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2020-2021年高考物理重点专题讲解及突破15:电学实验※考点一基本仪器的使用及读数1.螺旋测微器(千分尺)的构造、原理及读数(1)构造:如图所示,B为固定刻度,E为可动刻度.(2)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0.01mm.(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如图所示,固定刻度示数为2.0mm,半毫米刻度线未露,而可动刻度上的示数为15.0,最后的读数为2.0mm+15.0×0.01mm=2.150mm.2.游标卡尺的构造、原理及读数(1)构造: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.(如图所示)(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,其读数见下表:超重点1:电学实验基础刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1mm的差值精确度(可准确到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm(4)读数:若用x表示从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.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,即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值,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0~0.6A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.[典例1](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.(3)①如图丙所示的电表使用0.6A量程时,对应刻度盘上每一小格代表______A,图中表针示数为________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如图丁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,可得到的电阻值范围为________.【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7×0.02mm=0.14mm,最后结果是3mm+0.14mm=3.14mm.(2)固定刻度示数为1.0mm,不足半毫米的从可动刻度上读,其示数为15.0,最后的读数为1.0mm+15.0×0.01mm=1.150mm.(3)①使用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3A量程时,每一小格为0.1A,表针示数为2.20A.②电压表使用3V量程时,每小格表示0.1V,表针示数为1.70V;使用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.【答案】(1)17.723.853.14(2)1.150(1.149~1.151均可)(3)①0.020.440.12.20(2.19~2.21均可)②0.11.70(1.69~1.71均可)0.58.5(4)1987将“×1k”旋钮调到2,再将“×100”旋钮调到00~19998Ω※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Rx<RVRA时,用电流表外接法;Rx>RVRA时,用电流表内接法.(3)实验试探法:按如图所示接好电路,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.[典例2]在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx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a或图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和图b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.【解析】RxRA=20,RVRx=10,因此Rx属于大电阻,用电流表内接法时测量值更接近真实值,即Rx1更接近真实值;因Rx1=UI=Rx+RA,故Rx1Rx,Rx2=UI=RxRVRx+RV,故Rx2Rx.【答案】Rx1大于小于※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.滑动变阻器应采用分压接法的情况(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.3.两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法:因为限流式接法电路简单、能耗低.[典例3]有一个额定电压为2.8V,功率约为0.8W的小灯泡,现要用伏安法描绘这个小灯泡的IU图线,有下列器材供选用:A.电压表(0~3V,内阻6kΩ)B.电压表(0~15V,内阻30kΩ)C.电流表(0~3A,内阻0.1Ω)D.电流表(0~0.6A,内阻0.5Ω)E.滑动变阻器(10Ω,2A)F.滑动变阻器(200Ω,0.5A)G.蓄电池(电动势6V,内阻不计)(1)某同学误将电流表和电压表接成如图甲所示的电路,其他部分连接正确,接通电源后,小灯泡的发光情况是__________________.要求小灯泡的电压从零开始增大,应选择图乙中的电路图________(选填“a”或“b”).(2)用正确的电路进行测量,电压表应选用________,电流表应选用________(用序号字母表示).(3)滑动变阻器应选用________(用序号字母表示).(4)通过实验测得此小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示.由图线可求得此小灯泡在正常工作时的电阻为______Ω.(5)若将此小灯泡与电动势为6V、内阻不计的电源相连,要使小灯泡正常发光,需串联一个阻值为________Ω的电阻.(结果保留三位有效数字)【解析】(1)由于电流表内阻很小,灯泡被短路,不发光;要使小灯泡的电压从零开始增大,应采用分压电路,即图乙中的b.(2)小灯泡额定电压为2.8V,应选择0~3V量程的电压表,小灯泡的额定电流I=PU≈0.29A,应选择0~0.6A量程的电流表.(3)由于采用分压电路,故滑动变阻器选择阻值为10Ω的滑动变阻器E.(4)由小灯泡的伏安特性曲线可知,两端电压为额定电压2.8V时,通过小灯泡的电流为0.28A,由欧姆定律可知此时小灯泡电阻为10Ω.(5)小灯泡正常发光时,小灯泡与电阻串联,通过电阻的电流与通过小灯泡的电流相等,均为0.28A;小灯泡两端电压与电阻两端电压之和为6V,所以电阻两端电压为3.2V,由欧姆定律可知R=3.20.28Ω≈11.4Ω.【答案】(1)不亮b(2)AD(3)E(4)10(5)11.4※考点四电表的改装改装成电压表改装成电流表内部电路改装原理串联分压并联分流改装后的量程U=Ig(R+Rg)I=R+RgRIg量程扩大的倍数n=UUgn=IIg接入电阻的阻值R=UIg-Rg=(n-1)RgR=IgRgI-Ig=Rgn-1改装后的总内阻RV=Rg+R=nRgRA=R·RgR+Rg=Rgn校对电路改装成的电压表改装成的电流表[典例4](2016·高考海南卷)某同学改装和校准电压表的电路图如图所示,图中虚线框内是电压表的改装电路.(1)已知表头G满偏电流为100μA,表头上标记的内阻值为900Ω.R1、R2和R3是定值电阻.利用R1和表头构成1mA的电流表,然后再将其改装为两个量程的电压表.若使用a、b两个接线柱,电压表的量程为1V;若使用a、c两个接线柱,电压表的量程为3V.则根据题给条件,定值电阻的阻值应选R1=________Ω,R2=________Ω,R3=________Ω.(2)用量程为3V、内阻为2500Ω的标准电压表V对改装表3V挡的不同刻度进行校准.所用电池的电动势E为5V;滑动变阻器R有两种规格,最大阻值分别为50Ω和5kΩ.为方便实验中调节电压,图中R应选用最大阻值为________Ω的滑动变阻器.(3)校准时,在闭合开关S前,滑动变阻器的滑动端P应靠近________(选填“M”或“N”)端.(4)若由于表头G上标记的内阻值不准,造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小,则表头G内阻的真实值________(选填“大于”或“小于”)900Ω.【解析】(1)根据题意,R1与表头G构成1mA的电流表,则IgRg=(I-Ig)R1,得R1=100Ω;若使用a、b两个接线柱,电压表的量程为1V,则R2=Uab-IgRgI=910Ω;若使用a、c两个接线柱,电压表的量程为3V,则R3=Uac-IgRgI-R2=2000Ω.(2)电压表与改装电表并联之后,电阻小于2500Ω,对于分压式电路,要求滑动变阻器的最大阻值小于并联部分,同时还要便于调节,故滑动变阻器选择小电阻,即选择50Ω的
本文标题:20202021学年高考物理重点专题讲解及突破15电学实验含解析
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