物理第八章 恒定電流 專題強(qiáng)化九 電學(xué)實驗基礎(chǔ)

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1、第八章第八章 恒定電流恒定電流專題強(qiáng)化九電學(xué)實驗基礎(chǔ)專題強(qiáng)化九電學(xué)實驗基礎(chǔ)過好雙基關(guān)2.原理：測微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0.5 mm，即旋鈕D每旋轉(zhuǎn)一周，F(xiàn)前進(jìn)或后退 mm，而可動刻度E上的刻度為50等份，每轉(zhuǎn)動一小格，F(xiàn)前進(jìn)或后退 mm，即螺旋測微器的精確度為 mm.讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺.一、螺旋測微器的使用一、螺旋測微器的使用1.構(gòu)造：如圖1所示，B為固定刻度，E為可動刻度.圖10.50.010.013.讀數(shù)：測量值(mm)固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)可動刻度數(shù)(估讀一位) (mm).如圖2所示，固定刻度示數(shù)為2.0 m

2、m，半毫米刻度線未露出，而從可動刻度上讀的示數(shù)為15.0，最后的讀數(shù)為：2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm.圖20.01二、游標(biāo)卡尺二、游標(biāo)卡尺1.構(gòu)造：主尺、 (主尺和游標(biāo)尺上各有一個內(nèi)、外測量爪)、游標(biāo)卡尺上還有一個深度尺.(如圖3所示)圖32.用途：測量厚度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑.游標(biāo)尺4.讀數(shù)：若用x表示從主尺上讀出的整毫米數(shù)，K表示從游標(biāo)尺上讀出與主尺上某一刻度線對齊的游標(biāo)的格數(shù)，則記錄結(jié)果表示為(xK精確度)mm.3.原理：利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成.不管游標(biāo)尺上有多少個小等分刻度，它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1 mm.常

3、見的游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺上小等分刻度有10個的、20個的、50個的，其規(guī)格見下表：刻度格數(shù)(分度)刻度總長度每小格與1 mm的差值精確度(可精確到)109 mm0.1 mm mm2019 mm0.05 mm mm5049 mm0.02 mm mm0.10.050.02三、常用電表的讀數(shù)三、常用電表的讀數(shù)對于電壓表和電流表的讀數(shù)問題，首先要弄清電表量程，即指針指到最大刻度時電表允許通過的最大電壓或電流，然后根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度，按照指針的實際位置進(jìn)行讀數(shù)即可.(1)03 V的電壓表和03 A的電流表的讀數(shù)方法相同，此量程下的精確度分別是0.1 V和0.1 A，看清楚指針的實際位置，讀到小數(shù)點(diǎn)

4、后面兩位.(2)對于015 V量程的電壓表，精確度是 V，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面一位，即讀到0.1 V.(3)對于00.6 A量程的電流表，精確度是 A，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位，這時要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01 A. 0.50.02研透命題點(diǎn)1.游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)(1)看清精確度例如(圖4)命題點(diǎn)一常用儀器的使用與讀數(shù)基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透圖4易錯成11 mm40.1 mm11.40 mm正確的應(yīng)為11.4 mm，游標(biāo)卡尺不需要估讀，后面不能隨意加零或去零；例如(圖5)圖5易錯成10 mm

5、120.05 mm10.6 mm，正確的應(yīng)為10.60 mm.(2)主尺上的單位應(yīng)為厘米主尺上標(biāo)識的1、2、3等數(shù)字通常是指厘米，讀數(shù)時應(yīng)將毫米和厘米分清，游標(biāo)卡尺主尺上的最小刻度是1 mm.例如(圖6)圖6易錯成5 mm40.05 mm5.20 mm正確的應(yīng)為50 mm40.05 mm50.20 mm.(3)區(qū)分零刻度與標(biāo)尺最前端例如(圖7)圖7易錯成13 mm100.05 mm13.50 mm正確讀數(shù)為14 mm100.05 mm14.50 mm.解析解析刻度尺的分度值為1 mm，要估讀到0.1 mm.游標(biāo)卡尺讀數(shù)為4 mm100.02 mm4.20 mm.例例1(2014福建理綜19(1

