高三一輪復習學案編號：66日期：2017.12.9電學實驗的基礎理論cmcmcm1．毫米刻度尺的讀數：2．游標卡尺：(1)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。(2)精度：對應關系為10分度0.1mm,20分度0.05mm,50分度0.02mm。(3)讀數：若用x表示由主尺上讀出的整毫米數，K表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標的格數，則記錄結果表達為(x＋K×精度)mm。(4)游標卡尺不需要估讀，讀數結果10分度為××.×mm一位小數，20分度和50分度為××.××mm兩位小數，換算單位時只需要移動小數點，最后一位數字即使是0也不能抹掉。（5）游標卡尺的讀數方法：“三看”eq\o\ac(○,1)第一看→精確度：例如(如圖1所示)，易錯讀成11mm＋4×0.1mm＝11.40mm。正確的應為11.4mm，游標卡尺不需估讀，后面不能隨意加零，也不能隨意去零。例如(如圖2所示)：易錯讀成10mm＋12×0.05mm＝10.6mm，正確的應為10.60mm。eq\o\ac(○,2)第二看→游標尺上的0刻度線位置，區分零刻度與標尺最前端。例如(如圖3所示)：易錯讀成11mm＋10×0.05mm＝11.50mm，正確讀數為14mm＋10×0.05mm＝14.50mmeq\o\ac(○,3)第三看→游標尺的哪條(第N條)刻度線與主尺上的刻度線對齊.【練習2】讀出三種情況下游標卡尺的讀數。mmmmmm3．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0.5mm，即旋鈕每旋轉一周，測微螺桿前進或后退0.5mm，而可動刻度上的刻度為50等份，每轉動一小格，測微螺桿前進或后退0.01mm，即螺旋測微器的精確度為0.01mm。讀數時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：測量值(mm)＝固定刻度數(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)＋可動刻度數(估讀一位)×0.01(mm)。(3)螺旋測微器需要估讀，讀數結果為×.×××mm三位小數，需要特別注意半毫米刻度線是否露出。【練習3】讀出幾種種情況下螺旋測微器的讀數。4．電流表、電壓表的讀數：兩種電表的讀數方法電流表電壓表參數量程：0～0.6A，0～3A內阻：小于1Ω量程：0～3V，0～15V內阻：3kΩ，15kΩ讀數方法視線垂直于刻度盤表面，一般都需估讀，3A量程估讀到最小分度的eq\f(1,10)，0.6A量程的估讀到最小分度的eq\f(1,2)視線垂直于刻度盤表面，一般都需估讀，3V量程估讀到最小分度的eq\f(1,10)，15V量程的估讀到最小分度的eq\f(1,5)【練習4】讀出下列個電表的讀數。0.6A量0.6A量A3A量程A3V量程V15V量程V0.6A量程A3A量程A3V量程A15V量程A二、電流表的連接：內接法外接法電路結構誤差原因電流表分壓U測＝Ux＋UA電壓表分流I測＝Ix＋IV測量數值R測＝eq\f(U測,I真)>RxR測＝eq\f(U真,I測)<Rx誤差分析測量值大于真實值測量值小于真實值適用條件Rx?RARV?Rx適用測量大電阻小電阻電路選擇計算法eq\f(Rx,RA)>eq\f(RV,Rx)或Req\o\al(2,x)>RARVeq\f(Rx,RA)<eq\f(RV,Rx)或Req\o\al(2,x)<RARV試觸法若不知Rx的大概阻值，可采用“試觸法”，將電路如圖所示連接，空出電壓表的一個接頭S，然后將S分別與a、b接觸一下若電流表“相對變化”明顯，說明電壓表分流作用較大，應采用電流表內接法若電壓表“相對變化”明顯，說明電流表分壓作用較大，應采用電流表外接法【問題情景1】一個未知電阻，無法估計其電阻值，某同學用伏安法測量此電阻，用如圖所示甲、乙兩種電路各測一次，用圖甲測得的數據是3.0V，3.0mA。用圖乙測得的數據是2.9V，4.0mA。由此可知，用圖________測得Rx的誤差較小，測量值Rx＝________。