專題強化九電學實驗基礎一、螺旋測微器的使用1.構(gòu)造：如圖1所示，B為固定刻度，E為可動刻度.圖12.原理：測微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0.5mm，即旋鈕D每旋轉(zhuǎn)一周，F(xiàn)前進或后退0.5mm，而可動刻度E上的刻度為50等份，每轉(zhuǎn)動一小格，F(xiàn)前進或后退0.01mm，即螺旋測微器的精確度為0.01mm.讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺.3.讀數(shù)：測量值(mm)＝固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)＋可動刻度數(shù)(估讀一位)×0.01(mm).如圖2所示，固定刻度示數(shù)為2.0mm，半毫米刻度線未露出，而從可動刻度上讀的示數(shù)為15.0，最后的讀數(shù)為：2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm.圖2二、游標卡尺1.構(gòu)造：主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內(nèi)、外測量爪)、游標卡尺上還有一個深度尺.(如圖3所示)圖32.用途：測量厚度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑.3.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1mm.常見的游標卡尺的游標尺上小等分刻度有10個的、20個的、50個的，其規(guī)格見下表：刻度格數(shù)(分度)刻度總長度每小格與1mm的差值精確度(可精確到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm4.讀數(shù)：若用x表示從主尺上讀出的整毫米數(shù)，K表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻度線對齊的游標的格數(shù)，則記錄結(jié)果表示為(x＋K×精確度)mm.三、常用電表的讀數(shù)對于電壓表和電流表的讀數(shù)問題，首先要弄清電表量程，即指針指到最大刻度時電表允許通過的最大電壓或電流，然后根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度，按照指針的實際位置進行讀數(shù)即可.(1)0～3V的電壓表和0～3A的電流表的讀數(shù)方法相同，此量程下的精確度分別是0.1V和0.1A，看清楚指針的實際位置，讀到小數(shù)點后面兩位.(2)對于0～15V量程的電壓表，精確度是0.5V，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面一位，即讀到0.1V.(3)對于0～0.6A量程的電流表，精確度是0.02A，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面兩位，這時要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01A.命題點一常用儀器的使用與讀數(shù)1.游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)游標卡尺的讀數(shù)應注意以下幾點(1)看清精確度例如(圖4)圖4易錯成11mm＋4×0.1mm＝11.40mm正確的應為11.4mm，游標卡尺不需要估讀，后面不能隨意加零或去零；例如(圖5)圖5易錯成10mm＋12×0.05mm＝10.6mm，正確的應為10.60mm.(2)主尺上的單位應為厘米主尺上標識的1、2、3等數(shù)字通常是指厘米，讀數(shù)時應將毫米和厘米分清，游標卡尺主尺上的最小刻度是1mm.例如(圖6)圖6易錯成5mm＋4×0.05mm＝5.20mm正確的應為50mm＋4×0.05mm＝50.20mm.(3)區(qū)分零刻度與標尺最前端例如(圖7)圖7易錯成13mm＋10×0.05mm＝13.50mm正確讀數(shù)為14mm＋10×0.05mm＝14.50mm.例1(2014·福建理綜·19(1))某同學測定一金屬桿的長度和直徑，示數(shù)如圖8甲、乙所示，則該金屬桿的長度和直徑分別為cm和mm.圖8答案60.104.20解析刻度尺的分度值為1mm，要估讀到0.1mm.游標卡尺讀數(shù)為4mm＋10×0.02mm＝4.20mm.例2某同學用如圖9甲所示的螺旋測微器測小球的直徑時，他應先轉(zhuǎn)動到F靠近小球，再轉(zhuǎn)動到F夾住小球，直至聽到棘輪發(fā)出聲音為止，撥動使F固定后讀數(shù)(填儀器部件字母符號).