第1讲-电学中仪器的使用及基本电路的选择(教师)

第2讲电学中仪器的使用及基本电路的选择考点一电流表、电压表的读数及使用1．两种电表的电路结构及读数方法电流表电压表符号参数量程：0～0.6A,0～3A内阻：小于1Ω量程：0～3V,0～15V内阻：3kΩ，15kΩ电路结构(改装)读数方法视线垂直于刻度盘表面，一般都需估读，3A量程估读到最小分度的1/10，0.6A量程的估读到最小分度的1/2视线垂直于刻度盘表面，一般都需估读，3V量程估读到最小分度的1/10，15V量程的估读到最小分度的1/52.两种电表的使用技巧(1)机械零点的调整：在不通电时，指针应指在零刻线的位置。(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13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。(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，如伏安法测电阻等。[例1](1)图甲所示的电流表使用0.6A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。(2)如图乙所示的电表使用较小量程时，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。解析(1)电流表使用0.6A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02A，指针的示数为0.44A；当换用3A量程时，每一小格为0.1A，指针示数为2.20A。(2)电压表使用3V量程时，每小格表示0.1V，指针示数为1.70V；使用15V量程时，每小格为0.5V，指针示数为8.5V。答案(1)0.020.440.12.20(2)0.11.700.58.5[变式训练]1．(2015·浙江理综，22)图是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。(1)根据图在虚线框内画出实验电路图；(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图中的①、②、③、④所示，电流表量程为0.6A，电压表量程为3V。所示读数为：①________、②________、③________、④________。两组数据得到的电阻分别为________和________。解析(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线需要测量电压范围大，变阻器用分压接法，小灯泡电阻比较小，电流表要外接，电路图如图所示。(2)电流表量程为0.6A时，最小刻度为0.02A，读数读到小数点后两位，所以①表示数为0.10A，②表示数为0.24A；电压表量程为3V，最小刻度为0.1V，应估读到0.01V，所以③表示数为2.00V，④表示数为0.27V，根据欧姆定律R1＝U1I1＝2.00V0.24A＝8.3Ω，R2＝U2I2＝0.270.1Ω＝2.7Ω。答案(1)见解析(2)①0.10A②0.24A③2.00V④0.27V(0.27±0.01均可)；8.3Ω(8.3±0.1均可)2.7Ω(2.7±0.1均可)考点二测量电路的接法及选择1．电流表、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＝U测I测＝Rx＋RA＞Rx，测量值大于真实值R测＝U测I测＝RxRVRx＋RV＜Rx，测量值小于真实值适用条件RA≪RxRV≫Rx口诀大内偏大(大电阻用内接法测量，测量值偏大)小外偏小(小电阻用外接法测量，测量值偏小)2.两种电路的选择方法内接法外接法计算法RxRA＞RVRx或Rx＞RARVRxRA＜RVRx或Rx＜RARV试触法若不知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[例2](2014·新课标全国卷Ⅱ，22)，在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200Ω，电压表的内阻约为2kΩ，电流表的内阻约为10Ω，测量电路中电流表的连接方式如图(a)或(b)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。若将图(a)和(b)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。解析由于RVRx＝2000200＝10，而RxRA＝20010＝20，可见RxRARVRx，应采用题图(a)电路测量更准确，即Rx1更接近待测电阻的真实值；由于Rx1＝UI，其中R真＝URIR，而UUR，I＝IR，则Rx1R真，即测量值Rx1大于真实值；又由于Rx2＝UI，R真＝URIR，其中U＝UR，IIR，则Rx2R真，即测量值Rx2小于真实值。答案Rx1大于小于[变式训练]2．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，读得的各组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。解析(1)图线如图所示Rx＝ΔUΔI＝2.4×103Ω(2.3×103～2.5×103Ω)(2)因满足RxRARVRx，故采用电流表内接法。考点三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电路图串、并联关系不同负载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2.