【小結】兩種接法的選擇方法：①阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內阻進行比較，若Rx較小，宜采用電流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內接法。簡單概括為“大內偏大、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，用電流表內接法。③實驗試探法。【訓練題組1】1．(2014·全國卷Ⅱ)在伏安法測電阻的實驗中，待測電阻Rx約為200Ω，電壓表eq\o\ac(○,V)的內阻約為2kΩ，電流表eq\o\ac(○,A)的內阻約為10Ω，測量電路中電流表的連接方式如圖甲或圖乙所示，結果由公式Rx＝eq\f(U,I)計算得出，式中U與I分別為電壓表和電流表的示數。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值，且測量值Rx1________(填“大于”“等于”或“小于”)真實值，測量值Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真實值。2．（2015廣東-34）某實驗小組研究兩個未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括電壓表（內阻約為3kΩ）、電流表（內阻約為1Ω）、定值電阻等。使用多用電表粗測元件X的電阻約為10Ω。據此應選擇圖中的（填“b”或“c”）電路進行實驗。限流接法分壓接法兩種接法電路圖負載R上電壓調節范圍eq\f(RE,R＋R0)≤U≤E0≤U≤E負載R上電流調節范圍eq\f(E,R＋R0)≤I≤eq\f(E,R)0≤I≤eq\f(E,R)閉合S前觸頭位置b端a端三、控制電路：【問題情景2】有一個電阻Rx，其阻值大約是10Ω，請選擇適當的器材，以便測量其阻值。可供選擇的電路如圖。可供選擇的器材是：A．電動勢4.5V、內阻不計的電源EB．量程為15V、內阻10kΩ的電壓表V1C．量程為3V、內阻6kΩ的電壓表V2D．量程為300mA、內阻4Ω的電流表A1E．量程為5A、內阻2Ω的電流表A2F．最大阻值20Ω、額定電流1.5A的滑動變阻器R1G．最大阻值500Ω、額定電流0.5A的滑動變阻器R2H．開關和若干根導線。則選用的電路是____________(填甲或乙)，選用的器材是__________(填器材的字母代號)。【小結】1．必須選用分壓式的“3種情況”①若采用限流式接法不能控制電流滿足實驗要求，既若滑動變阻器阻值調到最大時，待測電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程，或超過待測電阻的額定電流(或電壓)，則必須選用分壓式接法。②若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端時，待測電阻上的電流或電壓變化不明顯，此時，應改用分壓式接法。③若實驗中要求電壓從零開始調節，則必須采用分壓式接法。2．滑動變阻器是串聯限流使用還是并聯分壓使用首先要看實驗要求，有沒有明顯的語言暗示，若存在以下語言暗示，滑動變阻器要并聯分壓使用：①要求電壓或電流從零開始變化；②要求多測量幾組數據；③要求電壓或電流變化范圍足夠大；④雖沒有文字暗示，但在表格中給出了一系列的數據，應依據數據中電壓(或電流)的變化范圍特點來判斷，如果電壓變化范圍大，則滑動變阻器應并聯分壓使用。【訓練題組2】1．下圖為“測繪小燈泡伏安特性曲線”實驗的實物電路圖，已知小燈泡額定電壓為2.5V。(1)完成下列實驗步驟：①閉合開關前，調節滑動變阻器的滑片，____________；②閉合開關后，逐漸移動變阻器的滑片，__________________；③斷開開關，根據實驗數據在方格紙上繪出小燈泡燈絲的伏安特性曲線。(2)在虛線框中畫出與實物電路相應的電路圖。2．為了測量某待測電阻Rx的阻值(約為30Ω)，有以下一些器材可供選擇。