专题7 第24课时 电学实验(1)——以测电阻为核心的实验.docx
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1、第24课时电学实验(1)以测电阻为核心的实验命题角度(1)基本仪器的读数;(2)伏安法测电阻、测定金属的电阻率;(3)电阻测量的创新方案高考题型1基本仪器的读数基本仪器读数1游标卡尺的原理和读数(1)原理:利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.(2)读数:由主尺读出整毫米数l0,从游标尺上读出与主尺上某一刻度对齐的刻度线n,则测量值(mm)(l0n精确度)mm.注意:游标卡尺的精确度一般为游标尺上总刻度数的倒数游标卡尺不需要估读刻度格数精确度(mm)测量结果100.1主尺上读的毫米数0.1n20
2、0.05主尺上读的毫米数0.05n500.02主尺上读的毫米数0.02n2.螺旋测微器的原理和读数(1)原理:测微螺杆与固定刻度之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm,即旋钮每旋转一周,测微螺杆前进或后退0.5 mm,而可动刻度上的刻度为50等份,每转动一小格,测微螺杆前进或后退0.01 mm,即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时估读到毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺(2)读数:测量值(mm)固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)可动刻度数(估读一位)0.01(mm)3电流表和电压表的读数和选用(1)电表读数量程精确度读数规则电流表03 A0.1 A与刻度尺一样,采用估读
3、,读数规则较简单,只需要精确值后加一估读数即可电压表03 V0.1 V电流表00.6 A0.02 A估读位与最小刻度在同一位,采用估读电压表015 V0.5 V估读位与最小刻度在同一位,采用估读(2)电表的选用根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程,然后合理选择量程,务必使指针有较大偏转(一般取满偏的左右),以减少实验误差例1一同学用游标卡尺测一根金属管的深度时,游标卡尺上的游标尺和主尺的相对位置如图1甲所示,则这根金属管的深度是_ cm;该同学又利用螺旋测微器测量一金属板的厚度为5.702 mm,则图乙中可动刻度a、b处的数字
4、分别是_、_.图1答案1.0552025解析题图甲中游标卡尺主尺读数为10 mm,20分度游标尺精确度为0.05 mm,故游标尺读数为110.05 mm0.55 mm,所以金属管深度为10.55 mm1.055 cm.螺旋测微器固定刻度部分读数为5.5 mm,可动刻度最小分度值为0.01 mm,可动刻度部分读数应为20.20.01 mm,因此a处数字应为20,b处数字为25.例2如图2所示为电压表和电流表的刻度盘示意图,指针位置分别如图甲、乙所示图2(1)若使用的是03 V量程的电压表,读数为_ V若使用的是015 V量程的电压表,读数为_ V.(2)若使用的是00.6 A量程的电流表,读数为
5、_ A若使用的是03 A量程的电流表,读数为_ A.(3)如图丙所示,电阻箱的读数为_如图丁所示,多用电表旋在10挡,读数为_答案(1)1.68(1.671.69均正确)8.4(8.3亦可)(2)0.462.30(2.292.31均正确)(3)530.0 50 解析(1)对于电压表,当选取03 V量程时,每小格为0.1 V,读数为1.68 V,当选取015 V量程时,每小格为0.5 V,读数为8.4 V.(2)对于电流表,当选取00.6 A量程时,每小格为0.02 A,读数为0.46 A,当选取03 A量程时,每小格为0.1 A,读数为2.30 A.(3)电阻箱读数为:(1005103) 53
6、0.0 .欧姆表读数为:510 50 .高考题型2伏安法测电阻、测定金属的电阻率1电流表内、外接的选择(1)两种接法的比较内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测UxUA电压表分流I测IxIV电阻测量值R测RxRARx测量值大于真实值R测Rx测量值小于真实值(2)两种接法的选择阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法简单概括为“大内偏大,小外偏小”临界值计算法Rx时,用电流表内接法实验试探法:按如图3所示接好电路,让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,
