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1、2020-2021年高考物理重点专题讲解及突破15：电学实验 超重点1：电学实验基础考点一基本仪器的使用及读数1螺旋测微器(千分尺)的构造、原理及读数(1)构造：如图所示，B为固定刻度，E为可动刻度(2)原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.(3)读数测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出测量值(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(
2、mm)如图所示，固定刻度示数为2.0 mm，半毫米刻度线未露，而可动刻度上的示数为15.0，最后的读数为2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm.2游标卡尺的构造、原理及读数(1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺(如图所示)(2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径(3)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.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，其读数见下表：刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1 mm的
3、差值精确度(可准确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm(4)读数：若用x表示从主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(xK精确度) mm.3常用电表的读数对于电压表和电流表的读数问题，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，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可(1)03 V的电压表和03 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V和0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位(
4、2)对于015 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V.(3)对于00.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，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0.01 A.典例1(1)如图甲所示的三把游标卡尺，它们的游标尺从上至下分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为_ mm、_ mm、_ mm.(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图乙所示，则金属丝的直径是_ mm.(3)如图丙所示的电表使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_ A，图中表针示数为_
5、A；当使用3 A量程时，对应刻度盘中每一小格代表_ A，图中表针示数为_ A.如图丁所示的电表使用较小量程时，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.(4)旋钮式电阻箱如图所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为_ .今欲将接入电路的电阻改为2 087 ，最简单的操作方法是_.若用两个这样的电阻箱，可得到的电阻值范围为_【解析】(1)最上面图读数：整毫米是17，不足1毫米数是70.1 mm0.7 mm，最后结果是17 mm0.7 mm17.7 mm.中间图读数：整毫米是23，不足1毫米数是170.05 mm
6、0.85 mm，最后结果是23 mm0.85 mm23.85 mm.最下面图读数：整毫米是3，不足1毫米数是70.02 mm0.14 mm，最后结果是3 mm0.14 mm3.14 mm.(2)固定刻度示数为1.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为15.0，最后的读数为1.0 mm15.00.01 mm1.150 mm.(3)使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，表针示数为0.44 A；当使用3 A量程时，每一小格为0.1 A，表针示数为2.20 A.电压表使用3 V量程时，每小格表示0.1 V，表针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格表示0.5 V，表针
7、示数为8.5 V.(4)电阻为1 987 ，最简单的操作方法是将“1 k”旋钮调到2，再将“100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是9 999 ，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是29 999 19 998 .故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻值范围为019 998 .【答案】(1)17.723.853.14(2)1.150(1.1491.151均可)(3)0.020.440.12.20(2.192.21均可)0.11.70(1.691.71均可)0.58.5(4)1 987将“1 k”旋钮调到2，再将“100”旋钮调到0019 998 考点二测量电路的接法及选择1电流表、电压表测电阻
