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电学实验专题一实验常用仪器使用及读数题型探究一、螺旋测微器和游标卡尺1.螺旋测微器图Z6-1题型探究(1)原理:测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5mm,即旋钮D每旋转一周,F前进或后退0.5mm,而可动刻度E上的刻度为50等份,每转动一小格,F前进或后退0.01mm,即螺旋测微器的精确度为mm.读数时估读到毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺.(2)读数:测量时被测物体长度的整毫米数由读出,小数部分由读出.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).0.01固定刻度可动刻度题型探究2.游标卡尺(1)用途:测量厚度、长度、深度、内径、外径.(2)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1mm.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:图Z6-2题型探究(3)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,则记录结果表示为(x+k×精确度)mm.刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1mm的差值精确度(可准确到)1020509mm0.1mm0.1mm19mm0.05mm0.05mm49mm0.02mm0.02mm题型探究二、电流表和电压表1.电流表、电压表的读数方法各种仪器的估读应以误差理论为基础,读数前要清楚“仪器误差大小”“仪器误差出现在哪1位”和“分度值”,根据“仪器误差出现在哪1位,读数就相应读到那1位”的估读原则进行估读.另外,高考考试说明对有效数字的要求是“要求知道有效数字的概念,会用有效数字表达直接测量量的结果,间接测量量的有效数字的运算不作要求”.题型探究有效数字的构成是准确数+一位存疑数(不可靠数).只要我们的读数符合有效数字的构成规则即可.比如0.02精度的,若指针指到一格的正中央,你可读成0.03,3就是一个存疑数,若读成0.030,则有两位存疑数,已不符合有效数字的组成规则了,是一个没有意义的数字.因此,一般最小刻度是1的采用十分之一估读,即估读到下一位.而最小刻度是2或5的采用本位估读,即最小刻度是2的采用二分之一的估读法,最小刻度是5的采用五分之一的估读法.题型探究2.两种电表的使用技巧(1)机械零点的调整:在不通电时,指针应指在零刻度线的位置.(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1/3以上.若无法估算电路中的电流和电压,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.题型探究例1(1)如图Z6-3所示的三把游标卡尺,它们的游标尺从上至下分别为9mm长10等分、19mm长20等分、49mm长50等分,它们的读数依次为mm、mm、mm.图Z6-3题型探究(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图Z6-4所示,则金属丝的直径是mm.(3)①如图Z6-5甲所示的电表使用0~0.6A量程时,对应刻度盘上每一小格代表A,图中表针示数为A;当使用0~3A量程时,对应刻度盘中每一小格代表A,图中表针示数为A.图Z6-4图Z6-5题型探究②如图乙所示的电表使用较小量程时,每小格表示V,图中表针的示数为V.若使用的是较大量程,则这时表盘刻度每小格表示V,图中表针示数为V.(4)旋钮式电阻箱如图Z6-6所示,电流从接线柱A流入,从B流出,则接入电路的电阻为Ω.今欲将接入电路的电阻改为2087Ω,最简单的操作方法是.若用两个这样的电阻箱,则可得到的电阻值范围为.图Z6-6题型探究[答案](1)17.723.8510.46(2)2.150(3)①0.020.440.12.20②0.11.700.58.5(4)1987将“×1k”旋钮调到2,再将“×100”旋钮调到00~19998Ω[解析](1)最上面图读数:整毫米数是17mm,不足1毫米数是7×0.1mm=0.7mm,最后结果是17mm+0.7mm=17.7mm.中间图读数:整毫米数是23mm,不足1毫米数是17×0.05mm=0.85mm,最后结果是23mm+0.85mm=23.85mm.最下面图读数:整毫米数是10mm,不足1毫米数是23×0.02mm=0.46mm,最后结果是10mm+0.46mm=10.46mm.题型探究(2)固定刻度示数为2.0mm,不足半毫米的从可动刻度上读,其示数为15.0×0.01mm,最后的读数是2.0mm+15.0×0.01mm=2.150mm.(3)①使用0~0.6A量程时,刻度盘上的每一小格为0.02A,表针示数为0.44A;当使用0~3A量程时,每一小格为0.1A,表针示数为2.20A.②电压表使用0~3V量程时,每小格表示0.1V,表针示数为1.70V;使用0~15V量程时,每小格表示0.5V,表针示数为8.5V.(4)电阻为1987Ω.最简单的操作方法是先将“×1k”旋钮调到2,再将“×100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是9999Ω,用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9999Ω=19998Ω,故用两个这样的电阻箱,可得到的电阻值范围为0~19998Ω.题型探究变式题某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度,测量结果如图Z6-7甲和乙所示.该工件的直径为cm,高度为mm.甲图Z6-7乙题型探究[答案]1.2206.860[解析]20分度游标卡尺的精度为0.05mm,主尺读数为12mm,游标尺读数为4×0.05mm=0.20mm,游标卡尺的读数为12.20mm=1.220cm.螺旋测微器读数:固定刻度读数+可动刻度读数=6.5mm+36.0×0.01mm=6.860mm.题型探究一、电流表的内接法和外接法1.