6、)某同學(xué)測定一金屬桿的長度和直徑，示數(shù)如圖8甲、乙所示，則該金屬桿的長度和直徑分別為 cm和 mm.答案解析圖860.10 4.20 例例2某同學(xué)用如圖9甲所示的螺旋測微器測小球的直徑時，他應(yīng)先轉(zhuǎn)動 到F靠近小球，再轉(zhuǎn)動 到F夾住小球，直至聽到棘輪發(fā)出聲音為止，撥動 使F固定后讀數(shù)(填儀器部件字母符號).正確操作后，螺旋測微器的示數(shù)如圖乙所示，則小球的直徑是 mm.答案解析圖9DHG6.700解析解析用螺旋測微器測小球直徑時，先轉(zhuǎn)動粗調(diào)旋鈕D使測微螺桿F靠近被測小球，再轉(zhuǎn)動微調(diào)旋鈕H使測微螺桿F夾住小球，直到棘輪發(fā)出聲音為止，撥動止動旋鈕G使F固定后讀數(shù)，讀數(shù)為6.5 mm20.00.01 m

7、m6.700 mm.解析解析游標(biāo)卡尺讀數(shù)為d12 mm4 mm12.20 mm1.220 cm螺旋測微器的讀數(shù)為h6.5 mm36.00.01 mm6.860 mm變式變式1(2015海南單科11)某同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度，測量結(jié)果如圖10(a)和(b)所示.該工件的直徑為 cm，高度為 mm.解析答案圖101.2206.860解析解析最上面圖讀數(shù)：整毫米是17，不足1毫米數(shù)是70.1 mm0.7 mm，最后結(jié)果是17 mm0.7 mm17.7 mm.中間圖讀數(shù)：整毫米是23，不足1毫米數(shù)是170.05 mm0.85 mm.最后結(jié)果是23 mm0.85 m

8、m23.85 mm.最下面圖讀數(shù)：整毫米是3，不足1毫米數(shù)是90.02 mm0.18 mm.最后結(jié)果是3 mm0.18 mm3.18 mm.變式變式2(1)如圖11甲所示的三把游標(biāo)卡尺，它們的游標(biāo)尺從上至下分別為9 mm長10等分、19 mm長20等分、49 mm長50等分，它們的讀數(shù)依次為 mm、 mm、 mm.解析答案17.723.85圖113.18解析解析固定刻度示數(shù)為2.0 mm，不足半毫米的從可動刻度上讀，其示數(shù)為15.0，最后的讀數(shù)：2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm.(2)使用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖乙所示，則金屬絲的直徑是 mm.解析答案2.150解

9、析解析使用0.6 A量程時，刻度盤上的每一小格為0.02 A，表針示數(shù)為0.44 A；當(dāng)使用3 A量程時，每一小格為0.1 A，表針示數(shù)為2.20 A.2.電壓表、電流表和變阻箱的讀數(shù)電壓表、電流表和變阻箱的讀數(shù)例例3(1)如圖12甲所示的電表使用0.6 A量程時，對應(yīng)刻度盤上每一小格代表 A，圖中表針示數(shù)為 A；當(dāng)使用3 A量程時，對應(yīng)刻度盤中每一小格代表 A，圖中表針示數(shù)為 A.解析答案圖120.020.440.12.20解析解析電壓表使用3 V量程時，每小格表示0.1 V，表針示數(shù)為1.70 V；使用15 V量程時，每小格表示0.5 V，表針示數(shù)為8.5 V.(2)如圖乙所示的電表使用較

10、小量程時，每小格表示 V，圖中表針的示數(shù)為 V.若使用的是較大量程，則這時表盤刻度每小格表示 V，圖中表針示數(shù) V.解析答案0.11.700.58.5解析解析電阻為1 987 ，最簡單的操作方法是將“1 k”旋鈕調(diào)到2，再將“100”旋鈕調(diào)到0.每個電阻箱的最大阻值是9 999 ，用這樣的兩個電阻箱串聯(lián)可得到的最大電阻是29 999 19 998 .故用兩個這樣的電阻箱，可得到的電阻值范圍為019 998 .例例4旋鈕式電阻箱如圖13所示，電流從接線柱A流入，從B流出，則接入電路的電阻為 ，今欲將接入電路的電阻改為2 087 ，最簡單的操作方法是 .若用兩個這樣的電阻箱，即可得到的電阻值范圍為

11、 .解析答案圖131 987將“1 k”旋鈕調(diào)到2，再將“100”旋鈕調(diào)到0 019 998 圖乙為學(xué)生實驗用的有兩個量程的電壓表刻度盤.當(dāng)使用較小量程時，測量電壓最大值不得超過 V，每小格表示 V，圖中指針示數(shù)為 V；若使用的是較大量程，則表盤刻度每小格表示 V，圖中指針示數(shù)為 V.變式變式3如圖14甲是學(xué)生實驗用的有兩個量程的電流表刻度盤，當(dāng)用“”和“0.6”兩接線柱時，能測的最大電流是 A，對應(yīng)刻度盤上每一小格代表 A；圖中表針示數(shù)為 A；當(dāng)使用電流表的“”和“3”兩個接線柱時，對應(yīng)刻度盤上每一小格代表 A，圖中表針示數(shù)為 A.解析答案0.60圖140.020.340.11.703.00

