搜索
第2讲电学仪器的使用及基本电路的选择1游标卡尺和螺旋测微器(千分尺)游标卡尺螺旋测微器构造原理在同样长度的主尺和游标尺上分成不同的等份,利用它们每一等份长度上的差异,来读出较精确的测量数据利用螺旋转动,将微小的直线位移化为角度变化,并在较大的圆周上对其进行显示读数读数=主尺(整毫米数)+游标尺(对齐格数×精度),精度包括0.1mm、0.05mm或0.02mm读数=固定刻度示数(单位:mm;注意半毫米刻度线是否露出)+可动刻度示数×精度(0.01mm)注意(1)在读数时均不需要向后估读一位(2)读数时以mm为单位来读,读出后再按要求化成其他单位(1)螺旋测微器要估读,以毫米为单位时,有效数字要保留到小数点后第三位(2)读数时,除注意观察整毫米数刻度线外,还要特别注意半毫米刻度线是否露出1.1(2018山西太原模拟)(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。(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7×0.1mm=0.7mm,最后结果是17mm+0.7mm=17.7mm。中间图读数:整毫米是23,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:整毫米是3,不足1毫米数是9×0.02mm=0.18mm,最后结果是3mm+0.18mm=3.18mm。(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,最后的读数:2.0mm+15.0×0.01mm=2.150mm。【答案】(1)17.723.853.18(2)2.1501.2(2019湖南岳阳质检)(1)用游标卡尺测量某一工件的长度,如图甲所示,读得长度L=cm。(2)常用螺旋测微器的精度是0.01mm。图乙中的螺旋测微器读数为5.620mm,请在刻度线旁边的方框内标出相应的数值以符合给出的读数。(3)若另制作一个螺旋测微器,要求其精确度提高到0.005mm,而螺旋测微器的螺距仍保持0.5mm不变,可以采用的方法是。【解析】(1)本题中主尺读数为10cm,游标尺第3条刻度线与主尺刻度对齐,所以游标尺的读数为3×0.05mm=0.15mm=0.015cm,所以实际读数为10+0.015=10.015cm。(2)本题中5.620mm=5.5mm+12.0×0.01mm,所以固定刻度填5,可动刻度下边填10,上边填15。(3)要求其精确度提高到0.005mm,而螺旋测微器的螺距仍保持0.5mm不变,只要把可动刻度原来的50等分的刻度变成100等分刻度即可。【答案】(1)10.015(2)如图丙所示丙(3)把可动刻度原来的50等分的刻度变成100等分刻度2常用电表的读数对于电压表和电流表的读数问题,首先要弄清电表量程,然后根据表盘总的刻度数确定精确度,按照指针的实际位置进行读数即可。(1)0~3V的电压表和0~3A的电流表读数方法相同,此量程下的精确度是0.1V和0.1A,看清楚指针的实际位置,读到小数点后面两位。(2)对于0~15V量程的电压表,精确度是0.5V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即读到0.1V。(3)对于0.6A量程的电流表,精确度是0.02A,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0.01A。2.1(2019河南平顶山模拟)(1)图甲用0.6A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3A量程时,对应刻度盘上每一小格代表A,图中表针示数为A。甲乙(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)0.020.450.12.25(2)0.11.700.58.53电流表的内接法和外接法(1)两种接法的比较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R测=测测=Rx+RARx测量值大于真实值R测=测测=Rx测量值小于真实值(2)两种接法的选择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临界值计算法当Rx√时,用电流表外接法。当Rx√时,用电流表内接法。③实验试探法:按图示接好电路,让电压表一根接线柱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。3.1(2018陕西西安期末)在用伏安法测电阻的实验中,所用电压表的内阻约为20kΩ,电流表的内阻约为10Ω,选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验,测得的各组数据用实心圆点标于坐标图上,如图甲所示。甲(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(计算结果保留2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。【答案】(1)如图乙所示2.4×1032.4×103(2.3×103~2.5×103)乙(2)如图丙所示丙4实验电路构思的一般程序(1)两种控制电路的比较(不计电源内阻)方式内容限流式接法分压式接法对比说明两种接法电路图串、并联关系不同负载R上电压调节范围≤U≤E0≤U≤E分压电路调节范围大负载R上电流调节≤I≤0≤I≤分压电路调节范围大范围闭合S前滑片P位置b端a端都是为了保护电路元件(2)必须选用分压式的3种情况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,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),则必须选用分压式接法。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,待测电阻上的电流或电压变化不明显,此时,应改用分压式接法。