正確操作后，螺旋測微器的示數(shù)如圖乙所示，則小球的直徑是mm.圖9答案DHG6.700解析用螺旋測微器測小球直徑時，先轉(zhuǎn)動粗調(diào)旋鈕D使測微螺桿F靠近被測小球，再轉(zhuǎn)動微調(diào)旋鈕H使測微螺桿F夾住小球，直到棘輪發(fā)出聲音為止，撥動止動旋鈕G使F固定后讀數(shù)，讀數(shù)為6.5mm＋20.0×0.01mm＝6.700mm.變式1(2015·海南單科·11)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(jié)果如圖10(a)和(b)所示.該工件的直徑為cm，高度為mm.圖10答案1.2206.860解析游標卡尺讀數(shù)為d＝12mm＋4×eq\f(1,20)mm＝12.20mm＝1.220cm螺旋測微器的讀數(shù)為h＝6.5mm＋36.0×0.01mm＝6.860mm變式2(1)如圖11甲所示的三把游標卡尺，它們的游標尺從上至下分別為9mm長10等分、19mm長20等分、49mm長50等分，它們的讀數(shù)依次為mm、mm、mm.(2)使用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖乙所示，則金屬絲的直徑是mm.圖11答案(1)17.723.853.18(2)2.150解析(1)最上面圖讀數(shù)：整毫米是17，不足1毫米數(shù)是7×0.1mm＝0.7mm，最后結(jié)果是17mm＋0.7mm＝17.7mm.中間圖讀數(shù)：整毫米是23，不足1毫米數(shù)是17×0.05mm＝0.85mm.最后結(jié)果是23mm＋0.85mm＝23.85mm.最下面圖讀數(shù)：整毫米是3，不足1毫米數(shù)是9×0.02mm＝0.18mm.最后結(jié)果是3mm＋0.18mm＝3.18mm.(2)固定刻度示數(shù)為2.0mm，不足半毫米的從可動刻度上讀，其示數(shù)為15.0，最后的讀數(shù)：2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm.2.電壓表、電流表和變阻箱的讀數(shù)例3(1)如圖12甲所示的電表使用0.6A量程時，對應刻度盤上每一小格代表A，圖中表針示數(shù)為A；當使用3A量程時，對應刻度盤中每一小格代表A，圖中表針示數(shù)為A.圖12(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(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)V.答案(1)0.020.440.12.20(2)0.11.700.58.5解析(1)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.例4旋鈕式電阻箱如圖13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2087Ω，最簡單的操作方法是.若用兩個這樣的電阻箱，即可得到的電阻值范圍為.圖13答案1987將“×1k”旋鈕調(diào)到2，再將“×100”旋鈕調(diào)到00～19998Ω解析電阻為1987Ω，最簡單的操作方法是將“×1k”旋鈕調(diào)到2，再將“×100”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，可得到的電阻值范圍為0～19998Ω.變式3如圖14甲是學生實驗用的有兩個量程的電流表刻度盤，當用“＋”和“－0.6”兩接線柱時，能測的最大電流是A，對應刻度盤上每一小格代表A；圖中表針示數(shù)為A；當使用電流表的“＋”和“－3”兩個接線柱時，對應刻度盤上每一小格代表A，圖中表針示數(shù)為A.圖14圖乙為學生實驗用的有兩個量程的電壓表刻度盤.當使用較小量程時，測量電壓最大值不得超過V，每小格表示V，圖中指針示數(shù)為V；若使用的是較大量程，則表盤刻度每小格表示V，圖中指針示數(shù)為V.答案0.600.020.340.11.703.000.12.200.511.0解析結(jié)合電流表和電壓表所選量程，首先應正確讀出相應的分度值，然后根據(jù)表針所指位置和其讀數(shù)方法可得結(jié)果.命題點二關(guān)于電阻的測量1.電壓表和電流表的內(nèi)、外接法(1)兩種接法比較內(nèi)接法外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測＝Ux＋UA電壓表分流I測＝Ix＋IV電阻測量值R測＝eq\f(U測,I測)＝Rx＋RA>Rx測量值大于真實值R測＝eq\f(U測,I測)＝eq\f(RxRV,Rx＋RV)<Rx測量值小于真實值適用條件RA?RxRV?Rx適用于測量大阻值電阻小阻值電阻(2)兩種電路的選擇①阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內(nèi)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(nèi)接法.