7、则可采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法图32滑动变阻器分压式与限流式接法的选择(1)“以小控大用分压,相差无几用限流”当采用分压式接法时,一般应选用最大阻值较小、而额定电流较大的滑动变阻器当采用限流式接法时,一般应选用最大阻值比待测电阻稍大或差不多的滑动变阻器(2)必须采用分压式接法的三种情况:要求电压从零开始变化;滑动变阻器阻值太小,不能起到限流的作用;限流式接法不能获取有区分度的多组数据例3(2021山东潍坊市高三一模)某同学为测量电阻Rx的阻值,进行了如下实验(1)用多用电表欧姆挡粗测Rx的阻值选择“10”挡,正确操作后表盘指针指
8、示如图4甲所示,则示数为_ ;图4(2)为精确的测量Rx的阻值,该同学设计了如图乙所示的电路,现有器材如下:A两节干电池、开关和若干导线B电压表(03 V,内阻约6 k)C电流表(050 mA,内阻约2 )D电流表(0200 mA,内阻约0.1 )E滑动变阻器(020 ,额定电流为0.5 A)电流表应选_;(填器材对应的字母)请将图乙中连线补充完整;将电路正确连接为保护电路,闭合开关前,滑片P应调至最_(选填“左端”或“右端”);闭合开关后,调节滑片P,电压表和电流表均有示数但总是调不到零,其原因是导线_(选填“a”“b”“c”或“d”)断路答案(1)60(2)C见解析图左端c解析(1)由表盘
9、读出指针示数为6,又挡位选择“10”挡,故电阻的大小为Rx610 60 (2)利用欧姆定律,测量电路最大电流约为 A0.05 A50 mA,故电流表应选C;由于,故电流表外接,则电路连接如图所示为保护电路,闭合开关前,滑片P应调至最左端;闭合开关后,调节滑片P,电压表和电流表均有示数但总是调不到零,其原因是导线c断路例4(2020全国卷22)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx,所用电压表的内阻为1 k,电流表内阻为0.5 .该同学采用两种测量方案,一种是将电压表跨接在图5(a)所示电路的O、P两点之间,另一种是跨接在O、Q两点之间测量得到如图(b)所示的两条UI图线,其中U与I分别为
10、电压表和电流表的示数图5回答下列问题:(1)图(b)中标记为的图线是采用电压表跨接在_(填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的(2)根据所用实验器材和图(b)可判断,由图线_(填“”或“”)得到的结果更接近待测电阻的真实值,结果为_ (保留1位小数)(3)考虑到实验中电表内阻的影响,需对(2)中得到的结果进行修正,修正后待测电阻的阻值为_ (保留1位小数)答案(1)O、P(2)50.5(3)50.0解析(1)若通过Rx的电流相等,由题图(b)知图线对应的电压值较大,由R可知图线所测电阻较大,图线所测电阻较小,则图线是采用电压表跨接在O、P两点的方案测量得到的(2)由题图(b)可得图线测
11、得电阻阻值R 50.5 ,图线测得电阻阻值 R 46.6 ,待测电阻阻值约为50 ,20,100,因,电流表采用内接法更接近待测电阻的真实值,电压表跨接在O、Q两点,故图线得到的结果更接近待测电阻的真实值,测量结果为50.5 .(3)电压表跨接在O、Q之间,测得的阻值为电阻与电流表内阻之和,则RRRA(50.50.5) 50.0 .例5(2019江苏卷11)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率实验操作如下:(1)螺旋测微器如图6所示在测量电阻丝直径时,先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间,再旋动_(选填“A”“B”或“C”),直到听见“喀喀”的声音,以保证压力适当,同时防止螺旋测微器的损坏
12、图6(2)选择电阻丝的_(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量,取其平均值作为电阻丝的直径(3)图7甲中Rx为待测电阻丝请用笔画线代替导线,将滑动变阻器接入图乙实物电路中的正确位置图7(4)为测量Rx,利用图甲所示的电路,调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值,作出的U1I1关系图像接着,将电压表改接在a、b两端,测得5组电压U2和电流I2的值,数据见下表:U2/V0.501.021.542.052.55I2/mA20.040.060.080.0100.0请根据表中的数据,在图8方格纸上作出U2I2图像图8(5)由此,可求得电阻丝的Rx_.根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率答案(1)C
13、(2)不同(3)如图所示(4)如图所示(5)23.5(23.024.0均可)解析(1)A起固定作用,便于读数;B为粗调,调节B使电阻丝与测微螺杆、测砧刚好接触;然后调节C,C起微调作用(2)电阻丝电阻R,测量一段电阻丝的电阻,S为这段电阻丝的横截面积,而不是某位置处的横截面积,故应在不同位置进行多次测量,取平均值作为电阻丝的直径以减小误差(4)把U2和I2的数据在方格纸中描点,用过原点的直线把它们连在一起,让尽可能多的点在直线上(5)结合题图中图线的斜率可知R0RxRA49.0 ,R0RA25.5 ,解得Rx23.5 .高考题型3电阻测量的创新方案测量电阻创新方案对比安安法如果已知的内阻R1,
