图乙中的__________电路(填电路图下方的字母代号)．此时测得电流为I、电压为U,则金属丝电阻Rx＝__________(用题中字母代号表示)．

解析:(1)螺旋测微器先读固定部分为0.5 mm,可动部分可估读为38.1×0.01 mm＝0.381 mm,故总示数为:(0.5＋0.381) mm＝0.881 mm；电流表量程为0.6 A,则最小刻度为0.02 A,读数为0.42 A；电压表量程为3 V,最小刻度为0.1 V,则读数为2.25 V.

(2)因电源不能在大功率下长时间运行,则本实验应采用限流接法；同时电压表内电阻较大,由以上读数可知,待测金属丝的电阻约为5 Ω,故采用电流表外接法误差较小,故选A；在实验中电压表示数准确,但电流表测量的是干路电流,故电流表示数偏大,则由欧姆定律得出的结果偏小．

(3)因已知电流表内阻的准确值,则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻,故应选B电路；待测金UU

属丝电阻及电流表总电阻R＝,则待测金属丝电阻Rx＝R－RA＝－RA.

II

答案:见解析

2．小明在实验室测量某金属丝的电阻率时,经分析需要一个量程为6 V的电压表与一个量程为0.6 A的电流表,但实验室为其提供的器材有两个满偏电流为Ig＝3 mA、内阻为Rg＝120 Ω的电流表,两个最大阻值为9 999.9 Ω 的电阻箱．现用以上器材改装成满足上述要求的电压表和电流表,要得到量程为6 V的电

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压表需将________联的电阻箱调到________Ω,要得到量程为0.6 A的电流表需将________联的电阻箱调到________ Ω.

解析:要将提供的电流表改装成量程为6 V的电压表,应串联一个电阻,设应串联电阻的阻值为R1,则Ug

＝IgRg＝3×10×120 V＝0.36 V,UR1＝U－Ug＝6 V－0.36 V＝5.64 V,根据串联电路中的电压分配关系可得UR15.64R1＝Rg＝×120 Ω＝1 880 Ω,即应串联一个1 880 Ω的电阻,故串联的电阻箱应调到1 880 Ω.要

Ug0.36将提供的电流表改装成量程为0.6 A的电流表,应并联一个电阻,设应并联电阻的阻值为R2,则IR2＝I－IgIg0.003－3

＝0.6 A－3×10 A＝0.597 A,根据并联电路中的电流分配关系可得R2＝Rg＝×120 Ω≈0.6 Ω,

IR20.597即应并联一个0.6 Ω的电阻,故并联的电阻箱应调到0.6 Ω.

答案:串 1 880 并 0.6

测量电路的接法及选择 【知识提炼】

1．电流表、电压表测电阻两种方法的比较

电路图 误差原因 电流表分压U测＝Ux＋UA U测R测＝＝Rx＋RA>Rx,测量值大I测于真实值 适用条件 口诀 2.两种电路的选择

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－3

电流表内接法 电流表外接法 电压表分流I测＝Ix＋IV U测RxRVR测＝＝计算法 RxRV>或Rx>RARV RARxRxRV<或Rx< RARV RARx若不知Rx的大概阻值,可采用“试触法”,电路如图所示连接,空出电压表的一个接头S,然后将S分别与a、b接触一下 试触法 若电流表示数“相对变化”明显,说明电压表分流作用较强,应采用电流表内接法 【题组突破】 若电压表示数“相对变化”明显,说明电流表分压作用较强,应采用电流表外接法 1．在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx约为200 Ω,电压表V的内阻约为2 kΩ,电流表A的内阻约U

为10 Ω,测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示,结果由公式Rx＝计算得出,式中U与I分别为

I电压表和电流表的示数．若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值Rx1________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值,测量值Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值．

RxRV

解析:根据题意知 >,电压表的分流作用较显著,故采用电流表内接法,则Rx1更接近待测电阻的真实

RARx

值．图甲的测量值是Rx与RA串联的电阻阻值,故Rx1>Rx真；图乙的测量值是Rx与RV并联的电阻阻值,故Rx2真．

答案:Rx1 大于 小于

2.在用伏安法测电阻的实验中,所用电压表的内阻约为20 kΩ,电

流表的的各组

内阻约为10 Ω,选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验,读得数据用实心圆点标于坐标图上,如图所示．