③若实验中要求电压从零开始调节,则必须采用分压式接法。【易错警示】两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法,因为限流式接法简单、能耗低。4.1(2018山东济南模拟)为测量“125W”的小电珠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:量程为0~0.6A、0~3A,内阻约为0.2Ω;电压表:量程为0~3V、0~15V,内阻约为15kΩ;滑动变阻器:0~20Ω,允许通过的最大电流为1A;开关一个,导线若干,实验要求加在小电珠上的电压可从零开始调节。(1)以下四个电路图你认为最合适的是()。(2)在本实验中,电流表的量程选。【答案】(1)A(2)0~0.6A4.2(2018河南洛阳模拟)欲用伏安法测定一段阻值约为5Ω的金属导线的电阻,要求测量结果尽量准确,现备有以下器材:A.电池组(3V,内阻为1Ω)B.电流表(0~3A,内阻为0.0125Ω)C.电流表(0~0.6A,内阻为0.125Ω)D.电压表(0~3V,内阻为3kΩ)E.电压表(0~15V,内阻为15kΩ)F.滑动变阻器(0~20Ω,允许通过的最大电流为1A)G.滑动变阻器(0~2000Ω,允许通过的最大电流为0.3A)H.开关、导线(1)滑动变阻器应选用的是。(填写器材的字母代号)(2)实验电路应采用电流表(选填“内”或“外”)接法,采用此接法测得的电阻值比其真实值偏(选填“大”或“小”),造成这种误差的主要原因是。(3)设实验中,电流表、电压表的某组示数如图甲所示,图示中I=A,U=V。甲(4)为使通过待测金属导线的电流能在0~0.5A范围内改变,请按要求在虚线框内画出测量待测金属导线的电阻Rx的原理电路图。【解析】(1)题目要求测量结果尽量准确,则要选择滑动变阻器分压接法,应选取阻值较小的F。(2)因电池组电动势为3V,则选取电压表D;根据欧姆定律,电路中可能出现的最大电流I==0.6A,故电流表选取C。因电压表内阻远大于待测电阻,则选用电流表外接法;采用此接法测得的通过电阻的电流值大于真实值,则根据R=可知电阻的测量值比其真实值偏小,造成这种误差的主要原因是电压表的分流作用。(3)电流表示数I=0.48A,电压表示数U=2.20V。(4)电流表外接而滑动变阻器采用分压式接法,故实验原理电路图如图乙所示。乙【答案】(1)F(2)外小电压表的分流作用(3)0.482.20(4)如图乙所示5电表的反常规用法电流表、电压表如果知道其内阻,它们的功能就不仅仅是测电流或电压。因此,如果知道电表的内阻,电流表、电压表就既可以测电流,也可以测电压,还可以作为定值电阻来用,即“一表三用”。5.1(2018河北张家口模拟)实验室购买了一捆标称长度为100m的铜导线,某同学想通过实验测定其实际长度。该同学首先测得导线横截面积为1.0mm2,查得铜的电阻率为1.7×10-8Ω·m,再利用图甲所示的电路测出铜导线的电阻Rx,从而确定导线的实际长度。甲乙可供使用的器材有:电流表:量程为0~0.6A,内阻约为0.2Ω;电压表:量程为0~3V,内阻约为9kΩ;滑动变阻器R1:最大阻值为5Ω;滑动变阻器R2:最大阻值为20Ω;定值电阻:R0=3Ω;电源:电动势为6V,内阻可不计;开关、导线若干。回答下列问题:(1)实验中滑动变阻器应选(选填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑片移至(选填“a”或“b”)端。(2)在实物图丙中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路完成剩余部分的连接。丙(3)调节滑动变阻器,当电流表的示数为0.50A时,电压表示数如图乙所示,示数为V。(4)导线实际长度为m(计算结果保留2位有效数字)。【答案】(1)R2a(2)如图丁所示丁(3)2.30(2.29~2.31均可)(4)94题型一电学实验仪器的选择根据实验原理和实验室条件选择仪器是进行正确测量的前提,一般遵循以下三个原则。1.安全性原则:要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器,使实验切实可行,能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程,电阻类器件的电流不能超过其允许通过的最大电流等。2.准确性原则:根据实验的需要,选用精度合适的测量工具,但对某个实验来讲,精确程度够用即可,并不是精度越高越好。3.操作性原则:实验时需考虑调节方便,便于操作,如滑动变阻器的选择,既要考虑它的额定电流,又要考虑它的阻值范围,在二者都能满足实验要求的情况下,还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影响。【例1】有一电阻Rx,其阻值在40Ω~50Ω之间,需进一步测定其阻值,现有下列器材:电池组E,电动势为9V,内阻忽略不计;电压表,量程为0~10V,内阻为20Ω;电流表,量程为0~50mA,内阻约为20Ω;电流表,量程为0~300mA,内阻约为4Ω;滑动变阻器R1,阻值范围为0~100Ω,额定电流为1A;滑动变阻器R2,阻值范围为0~1700Ω,额定电流为0.3A;开关S及导线若干。实验电路图如图所示,实验中要求多测几组电流、电压值。在实验中应选电流表和滑动变阻器。【解析】首先估算电路中可能达到的最大电流值,假设选电流表,则Im=1≈0.14A超过了的量程,假设选电流表,则Im'=2≈0.18A,未超出的量程,故应选电流表,这一选择遵循了安全性原则对滑动变阻器的选择,假设选R1,电路中的最小电流Imin=21≈0.06A故电路中的电流范围为0.06A~0.18A。又假设选R2,电路中的最小电流Imin'=22≈0.005A故电路中的电流范围为0.005A~0.18A,因为电流表的量程为0.3A,电流为0.06A时,仅为电流表量程的15,如果滑动变阻器阻值再增大,其电流表的示数将更小,示数误差会更大,因此对于R2而言,有效的调节长度太小,将导致电流随滑片位置的变化太敏感,调节不方便,故应选滑动变阻器R1,这一选择就遵循了方便性原则。【答案】R1选择电学实验仪器主要是选择电表、滑动变阻器