14、则可测得的内阻R2串联一定值电阻R0后,同样可测得的内阻R2伏伏法两电表的满偏电流接近时,若已知的内阻R1,则可测出的内阻R2R1并联一定值电阻R0后,同样可得的内阻R2替代法单刀双掷开关分别与1、2相接,调节电阻箱R1,保证电流表两次读数相等,则R1的读数即等于待测电阻的阻值半偏法测量电流表内阻闭合S1,断开S2,调节R1使G表满偏;再闭合S2,只调节R2,使G表半偏(R1R2),则R2R测,R测R真电桥法调节电阻箱R3,当A、B两点的电势相等时,R1和R3两端的电压相等,设为U1,同时R2和Rx两端的电压也相等,设为U2,根据欧姆定律有:,.由以上两式解得:R1RxR2R3,这就是电桥平衡
15、的条件,由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值例6(2019天津卷9(3)现测定长金属丝的电阻率(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图9所示,其读数是_mm.图9(2)利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻这段金属丝的电阻Rx约为100 ,画出实验电路图,并标明器材代号电源E(电动势10 V,内阻约为10 )电流表A1(量程0250 mA,内阻R15 )电流表A2(量程0300 mA,内阻约为5 )滑动变阻器R(最大阻值10 ,额定电流2 A)开关S及导线若干(3)某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算式Rx_
16、.从设计原理看,其测量值与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“相等”)答案(1)0.200(0.1960.204均可)(2)如图所示(3)相等解析(1)由螺旋测微器的读数规则可知,该金属丝的直径应为0 mm20.00.01 mm0.200 mm;(2)对提供的实验器材分析可知,滑动变阻器的总电阻比待测电阻的阻值小得多,因此滑动变阻器应采用分压式接法,由于没有提供电压表,因此可以用内阻已知的电流表充当电压表,即将A1作为电压表,由于A1的内阻已知,因此A2应采用外接法;(3)由电路图可知,Rx;由于A1的内阻已知,因此该实验不存在系统误差,因此测量值与真实值相等例7如图10是测定电流表内电阻的实
17、验电路图,电流表的内电阻约为100 ,满偏电流为500 A.除开关、导线外,还有下列器材可选用:图10A电阻箱(0999.9 )B电阻箱(010 k)C电阻箱(015 k)D电池组(电动势6 V,内阻很小)E电池组(电动势9 V,内阻很小)(1)电路图中电阻箱R1应选用_,电池组E应选用_(均填写器材的字母代号)(2)某学生进行的实验步骤如下:先将R1的阻值调到最大,合上S1,调节R1的阻值,使电流表的指针偏转到满刻度;合上S2,保持R1的阻值不变,调节R2的阻值,使电流表的指针偏转到满刻度的一半;记下R2的阻值为98.2 .则电流表内电阻的测量值为_ .(3)现在要把它改装成量程为2 V的电
18、压表,则应串联的分压电阻R0_ .(4)以下四种说法正确的是_A上述电流表内电阻的测得值比其真实值小,这一因素使得用上述改装成的电压表测定电压时,其读数比电压表两端的实际电压小B上述电流表内电阻的测得值比其真实值大,这一因素使得用上述改装成的电压表测定电压时,其读数比电压表两端的实际电压小C上述电流表内电阻的测得值比其真实值小,这一因素使得用上述改装成的电压表测定电压时,其读数比电压表两端的实际电压大D上述电流表内电阻的测得值比其真实值大,这一因素使得用上述改装成的电压表测定电压时,其读数比电压表两端的实际电压大(5)下列对此电压表加以改进的措施,其中正确的是_A在R0上串联一比R0小得多的电
19、阻B在R0上串联一比R0大得多的电阻C在R0上并联一比R0小得多的电阻D在R0上并联一比R0大得多的电阻答案(1)CD(2)98.2(3)3 901.8(4)A(5)D解析(1)若电源电动势选择9 VRmin18 k15 k电源选择电动势为6 V的电池组;Rmin12 k,电阻箱选择15 k.(2)在原理上不考虑S2闭合后干路中电流的变化IgRg测R2Rg测R298.2 (3)应串联的分压电阻R0R23 901.8 .(4)考虑S2闭合后干路中电流的变化,则IIgIgRgR2解得RgR2由于电流表内电阻的测量值比其真实值小,改装成的电压表测定电压时,流过电流表的电流小,其读数比电压表两端的实际
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