电学实验与创新

负载 R 上 电流调节 R＋ERab≤I≤ER
范围
0≤I≤ER
闭合 S
前滑片 b 端
a端
P 位置
分压电 路调节 范围大 都是为 了保护 电路元件
3.实验数据处理的方法有三种 (1)公式法
根据实验原理，结合公式，计算所研究的物理量．通常多组数据， 取平均值，减小实验偶然误差． (2)列表法：常用作其他数据处理方法的一种辅助手段．
使并联部分分压为零，起到保护作用．
(4)造成改装后电压表的读数比标准电压表的读数偏小，说
明通过表头 G 的电流偏小，则实际电阻偏大，故表头 G 内阻
的真实值大于 900 Ω.
高分技法 电表改装问题的理解
(1)无论表头 G 改装成电压表还是电流表，它的三个特征 量 Ug、Ig、Rg 是不变的，即通过表头的最大电流 Ig 并不改变．
(3)故障排除后，为了使电流表的示数从零开始，要在③___、___④__(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___左_____(选填“左”和“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，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．
测量值大于真实值 RA≪Rx
大电阻
R 测＝UI测测＝RRx＋xRRVV <Rx
测量值小于真实值 RV≫Rx
小电阻
2.滑动变阻器的限流式接法和分压式接法(不计电源内阻) 限流式接法 分压式接法 对比说明
两种接法 电路图
串、并联 关系不同
负载 R 上 电压调节
范围
RE R＋Rab
≤U≤E
0≤U≤E
分压电 路调节 范围大
后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)．
(1)根据图(a)和题
给条件，将图(b)
中的实物连线．
图(a)
图(b)
(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时，微安表的指针位置如图(c)所示．由此
可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是____C____．(填正确答案标号)
A．18 mA
B.21 mA C．25 mA
69-3
典例 3．(2019·高考全国卷Ⅲ)某同学欲将内阻为 98.5 Ω、量程为 100 μA 的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的 15 kΩ 刻度正好对应电流表表盘的 50 μA 刻度．可选用的器材还有：定值电阻 R0(阻值 14 kΩ)，滑动变阻器 R1(最大阻值 1 500 Ω)，滑动变阻器 R2(最 大阻值 500 Ω)，电阻箱(0～99 999.9 Ω)，干电池(E＝1.5 V，r＝1.5 Ω)， 红、黑表笔和导线若干．
便实验中调节电压，图中 R 应选用最大阻值为 50 Ω 的滑
动变阻器．
[解析] (1)根据题意，R1 与表头 G 构成 1 mA 的电流表， 则 IgRg＝(I－Ig)R1，得 R1＝100 Ω；若使用 a、b 两个接线柱， 电压表的量程为 1 V，则 R2＝Uab－I IgRg＝910 Ω；若使用 a、c 两个接线柱，电压表的量程为 3 V，则 R3＝Uac－I IgRg－R2＝2 000 Ω.
3．电路选择：根据待测电阻和电表内阻的关系选择电流表的内、 外接．根据滑动变阻器的阻值范围和实验要求，选择滑动变阻器的分压 和限流．
4．实物连图“三注意” (1)根据电路原理图，采用“先串后并”的方法．例如滑动变阻器分 压式连接，一般先将电源、开关、滑动变阻器的全部电阻连接，然后将 滑动变阻器分压部分、待测电阻，电表部分连接． (2)注意电压表、电流表的正负接线柱及量程的选取． (3)开关控制全电路，导线之间不交叉．
E和 内＋Ra
Байду номын сангаас
Ib＝ R
E ，代入数据解得 内＋Rb
Ra＝45
kΩ，
Rb＝5 kΩ.
(3)校准 红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向___0_____kΩ 处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及
欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量．若校准某刻度时，电阻箱 旋钮位置如图(c)所示，则电阻箱接入的阻值为__3_5__0__0_Ω0..0
(3)图象法：把实验测得的量函数关系用图象直观地显示出 来．注意图象斜率、图象截距的物理意义．值得注意的是， 创新实验的落脚点几乎都是图象，故备考时一定要将图象法 处理数据作为重中之重．
71-2 典例24．(2017·高考全国卷Ⅱ)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安
表(量程为 100 μA，内阻大约为 2 500 Ω)的内阻．可使用的器材有：两 个滑动变阻器 R1、R2(其中一个阻值为 20 Ω，另一个阻值为 2 000 Ω)； 电阻箱 Rz(最大阻值为 99 999.9 Ω)；电源 E(电动势约为 1.5 V)；单刀开 关 S1 和 S2.C、D 分别为两个滑动变阻器的滑片．
特别注意：用欧姆挡测电阻时，如果指针偏转角度太小(即 指针所指的欧姆刻度值太大)，应该适当增大倍率重新调零后 再测量；如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太 小)，应该适当减小倍率重新调零后再测量．
70-3
练习31．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．
D.28 mA
(3)产生上述问题的原因可能是_A_、__C____．(填正确答案标号)
A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1 200 Ω
B．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1 200 Ω
C．R值计算错误，接入的电阻偏小
D．R值计算错误，接入的电阻偏大 Ig=250μA ,Rg=1200Ω ,I=20mA
高分技法 多用电表使用“五步法”
(1)选倍率：一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级 的倍率，如估计值为 200 Ω，就应该选“×10”的倍率．
(2)进行欧姆调零． (3)将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量． (4)将指针示数乘以倍率，得测量值．
(5)测量结束后，将选择开关扳到 OFF 挡或交流电压最高 挡．
(2)刻度欧姆表表盘
通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图(b)所示．表盘上 a、b
处的电流刻度分别为 25 和 75，则 a、b 处的电阻刻度分别为___4__5___、 ____5____.
