專項突破7 電學(xué)實驗基礎(chǔ)-2025屆高三一輪復(fù)習(xí)物理

專項突破7電學(xué)實驗基礎(chǔ)對應(yīng)學(xué)生用書P225角度1基本測量儀器的使用和讀數(shù)用游標(biāo)卡尺分別測量金屬圓管的內(nèi)、外壁直徑,游標(biāo)卡尺的示數(shù)分別如圖1和圖2所示。由圖可讀出,圓管內(nèi)壁的直徑為cm,圓管外壁的直徑為cm。

答案2.232.99解析圖1中游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為22mm,游標(biāo)尺讀數(shù)為3×0.1mm=0.3mm,所以最終讀數(shù)為22mm+0.3mm=22.3mm=2.23cm;題圖2中游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為29mm,游標(biāo)尺讀數(shù)為9×0.1mm=0.9mm,所以最終讀數(shù)為29mm+0.9mm=29.9mm=2.99cm。利用螺旋測微器測量合金絲直徑的過程如圖所示,校零時的讀數(shù)為mm,合金絲的直徑為mm。

答案0.0080.650解析校零時螺旋上刻度為0.8格,故讀數(shù)為0.8×0.01mm=0.008mm,測量時固定刻度上讀數(shù)為0.5mm,螺旋上有15.8格,故讀數(shù)為0.5mm+15.8×0.01mm=0.658mm。合金絲的直徑為兩次讀數(shù)之差D=0.658mm-0.008mm=0.650mm。完成電流表、電壓表及電阻箱的讀數(shù)。(1)如圖1所示的電表使用0.6A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3A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。

(2)如圖2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(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)為V。

(3)旋鈕式電阻箱如圖3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?，F(xiàn)欲將接入電路的電阻改為2087Ω,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。

答案(1)0.020.440.12.20(2)0.11.700.58.5(3)1987將“×1k”擋旋鈕調(diào)到2,再將“×100”擋旋鈕調(diào)到00~19998Ω解析(1)電流表使用0.6A量程時,刻度盤上的每一小格為0.02A,表針示數(shù)為0.44A;當(dāng)使用3A量程時,每一小格為0.1A,表針示數(shù)為2.20A。(2)電壓表使用3V量程時,每小格表示0.1V,表針示數(shù)為1.70V;使用15V量程時,每小格表示0.5V,表針示數(shù)為8.5V。(3)電阻為1987Ω。最簡單的操作方法是先將“×1k”擋旋鈕調(diào)到2,再將“×100”擋旋鈕調(diào)到0。每個電阻箱的最大阻值是9999Ω,用這樣的兩個電阻箱串聯(lián)可得到的最大電阻是2×9999Ω=19998Ω,故用兩個這樣的電阻箱,可得到的電阻范圍為0~19998Ω。角度2電表的改裝與校對比較項目改裝成電壓表改裝成電流表內(nèi)部電路改裝原理串聯(lián)大電阻分壓并聯(lián)小電阻分流改裝后的量程U=Ig(Rg+R)I=R+R量程擴大的倍數(shù)n=1+Rn=1+R接入電阻的阻值R=(n-1)RgR=R改裝后的總內(nèi)阻RV=nRgRA=R校準(zhǔn)電路某同學(xué)欲將內(nèi)阻約為100Ω、滿偏電流為500μA的微安表改裝為量程為0~3V的電壓表,并同時要求對改裝的電壓表的刻度從0開始進行逐一校準(zhǔn)。(1)測量微安表內(nèi)阻測量微安表內(nèi)阻的測量電路如圖1所示,實驗的主要步驟如下:①按圖1接好實驗電路,觀察R的阻值是否最大,若不是最大的話,調(diào)至最大;②閉合開關(guān)S1,調(diào)節(jié)電阻R使微安表指針滿偏;③閉合開關(guān)S2,調(diào)節(jié)電阻箱R',使微安表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的三分之二;④記下電阻箱的阻值R'。若某次實驗中,電阻箱的阻值R'=196.6Ω,則被測微安表內(nèi)阻為Ω。該測量值較真實值(選填“偏大”、“偏小”或“相等”)。

