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1、 電學實驗基礎 一　基本儀器的使用和讀數 1．螺旋測微器的原理和讀數 (1)原理：測微螺桿與固定刻度之間的精密螺紋的螺距為0.5 mm，即旋鈕每旋轉一周，測微螺桿前進或后退0.5 mm，而可動刻度上的刻度為50等份，每轉動一小格，測微螺桿前進或后退0.01 mm，即螺旋測微器的精確度為0.01 mm.讀數時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺． (2)讀數：測量值(mm)＝固定刻度數(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)＋可動刻度數(估讀一位)×0.01(mm)． 2．游標卡尺的原理和讀數 (1)原理：利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度的差值制成．不管游標尺上

2、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. (2)讀數：若用x表示由主尺上讀出的整毫米數，K表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標的格數，則記錄結果表達為(x＋K×精確度)mm. 3．常用電表的讀數 對于電壓表和電流表的讀數問題，首先要弄清電表量程，然后根據表盤總的刻度數確定精確度，按照指針的實際位置進行讀數即可． (1)0～3 V的電壓表和0～3 A的電流表讀數方法相同，此量程下的精確度是0.1 V或0.1 A，看清楚指針的實際位置，讀到小數點后面兩位． (2)對于0～15 V量程的電壓表，精確度是0.5 V，在讀數時只要求讀到小數點后面

3、一位，即讀到0.1 V. (3)對于0.6 A量程的電流表，精確度是0.02 A，在讀數時只要求讀到小數點后面兩位，這時要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01 A. [典例]　(1)如圖所示的三把游標卡尺，它們的游標尺從上至下分別為9 mm長10等分、19 mm長20等分、49 mm長50等分，它們的讀數依次為________mm、________mm、________mm. (2)使用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數如圖所示，則金屬絲的直徑是________mm. (3)①如圖甲所示的電表使用0.6 A量程時，對應刻度盤上每一小格代表________A，圖中表針示數為

4、________A；當使用3 A量程時，對應刻度盤中每一小格代表________A，圖中表針示數為________A. ②如圖乙所示的電表使用較小量程時，每小格表示________V，圖中表針的示數為________V．若使用的是較大量程，則這時表盤刻度每小格表示________V，圖中表針示數為________V. (4)旋鈕式電阻箱如圖所示，電流從接線柱A流入，從B流出，則接入電路的電阻為________Ω.今欲將接入電路的電阻改為2 087 Ω，最簡單的操作方法是______________________．若用兩個這樣的電阻箱，則可得到的電阻值范圍為______________

5、． 解析　(1)最上面圖讀數：整毫米數是17 mm，不足1毫米數是7×0.1 mm＝0.7 mm，最后結果是17 mm＋0.7 mm＝17.7 mm. 中間圖讀數：整毫米數是23 mm，不足1毫米數是17×0.05 mm＝0.85 mm，最后結果是23 mm＋0.85 mm＝23.85 mm. 最下面圖讀數：整毫米數是10 mm，不足1毫米數是23×0.02 mm＝0.46 mm，最后結果是10 mm＋0.46 mm＝10.46 mm. (2)固定刻度示數為2.0 mm，不足半毫米的從可動刻度上讀，其示數為15.0×0.01 mm，最后的讀數是2.0 mm＋15.0×0.01 mm

6、＝2.150 mm. (3)①使用0.6 A量程時，刻度盤上的每一小格為0.02 A，表針示數為0.440 A；當使用3 A量程時，每一小格為0.1 A，表針示數為2.20 A. ②電壓表使用3 V量程時，每小格表示0.1 V，表針示數為1.70 V；使用15 V量程時，每小格表示0.5 V，表針示數為8.5 V. (4)電阻為1 987 Ω，最簡單的操作方法是先將“×1 k”旋鈕調到2，再將“×100”旋鈕調到0.每個電阻箱的最大阻值是9 999 Ω，用這樣的兩個電阻箱串聯(lián)可得到的最大電阻是2×9 999 Ω＝19 998 Ω.故用兩個這樣的電阻箱，可得到的電阻值范圍為0～19 998

7、 Ω. 答案　(1)17.7　23.85　10.46　(2)2.150 (3)①0.02　0.440　0.1　2.20　②0.1　1.70　0.5　8.5 (4)1 987　將“×1 k”旋鈕調到2，再將“×100”旋鈕調到0 0～19 998 Ω 對點自測 1．某同學利用游標卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度，測量結果如圖(a)和(b)所示．該工件的直徑為________cm，高度為________mm. 解析：游標卡尺讀數為d＝12 mm＋4× mm＝12.20 mm＝1.220 cm 螺旋測微器的讀數為h＝6.5 mm＋36.1×0.01 mm＝6.