电流表的内接法和外接法的比较内接法外接法电路图题型探究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=U测I测=Rx+RARx测量值大于真实值R测=U测I测=RxR𝑉Rx+R𝑉Rx测量值小于真实值适用条件RA≪RxRV≫Rx适用于测量大阻值电阻小阻值电阻题型探究2.两种电路的选择(1)阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法.简单概括为“大内偏大,小外偏小”.(2)临界值计算法:Rx𝑅V𝑅A时,用电流表外接法;Rx𝑅V𝑅A时,用电流表内接法.题型探究(3)实验试探法:按图Z6-8所示接好电路,让连接电压表的导线P先后与a、b处接触一下,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;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.图Z6-8题型探究二、滑动变阻器两种连接方式1.滑动变阻器两种接法的对比限流接法分压接法对比说明电路图串、并联关系不同题型探究负载R上电压调节范围RER+R0≤U≤E0≤U≤E分压电路调节范围大负载R上电流调节范围ER+R0≤I≤ER0≤I≤ER分压电路调节范围大闭合S前触头位置b端a端都是为保护电路元件题型探究2.分压和限流电路的选择原则(1)若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求,即若滑动变阻器阻值调到最大时,待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程,或超过待测电阻的额定电流(或电压),此时,必须选用分压式电路.(2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多,以致在限流电路中,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时,待测电阻上的电流或电压变化范围不够大,此时,应用分压式电路.题型探究例2为测量“12V,5W”的小灯泡在不同电压下的功率,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0.2Ω);电压表(量程0~3V、0~15V,内阻约为15kΩ);滑动变阻器(0~20Ω,允许最大电流1A);开关一个,导线若干.实验要求加在小灯泡上的电压可从零开始调节.(1)如图Z6-9所示的四个电路图中你认为最合适的是(填选项前的字母).题型探究图Z6-9(2)在本实验中,电流表的量程可选.题型探究[答案](1)A(2)0~0.6A[解析](1)C与D电路图不符合电压从零开始调节.小灯泡的电阻RL=𝑈2𝑃=1225Ω=28.8Ω,𝑅L𝑅A=144,𝑅V𝑅L=520.8,由于𝑅L𝑅A𝑅V𝑅L,故电流表应采用外接法,A正确,B错误.(2)小灯泡的额定电流I=𝑃𝑈=512A≈0.4A,故电流表量程选0~0.6A.题型探究变式题[2014·全国卷Ⅱ]在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx的阻值约为200Ω,电压表V的内阻约为2kΩ,电流表A的内阻约为10Ω,测量电路中电流表的连接方式如图Z6-10甲或乙所示,结果由公式Rx=𝑈𝐼计算得出,式中U与I分别为电压表和电流表的示数.图Z6-10题型探究若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则(选填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值Rx1(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值,测量值Rx2(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值.题型探究[答案]Rx1大于小于[解析]𝑅V𝑅𝑥=2000Ω200Ω=10,𝑅𝑥𝑅A=200Ω10Ω=20,故𝑅V𝑅𝑥𝑅𝑥𝑅A,应该采用电流表内接法,即图甲接法.由“大内偏大,小外偏小”的结论可知,电流表内接时测量值Rx1大于真实值,外接时测量值Rx2小于真实值.题型探究■要点总结在选滑动变阻器时,为调节方便,分压法一般选总阻值小的滑动变阻器,限流法选总阻值比待测电阻大几倍的滑动变阻器.三实验器材的选取与实物图连接题型探究例3某物理实验小组利用实验室提供的器材测定电压表V1的内阻,可选用的器材如下:A.待测电压表V1(量程0~3V,内阻约为3kΩ);B.电压表V2(量程0~15V,内阻约为20kΩ);C.电流表A(量程0~3A,内阻约为0.1Ω);D.定值电阻R0(9.0kΩ);E.滑动变阻器R1(0~200Ω);F.滑动变阻器R2(0~2kΩ);G.电源E(电动势约为12V,内阻忽略不计);H.开关、导线若干.题型探究(1)为了准确测量电压表V1的内阻,两位同学根据上述实验器材分别设计了如图Z6-11甲和乙两个测量电路,你认为(选填“甲”或“乙”)更合理,请在图丙中用笔画线代替导线将实物图补充完整.图Z6-11题型探究(2)该实验中滑动变阻器应该选用(选填“R1”或“R2”).(3)用已知量R0和V1、V2的示数U1、U2来表示电压表V1的内阻:RV1=.题型探究[答案](1)乙如图所示(2)R1(3)𝑈1𝑅0𝑈2-𝑈1题型探究[解析](1)甲图中,因为电压表V2的内阻准确值不知,所以电压表V2与R0并联后的电阻准确值不知,根据𝑈1𝑈2=𝑅V1𝑅并可知,无法求出RV1,而乙图中,根据𝑈2𝑈1=𝑅0+𝑅V1𝑅V1可知,可以求出RV1=𝑈1𝑅0𝑈2-𝑈1,故用乙电路较合理,电路连接如图所示.(2)实验中滑动变阻器要用分压接法,故应选取阻值较小的R1.(3)根据欧姆定律可知RV1=𝑈1𝑈2-𝑈1𝑅0=𝑈1𝑅0𝑈2-𝑈1.题型探究变式题为了测量一电阻的阻值Rx,现有以下器材:蓄电池E,电流表A,电压表V,滑动变阻器R,电阻箱RP,开关S1、S2,导线若干.某活动小组设计了如图Z6-12甲所示的电路.实验的主要步骤如下:①闭合S1,断开S2,调节R和RP,使电流表和电压表示数合适,记下两表示数分别为I1、U1;②闭合S2,保持RP阻值不变,记下电流表和电压表示数分别为I2、U2.图Z6-12题型探究(1)请按电路图在图乙的实物图上连线;(2)写出被测电阻阻值的表达式:Rx=(用两电表的读数表示);(3)若电流表、电压表都不是理想电表,则被测电阻的测量值(