(2)將微安表改裝為電壓表由上述實驗測得的微安表內(nèi)阻為依據(jù),擬改裝量程為3V的電壓表,則應(yīng)(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)一個阻值為Ω(結(jié)果保留1位小數(shù))的電阻。

(3)對改裝電壓表跟標(biāo)準(zhǔn)電壓表進行校對①圖2是某同學(xué)設(shè)計的改裝表與標(biāo)準(zhǔn)表的校對電路,圖中虛線框中的電路即為改裝的電壓表電路,請在圖3所示的實物圖中畫出連線。②定義:兩電壓表示數(shù)之差的絕對值與電壓真實值的百分比稱之為相對誤差。若改裝的電壓表的示數(shù)為2.0V時,標(biāo)準(zhǔn)電壓表示數(shù)為2.1V,則本次測量的相對誤差為%。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

答案(1)98.3偏小(2)串聯(lián)5901.7(3)①見解析②4.8解析(1)由分壓規(guī)律,有23IgRg=13IgR',解得Rg=12R'≈98.3Ω。閉合開關(guān)S2,回路電阻減小,干路電流增大,流經(jīng)電阻箱的電流大于13Ig,其電阻小于微安表內(nèi)阻的兩倍(2)微安表串聯(lián)一個分壓電阻,改裝為電壓表,由歐姆定律,得分壓電阻R1=U-IgRgIg(3)①如圖所示。②由相對誤差的定義,有δ=2.1-2.02(2022年遼寧卷)某同學(xué)要將一小量程電流表(滿偏電流為250μA,內(nèi)阻為1.2kΩ)改裝成有兩個量程的電流表,設(shè)計電路如圖1所示,其中定值電阻R1=40Ω,R2=360Ω。(1)當(dāng)開關(guān)S接A端時,該電流表的量程為0~mA。

(2)當(dāng)開關(guān)S接B端時,該電流表的量程比接在A端時(選填“大”或“小”)。

(3)該同學(xué)選用量程合適的電壓表(內(nèi)阻未知)和此改裝電流表測量未知電阻Rx的阻值,設(shè)計了圖2中的兩個電路。不考慮實驗操作中的偶然誤差,則使用(選填“甲”或“乙”)電路可修正由電表內(nèi)阻引起的實驗誤差。

答案(1)1(2)大(3)乙解析(1)當(dāng)S接A時,R1和R2串聯(lián)接入電路,和電流表并聯(lián),滿偏時電流表兩端的電壓Um=Imr=0.3V,此時流過R1和R2的電流I=UmR1+R2=0.75mA,所以總電流I總=Im+I=1mA,即量程為(2)當(dāng)開關(guān)S接B端時,R1和電流表串聯(lián)再和R2并聯(lián),由于和電流表并聯(lián)的電阻變小,當(dāng)電流表滿偏時,流過R2的電流變大,干路電流變大,即量程變大,所以比接在A端時大。(3)圖2中甲是電流表外接法,誤差是由于電壓表分流引起的;圖2中乙是電流表內(nèi)接法,誤差是由于電流表分壓引起的,因為題目中電壓表電阻未知,故采用乙方法可以修正由電表內(nèi)阻引起的實驗誤差。角度3實驗器材的選取和實物圖連接1.滑動變阻器兩種連接方式的對比比較項目限流式接法分壓式接法對比說明電路圖串、并聯(lián)關(guān)系不同負載R上電壓調(diào)節(jié)范圍(不計電源內(nèi)阻)RERU≤E0≤U≤E分壓電路調(diào)節(jié)范圍大閉合S前滑片位置b端a端都是為保護電路元件2.滑動變阻器兩種接法的選擇(1)滑動變阻器必須接成限流電路的3種情形:①負載電阻Rf比滑動變阻器的最大阻值R小或相差不多;②要求電路耗能少;③限流式與分壓式均可的情形下,優(yōu)先使用限流式(少連一根導(dǎo)線、結(jié)構(gòu)簡單)。(2)滑動變阻器必須接成分壓電路的3種情形:①要求電路中的電壓(電流)從零開始,或要求電壓(電流)測量范圍盡可能大;②負載電阻Rf?R(滑動變阻器的最大阻值);③限流式接法失敗(若采用限流式接法,電路中的最小電流仍超過電表或電阻的最大電流)。(2023年海南卷)用如圖1所示的電路測量一個量程為0~100μA,內(nèi)阻約為2000Ω的微安表頭的內(nèi)阻,所用電源的電動勢約為12V,有兩個電阻箱可選,R1(0~9999.9Ω),R2(99999.9Ω)。(1)RM應(yīng)選,RN應(yīng)選。

