第3課時(shí)　電學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)一、游標(biāo)卡尺和螺旋測微器(一)游標(biāo)卡尺1．原理：利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成。不管游標(biāo)尺上有多少個(gè)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 1 mm。2．精度：對應(yīng)關(guān)系為10分度0.1 mm,20分度0.05 mm,50分度0.02 mm。3．讀數(shù)：若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù)，K表示從游標(biāo)尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標(biāo)刻線的格數(shù)，則記錄結(jié)果表達(dá)為(x＋K×精度)mm。(二)螺旋測微器1．原理：測微螺桿與固定刻度之間的精密螺紋的螺距為0.5 mm，即旋鈕每旋轉(zhuǎn)一周，測微螺桿前進(jìn)或后退0.5 mm，而可動刻度上的刻度為50等份，每轉(zhuǎn)動一小格，測微螺桿前進(jìn)或后退0.01 mm，即螺旋測微器的精確度為0.01 mm。讀數(shù)時(shí)估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺。2．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)。[例1]　(1)如圖甲、乙所示的兩把游標(biāo)卡尺，它們的游標(biāo)尺分別為9 mm長10等分、19 mm長20等分，則讀數(shù)依次為________mm、________mm。(2)在測定一根粗細(xì)均勻合金絲電阻率的實(shí)驗(yàn)中，利用螺旋測微器測定合金絲直徑的過程如圖丙、丁所示，校零時(shí)的讀數(shù)為________mm，測得合金絲的直徑為________mm。[解析]　(1)題圖甲讀數(shù)：主尺讀數(shù)為17 mm，游標(biāo)尺讀數(shù)是5×0.1 mm＝0.5 mm，最后結(jié)果是17 mm＋0.5 mm＝17.5 mm。題圖乙讀數(shù)：主尺讀數(shù)為23 mm，游標(biāo)尺讀數(shù)是7×0.05 mm＝0.35 mm，最后結(jié)果是23 mm＋0.35 mm＝23.35 mm。(2)由于螺旋測微器校零時(shí)有誤差，估讀為0.003 mm，測量后的讀數(shù)為0.645 mm，去掉校零誤差，可得合金絲的直徑為0.642 mm。[答案]　(1)17.5　23.35　(2)0.003　0.642(0.640～0.644 均可)(1)游標(biāo)卡尺不需要估讀，讀數(shù)結(jié)果對應(yīng)10分度為××.×mm一位小數(shù)，20分度和50分度為××.××mm兩位小數(shù)，換算單位時(shí)只需要移動小數(shù)點(diǎn)，最后一位數(shù)字即使是0也不能省略。(2)螺旋測微器需要估讀，讀數(shù)結(jié)果為×.×××mm三位小數(shù)，需要特別注意半毫米刻度線是否露出。 二、電流表的內(nèi)接法與外接法(對應(yīng)學(xué)生用書P161)(一)兩種接法的比較 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＝＝Rx＋RA>Rx，測量值大于真實(shí)值R測＝＝<Rx，測量值小于真實(shí)值 (二)兩種接法的選擇1．阻值比較法：先將待測電阻的估計(jì)值與電壓表、電流表內(nèi)阻進(jìn)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(jì)算法(1)Rx< 時(shí)，用電流表外接法。(2)Rx> 時(shí)，用電流表內(nèi)接法。3．實(shí)驗(yàn)試探法：按如圖所示接好電路，讓電壓表一根接線柱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，則應(yīng)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，則應(yīng)采用電流表內(nèi)接法。