8、861 mm. 答案：1.220　6.861 2．電流表量程一般有兩種——0～0.6 A,0～3 A；電壓表量程一般有兩種——0～3 V,0～15 V．如圖所示： ①接0～3 V量程時讀數為________ V. ②接0～15 V量程時讀數為________V. ③接0～3 A量程時讀數為________ A. ④接0～0.6 A量程時讀數為________A. 答案：①1.88　②9.4?、?.82　④0.16 二　測量電路與控制電路設計 1．電流表的兩種接法 (1)兩種接法的比較 內接法 外接法 電路圖 誤差原因 電流表分壓U測＝Ux＋UA

9、電壓表分流I測＝Ix＋IV 電阻測量值 R測＝＝Rx＋RA＞Rx 測量值大于真實值 R測＝＝＜Rx 測量值小于真實值 (2)兩種接法的選擇 ①阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內阻進行比較，若Rx較小，宜采用電流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內接法．簡單概括為“大內偏大，小外偏小”． ②臨界值計算法 Rx＜時，用電流表外接法； Rx＞時，用電流表內接法． ③實驗試探法：按如圖所示接好電路，讓電壓表一根接線柱P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數有較大的變化，而電流表的示數變化不大，則可采用電流表外接法；如果電流表的示數有較大的變化，而電壓表的示數變化

10、不大，則可采用電流表內接法． 2．滑動變阻器的兩種接法 (1)兩種接法的比較 內容方式 限流接法 分壓接法 兩種接法電路圖 負載R上電壓調節(jié)范圍 ≤U≤E 0≤U≤E 負載R上電流調節(jié)范圍 ≤I≤ 0≤I≤ 閉合S前觸頭位置 b端 a端 (2)兩種接法的選擇 ①兩種接法的一般適用條件 a．限流式接法適合測量阻值小的電阻(跟滑動變阻器的總電阻相比相差不多或比滑動變阻器的總電阻還小)； b．分壓式接法適合測量阻值較大的電阻(一般比滑動變阻器的總電阻要大)． ②必須采用分壓法的三種情況 a．若采用限流式接法不能控制電流滿足實驗要求，即若滑動變阻器

11、阻值調到最大時，待測電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程，或超過待測電阻的額定電流(或電壓)，則必須選用分壓式接法； b．若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端時，待測電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大，此時，應改用分壓電路； c．若實驗中要求電壓從零開始調節(jié)，則必須采用分壓式電路． ③兩種電路均可使用的情況下，應優(yōu)先采用限流式接法，因為限流式接法電路簡單、耗能低． 對點自測 1．一只小燈泡，標有“3 V　0.6 W”字樣，現(xiàn)用下面給出的器材測量該小燈泡正常發(fā)光時的電阻：電源(電動勢為12 V，內阻為1 Ω)、最大阻

12、值為5 Ω的滑動變阻器、電流表(內阻為1 Ω)、電壓表(內阻為10 kΩ)、開關一個、導線若干． (1)在設計電路的過程中，為了盡量減小實驗誤差，電流表應采用________(選填“內接”或“外接”)法．滑動變阻器應采用________(選填“分壓式”或“限流式”)接法． (2)在下面的虛線框內畫出你所設計的實驗電路圖(盡量減小實驗誤差)． 解析：(1)因小燈泡正常工作時的電阻約為Rx＝＝15 Ω，而電流表、電壓表的內阻分別為1 Ω和10 kΩ，滿足RV?Rx，電流表應外接；實驗中因小燈泡兩端電壓只需3 V，而電源電動勢為12 V，所以滑動變阻器應采用分壓式接法． (2)如圖所示．

13、 答案：(1)外接　分壓式　(2)見解析圖 2．為了測量某待測電阻Rx的阻值(約為30 Ω)，有以下一些器材可供選擇． 電流表A1(量程0～50 mA，內阻約為10 Ω)； 電流表A2(量程0～3 A，內阻約為0.12 Ω)； 電壓表V1(量程0～3 V，內阻很大)； 電壓表V2(量程0～15 V，內阻很大)； 電源E(電動勢約為3 V，內阻約為0.2 Ω)； 定值電阻R(20 Ω，允許最大電流1.0 A)； 滑動變阻器R1(0～10 Ω，允許最大電流2.0 A)； 滑動變阻器R2(0～1 kΩ，允許最大電流0.5 A)； 單刀單擲開關S一個，導線若干． (1)電流表應