(2)根據(jù)電路圖,在圖2中把實物連線補充完整。(3)下列操作順序合理排列是。

①將變阻器滑片P移至最左端,將RN調(diào)至最大值②閉合開關(guān)S2,調(diào)節(jié)RM,使微安表半偏,并讀出RM阻值③斷開S2,閉合S1,調(diào)節(jié)滑片P至某位置再調(diào)節(jié)RN使表頭滿偏④斷開S1、S2,拆除導(dǎo)線,整理好器材(4)RM調(diào)節(jié)后的面板如圖3所示,則待測表頭的內(nèi)阻為,該測量值(選填“大于”、“小于”或“等于”)真實值。

圖3圖4(5)將該微安表改裝成量程為0~2V的電壓表后,某次測量指針指在圖4所示位置,則待測電壓為V。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

(6)某次半偏法測量表頭內(nèi)阻的實驗中,S2斷開,電表滿偏時讀出RN值,在滑片P不變,S2閉合后調(diào)節(jié)電阻箱RM,使電表半偏時讀出RM,若認為OP間電壓不變,則微安表內(nèi)阻為(用RM、RN表示)。

答案(1)R1R2(2)見解析(3)①③②④(4)1998.0Ω小于(5)1.28(6)R解析(1)根據(jù)半偏法的測量原理可知,RM與微安表內(nèi)阻相當(dāng),在閉合S2之后,變阻器上方的電流應(yīng)基本不變,就需要RN較大,對下方分壓電路影響甚微,故RM應(yīng)選R1,RN應(yīng)選R2。(2)根據(jù)電路圖連接實物圖如圖甲所示。甲(3)半偏法的實驗步驟如下:①將變阻器滑片P移至最左端,將RN調(diào)至最大值;③斷開S2,閉合S1,調(diào)節(jié)滑片P至某位置再調(diào)節(jié)RN使表頭滿偏;②閉合開關(guān)S2,調(diào)節(jié)RM,使微安表半偏,并讀出RM阻值;④斷開S1、S2,拆除導(dǎo)線,整理好器材。(4)RM調(diào)節(jié)后面板讀數(shù)為1998.0Ω,在閉合S2后,原電路可看成如圖乙所示電路。乙閉合S2后,相當(dāng)于RM由無窮大變成有限值,變小了,則流過RN的電流大于原來的電流,流過RM的電流大于I原2(5)將該微安表改裝成量程為2V的電壓表,則需要串聯(lián)一個電阻R0,有U=Ig(Rg+R0),此時的電壓為U'=I'(Rg+R0),其中U=2V,Ig=100μA,I'=64μA,聯(lián)立解得U'=1.28V。(6)根據(jù)題意OP間電壓不變,可得I(RA+RN)=I2+I2RARMRN+I2·1.電學(xué)實驗器材的選擇選擇電學(xué)實驗器材主要是選擇電表、滑動變阻器、電源,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:選用電表量程時應(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13附近;使用歐姆表時,(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(測量多組數(shù)據(jù)),又便于調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)滑動變阻器時,應(yīng)使其大部分電阻都能用到。(4)節(jié)能因素:這是最后考慮的方面,一般要選用能耗小的電路。例如滑動變阻器若既能用分壓式接法又能用限流式接法,應(yīng)選擇限流式接法,能耗小。2.實物圖連接的注意事項(1)連線“先串后并”原則:連線前盡可能畫出實驗的原理圖。連線時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;然后將要并聯(lián)的元件再并聯(lián)到電路中去。(2)連線時要將導(dǎo)線接在接線柱上,導(dǎo)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。(4)對于滑動變阻器的連接,要搞清楚接入電路的是哪一部分電阻,在接線時要特別注意不能將線接到滑片上或四條腿上。見《高效訓(xùn)練》P771.如圖1、圖2所示的兩把游標(biāo)卡尺,它們的游標(biāo)尺分別為9mm長10等分、19mm長20等分,則讀數(shù)依次為mm、mm。