[例2]　在用伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)中，待測電阻Rx約為 200 Ω，電壓表的內(nèi)阻約為2 kΩ，電流表的內(nèi)阻約為10 Ω，測量電路中電流表的連接方式如圖甲或圖乙所示，結(jié)果由公式Rx＝ 計(jì)算得出，式中U與I分別為電壓表和電流表的示數(shù)。若將圖甲和圖乙中電路測得的電阻值分別記為Rx1和Rx2，則________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待測電阻的真實(shí)值，且測量值Rx1________(填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值，測量值Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值。[解析]　根據(jù)題意知 >，電壓表的分流作用較顯著，故采用電流表內(nèi)接法得到的Rx1更接近待測電阻的真實(shí)值。題圖甲的測量值是Rx與RA串聯(lián)的電阻阻值，故Rx1>Rx真；題圖乙的測量值是Rx與RV并聯(lián)的電阻阻值，故 Rx2<Rx真。[答案]　Rx1　大于　小于本題無法判斷待測電阻“較大”還是“較小”，故將和進(jìn)行對比，實(shí)際上采用的是臨界值計(jì)算法。 三、滑動變阻器的分壓接法和限流接法1．兩種接法的比較 限流接法分壓接法兩種接法電路圖負(fù)載R上電壓調(diào)節(jié)范圍≤U≤E0≤U≤E負(fù)載R上電流調(diào)節(jié)范圍≤I≤0≤I≤閉合S前觸頭位置b端a端 2.兩種接法的選擇①要求待測電阻兩端的電壓從零開始變化，或精確性要求較高時(shí)采用分壓接法②滑動變阻器的最大阻值遠(yuǎn)小于待測電阻或串聯(lián)的其他電阻的阻值時(shí)③題設(shè)條件中所提供的電表量程或電阻的最大允許電流不夠時(shí)①待測電阻接近或略小于滑動變阻器的最大阻值時(shí)采用限流接法②電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓接法的要求時(shí)③沒有很高的精確性要求，考慮安裝簡捷和節(jié)能因素時(shí) [例3]　某學(xué)習(xí)小組探究電學(xué)元件的伏安特性曲線。(1)甲同學(xué)要描繪一個(gè)標(biāo)有“3.6 V,1.2 W”的小燈泡的伏安特性曲線，除了導(dǎo)線和開關(guān)外，還有下列器材可供選擇：電壓表V(量程5 V，內(nèi)阻約為5 kΩ)直流電源E(電動勢4.5 V，內(nèi)阻不計(jì))電流表A1(量程350 mA，內(nèi)阻約為1 Ω)電流表A2(量程150 mA，內(nèi)阻約為2 Ω)滑動變阻器R1(阻值0～200 Ω)滑動變阻器R2(阻值0～10 Ω)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選________，滑動變阻器應(yīng)選________；(填寫器材代號)以下的四個(gè)電路中應(yīng)選用________進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(2)乙同學(xué)利用甲同學(xué)的電路分別描繪了三個(gè)電學(xué)元件的伏安特性曲線，如圖(a)所示。然后他用圖(b)所示的電路給三個(gè)元件分別供電，并測出給元件1和元件2供電時(shí)的電流和電壓值，分別標(biāo)在圖上，它們是A點(diǎn)和B點(diǎn)。已知R0＝9.0 Ω，則該電源的電動勢E′＝________ V，內(nèi)電阻r′＝________ Ω。這個(gè)電源給元件3供電時(shí)，元件3的電功率P＝________ W。[解析]　(1)燈泡的規(guī)格為“3.6 V,1.2 W”，則燈泡的額定電流I＝ A＝333 mA，燈泡的電阻Rx＝10.8 Ω，觀察所給器材的規(guī)格，電流表應(yīng)該用量程為350 mA的A1，測量燈泡的伏安特性曲線，電流需要從0調(diào)起，所以滑動變阻器用分壓式接法，所以用R2；據(jù)Rx2＝10.82＜RARV＝5 000，所以電流表應(yīng)用外接法，所以實(shí)驗(yàn)電路要選擇A圖。(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律，測量元件1時(shí)有：E＝IARA＋IAr＋IAR0，據(jù)圖可知IA＝0.08 A，UA＝2.2 V，則RA＝27.5 Ω，測量元件2時(shí)有：E＝IBRB＋IBr＋IBR0，據(jù)圖可知IB＝0.15 A，UB＝1.5 V，則RB＝10 Ω，代入數(shù)據(jù)后可求電源電動勢E＝3.0 V，電源內(nèi)阻r＝1.0 Ω。