14、選________，電壓表應選________，滑動變阻器應選________．(填字母代號) (2)請在下面的虛線框內畫出測量電阻Rx的實驗電路圖．(要求所測量范圍盡可能大) (3)某次測量中，電壓表示數為U時，電流表示數為I，則計算待測電阻阻值的表達式為Rx＝________. 解析：(1)首先選取唯一性器材：電源E(電動勢約為3 V，內阻約為0.2 Ω)，定值電阻R(20 Ω允許最大電流1.0 A)，單刀單擲開關S，導線．電源電動勢約為3 V，所以電壓表選擇V1(量程0～3 V，內阻很大)；待測電阻Rx的阻值約為30 Ω，流過Rx的最大電流為＝0.1 A＝100 mA，如果電流表選

15、擇A2(量程0～3 A，內阻約為0.12 Ω)，指針偏轉很小，測量不準確，所以只能選擇A1(量程0～50 mA，內阻約為10 Ω)；滑動變阻器R2的最大電阻太大，操作不便，所以滑動變阻器應選R1(0～10 Ω，允許最大電流2.0 A)． (2)因為實驗要求所測量范圍盡可能大，所以滑動變阻器應采用分壓接法；因為待測電阻Rx的阻值遠小于電壓表內阻，所以電流表采用外接法；為了使流過電流表的電流不超過其最大量程，即50 mA，應給待測電阻串聯(lián)一個定值電阻R，起保護作用．實驗原理圖如圖所示． (3)根據歐姆定律可得Rx＝－R. 答案：(1)A1　V1　R1　(2)圖見解析　(3)－R 三

16、　實驗器材的選取與實物圖連接 1．電學實驗儀器的選擇 選擇電學實驗器材主要是選擇電表、滑動變阻器、電源等器材，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，其指針應偏轉到滿偏刻度的以上；使用歐姆表時宜選用指針盡可能在中間刻度附近的倍率擋位． (3)便于操作：選用滑動變阻器時應考慮對外供電電壓的變化范圍既能滿足實驗要求，又便于調節(jié)．在調節(jié)滑動變阻器時，應使其大部分電阻線都用到． (4)實驗實際：除以上三個因素外，還應注重實驗實際，如所用的電源與打點計時

17、器的匹配問題等． 2．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，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)連線時要將導線接在接線柱上，兩條導線不能交叉． (3)要注意電表的量程和正、負接線柱，要使電流從電表的正接線柱流入，從負接線柱流出． 對點自測 1．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S1、S2，導線若干．某活動小組設計了如圖甲所示的電路．實驗的主要步驟如下： A．閉合S1，斷開S2，調節(jié)

18、R和RP，使電流表和電壓表示數合適，記下兩表示數分別為I1、U1； B．閉合S2，保持RP阻值不變，記下電流表和電壓表示數分別為I2、U2. (1)按電路圖在實物圖乙上連線． (2)寫出被測電阻的表達式Rx＝____________(用兩電表的讀數表示)． (3)由于電流表、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． 解析：(1)實物連線如圖所示． (2)由歐姆定律，第一次測量的電阻為電壓表和RP的并聯(lián)電阻，即＝R并；第二次測量的電阻為電壓表、Rx和RP的并聯(lián)電阻，＝，聯(lián)立解得Rx＝. (3)由于電流表、電壓表內

19、阻不影響被測電阻的測量，故其測量值等于真實值． 答案：(1)圖見解析　(2)　(3)等于 2．某同學為了測定一只電阻的阻值，采用了如下方法： (1)用多用電表粗測：多用電表電阻擋有4個倍率，分別為×1 k、×100、×10、×1.該同學選擇“×100”倍率，用正確的操作步驟測量時，發(fā)現(xiàn)指針偏轉角度太大(指針位置如圖中虛線所示)．為了較準確地進行測量，請你補充完整下列依次應該進行的主要操作步驟： A．_____________________________________________； B．兩表筆短接，調節(jié)歐姆調零旋鈕，使指針指在0 Ω處； C．重新測量并讀數，若這時刻度盤