電流表A1(量程0～50mA，內阻約10Ω)；電流表A2(量程0～3A，內阻約0.12Ω)；電壓表V1(量程0～3V，內阻很大)；電壓表V2(量程0～15V，內阻很大)；電源E(電動勢約為3V，內阻約為0.2Ω)；定值電阻R(20Ω，允許最大電流1.0A)；滑動變阻器R1(0～10Ω，允許最大電流2.0A)；滑動變阻器R2(0～1kΩ，允許最大電流0.5A)；單刀單擲開關S一個，導線若干。(1)電流表應選________，電壓表應選________，滑動變阻器應選________。(填字母代號)(2)請在下面的虛線框內畫出測量電阻Rx的實驗電路圖。(要求所測量范圍盡可能大)(3)某次測量中，電壓表示數為U時，電流表示數為I，則計算待測電阻阻值的表達式為Rx＝_____。四、儀器選擇的基本思路1．優先考慮安全因素：電表的實際讀數不能超過其量程，電阻類元件中的實際電流(或電壓)不能超過其允許的最大電流(或電壓)．實際處理過程中，需要估算回路中的最大電流(一般應假設變阻器采用限流接法時進行估算)．如用伏安法作出標有“6V，0.6W”字樣的小燈泡的U－I圖線，則實際加在燈泡兩端的電壓的最大值不能超過6V。2．考慮讀數誤差因素：一般要求各電表的實際讀數不小于其量程的eq\f(1,3)，以減小讀數誤差．3．儀器選擇的一般步驟：①選擇應注意從唯一性器材或被測量部分的唯一性器材入手；②粗畫電路圖(暫不接電流表和電壓表)；③估算回路中電流和電壓的最大值，在電表的指針有較大幅度的偏轉但不超過其量程的情況下，結合已知器材的規格，確定實驗電路和實驗器材．【問題情景3】（2015·天津理綜）用電流表和電壓表測定由三節干電池串聯組成的電池組（電動勢約4.5V，內電阻約1Ω）的電動勢和內電阻，除待測電池組、電鍵、導線外，還有下列器材供選用：A．電流表：量程0.6A，內電阻約1ΩB．電流表：量程3A，內電阻約0.2ΩC．電壓表：量程3V，內電阻約30kΩD．電壓表：量程6V，內電阻約60kΩE．滑動變阻器：0～1000Ω，額定電流0.5AF．滑動變阻器：0～20Ω，額定電流2A（1）為了使測量結果盡量準確，電流表應選用，電壓表應選用，滑動變阻器應選用（均填儀器的字母代號）。（2）補全電路圖。【訓練題組3】1．某電阻的阻值約為220Ω，為更精確地測量其電阻，除待測電阻外還有的器材及其代號規格如下：電流表A1(量程0～3mA，內阻約50Ω)電流表A2(量程0～15mA，內阻約30Ω)電壓表V1(量程0～3V，內阻約10kΩ)電壓表V2(量程0～15V，內阻約25kΩ)滑動變阻器R1(阻值范圍0～15Ω)滑動變阻器R2(阻值范圍0～2kΩ)直流電源E(電動勢4V，內阻不計)開關S，導線若干為使實驗誤差較小，請在虛線框中畫出正確電路圖，并標明所用器材的代號。五、設計性實驗高考可以考查其中的幾個方面1．實驗原理的選擇和確定：根據實驗的目的，明確要做什么；根據問題的依據：用何規律。一旦實驗原理確定下來，就可根據實驗目的及問題的依據，選擇實驗方法，擬定實驗方案。2．選擇實驗器材和實驗裝置遵循的幾個原則：（1）安全性原則，（2）可行性原則，（3）準確性原則，（4）方便性原則。3．設計實驗操作程序－－實驗步驟：正確的實驗程序設計必須注意確保實驗順利完成與成功，保證實驗器材的安全，注意實驗原理中的關鍵點。4．實驗數據的分析、處理方法：(1)圖象法：作圖法可以減小實驗中的偶然誤差。根據實驗數據在坐標紙上作圖的要求是：準確、清楚、布局合理、便于應用。圖象應盡可能穿過較多的點或盡可能多的描點分布在圖線的兩側。(2）逐差法：一般用于等間隔線性變化的測量中。即縱軸的物理量隨橫軸的物理量均勻變化的情形.紙帶的處理。【問題情景4】1．某同學為了描繪一個標有“12V,6W”的小燈泡的伏安特性曲線，他到實驗室尋找到了一些儀器，但沒找到電壓表，找到的器材規格如下：A．電流表A1(0～0.5A，內阻為0.5Ω)B．電流表A2(0～0.6A，C．電阻箱R1(0～9999.9Ω，最小調節量0.1Ω)D．電阻箱R2(0～99.9Ω)，最小調節量0.1Ω)E．滑動變阻器R3(0～50Ω，額定電流為1.5A)F．滑動變阻器R4(0～5Ω，額定電流為G．16V直流電源H．