12、0.12.200.511.0解析解析結(jié)合電流表和電壓表所選量程，首先應(yīng)正確讀出相應(yīng)的分度值，然后根據(jù)表針?biāo)肝恢煤推渥x數(shù)方法可得結(jié)果.內(nèi)接法外接法電路圖 誤差原因電流表分壓U測UxUA電壓表分流I測IxIV電阻測量值測量值大于真實值測量值小于真實值適用條件RARxRVRx適用于測量大阻值電阻小阻值電阻1.電壓表和電流表的內(nèi)、外接法電壓表和電流表的內(nèi)、外接法(1)兩種接法比較命題點(diǎn)二關(guān)于電阻的測量能力考點(diǎn)師生共研能力考點(diǎn)師生共研(2)兩種電路的選擇阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內(nèi)阻進(jìn)行比較，若Rx較小，宜采用電流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內(nèi)接法.簡單概括為“大內(nèi)偏大，小

13、外偏小”.臨界值計算法：實驗試探法：按圖15所示接好電路，讓連接電壓表的導(dǎo)線P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數(shù)有較大的變化，而電流表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表外接法；如果電流表的示數(shù)有較大的變化，而電壓表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表內(nèi)接法.圖15例例5用內(nèi)阻為3 000 的電壓表和內(nèi)阻為10 的電流表測電阻，在圖16甲、乙兩種情況下，電壓表的示數(shù)都是60 V，電流表的示數(shù)都是0.2 A，則R1的測量值為 ，真實值是 ，R2的測量值為 ，真實值是 .答案圖16300290300333.3限流接法分壓接法對比說明電路圖串、并聯(lián)關(guān)系不同負(fù)載R上電壓調(diào)節(jié)范圍0UE分壓電路調(diào)節(jié)范圍大負(fù)載R

14、上電流調(diào)節(jié)范圍分壓電路調(diào)節(jié)范圍大閉合S前觸頭位置b端a端都是為保護(hù)電路元件2.滑動變阻器兩種連接方式滑動變阻器兩種連接方式(1)滑動變阻器兩種接法的對比(2)滑動變阻器必須接成分壓電路的幾種情況：要求電壓表能從零開始讀數(shù)；當(dāng)待測電阻RxR(滑動變阻器的最大阻值)時；若采用限流式接法，電路中的最小電流仍超過電路中電表、電阻的允許電流.(3)滑動變阻器的最大阻值和用電器的阻值差不多且要求電壓不從零開始變化，通常情況下，由于限流式結(jié)構(gòu)簡單、耗能少，優(yōu)先使用限流式.例例6測定小燈泡“6 V,3 W”的伏安特性曲線，要求實驗中燈泡兩端的電壓從零開始連續(xù)可調(diào).供選擇的器材有：電壓表V1(量程6 V，內(nèi)阻2

15、0 k)，電流表A1(量程3 A，內(nèi)阻0.2 )，電流表A2(量程0.6 A，內(nèi)阻1 )，變阻器R1(0100 ，0.5 A)，變阻器R2(020 ，2 A)，學(xué)生電源E(68 V)、開關(guān)及導(dǎo)線若干.選擇出符合實驗要求的實驗器材并設(shè)計出實驗電路. 答案解析解析解析不管是從題中要求燈泡兩端電壓必須從零開始連續(xù)可調(diào)的角度考慮，還是從為了最終能較準(zhǔn)確畫出伏安特性曲線必須多測幾組I、U數(shù)據(jù)的角度考慮，限流電路都難以滿足要求，因此必須采用分壓電路，實驗電路如圖所示.器材包括：電壓表V1、電流表A2、變阻器R2、電源、開關(guān)及導(dǎo)線.答案答案見解析變式變式4用伏安法測一個電阻Rx的阻值，提供器材有：待測電阻R

16、x(約5 k)、電壓表(03 V，內(nèi)阻100 k)、微安表(0500 A，內(nèi)阻100 )、變阻器(020 k)、穩(wěn)壓電源(輸出電壓15 V).試設(shè)計出實驗電路.答案解析解析解析若接成限流電路，電路中最小電流：Imin A0.6103 A600 A，大于微安表的量程.因此，為了電路安全必須將變阻器接成分壓電路， 電流表采用內(nèi)接法，如圖所示.答案答案見解析圖利用電流表半偏測利用電流表半偏測 的內(nèi)阻的內(nèi)阻1.實驗原理實驗原理(如圖如圖17)：用用“半偏法半偏法”測電阻測電阻拓展點(diǎn)拓展點(diǎn)1圖172.實驗步驟：實驗步驟：(1)R1調(diào)至阻值最大，閉合S1，調(diào)R1的阻值使 示數(shù)達(dá)滿偏值.(2)保持R1阻值不