20、上的指針位置如圖中實線所示，測量結果是________． (2)該同學用伏安法繼續(xù)測定這只電阻的阻值，除被測電阻外，還有如下實驗儀器： A．直流電源(電動勢3 V，內阻不計) B．電壓表V1 (量程0～5 V，內阻約為5 kΩ) C．電壓表V2 (量程0～15 V，內阻約為25 kΩ) D．電流表A1(量程0～25 mA，內阻約為1 Ω) E．電流表A2(量程0～250 mA，內阻約為0.1 Ω) F．滑動變阻器一只，阻值0～20 Ω G．開關一只，導線若干 在上述儀器中，電壓表應選擇________(選填“V1”或“V2”)，電流表應選擇________(選填“A1”或“A

21、2”)，請在虛線框內畫出電路原理圖(電表用題中所給的符號表示)． 解析：(1)指針偏轉角度太大，說明選擇的倍率偏大，因此應選用較小的倍率，將“×100”換為“×10”；此時的讀數為指針所指的刻度乘以倍率，即電阻為12×10 Ω＝120 Ω. (2)由于電源電動勢只有3 V，所以電壓表選擇量程為0～5 V的電壓表V1；因電路中最大電流約為Im＝＝25 mA，所以選用量程0～25 mA的電流表A1；由于滑動變阻器最大阻值小于待測電阻的阻值，所以控制電路應選用分壓接法，因待測電阻遠大于電流表內阻，應選用電流表內接法，電路如圖所示． 答案：(1)A.換用“×10”倍率　C．120 Ω (2

22、)V1　A1　圖見解析 四　數據處理與誤差分析 1．圖象法：利用實驗數據，將實驗中物理量之間的函數關系用函數圖象表示出來，這種方法叫圖象法．用圖象法處理實驗數據是物理實驗中最常用的方法之一．用圖象法處理數據的優(yōu)點是直觀、簡便，有取平均值的效果，由圖線的斜率、截距、所包圍面積和圖線的交點等可以研究物理量之間的變化及其關系，找出規(guī)律． 2．解析法：通過實驗獲取實驗數據，代入相關物理量之間的關系式，計算得到結果的方法叫解析法．應用解析法的要求是：(1)明確實驗測量的相關物理量的關系式；(2)明確要研究的物理量和未知的物理量；(3)建立方程或方程組進行計算． 對點自測 1．理想電壓表內阻無窮

23、大，而實際電壓表并非如此，現(xiàn)要測量一個量程為0～3 V、內阻約為3 kΩ的電壓表的阻值．實驗室備有以下器材： A．待測電壓表V1：量程為0～3 V、內阻約為3 kΩ B．電壓表V2：量程為0～6 V、內阻約為6 kΩ C．滑動變阻器R1：最大值20 Ω、額定電流1 A D．定值電阻R0 E．電源：電動勢6 V，內阻約為1 Ω F．開關一個、導線若干 (1)利用以上器材設計如圖甲所示測量電路，請你按圖示電路將圖乙的實驗儀器連接起來． (2)請寫出按該電路測量電壓表V1內阻RV的表達式，并指出表達式中各物理量的含義： _____________________________

24、___________________ ________________________________________________. (3)在正確連接電路后，閉合開關S，不斷地調節(jié)變阻器R1滑片位置，記錄多組電壓表V1、V2示數，作出U2－U1圖線如圖丙所示．若R0＝1 480 Ω，由圖線上的數據可得RV＝________Ω. 解析：(2)由歐姆定律有＝，解得RV＝R0，其中U1、U2分別為電壓表V1、V2的示數，R0是定值電阻的阻值； (3)由電路的電壓關系可得U2＝U1，由U2－U1圖象可知，斜率k＝1＋＝1.5，若R0＝1 480 Ω，則RV＝2 960 Ω. 答案：(1

25、)略　(2)RV＝R0，其中U1、U2分別為電壓表V1、V2的示數，R0是定值電阻的阻值　(3)2 960 2．要測定一個自感系數很大的線圈L的直流電阻RL，實驗室提供以下器材： A．待測線圈L：阻值約為2 Ω，額定電流為2 A B．電流表A1：量程為0.6 A，內阻為r1＝0.2 Ω C．電流表A2：量程為3.0 A，內阻r2約為0.04 Ω D．變阻器R1：阻值范圍為0～10 Ω E．變阻器R2：阻值范圍為0～1 kΩ F．定值電阻R3＝10 Ω G．定值電阻R4＝100 Ω H．電源E：電動勢E約為9 V，內阻很小 I．單刀單擲開關S1和S2，導線若干 要求實驗時，