8、两种方法的比较电流表内接法电流表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，测量值小于真实值适用条件RARxRVRx口诀大内偏大(大电阻用内接法测量，测量值偏大)小外偏小(小电阻用外接法测量，测量值偏小)2.两种接法的选择(1)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”(2)临界值计算法Rx时，用电流表外接法；Rx时，用电流表内接法(3)实验试探法：按如图所示接好电路，让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一
9、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，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典例2在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 ，电压表V的内阻约为2 k，电流表A的内阻约为10 ，测量电路中电流表的连接方式如图a或图b所示，结果由公式Rx计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数若将图a和图b中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则_(选填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1_(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2_(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值【解析】
10、20，10，因此Rx属于大电阻，用电流表内接法时测量值更接近真实值，即Rx1更接近真实值；因Rx1RxRA，故Rx1Rx，Rx2，故Rx2，电流表应用外接法，所以应选择电路A.【答案】(1)0.512(0.5110.513均正确)(2)AA2V1R22要测量某种合金的电阻率(1)若合金丝长度为L，直径为D，阻值为R，则其电阻率_.用螺旋测微器测合金丝的直径如图甲所示，读数为_ mm.(2)图乙是测量合金丝阻值的原理图，S2是单刀双掷开关根据原理图在图丙中将实物连线补充完整(3)闭合S1，当S2处于位置a时，电压表和电流表的示数分别为U11.35 V，I10.30 A；当S2处于位置b时，电压表
11、和电流表的示数分别为U20.92 V，I20.32 A根据以上测量数据判断，当S2处于位置_(选填“a”或“b”)时，测量相对准确，测量值Rx_ .(结果保留两位有效数字)【解析】(1)金属丝电阻R，则电阻率；由图示螺旋测微器可知，其示数为0.5 mm15.00.01 mm0.650 mm.(3)根据0.32，而0.07，可知，电流表分压较大，因此必须采用电流表外接法，即S2处于位置b时，测量相对准确，根据欧姆定律，则有Rx 2.9 .【答案】(1)0.650(2)如图所示(3)b2.9考点二数据处理及误差分析3(2020山东潍坊统考)一探究小组要测量2B铅笔芯的电阻率，所用的实验器材有：电源
12、E(9 V)，铅笔芯(最大阻值约6 )，滑动变阻器(最大阻值20 )，电流表A(量程为0.3 A，内阻约为0.5 )，电压表V(量程为3 V，内阻约为1 000 )，开关S.(1)将虚线框内测量铅笔芯电阻的实验电路图补充完整(2)实验中，改变连入电路的铅笔芯长度L，测出对应的电阻值R，测得的5组实验数据已描点在如图甲所示的R-L坐标系中，请画出RL图线(3)用螺旋测微器测量铅笔芯的直径，如图乙所示，其读数为_ mm.(4)根据画出的RL图线及测得的铅笔芯的直径，可求得铅笔芯的电阻率为_ m(保留三位有效数字)【解析】(1)由于待测电阻Rx，所以电流表应采用外接法，若滑动变阻器采用限流式接法，I
13、min0.3 A，故滑动变阻器采用分压式接法(3)螺旋测微器的读数为1 mm20.00.01 mm1.200 mm.(4)由电阻定律得R，RL图线的斜率k，解得3.77105 m.【答案】(1)如图a所示(2)如图b所示(3)1.200(4)3.771054在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如下图所示，其读数应为_ mm(该值接近多次测量的平均值)(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为：电池组(电动势3 V，内阻约1 )、电流表(内阻约0.1 )、电压表(内阻约3 k)、
14、滑动变阻器R(020 ，额定电流2 A)、开关、导线若干某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用下图中的_(选填“甲”或“乙”)图(3)下图丙是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端请根据(2)所选的电路图，补充完成下图丙中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系如上图
15、丁所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U-I图线由图线得到金属丝的阻值Rx_ .(保留两位有效数字)(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为_(填选项前的符号)A1102 mB1103 mC1106 m D1108 m(6)任何实验测量都存在误差本实验所用测量仪器均已校准下列关于误差的说法中正确的选项是_A用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差B由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差D用U-I图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差【解
16、析】(1)主尺半刻度线未露出，读数为0 mm，螺旋尺的读数为39.80.01 mm0.398 mm，所以此螺旋测微器读数为(00.398)mm0.398 mm.(2)由图表数据可知，待测电阻阻值约为5 ，若电路采用限流接法，回路最小电流I，代入数值约为0.11 A，不可能达到0.020 A，所以应该是分压接法(3)实物连图时要注意：开关闭合前，滑动变阻器应处于零阻值处，以使待测电阻的电压最小；应保证开关能控制整个电路的通断；电流从电压表和电流表正极流入(4)在坐标系中描出2、4、6次测量数据对应的点，然后连线由于第6个数据描点偏差太大，舍弃不用；图线的斜率即为Rx的阻值，由图象可知，Rx4.5
