高中物理学案：实验 电学基本仪器的使用和读数

高中物理学案：实验电学基本仪器的使用和读数

[学科素养与目标要求]

物理观念：1.掌握电流表、电压表的读数方法.2.进一步理解电流表内接法和外接法以及滑动变阻器的两种接法,能在具体问题中正确地选择.3.掌握游标卡尺和螺旋测微器的读数方法. 科学思维：1.对比电流表、电压表、螺旋测微器、游标卡尺的读数方法,找到读数的一般方法.2.建立伏安法测量导体电阻的电路模型.

一、电压表、电流表的读数

1.首先要弄清电表量程,即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值.

2.根据表盘总的刻度数确定精确度,即每一小格表示的值,同时确定读数有效数字所在的位数.

3.按照指针的实际位置进行读数.

4.(1)0～3V的电压表和0～3A的电流表读数方法相同,此量程下的精确度是0.1V和0.1A,读到0.1的下一位,即读到小数点后面两位.

(2)对于0～15V量程的电压表,精确度是0.5V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即读到0.1V.

(3)对于0～0.6A量程的电流表,精确度是0.02A,在读数时只要求读到小数点后面两位,这时要求“半格估读”,即读到最小刻度的一半0.01A.

例1如图1为电流表和电压表的刻度盘.

图1

(1)图甲使用0.6A量程时,对应刻度盘上每一小格代表________A,图中表针示数是________A；当使用3A量程时,对应刻度盘上每一小格代表________A,图中表针示数为________A.

(2)图乙使用较小量程时,每小格表示________V,图中表针的示数为______V.若使用的是较大量程,则这时表盘刻度每小格表示______V,图中表针示数为______V.

答案(1)0.02 0.44 0.1 2.20

(2)0.1 1.70 0.5 8.5

解析(1)使用0.6A量程时,刻度盘上的每一小格为0.02A,表针示数为0.44A；当使用3A量程时,每一小格为0.1A,表针示数为2.20A.

(2)电压表使用3V量程时,每小格表示0.1V,表针示数为1.70V；使用15V量程时,每小格为0.5V,表针示数为8.5V.

二、电压表、电流表及滑动变阻器的使用

1.电流表的内接法和外接法

(1)电路图(如图2所示)

图2

(2)误差分析

①内接法：U测>U R,R测>R真,适合测量大电阻.

②外接法：I测>I R,R测

(3)电流表内、外接法的选择：

当R

V

R

x

>

R

x

R

A

时,即R x

R

x

R

A

>

R

V

R

x

,即R x>R A R V时,应选内接法.

2.滑动变阻器的限流式与分压式接法

(1)电路图(如图3所示)

图3

(2)分压式和限流式电路的选择原则

①若实验中要求电压从零开始调节,则必须采用分压式电路.

②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多,以致在限流电路中,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时,待测电阻上的电流或电压变化范围不够大,此时,应用分压式电路.

③若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求,即若滑动变阻器阻值调到最大时,待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程,或超过待测电阻的额定电流(或电压),则此时必须选用分压式电路.

说明：两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法,因为限流式接法电路简单、能耗低. 例2某同学想描绘小灯泡的伏安特性曲线,他选择“3V0.5A”的小灯泡作为研究对象,请回答下面几个问题：

(1)下列实验器材中应选择________.(填入器材序号)

A.电流表(量程0～0.6A, 内阻1Ω)

B.电流表(量程0～3A,内阻1Ω)

C.电压表(量程0～15V,内阻约10kΩ)

D.电压表(0～3V,内阻约2kΩ)

E.滑动变阻器(阻值0～100Ω)

F.滑动变阻器(阻值0～10Ω)

G.电源E＝6V

H.开关S,导线若干

(2)在本实验中要求电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用________(选填“分压”或“限流”)式接法,电流表应采用________(选填“内”或“外”)接法.

(3)在虚线框中画出实验电路图,并用实线代替导线,将图4中的器材连接成可供实验的电路.

图4

答案见解析图

解析(1)灯泡额定电流为0.5A,电流表选择A；灯泡额定电压为3V,电压表选择D；为方便实验操作滑动变阻器应选择F；实验还需要电源、开关与导线,故需要的实验器材为：ADFGH；(2)本实验要求电压与电流从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法；由于灯泡电阻远小于

电压表内阻,电流表应采用外接法；

(3)滑动变阻器采用分压式接法,电流表采用外接法,电路图如图甲所示.

根据电路图连接实物,实物连接图如图乙所示.

三、螺旋测微器的原理及读数

1.构造及原理

如图5所示,它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可动刻度E、旋钮D和微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的,并通过精密螺纹套在B上,精密螺纹的螺距是0.5 mm,即旋钮D每转一周,测微螺杆F前进或后退0.5 mm,可动刻度分成50等份,每一等份表示0.01mm.

图5

2.使用方法

当A与F并拢时,可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合,逆时针旋转旋钮D,将测微螺杆F旋出,把被测物体放入A、F之间的夹缝中,再顺时针旋转旋钮D,F快要接触被测物时,要停止使用旋钮D,改用微调旋钮D′,直到听到“喀喀”声.

3.读数方法

L＝固定刻度示数＋可动刻度示数(估读一位)×分度值.

注意：(1)以毫米为单位时,小数点后面要有三位有效数字,特别是最后一位估读数字为零时,不能省略.

(2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出.

例3用螺旋测微器测量合金丝的直径.为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