在圖中，過電壓軸的3 V、A、B幾點(diǎn)畫一直線交于電流軸，該直線就是外電壓隨電流的變化圖，圖線與1、2、3元件的圖像交點(diǎn)正是這幾個(gè)元件接在該電源上的實(shí)際工作狀態(tài)，所以可以看出元件3的電壓U3＝1 V，電流I3＝0.2 A，所以元件3的功率為P＝UI＝0.2 W。[答案]　(1)A1　R2　A　(2)3.0　1.0　0.2研究小燈泡的伏安特性或者其他實(shí)驗(yàn)中，若要求元件的電壓、電流從零開始變化，或者要求“多測幾組數(shù)據(jù)”“測量結(jié)果盡量準(zhǔn)確”等，一定要采用分壓接法，此時(shí)應(yīng)選擇阻值范圍較小的滑動變阻器便于調(diào)節(jié)。 四、電表的改裝  改裝成電壓表改裝成電流表內(nèi)部電路改裝原理串聯(lián)大電阻分壓并聯(lián)小電阻分流改裝后的量程U＝Ig(Rg＋R)I＝Ig量程擴(kuò)大的倍數(shù)n＝1＋n＝1＋接入電阻的阻值R＝(n－1)RgR＝改裝后的總內(nèi)阻RV＝nRgRA＝校準(zhǔn)電路考查角度1　電流計(jì)改裝成電壓表　　[例4]　(2021年1月新高考8省聯(lián)考·重慶卷)某同學(xué)擬將量程為Ig＝1 mA，內(nèi)阻約為幾十歐姆的電流表G改裝成量程為1 V的電壓表。(1)他首先設(shè)計(jì)了如圖所示電路來測量電流表G的內(nèi)阻Rg，圖中E為電源電動勢。現(xiàn)有最大阻值分別為100 Ω和2 600 Ω的滑動變阻器，則R2應(yīng)選用最大阻值為________Ω的滑動變阻器。開關(guān)S1接通，S2未接通時(shí)，調(diào)節(jié)R2使電流表G示數(shù)為1.00 mA；接通S2后，保持滑動變阻器R2的滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱R1，當(dāng)其阻值為50 Ω時(shí)，電流表G的示數(shù)為0.50 mA，則電流表G的內(nèi)阻Rg為________Ω。(2)為了將電流表G改裝成量程為1 V的電壓表，需要______(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)一個(gè)大小為______Ω的電阻。[解析]　(1)本題中采用“半偏法測電流表的內(nèi)阻”，要求滑動變阻器的阻值遠(yuǎn)大于電流表的內(nèi)阻，電流表內(nèi)阻為幾十歐，則R2應(yīng)選用最大阻值為2 600 Ω的滑動變阻器。閉合S2后，電流表示數(shù)減小一半，通過電阻箱的電流等于通過電流表的電流，故電阻箱的阻值等于電流表內(nèi)阻，即50 Ω。(2)改裝后電壓表的內(nèi)阻較大，故應(yīng)該串聯(lián)一個(gè)電阻。改裝后電壓表的滿偏電流為0.001 A，滿偏電壓為1 V，則改裝后電壓表內(nèi)阻為RV＝ Ω＝1 000 Ω，則需要串聯(lián)的電阻為R＝RV－Rg＝1 000 Ω－50 Ω＝950 Ω。[答案]　(1)2 600　50　(2)串聯(lián)　950考查角度2　電流計(jì)改裝成電流表[例5]　(2018·全國卷Ⅱ)某同學(xué)組裝一個(gè)多用電表。可選用的器材有：微安表頭(量程100 μA，內(nèi)阻900 Ω)；電阻箱R1(阻值范圍0～999.9 Ω)；電阻箱R2(阻值范圍0～99 999.9 Ω)；導(dǎo)線若干。要求利用所給器材先組裝一個(gè)量程為1 mA的直流電流表，在此基礎(chǔ)上再將它改裝成量程為3 V的直流電壓表。組裝好的多用電表有電流1 mA和電壓3 V兩擋。回答下列問題：(1)在虛線框內(nèi)畫出電路圖并標(biāo)出R1和R2，其中*為公共接線柱，a和b分別是電流擋和電壓擋的接線柱。(2)電阻箱的阻值應(yīng)取R1＝________Ω，R2＝________Ω。(保留到個(gè)位)[解析]　(1)微安表頭改裝成毫安電流表需要并聯(lián)一個(gè)小電阻，再把電流表改裝成電壓表，需要串聯(lián)一個(gè)大電阻，電路如圖所示。(2)接a時(shí)改裝成量程為1 mA的電流表，有IgRg＝(I－Ig)R1，解得R1＝100 Ω，接b時(shí)改裝成量程為3 V的電壓表，有U＝IgRg＋IR2，解得R2＝2 910 Ω。[答案]　(1)見解析圖　(2)100　2 910 

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