(1)根据各点表示的数据描出

I－U图线,由此求得该电阻的阻值Rx＝________Ω(保留两位有效数字)． (2)在虚线框内画出“伏安法”测量该电阻的部分电路图．

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解析:(1)图线如图所示

ΔU333

Rx＝≈2.3×10 Ω(2.0×10～2.4×10 Ω)．

ΔIRxRV

(2)因满足>,故采用电流表内接法．

RARx

答案:见解析

滑动变阻器两种接法的选择 【知识提炼】

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 电路图 负载R上电压调节范围 RE≤U≤E R＋R0EE≤I≤ R＋R0Rb端 0≤U≤E E0≤I≤ Ra端 串、并联关系不同 分压电路 调节范围大 分压电路 调节范围大 都是为保护 电路元件 负载R上电流调节范围 闭合S前触头位置 2.两种接法的选择 (1)选择不同接法的原则

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便于调节

方便性原则

便于读数

经济性原则：损耗能量最小



不超量程

安全性原则在允许通过的最大电流以内

电表、电源不接反

(2)下列情况下滑动变阻器应采用分压接法

①题设条件中所提供的电表量程或电阻的最大允许电流不够．

②题设条件中的滑动变阻器的最大阻值远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻的阻值． ③题设要求回路中某部分电路两端的电压从零开始连续变化．

【题组突破】

1．有一个电阻Rx,其阻值大约是10 Ω,请选择适当的器材,以便测量其阻值．可供选择的电路如图．可供选择的器材是:

A．电动势4.5 V、内阻不计的电源E B．量程为15 V、内阻10 kΩ的电压表V1 C．量程为3 V、内阻6 kΩ的电压表V2 D．量程为300 mA、内阻4 Ω的电流表A1 E．量程为5 A、内阻2 Ω的电流表A2

F．最大阻值20 Ω、额定电流1.5 A的滑动变阻器R1 G．最大阻值500 Ω、额定电流0.5 A的滑动变阻器R2 H．开关和若干根导线

则选用的电路是________(选填“甲”或“乙”),选用的器材是________(选填器材的字母代号)． 解析:Rx的阻值大约为10 Ω,与电流表内阻接近,因此用电流表外接法,同时Rx的大约值小于滑动变阻4.5

器的总阻值,因而采用限流接法,故选用甲电路；电源电动势E＝4.5 V,E＝Im(Rx＋RA),Im＝ A≈0.321 A

144.5

＝321 mA或Im＝ A＝0.375 A＝375 mA,电流表选D.U＝ImRx＝0.321×10 V＝3.21 V,因而电压表选C,

12变阻器R2最大值为500 Ω,与Rx偏差太大,因此变阻器选F.

答案:甲 ACDFH

2．在“测定金属的电阻率”的实验中,若待测金属丝的电阻约为5 Ω,要求测量结果尽量准确,提供以下器材供选择:

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A．电池组(3 V,内阻1 Ω)

B．电流表(0～3 A,内阻0.012 5 Ω) C．电流表(0～0.6 A,内阻0.125 Ω) D．电压表(0～3 V,内阻4 kΩ) E．电压表(0～15 V,内阻15 kΩ)

F．滑动变阻器(0～20 Ω,允许最大电流1 A) G．滑动变阻器(0～2 000 Ω,允许最大电流0.3 A) H．开关、导线若干

(1)实验时应从上述器材中选用________________(选填仪器前的字母代号)．

(2)测电阻时,电流表、电压表、待测金属丝电阻Rx在组成测量电路时,应采用电流表________(选填“外”或“内”)接法,待测金属丝电阻的测量值比真实值偏__________(选填“大”或“小”)．

(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图所示,则读数为________mm.

(4)若用L表示金属丝的长度,d表示直径,测得电阻为R,请写出计算金属丝电阻率的表达式ρ＝________．

E

解析:(1)电池组电压是3 V,流过金属丝的最大电流Im＝＝0.5 A,故电流表选C,电压表选D；滑

r＋Rx

动变阻器选总阻值小的,便于调节,故选F；另外要选导线、开关．

RxRV

(2)因为＝40,＝800,故电流表选择外接法,外接法测量值偏小．

RARx

(3)根据螺旋测微器的读数规则知,读数是0.5 mm＋40.0×0.01 mm＝0.900 mm. L4LπRd

(4)由于R＝ρ＝ρ. 2,解得ρ＝

Sπd4LπRd

答案:(1)ACDFH (2)外 小 (3)0.900 (4)

4L

2

2

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