17、 .(5)由电阻定律知R，则RR1106 m，C正确(6)由于读数而引起的误差是偶然误差，由于电压表与电流表的内阻而引起的误差是系统误差，A、B错误若将电流表和电压表的内阻计算在内，则消除了电表内阻对实验的影响，即消除了由测量仪表引起的系统误差，C正确用UI图象处理数据，体现了多次测量求平均值的思想，而且剔除了个别偶然误差比较大的点，如图线中的第6个点，D正确【答案】(1)0.398(0.3970.399均正确)(2)甲(3)图见解析(4)图见解析4.5(4.34.7均正确)(5)C(6)CD超重点3：描绘小电珠的伏安特性曲线考纲解读1掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式2.掌握伏安特性曲线的描
18、绘方法3.理解小电珠的伏安特性曲线为什么不是一条直线基本实验要求1实验原理(1)测多组小电珠的U、I的值，并绘出IU图象；(2)由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系2实验器材小电珠“3.8 V,0.3 A”、电压表“03 V15 V”、电流表“00.6 A3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔3实验步骤(1)画出电路图(如实验原理图甲)(2)将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图乙所示的电路(3)测量与记录移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中(4)数据处理在坐标纸上以U为横
19、轴，I为纵轴，建立直角坐标系在坐标纸上描出各组数据所对应的点将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线规律方法总结1滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较两种接法的电路图负载R上电压的调节范围UE0UE负载R上电流的调节范围I0I2.注意事项(1)电路的连接方式电流表应采用外接法：因为小电珠(3.8 V0.3 A)的电阻很小，与量程为0.6 A的电流表串联时，电流表的分压影响很大滑动变阻器应采用分压式接法：目的是使小电珠两端的电压能从0连续变化(2)闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为0的一端，使开关闭合时小电珠的电压能从0开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合
20、时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝(3)IU图线在U01.0 V左右将发生明显弯曲，故在U1.0 V左右绘点要密，以防出现较大误差3误差分析(1)由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值(2)测量时读数带来误差(3)在坐标纸上描点、作图带来误差考点一实验原理与操作1如图为“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5 V.(1)完成下列实验步骤：闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，_；闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，_；断开开关根据实验数据在方格纸上作出小灯泡的伏安特性曲线(2)在虚线框中画出与实物电路对应
21、的电路图【解析】(1)滑动变阻器的滑片在最左端时，小灯泡两端电压最小，为了保护小灯泡不被烧坏，因此在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应处在最左端；在调节滑动变阻器时，应注视电压表的示数，不能超过小灯泡的额定电压【答案】(1)使它靠近变阻器左端的接线柱增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压(2)如图所示2有一个小电珠上标有“4 V,2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个小电珠的IU图线，现有下列器材供选用：A电压表(05 V，内阻10 k)B电压表(015 V，内阻20 k)C电流表(03 A，内阻0.4 )D电流表(00.6 A，内阻1.0 )E滑动变阻器(10
22、，2 A)F滑动变阻器(500 ，1 A)G学生电源(直流6 V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：_.(2)实验中所用电压表应选用_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_(用序号字母表示)(3)把如图所示的实验器材按正确的电路图用笔画线代替导线连接成实物电路图【解析】(1)由于测量数据要从零开始，故采用题图甲所示的分压式电路，且能方便地多测几组数据(2)因小电珠额定电压为4 V，则电压表选量程为05 V的电压表小灯泡的额定电流为IA0.5 A，则电流表选D.滑动变阻器应选最大阻值较小的E，这样在实验中移动滑片时能使电路中的电流和电压有明显的变化，
23、从而减小读数误差(3)实物电路如图所示【答案】(1)描绘小电珠的IU图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据(2)ADE(3)图见解析考点二数据处理及误差分析3(2017高考全国卷)某同学研究小灯泡的伏安特性所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表V(量程3 V，内阻3 k)；电流表A(量程0.5 A，内阻0.5 )；固定电阻R0(阻值1 000 )；滑动变阻器R(阻值09.0 )；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干(1)实验要求能够实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a