簡單概括為“大內(nèi)偏大，小外偏小”.②臨界值計算法：Rx<eq\r(RVRA)時，用電流表外接法；Rx>eq\r(RVRA)時，用電流表內(nèi)接法.③實驗試探法：按圖15所示接好電路，讓連接電壓表的導線P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數(shù)有較大的變化，而電流表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表外接法；如果電流表的示數(shù)有較大的變化，而電壓表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表內(nèi)接法.圖15例5用內(nèi)阻為3000Ω的電壓表和內(nèi)阻為10Ω的電流表測電阻，在圖16甲、乙兩種情況下，電壓表的示數(shù)都是60V，電流表的示數(shù)都是0.2A，則R1的測量值為Ω，真實值是Ω，R2的測量值為Ω，真實值是Ω.圖16答案300290300333.32.滑動變阻器兩種連接方式(1)滑動變阻器兩種接法的對比限流接法分壓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eq\f(RE,R＋R0)≤U≤E0≤U≤E分壓電路調(diào)節(jié)范圍大負載R上電流調(diào)節(jié)范圍eq\f(E,R＋R0)≤I≤eq\f(E,R)0≤I≤eq\f(E,R)分壓電路調(diào)節(jié)范圍大閉合S前觸頭位置b端a端都是為保護電路元件(2)滑動變阻器必須接成分壓電路的幾種情況：①要求電壓表能從零開始讀數(shù)；②當待測電阻Rx?R(滑動變阻器的最大阻值)時；③若采用限流式接法，電路中的最小電流仍超過電路中電表、電阻的允許電流.(3)滑動變阻器的最大阻值和用電器的阻值差不多且要求電壓不從零開始變化，通常情況下，由于限流式結(jié)構(gòu)簡單、耗能少，優(yōu)先使用限流式.例6測定小燈泡“6V,3W”的伏安特性曲線，要求實驗中燈泡兩端的電壓從零開始連續(xù)可調(diào).供選擇的器材有：電壓表V1(量程6V，內(nèi)阻20kΩ)，電流表A1(量程3A，內(nèi)阻0.2Ω)，電流表A2(量程0.6A，內(nèi)阻1Ω)，變阻器R1(0～100Ω，0.5A)，變阻器R2(0～20Ω，2A)，學生電源E(6～8V)、開關(guān)及導線若干.選擇出符合實驗要求的實驗器材并設計出實驗電路.答案見解析解析不管是從題中要求燈泡兩端電壓必須從零開始連續(xù)可調(diào)的角度考慮，還是從為了最終能較準確畫出伏安特性曲線必須多測幾組I、U數(shù)據(jù)的角度考慮，限流電路都難以滿足要求，因此必須采用分壓電路，實驗電路如圖所示.器材包括：電壓表V1、電流表A2、變阻器R2、電源、開關(guān)及導線.變式4用伏安法測一個電阻Rx的阻值，提供器材有：待測電阻Rx(約5kΩ)、電壓表(0～3V，內(nèi)阻100kΩ)、微安表(0～500μA，內(nèi)阻100Ω)、變阻器(0～20kΩ)、穩(wěn)壓電源(輸出電壓15V).試設計出實驗電路.答案見解析圖解析若接成限流電路，電路中最小電流：Imin＝eq\f(E,R)＝eq\f(15,5＋20×103)A＝0.6×10－3A＝600μA，大于微安表的量程.因此，為了電路安全必須將變阻器接成分壓電路，Rx>eq\r(RARV)，電流表采用內(nèi)接法，如圖所示.拓展點1用“半偏法”測電阻利用電流表半偏測的內(nèi)阻1.實驗原理(如圖17)：圖172.實驗步驟：(1)R1調(diào)至阻值最大，閉合S1，調(diào)R1的阻值使示數(shù)達滿偏值.(2)保持R1阻值不變，閉合S2，調(diào)R2使示數(shù)達滿偏值一半，同時記錄R2的值.(3)Rg測＝R2.3.誤差分析：閉合S2后，R2與Rg的并聯(lián)值R并<Rg，所以I總>Ig，而此時的示數(shù)為eq\f(1,2)Ig，所以IR2>eq\f(1,2)Ig，所以R2<Rg，所以Rg測<Rg.只有當R1?Rg(R1?R2)時，Rg測≈Rg.說明：R1?Rg、R1?R2為選器材提供依據(jù)，即R1應選阻值大的電阻；在安全范圍內(nèi)電源應選電動勢大的.例7某同學在進行擴大電流表量程的實驗時，需要知道電流表的滿偏電流和內(nèi)阻.他設計了一個用標準電流表G1來校對待測電流表G2的滿偏電流和測定G2內(nèi)阻的電路，如圖18所示.