開關、導線若干，待測燈泡利用現有器材，結合所學知識，請你替這位同學設計本實驗．(1)畫出實驗原理圖；(2)以上器材中電阻箱應選用________，滑動變阻器應選用________(填代號)．(3)寫出小燈泡兩端電壓的表達式，并說明式中符號的意義：_______【訓練題組4】1．某同學通過實驗描繪一個標有“3V，0.6W”小燈泡的伏安特性曲線，現有電源(電動勢6V，內阻不計)、電流表A0(0～500μA，內阻1000Ω)、定值電阻R、開關和導線若干，其他可供選用的器材如下：A．電流表(0～250mA，內阻約為5Ω)B．電流表(0～0.6A，內阻約為0.2Ω)C．滑動變阻器(0～10Ω，額定電流1.0A)D．滑動變阻器(0～50Ω，額定電流0.2A)(1)為了測定小燈泡上的電壓，可以將電流表A0串聯定值電阻的阻值R＝________Ω，將其改裝成一個量程為3.0V的電壓表。(2)為減小測量誤差并便于操作，實驗中電流表應選用________，滑動變阻器應選用________。(選填器材前的字母)(3)如圖甲是實驗器材的實物圖，圖中已連接了部分導線，請補充完成圖甲中實物間的連線。(4)某同學在實驗中測出9組對應的數據，已在圖乙坐標中描出相應的點，請在圖中作出小燈泡的伏安特性曲線，如果將這個小燈泡接到電動勢為3.0V、內阻為5.0Ω的電源兩端，小燈泡消耗的功率是______W(結果保留兩位有效數字)。1．毫米刻度尺的讀數：30.5060.10【練習2】1.141.4500.420【練習3】0.3984.7000.6180.6800.260【練習4】0.6A量程0.6A量程0.46A3A量程2.30A3V量程2.4015V量程12.0V0.6A量程0.16A3A量程0.80A3V量程2.1615V量程10.8【問題情景1】答案：甲1000Ω解析：對比兩次測量中電壓和電流的變化量，電壓的變化量為原電壓的eq\f(1,30)，電流的變化量為原電流的eq\f(1,3)，說明電壓的變化量遠小于電流的變化量．因此，電流表分壓不明顯，即電流表內阻RA?Rx，所以采用圖甲測量時誤差較小，且Rx＝eq\f(U,I)＝eq\f(3.0,3.0×10－3)Ω＝1000Ω.【訓練題組1】1．[答案]Rx1大于小于[解析]根據題意知eq\f(Rx,RA)>eq\f(RV,Rx)，電壓表的分流作用較顯著，故采用電流表內接法得到的Rx1更接近待測電阻的真實值。題圖甲的測量值是Rx與RA串聯的電阻阻值，故Rx1>Rx真；題圖乙的測量值是Rx與RV并聯的電阻阻值，故Rx2<Rx真。2．b【問題情景2】答案甲A、C、D、F、H解析:Rx的阻值大約為10Ω，與電流表內阻接近，因此用電流表外接法，同時Rx的大約值小于滑動變阻器的總阻值，因而采用限流接法，故選用甲電路；電源電動勢E＝4.5V，E＝Im(Rx＋RA)，Im＝eq\f(4.5,14)A＝0.321A＝321mA或Im＝eq\f(4.5,12)A＝0.375A＝375mA，電流表選D。U＝ImRx＝0.321×10V＝3.21V，因而電壓表選C，變阻器R2最大值為500Ω，與Rx偏差太大，因此變阻器選F。【訓練題組2】1．[答案](1)①使它靠近滑動變阻器左端的接線柱②增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數，直至電壓達到其額定電壓(2)見解析圖[解析](1)滑動變阻器為分壓式接法，故閉合開關前，燈泡兩端的電壓為零，調節滑動變阻器的滑片，使它靠近滑動變阻器左端的接線柱。閉合開關后，逐漸移動滑動變阻器的滑片，增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數，直至電壓達到額定電壓。(2)與實物電路相應的電路圖如圖所示。2．答案(1)A1V1R1(2)見解析圖(3)eq\f(U,I)－R解析:(1)首先選取唯一性器材：電源E(電動勢約為3V，內阻約為0.2Ω)，定值電阻R(20Ω允許最大電流1.0A)，單刀單擲開關S，導線。電源電動勢約為3V，所以電壓表選擇V1(量程0～3V，內阻很大)；待測電阻Rx的阻值約為30Ω，流過Rx的最大電流為eq\f(3V,30Ω)＝0.