26、改變滑動變阻器的阻值，在盡可能大的范圍內測得多組A1表、A2表的讀數I1、I2，然后利用I1－I2圖象求出線圈的電阻RL. (1)實驗中定值電阻應選擇________，滑動變阻器應選擇________．(請?zhí)钇鞑男蛱? (2)請在虛線框內畫出實驗電路原理圖(器材用適當的符號表示)． (3)由實驗測得的數據作出I2－I1圖象如圖所示，則線圈的直流電阻值為________． 解析：(1)將內阻已知的電流表A1串聯(lián)定值電阻改裝為電壓表，利用伏安法測量線圈的直流電阻值．控制電路采用滑動變阻器分壓接法，滑動變阻器選用阻值較小的滑動變阻器R1；由于電源電動勢約為9 V，改裝電壓表時使用量程為0

27、.6 A的電流表A1與定值電阻R3串聯(lián)，測量電路采用電流表外接法． (2)電路如圖所示． (3)開關均閉合時，利用并聯(lián)電路知識可得I1(R3＋r1)＝(I2－I1)RL，解得I2＝·I1，即I2－I1圖線的斜率k＝＝6，解得RL＝2.04 Ω. 答案：(1)F　D　(2)圖見解析　(3)2.04 Ω 　 五．電壓表、電流表的改裝 典例．(多選)如圖所示，甲、乙兩電路都是由一個靈敏電流表G和一個變阻器R組成的，下列說法正確的是(　　) A．甲表是電流表，R增大時量程增大 B．甲表是電流表，R增大時量程減小 C．乙表是電壓表，R增大時量程增大 D．乙表是電壓表，

28、R增大時量程減小 解析：選BC.由電表的改裝原理可知，電流表應是G與R并聯(lián)，改裝后加在G兩端的最大電壓Ug＝IgRg不變，所以并聯(lián)電阻R越大，I＝Ig＋IR越小，即量程越小，B正確，A錯誤；對于電壓表應是G與R串聯(lián)，改裝后量程U＝IgRg＋IgR，可知R越大，量程越大，C正確，D錯誤． 六：電路故障的分析與判斷 (1)故障特點 ①斷路特點：表現(xiàn)為路端電壓不為零而電流為零． ②短路特點：用電器或電阻發(fā)生短路，表現(xiàn)為有電流通過電路但它兩端電壓為零． (2)檢查方法 ①電壓表檢測：如果電壓表示數為零，則說明可能在并聯(lián)路段之外有斷路，或并聯(lián)路段短路． ②電流表檢測：當電路中接有電源時，

29、可用電流表測量各部分電路上的電流，通過對電流值的分析，可以確定故障的位置．在運用電流表檢測時，一定要注意電流表的極性和量程． ③歐姆表檢測：當測量值很大時，表示該處斷路，當測量值很小或為零時，表示該處短路．在運用歐姆表檢測時，電路一定要切斷電源． ④假設法：將整個電路劃分為若干部分，然后逐一假設某部分電路發(fā)生某種故障，運用閉合電路或部分電路的歐姆定律進行推理． 典型例題. 如圖所示的電路中，電源的電動勢為6 V，當開關S接通后，燈泡L1、L2都不亮，用電壓表測得各部分的電壓是Uab＝6 V，Uad＝0 V，Ucd＝6 V，由此可判定(　　) A．L1和L2的燈絲都燒斷了 B．L1

30、的燈絲燒斷了 C．L2的燈絲燒斷了 D．變阻器R斷路 解析：選C.由Uab＝6 V可知，電源完好，燈泡都不亮，說明電路中出現(xiàn)斷路故障，且在a、b之間．由Ucd＝6 V可知，燈泡L1與滑動變阻器R是接通的，斷路故障出現(xiàn)在c、d之間，故燈L2斷路，所以選項C正確． 對點自測 1．(多選)在如圖所示的電路中，由于某一電阻發(fā)生短路或斷路，A燈變暗，B燈變亮，則故障可能是(　　) A．R1短路 B．R2斷路 C．R3斷路 D．R4短路 解析：選BC.由于A燈串聯(lián)于干路中，且故障發(fā)生后，A燈變暗，故知電路中總電流變小，即電路總電阻變大，由此推知，故障應為某一電阻斷路，排除選項A、D.假設R2斷路，則其斷路后，電路總電阻變大，總電流變小，A燈變暗，同時R2斷路必引起與之并聯(lián)的B燈中電流變大，使B燈變亮，推理結果與現(xiàn)象相符，故選項B正確．假設R3斷路，則也引起總電阻變大，總電流變小，使A燈變暗，同時R3斷路也必引起與之并聯(lián)的電路(即R1所在支路)中電流增大，B燈中分得的電流也變大，B燈變亮，故選項C正確． 13