17、變，閉合S2，調(diào)R2使 示數(shù)達(dá)滿偏值一半，同時記錄R2的值.(3)Rg測R2.3.誤差分析：誤差分析：閉合S2后，R2與Rg的并聯(lián)值R并Ig，而此時 的示數(shù)為 Ig，所以IR2 Ig，所以R2Rg，所以Rg測Rg.只有當(dāng)R1Rg(R1R2)時，Rg測Rg.說明：R1Rg、R1R2為選器材提供依據(jù)，即R1應(yīng)選阻值大的電阻；在安全范圍內(nèi)電源應(yīng)選電動勢大的.例例7某同學(xué)在進(jìn)行擴(kuò)大電流表量程的實驗時，需要知道電流表的滿偏電流和內(nèi)阻.他設(shè)計了一個用標(biāo)準(zhǔn)電流表G1來校對待測電流表G2的滿偏電流和測定G2內(nèi)阻的電路，如圖18所示.已知G1的量程略大于G2的量程，圖中R1為滑動變阻器，R2為電阻箱.該同學(xué)順利

18、完成了這個實驗.(1)實驗過程包含以下步驟，其合理的順序依次為 (填步驟的字母代號)；A.合上開關(guān)S2B.分別將R1和R2的阻值調(diào)至最大C.記下R2的最終讀數(shù)D.反復(fù)調(diào)節(jié)R1和R2的阻值，使G1的示數(shù)仍為I1，使G2 的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半，此時R2的最終讀數(shù)為rE.合上開關(guān)S1F.調(diào)節(jié)R1使G2的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度，此時G1的示數(shù)為I1，記下此時G1的示數(shù)圖18答案解析BEFADC解析解析實驗首先要保證G1、G2不被燒壞，應(yīng)先將R1、R2的阻值調(diào)至最大.實驗中應(yīng)保持合上S2與斷開S2兩種情況下G1的示數(shù)I1為G2的滿偏電流IG2，當(dāng)合上S2時，G2示數(shù)為 此時流過R2的電流也為 ，得R2RG

19、2.綜上所述可知步驟為BEFADC.(2)僅從實驗設(shè)計原理上看，用上述方法得到的G2內(nèi)阻的測量值與真實值相比 (選填“偏大”“偏小”或“相等”)；相等解析答案解析解析這種方法測量的G2的內(nèi)阻與真實值相等.(3)若要將G2的量程擴(kuò)大為I，并結(jié)合前述實驗過程中測量的結(jié)果，寫出須在G2上并聯(lián)的分流電阻R分的表達(dá)式，R分 . 答案解析解析解析擴(kuò)大G2量程時原理如圖所示，有(II1)R分I1r，解得R分1.實驗原理實驗原理(如圖如圖19)：用用“替代法替代法”測電阻測電阻拓展點(diǎn)拓展點(diǎn)2圖192.實驗步驟：實驗步驟：S先與2接，記錄 的示數(shù)，再與1接，調(diào)R值使 示數(shù)與原值相等，則RxR.3.說明說明對 的

20、要求，只要有刻度且不超過量程即可，與指針是否超 無關(guān)，因為電流表示數(shù)不參與運(yùn)算.例例8電學(xué)實驗中經(jīng)常需要測量電阻的阻值：(1)測電阻的方法有很多種，現(xiàn)在有一只標(biāo)“220 V40 W”的燈泡，它正常工作時的電阻為 .若用多用電表歐姆擋來測量這只燈泡的電阻，則測出的電阻值就 (選填“大于”“等于”或“小于”)燈泡正常工作時的電阻值.1 210小于答案解析解析解析正常工作時電壓為額定電壓，故有P 所以R 1 210 ；燈泡在正常工作時發(fā)熱，燈絲電阻率增大，電阻增大，因而用歐姆擋測量時阻值應(yīng)小于正常工作時的電阻值.(2)用下列器材設(shè)計一個實驗，測量該燈泡正常工作時的電阻值.A.220 V交流電源B.單

