_专题复习篇 专题9 第2讲 电学实验及创新—2021届高三物理二轮新高考复习讲义

电学实验及创新考点1| 电学常规实验电学常用仪器的读数和使用1．电流表和电压表量程精确度读数规则电流表0～3 A0.1 A与刻度尺一样，采用110估读，读数规则较简单，只需要精确值后加一估读数即可电压表0～3 V0.1 V电流表0～0.6 A0.02 A估读位与最小刻度在同一位，采用12估读电压表0～15 V0.5 V估读位与最小刻度在同一位，采用15估读(1)电流的流向电流从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出，即“红进黑出”。

(2)“机械零点”与“欧姆零点”“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮。

(3)欧姆表使用注意事项①选挡接着调零；②换挡重新调零；③待测电阻与电路、电源断开；④尽量使指针指在表盘中间位置附近；⑤读数之后要乘以倍率得阻值；⑥用完后，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡。

(4)多用电表读数①利用欧姆挡测电阻时，电阻的阻值等于指针的示数与倍率的乘积。

指针示数的读数一般不估读，有时也向后估读一位，但很不精确。

(一般还是按照电压表、电流表读数原则掌握)②测电压和电流时，如果所读表盘的最小刻度为1、0.1、0.001等，读数时应读到最小刻度的下一位，若表盘的最小刻度为0.2、0.02、0.5、0.05等，读数时只读到与最小刻度位数相同即可。

[案例1](2019·山东青岛三模)如图甲是多用电表的简化电路图，电流计满偏电流为0.5 mA、内阻为20 Ω；电池电动势为1.5 V、内阻可忽略；电阻R1阻值为20 Ω，R3阻值为24 990 Ω。

甲乙(1)A插孔应接________表笔(选填“红”或“黑”)。

(2)若指针指在图乙中所示位置，选择开关接1时，其读数为________；选择开关接3时，其读数为________。

(3)测量电阻时，需先进行欧姆调零，此时应将R2的阻值调整为________ Ω。

(4)用多用电表测电流或电阻的过程中，下列说法正确的是________。

A．测量电阻时，更换倍率后必须重新进行欧姆调零B．测量电流时，更换量程后必须重新进行调零C．测量未知电阻时，必须先选择倍率最大挡进行试测D．测量未知电流时，必须先选择电流最大量程进行试测[解析](1)从甲图可以看出，多用电表的内接电源上端为负，电流必须从表G的红接线柱流进，从黑接线柱流出，所以A插孔要接红表笔。

(2)选择开关接1时，多用电表相当于电流表，其量程为I＝I g＋R gR1I g＝1 mA，从图乙指针所指的数可以读出电流为0.69 mA；选择开关接3时，多用电表相当于电压表，量程为U＝U g＋2I g R3＝25 V，结合图乙指针可以确定此时电压为17.2 V。

(3)调节调零电阻使电流计G满偏，此时通过电源的电流为2I g，则调零电阻的阻值R2＝E2I g－R1R gR1＋R g＝1 490 Ω。

(4)在测量电阻时，更换倍率后，表的内部电阻发生了变化，欧姆挡的零刻度在最右边，也就是电流满偏处、所以必须重新进行调零，选项A正确；在测量电流时，根据电流表的原理，电流的零刻度在左边，更换量程后不需要调零，选项B错误；在测量未知电阻时，若先选择倍率最大挡进行试测，当被测电阻较小时，电流有可能过大，所以应从倍率较小的挡进行测试，若指针偏角过小，再换用倍率较大的挡，选项C错误；在测量未知电流时，为了电表的安全，必须先选择电流最大量程进行试测，若指针偏角过小，再换用较小的量程进行测量，故D项正确。

[答案](1)红(2)0.69 mA17.2 V(3)1 490(4)AD易错提醒：1．在选择欧姆挡的倍率挡位时，使指针指在表盘中间位置为宜，换挡后必须重新进行欧姆调零。

2．欧姆挡的刻度是左密右疏，读数时注意乘以相应的倍率，测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。

3．系统误差(1)电池用旧后，电动势会减小，内阻会变大，导致电阻测量值偏大，要及时更换电池。

(2)测电流、电压时，由于电表内阻的影响，测得的电流、电压值均小于真实值。

[跟进训练]1．某课外兴趣小组在“伏安法测电阻”实验中，测得两电表示数如图所示，电流表读数为________A，电压表读数为________V。

[解析]由图所示电流表可知，其量程为0～0.6 A，分度值为0.02 A，示数为0.42 A；由图所示电压表可知，其量程为0～3 V，分度值为0.1 V，示数为2.60 V。

[答案]0.42 2.602．某同学在测量一只小灯泡电阻的实验中，连接了如图甲所示的实物电路图。

闭合开关，发现灯泡不亮，电流表的示数为零。

甲(1)他借助多用电表检查小灯泡，先断开开关，把多用电表的选择开关旋到欧姆挡的“×1”挡，再进行________调零；然后将红、黑表笔分别接触①、②接线柱，多用电表的表盘恰好如图乙所示，说明小灯泡正常，此时的电阻为________Ω。

乙(2)他将多用电表选择开关旋于某直流电压挡，将红、黑表笔分别接触②、③接线柱；闭合开关，发现电压表的示数约等于电源电动势，说明②、③接线柱间的导线出现了________(选填“断路”或“短路”)。

(3)故障排除后，为了使电流表的示数从零开始，要在________(选填“①、④”或“③、④”)接线柱间再连接一根导线，并在闭合开关前把滑动变阻器的滑片置于最________(选填“左”或“右”)端。