已知G1的量程略大于G2的量程，圖中R1為滑動變阻器，R2為電阻箱.該同學順利完成了這個實驗.圖18(1)實驗過程包含以下步驟，其合理的順序依次為(填步驟的字母代號)；A.合上開關(guān)S2B.分別將R1和R2的阻值調(diào)至最大C.記下R2的最終讀數(shù)D.反復調(diào)節(jié)R1和R2的阻值，使G1的示數(shù)仍為I1，使G2的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半，此時R2的最終讀數(shù)為rE.合上開關(guān)S1F.調(diào)節(jié)R1使G2的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度，此時G1的示數(shù)為I1，記下此時G1的示數(shù)(2)僅從實驗設計原理上看，用上述方法得到的G2內(nèi)阻的測量值與真實值相比(選填“偏大”“偏小”或“相等”)；(3)若要將G2的量程擴大為I，并結(jié)合前述實驗過程中測量的結(jié)果，寫出須在G2上并聯(lián)的分流電阻R分的表達式，R分＝.答案(1)BEFADC(2)相等(3)eq\f(I1r,I－I1)解析(1)實驗首先要保證G1、G2不被燒壞，應先將R1、R2的阻值調(diào)至最大.實驗中應保持合上S2與斷開S2兩種情況下G1的示數(shù)I1為G2的滿偏電流IG2，當合上S2時，G2示數(shù)為eq\f(I1,2)＝eq\f(IG2,2)，此時流過R2的電流也為eq\f(I1,2)，得R2＝RG2.綜上所述可知步驟為BEFADC.(2)這種方法測量的G2的內(nèi)阻與真實值相等.(3)擴大G2量程時原理如圖所示，有(I－I1)R分＝I1r，解得R分＝eq\f(I1r,I－I1).拓展點2用“替代法”測電阻1.實驗原理(如圖19)：圖192.實驗步驟：S先與2接，記錄的示數(shù)，再與1接，調(diào)R值使示數(shù)與原值相等，則Rx＝R.3.說明對的要求，只要有刻度且不超過量程即可，與指針是否超eq\f(2,3)無關(guān)，因為電流表示數(shù)不參與運算.例8電學實驗中經(jīng)常需要測量電阻的阻值：(1)測電阻的方法有很多種，現(xiàn)在有一只標“220V40W”的燈泡，它正常工作時的電阻為Ω.若用多用電表歐姆擋來測量這只燈泡的電阻，則測出的電阻值就(選填“大于”“等于”或“小于”)燈泡正常工作時的電阻值.(2)用下列器材設計一個實驗，測量該燈泡正常工作時的電阻值.A.220V交流電源B.單刀雙擲開關(guān)一只C.電阻箱一只(0～999.9Ω，額定電流0.5A)D.固定電阻一只(0.5kΩ，額定電流0.3A)E.交流電流表一只(0～0.3A)請在方框內(nèi)畫出電路原理圖.答案(1)1210小于(2)見解析圖解析(1)正常工作時電壓為額定電壓，故有P＝eq\f(U2,R)，所以R＝eq\f(U2,P)＝1210Ω；燈泡在正常工作時發(fā)熱，燈絲電阻率增大，電阻增大，因而用歐姆擋測量時阻值應小于正常工作時的電阻值.(2)應用替代法.因電阻箱的最大阻值小于燈泡正常工作時的電阻值，故應串聯(lián)一固定電阻，電路原理圖如圖.命題點三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，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(zhuǎn)到滿偏刻度的eq\f(1,3)以上；使用歐姆表時應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(diào)節(jié).在調(diào)節(jié)滑動變阻器時，應使其大部分電阻線都被用到.(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(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；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.例9某物理實驗小組利用實驗室提供的器材測定電壓表V1的內(nèi)阻，可選用的器材如下：A.待測電壓表V1：量程3V，內(nèi)阻約3kΩB.電壓表V2：量程15V，內(nèi)阻約20kΩC.電流表A：量程3A，內(nèi)阻約0.1ΩD.定值電阻R0：9.0kΩE.滑動變阻器R1：0～200ΩF.滑動變阻器R2：0～2kΩG.電源E：電動勢約為12V，內(nèi)阻忽略不計H.開關(guān)、導線若干(1)為了準確測量電壓表V1的內(nèi)阻，兩位同學根據(jù)上述實驗器材分別設計了如圖20甲和乙兩個測量電路，你認為(選填“甲”或“乙”)更合理，并在實物圖丙中用筆