21、刀雙擲開關(guān)一只C.電阻箱一只(0999.9 ，額定電流0.5 A)D.固定電阻一只(0.5 k，額定電流0.3 A)E.交流電流表一只(00.3 A)請在方框內(nèi)畫出電路原理圖. 答案解析答案答案見解析圖解析解析應(yīng)用替代法.因電阻箱的最大阻值小于燈泡正常工作時的電阻值，故應(yīng)串聯(lián)一固定電阻，電路原理圖如圖. 1.電學(xué)實驗儀器的選擇電學(xué)實驗儀器的選擇選擇電學(xué)實驗器材主要是選擇電表、滑動變阻器、電源等，一般要考慮四方面因素：(1)安全因素：通過電源、電阻和電表的電流不能超過其允許的最大電流.(2)誤差因素：選用電表量程應(yīng)考慮盡可能減小測量值的相對誤差，電壓表、電流表在使用時，其指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿偏刻度的

22、以上；使用歐姆表時應(yīng)選用指針盡可能在中間刻度附近的倍率擋位. 命題點(diǎn)三實驗器材的選取與實物圖連接能力考點(diǎn)師生共研能力考點(diǎn)師生共研(3)便于操作：選用滑動變阻器時應(yīng)考慮對外供電電壓的變化范圍既能滿足實驗要求，又便于調(diào)節(jié).在調(diào)節(jié)滑動變阻器時，應(yīng)使其大部分電阻線都被用到.(4)實驗實際：除以上三個因素外，還應(yīng)注重實驗實際，如所用的電源與打點(diǎn)計時器的匹配問題等. 2.實物圖連接的注意事項實物圖連接的注意事項(1)畫線連接各元件，一般先從電源正極開始，按照電路原理圖依次到開關(guān)，再到滑動變阻器，按順序以單線連接方式將主電路中串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來；其次將要并聯(lián)的元件再并聯(lián)到電路中去.(2)連線時要將導(dǎo)線接

23、在接線柱上，兩條導(dǎo)線不能交叉.(3)要注意電表的量程和正、負(fù)接線柱，要使電流從電表的正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出.例例9某物理實驗小組利用實驗室提供的器材測定電壓表V1的內(nèi)阻，可選用的器材如下：A.待測電壓表V1：量程3 V，內(nèi)阻約3 kB.電壓表V2：量程15 V，內(nèi)阻約20 kC.電流表A：量程3 A，內(nèi)阻約0.1 D.定值電阻R0：9.0 kE.滑動變阻器R1：0200 F.滑動變阻器R2：02 kG.電源E：電動勢約為12 V，內(nèi)阻忽略不計H.開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)為了準(zhǔn)確測量電壓表V1的內(nèi)阻，兩位同學(xué)根據(jù)上述實驗器材分別設(shè)計了如圖20甲和乙兩個測量電路，你認(rèn)為 (選填“甲”或“乙”)更

24、合理，并在實物圖丙中用筆畫線代替導(dǎo)線將電路圖補(bǔ)充完整. 答案解析圖20乙答案答案如圖所示 解析解析甲圖中，因為電壓表V2的內(nèi)阻與R0阻值相當(dāng)，通過電壓表V2的電流不能忽略，故用通過R0的電流作為通過V1的電流，誤差較大，故用乙電路較合理，電路連接如圖所示.(2)該實驗中滑動變阻器應(yīng)該選用 (選填“R1”或“R2”).答案解析解析解析實驗中滑動變阻器要用分壓接法，故應(yīng)選取阻值較小的R1.R1(3)用已知量R0和V1、V2的示數(shù)U1、U2來表示電壓表V1的內(nèi)阻：RV1 . 答案解析變式變式5為了測量一電阻的阻值Rx，現(xiàn)有以下器材：蓄電池E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，電阻箱RP，開關(guān)S1、S2，導(dǎo)線若干.某活動小組設(shè)計了如圖21甲所示的電路.實驗的主要步驟如下：a.閉合S1，斷開S2，調(diào)節(jié)R和RP，使電流表和電壓表示數(shù)合適，記下兩表示數(shù)分別為I1、U1；b.閉合S2，保持RP阻值不變，記下電流表和電壓表示數(shù)分別為I2、U2. (1)按電路圖在實物圖乙上連線；答案解析圖21答案答案見解析圖解析解析實物連線圖如圖所示.(2)寫出被測電阻阻值的表達(dá)式：Rx (用兩電表的讀數(shù)表示)；答案解析(3)電流表、電壓表都不是理想電表，則被測電阻的測量值 (選填“大于”“小于”或“等于”)真實值.答案解析解析解析由于電流表、電壓表內(nèi)阻不影響被測電阻的測量，其測量值等于真實值.等于