两种接法的选择(1)选择不同接法的原则安全性原则不超量程在允许通过的最大电流以内电表、电源不接反方便性原则便于调节便于读数经济性原则：损耗能量最小(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。[例3]为了测量某待测电阻Rx的阻值(约为30Ω)，有以下一些器材可供选择。电流表A1(量程0～50mA，内阻约10Ω)；电流表A2(量程0～3A，内阻约0.12Ω)；电压表V1(量程0～3V，内阻很大)；电压表V2(量程0～15V，内阻很大)；电源E(电动势约为3V，内阻约为0.2Ω)；定值电阻R(20Ω，允许最大电流1.0A)；滑动变阻器R1(0～10Ω，允许最大电流2.0A)；滑动变阻器R2(0～1kΩ，允许最大电流0.5A)；单刀单掷开关S一个，导线若干。(1)电流表应选________，电压表应选________，滑动变阻器应选________。(填器材的元件符号)(2)请在下面的虚线框内画出测量电阻Rx的实验电路图。(要求所测量范围尽可能大)(3)某次测量中，电压表示数为U时，电流表示数为I，则计算待测电阻阻值的表达式为Rx＝________。解析(1)首先选取唯一性器材：电源E(电动势约为3V，内阻约为0.2Ω)，定值电阻R(20Ω允许最大电流1.0A)，单刀单掷开关S，导线。电源电动势约为3V，所以电压表选择V1(量程0～3V，内阻很大)；待测电阻Rx的阻值约为30Ω，流过Rx的最大电流为3V30Ω＝0.1A＝100mA，如果电流表选择A2(量程0～3A，内阻约0.12Ω)，指针偏转很小，测量不准确，所以只能选择A1(量程0～50mA，内阻约10Ω)；滑动变阻器R2的全值电阻太大，操作不便，所以滑动变阻器应选R1(0～10Ω，允许最大电流2.0A)。(2)因为实验要求所测量范围尽可能大，所以滑动变阻器应采用分压接法；因为待测电阻Rx的阻值远小于电压表内阻，所以电流表采用外接法；为了使流过电流表的电流不超过其最大量程，即50mA，应给待测电阻串联一个定值电阻R，起保护作用。实验原理图如图所示。(3)根据欧姆定律可得Rx＝UI－R。答案(1)A1V1R1(2)见解析图(3)UI－R[变式训练]3．有一个电阻Rx，其阻值大约是10Ω，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4.5V、内阻不计的电源EB．量程为15V、内阻10kΩ的电压表V1C．量程为3V、内阻6kΩ的电压表V2D．量程为300mA、内阻4Ω的电流表A1E．量程为5A、内阻2Ω的电流表A2F．最大阻值20Ω、额定电流1.5A的滑动变阻器R1G．最大阻值500Ω、额定电流0.5A的滑动变阻器R2H．开关和若干根导线。则选用的电路是________(填甲或乙)，选用的器材是________(填器材的字母代号)。解析Rx的阻值大约为10Ω，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＝4.5V，E＝Im(Rx＋RA)，Im＝4.514A＝0.321A＝321mA或Im＝4.512A＝0.375A＝375mA，电流表选D。U＝ImRx＝0.321×10V＝3.21V，因而电压表选C，变阻器R2最大值为500Ω，与Rx偏差太大，因此变阻器选F。答案甲A、C、D、F、H【课堂反馈】1．如图甲所示为某次测量时电压表的刻度盘的情形，若当时使用的是该表的0～3V量程，那么电压表读数为________V，若当时使用的是该表的0～15V量程，那么电压表读数应为________V；如图乙所示的电阻箱的读数为________Ω。解析0～3V量程最小刻度是0.1V，要向下估读一位，读1.15V(由于最后一位是估读的，有偶然误差，读成1.14～1.16V都算正确)。0～15V量程最小刻度为0.5V，只要求读到0.1V这一位，所以读5.7V(5.6～5.8V都算正确)。图乙中的电阻箱有6个旋钮，每个旋钮上方都标有倍率，将每个旋钮上指针所指的数值(都为整数)乘以各自的倍率，从最高位依次往下读，即可得到电阻箱的读数为84580.2Ω。答案1.15(1.14～1.16均可)5.7(5.6～5.8均可)84580.22．(2015·北京理综，19)如图所示，其中电流表A的量程为0.6A，表盘均匀划分为30个小格，每一小格表示0.02A；R1的阻值等于电流表内阻的12；R2的阻值等于电流表内阻的2倍。若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值，则下列分析正确的是()A．将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.04AB．将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.02AC．将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.06AD．将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.01A解析当接线柱1、2接入电路时，R1与电流表并联，由于R1＝RA2，可知流过R1的电流为流过电流表电流的2倍，所以1、2接线柱间的电流为通过电流表电流的3倍，所以每一小格是原来的3倍，即为0.06A，所以A、B错误；当接线柱1、3接入电路时，电流表与R1并联，然后再与R2串联，串联电阻对电流无影响，与1、2接入电路的效果一样，所以每一小格表示0.06A，C正确，D错误。答案C3．[2014·广东理综，34(1)]某同学设计的可调电源电路如图(a)所示，R0为保护电阻，P为滑动变阻器的滑片，闭合开关S。①用电