答案17.523.35解析題圖1讀數(shù):主尺讀數(shù)為17mm,游標(biāo)尺讀數(shù)是5×0.1mm=0.5mm最后結(jié)果是17mm+0.5mm=17.5mm。題圖2讀數(shù):主尺讀數(shù)為23mm,游標(biāo)尺讀數(shù)是7×0.05mm=0.35mm,最后結(jié)果是23mm+0.35mm=23.35mm。2.三個螺旋測微器的示數(shù)分別如圖1、圖2、圖3所示,其讀數(shù)分別為mm、mm、mm。

答案6.855~6.8570.007~0.0090.655~0.657解析由圖1可知,固定刻度讀數(shù)為6.5mm,可動刻度讀數(shù)為35.5×0.01mm,則示數(shù)為6.5mm+35.5×0.01mm=6.855mm,6.855mm~6.857mm之間都正確;由圖2可知,固定刻度讀數(shù)為0,可動刻度讀數(shù)為0.8×0.01mm,則示數(shù)為0+0.8×0.01mm=0.008mm,0.007mm~0.009mm之間都正確;由圖3可知,固定刻度讀數(shù)為0.5mm,可動刻度讀數(shù)為15.5×0.01mm,則示數(shù)為0.5mm+15.5×0.01mm=0.655mm,0.655mm~0.657mm之間都正確。3.某學(xué)生小組實驗中,得到兩電表的示數(shù)分別如圖1、圖2所示。若電壓表使用的量程為0~3V,則其示數(shù)為V;若電流表使用的量程為0~0.6A,則其示數(shù)為A。

答案1.200.50解析電壓表使用的量程為0~3V,加在金屬絲兩端電壓為1.20V。電流表使用的量程為0~0.6A,流過金屬絲的電流為0.50A。4.如圖1所示的電表使用0.6A量程時,圖中其示數(shù)為A;如圖2所示的電表使用3V的量程時,圖中其示數(shù)為V。

答案0.521.80解析圖1所示的電表使用0.6A量程時,最小刻度為0.02A,則其示數(shù)為0.52A。圖2所示的電表使用3V的量程時,最小刻度為0.1V,則其示數(shù)為1.80V。5.(2024屆海淀模擬)(多選)有兩個量程的電流表的內(nèi)部簡化電路如圖,表頭的內(nèi)阻Rg=490Ω,滿偏電流Ig=2mA,已知電流表兩量程分別為0~0.1A,0~1A,則下列說法正確的是()。A.當(dāng)使用A、B兩個端點時,該電流表的量程為0~0.1AB.當(dāng)使用A、B兩個端點時,該電流表的量程為0~1AC.R1=1ΩD.R2=10Ω答案BC解析當(dāng)使用A、B兩個端點時,表頭與R2串聯(lián)后和R1并聯(lián)有Ig+Ig(Rg+R2)R1=I1;當(dāng)使用A、C兩個端點時,R1與R2串聯(lián)后再和表頭并聯(lián),有Ig+IgRgR1+R2=I2;通過比較兩個公式,可知I1>I2,則I1=1A,I2=0.1A,故當(dāng)使用A、B兩個端點時,該電流表的量程為0~1A,A項錯誤,B項正確。聯(lián)立上述兩式解得R6.將一只量程為100μA,內(nèi)阻Rg=900Ω的靈敏電流計分別改裝成量程為1mA的電流表、量程為1V的電壓表,電路如圖所示,為靈敏電流計,Ra、Rb是兩個定值電阻。下列判斷正確的是()。A.選擇開關(guān)置于a時,構(gòu)成量程為0~1V的電壓表B.選擇開關(guān)置于b時,構(gòu)成量程為0~1mA的電流表C.電阻Ra的阻值為90ΩD.電阻Rb的阻值為910Ω答案D解析選擇開關(guān)置