(1)r＋R0＋RA＋R＝15 kΩ，R＝900 Ω.滑动变阻器选R1
(2)根据闭合电路欧姆定律，得
Ia＝ R
(2)电表改装的问题实际上是串、并联电路中电流、电压的 计算问题，只要把表头 G 看成一个电阻 Rg 即可，切记通过表 头的满偏电流 Ig 是不变的．
(3)改装后的电压表的表盘上显示的是表头和分压电阻两 端的总电压，改装后的电流表表盘上显示的是通过表头和分流 电阻的总电流．
高考命题 2 多用电表的原理和使用
(2)电压表与改装电表并联之后，电阻小于 2 500 Ω，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 50 Ω 的电 阻．
(3)校准时，在闭合开关 S 前，滑动变阻器的滑动端 P 应靠 [命题角度 2] 毫安表改为电压表
近 M (填“M”或“N”)端．
(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. (1)欧姆 6(或6.0)
(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_断____路___(选填“断路”或“短路”)．
高考命题 3 以测电阻为核心的电学实验
考考点二一 实验器材与电路连接问题
1．电源的选择：一般根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符 合需要的直流电源．
2．电表的选择：一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压 选择电压表；根据待测电流的最大值选择电流表；要求电表的指针摆动 的幅度较大，一般应使指针能达到半偏左右或不低于满量程的13.
电学实验与创新
高考命题 1 电表改装原理
[命题角度 1] 毫安表改为电流表 大本69-2
[典例 1] [2019 全国卷Ⅰ]某同学要将一量程为 250 μA 的
微安表改装为量程为 20 mA 的电流表．该同学测得微安表内阻
为 1 200 Ω，经计算后将一阻值为 R 的电阻与该微安表连接，
进行改装．然后利用一标准毫安表，根据图(a)所示电路对改装
[典例 2] 某同学改装和校准电压表的电路图如图所示，
(4)若由于表头 G 上标记的内阻值不准，造成改装后电压 图中虚线框内是电压表的改装电路．
表的读数比标准电压表的M读数偏小，则表头 G 内阻的真实值
(填“大于”或“小于”)900 Ω.
(3)在闭合开关 S 前，滑动变阻器的滑动端 P 应靠近 M 端，
根据IgRg＝(I－Ig)R得I＝IgRg/R ＋Ig
(4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新 测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可， 其中k＝________.
(4)若微安表的满偏电压为 U，则对并联的电阻 R 有 U＝(25－0.25)×10－3R U＝(20－0.25)×10－3kR 解得 k＝9799.
高分技法
考点二 测电阻的常用方法
方法
电路图
伏安法
半偏法
电桥法
R1/R2=R3/R
X
考点三 电路的设计与实验数据的处理
1. 电流表的内接法和外接法的比较
内接法
外接法
电路图
误差 电流表分压 原因 U 测＝Ux＋UA
电压表分流 I 测＝Ix＋IV
电阻测 量值
适用 条件 适用于 测量
R 测＝UI测测＝Rx＋RA >Rx
④将电阻箱 Rz 和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将 Rz
的阻值置于 2 601.0 Ω 时，在接通 S2 前后，微安表的示数也保持不变．待
电压表的量程为 3 V．则根据题给条件，定值电阻的阻值应选
R1＝ 100 Ω，R2＝ 910 Ω，R3＝ 2000 Ω.
(2)用量程为 3 V、内阻为 2 500 Ω 的标准电压表 对改装
表 3 V 挡的不同刻度进行校准．所用电池的电动势 E 为 5 V；
滑动变阻器 R 有两种规格，最大阻值分别为 50 Ω 和 5 kΩ.为方
图(a)
图(b)
(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线． (2)完成下列填空： ①R1 的阻值为________Ω(填“20”或“2 000”)． ②为了保护微安表，开始时将 R1 的滑片 C 滑到接近图(a)中滑动变 阻器的________端(填“左”或“右”)对应的位置；将 R2 的滑片 D 置于 中间位置附近． ①20 ②左 ③将电阻箱 Rz 的阻值置于 2 500.0 Ω，接通 S1.将 R1 的滑片置于适 当位置，再反复调节 R2 的滑片 D 的位置．最终使得接通 S2 前后，微安 表的示数保持不变，这说明 S2接通前 B 与 D 所在位置的电势_相___等____(填 “相等”或“不相等”)．
(1)欧姆表设计
将图(a)中的实物连线组成欧姆表．欧姆表改装好后，滑动变阻器 R
接 入 电 路 的 电 阻 应 为 __9_0__0___Ω ； 滑 动 变 阻 器 选 ___R_1____( 填 “R1” 或
“R2”)．
98.5 Ω、100 μA,E＝1.5 V，r＝1.5 Ω,R0=14 kΩ 欧姆表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA
(1)已知表头 G 满偏电流为 100 μA，表头上标记的内阻值 [命题角度 2] 毫安表改为电压表
为 900 Ω.R1、R2 和 R3 是定值电阻．利用 R1 和表头构成 1 mA 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
[典例 2] 某同学改装和校准电压表的电路图如图所示，
两个接线柱，电压表的量程为 1 V；若使用 a、c 两个接线柱，图中虚线框内是电压表的改装电路．