24、)所示由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻_(选填“增大”“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率_(选填“增大”“不变”或“减小”)(3)用另一电源E0(电动势4 V，内阻1.00 )和题给器材连接成图(b)所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为_ W，最大功率为_ W(结果均保留两位小数)【解析】(1)要实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，则滑动变阻器需要设计成分压接法；电压表V应与固定电阻R0串联，将量程改为4 V由于小灯泡正常发光时电阻约为12 ，所以需将电流表外接(2)由小灯泡伏安特性曲线可知，随着电
25、流的增加小灯泡的电阻增大根据电阻定律可知，灯丝的电阻率增大(3)当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0 时，流过小灯泡的电流最小，小灯泡的实际功率最小，把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分，在题图(a)中画出等效电源E0(电动势4 V，内阻1.00 9.0 10 )的伏安特性曲线，函数表达式为U410I(V)，图线如图中所示，故小灯泡的最小功率为PminU1I11.750.225 W0.39 W当滑动变阻器接入电路中的阻值最小为零时，流过小灯泡的电流最大，小灯泡的实际功率最大，在题图(a)中画出电源E0(电动势4 V，内阻1.00 )的伏安特性曲线，函数表达式为U4I(V)，图线如图中所示，
26、故小灯泡的最大功率为PmaxU2I23.680.318 W1.17 W.【答案】(1)实验电路原理图如图所示(2)增大增大(3)0.391.174物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡，其标称功率值为0.75 W，额定电压值已模糊不清他们想测定其额定电压值，于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2 ，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U V1.22 V他们怀疑所得电压值不准确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制灯泡的U-I图线，进而分析灯泡的额定电压A电压表V(量程3 V，内阻约3 k)B电流表A1(量程150 mA，内阻
27、约2 )C电流表A2(量程500 mA，内阻约0.6 )D滑动变阻器R1(020 )E滑动变阻器R2(0100 )F电源E(电动势4.0 V，内阻不计)G开关S和导线若干H待测灯泡L(额定功率0.75 W，额定电压未知)(1)在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图，指出上述器材中，电流表选择_(选填“A1”或“A2”)；滑动变阻器选择_(选填“R1”或“R2”)(2)在实验过程中，该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，当电压达到1.23 V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70 V时，发现灯泡已过亮，便立即断开开关，并将所测数据记录在下表中.次数1234567U/V0.200.601.
28、001.401.802.202.70I/mA80155195227255279310请你根据表中实验数据在下图中作出灯泡的U-I图线(3)由图象得出该灯泡的额定电压应为_V；这一结果大于1.22 V，其原因是_【解析】(1)根据PI2R，估算出灯泡的电流大约是600 mA，因此电流表应选A2；本实验要描绘出灯泡的U-I图线，需要测量多组数据，因此滑动变阻器应接成分压式，所以应选阻值较小的R1；小灯泡电阻较小，电流表应外接(2)如图所示(3)由PUI0.75 W，再结合图象可知U额2.5 V；大于1.22 V的原因是灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻【答案】(1)电路原理图如图所示A2R1(2)
29、图见解析(3)2.5(2.42.6均可)灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻(或灯泡电阻随温度升高而变大)超重点4：测定电源的电动势和内阻1.掌握用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻的方法2.掌握用图象法处理实验数据的方法3.掌握实物图连接的技巧.基本实验要求1.实验原理(1)实验依据：闭合电路欧姆定律(2)E和r的求解：由UEIr得，解得E、r.(3)用作图法处理数据，如图所示图线与纵轴交点为E；图线与横轴交点为I短；图线的斜率表示r|.2.实验器材电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺3.基本操作(1)电流表用0.6 A的量程，电压表用3 V的量程，按实验
30、原理图连接好电路(2)把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端(3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)用同样的方法再测量几组I、U值，填入表格中(4)断开开关，拆除电路，整理好器材.规律方法总结1.实验数据求E、r的处理方法(1)列多个方程组求解，再求E、r的平均值(2)图象法处理：以路端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建坐标系、描点、连线，纵轴截距为电动势E，直线斜率k的绝对值为内阻r.2.注意事项(1)为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池(2)电流不要过大，应小于0.5 A，读数要快(3)要测出不少于6组的(I，U)数据，变化范围要大些(4)若UI图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r|确定3.误差来源(1)偶然误差：用图象法求E和r时作图不准确(2)系统误差：电压表分流考点一实验原理与操作1.实验原理及操作(2020浙江杭州五校联盟诊测)在“测电池的电动势和内阻”的实验中，测量对象为一节新的干电池(1)用图甲所示电路测量时，在较大范围内调节滑动变