[解析](1)根据欧姆表的使用方法可知，每次选完挡后应重新进行欧姆调零；欧姆表的读数为R＝6.0×1 Ω＝6.0 Ω。

(2)将红、黑表笔分别接触②、③接线柱，闭合开关，发现电压表的示数约等于电源电动势，说明②、③接线柱间的导线出现了断路。

(3)为使电流表的示数从零开始，滑动变阻器应采用分压式接法，所以应在③、④接线柱间再连接一根导线；闭合开关前应将滑片置于输出电压最小的最左端。

[答案](1)欧姆6(或6.0)(2)断路(3)③、④左以测电阻为核心的电学实验测电表内阻常见的7种实验方案方案方法电路图表达式说明1伏安法R x＝UI x－R U：V的示数I x：A x的示数R：电阻箱的读数2安安法R x＝I gI x·R gI g：A的示数R g：A的内阻(已知)3R x＝I g－I xI x RI x：A x的示数I x：A x的示数R：电阻箱的读数4替代法R x＝R g＋R2－R1R g：A的内阻(已知)R1：S接1时R的读数R2：S接2时R的读数5R x＝R0当单刀双掷开关分别接1和2时，调R为R0使表A示数相同6半偏法R x＝R0S2断开时，A x满偏；S2闭合调R＝R0时，A x半偏7R V＝R2－2R1V满偏时，R＝R1；V半偏时，R＝R2[案例2](2020·泰安市5月高三模拟考试)某实验小组利用如图所示的实验电路来测量电阻的阻值，R x为待测电阻。

(1)闭合开关S1，单刀双掷开关S2接至1，适当调节滑动变阻器R0后保持其阻值不变。

改变电阻箱的阻值R，得到一组电压表的示数U与R的数据如下表。

电阻R/Ω 5.010.015.025.035.045.0电压U/V 1.00 1.50 1.80 2.14 2.32 2.45(2)开关S2切换至2，读出电压表示数，利用(1)中测绘的U-R图象即可得出被测电阻的阻值。

若某次测量时，电压表示数为2.00 V，可得R x＝________ Ω。

(保留2位有效数字)(3)使用较长时间后，电池的电动势可认为不变，但内阻增大。

若仍用本实验装置和(1)中测绘的U-R图象测定某一电阻阻值，则测定结果将________(选填“偏大”或“偏小”)。

现将开关S2接至1，将电阻箱R的阻值调为5.0 Ω，你应如何调节滑动变阻器R0，便仍可利用本实验装置和(1)中测绘的U-R图象实现对待测电阻的准确测量？_______________________________________________________________________ _____________________________________________________________。

[解析](1)采用描点法，先将实验得到的表格中数据标在坐标系中，然后过尽可能多的点画出平滑曲线，得到U-R关系图象。

(2)根据画出的U-R关系图象知，纵坐标电压值2.00 V对应的阻值R x＝20 Ω。

(3)使用较长时间后，电池的电动势可认为不变，但内阻增大。

若仍用本实验装置和(1)中测绘的U-R图象测定某一电阻，则测定结果将偏小。

现将开关S2接至1，将电阻箱R的阻值调为5.0 Ω，由于横坐标R＝5.0 Ω对应的纵坐标电压值为1.00 V，所以需要减小滑动变阻器R0的阻值，使电压表示数为1.00 V，便仍可利用本实验装置和(1)中测绘的U-R图象实现对待测电阻的准确测量。

[答案](1)如图所示(2)20(19～21均可)(3)偏小减小滑动变阻器R0的阻值，使电压表示数为1.00 V[跟进训练]1．(2020·河北衡水中学第一次月考)某同学测量一金属导体的电阻率，如图甲所示，该空心导体横截面外正方形的边长是内正方形边长的2倍。

经粗略测量知，该金属导体电阻为5 Ω左右。

为了精确测量它的阻值R，以便进一步测出该材料的电阻率ρ，实验室备有下列器材：A．电源E(电动势为3 V，内阻不计)；B．电流表A1(量程为0～1 A，内阻r1约为0.1 Ω)；C．电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻r2＝5 Ω)；D．滑动变阻器R0(阻值范围为0～3 Ω)；E．开关S，导线若干。

甲乙(1)请在图乙虚线框内补充画出完整、合理的测量电路图：________。

(2)做实验时，先把滑动变阻器滑片P滑动到A端，闭合开关S，滑动P到合适位置，记录电流表A1的读数I1，记录电流表A2的读数I2，可以求出金属导体电阻R＝________(用题中所给字母表示)，然后滑动滑片，多次测量求平均值，可得到更精确阻值。

(3)该同学测得外正方形的边长为a，金属导体的长度为L。

用已经测得的物理量I1、I2、L、a及题中所给物理量可得到该金属材料电阻率的表达式为ρ＝________。

[解析](1)由题中的实验器材可知，滑动变阻器的最大电阻值小于待测金属材料的电阻值，因此滑动变阻器应用分压接法，利用伏安法测电阻时电路图如图所示。

(2)由并联知识和电阻定义式可知R ＝I 2r 2I 1－I 2。

(2)该导体横截面积为S ＝a 2－⎝ ⎛⎭⎪⎫12a 2＝34a 2，由电阻定律R ＝ρL S ，可得ρ＝3a 2I 2r 24L (I 1－I 2)。

[答案] (1)见解析图 (2)I 2r 2I 1－I 2 (3)3a 2I 2r 24L (I 1－I 2)2．(2020·湖北八校联考)实验室有一种灵敏电流计，满偏刻度为30格。