2020高考物理一轮复习新课改省份专用讲义第九章第52课时长度的测量及电学实验基本能力集释实验增分课含答案

第 52 课时 长度的测量及电学实验基本能力集释(实验增分课)(一)游标卡尺和螺旋测微器(一)游标卡尺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 mm2．精度：对应关系为 10 分度 0.1 mm,20 分度 0.05 mm,50 分度 0.02 mm3．读数：若用 x 表示由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刻线的格数，则记录结果表达为(x＋K×精度)mm二)螺旋测微器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 0.5mm，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 0.01mm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)[例 1] (1)如图甲、乙所示的两把游标卡尺，它们的游标尺分别为9 mm 长 10 等分、19 mm 长 20 等分，则读数依次为________mm、________mm。

2)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图丙、丁所示，校零时的读数为________mm，测得合金丝的直径为________mm[解析] (1)题图甲读数：主尺读数为 17 mm，游标尺读数是 5×0.1 mm＝0.5 mm，最后结果是 17 mm＋0.5 mm＝17.5 mm题图乙读数：主尺读数为 23 mm，游标尺读数是 7×0.05 mm＝0.35 mm，最后结果是 23 mm＋0.35 mm＝23.35 mm2)由于螺旋测微器校零时有误差，估读为 0.003 mm ，测量后的读数为 0.645 mm，去掉校零误差，可得合金丝的直径为 0.642 mm[答案] (1)17.5 23.35 (2)0.003 0.642(0.640～0.644 均可)[规律方法](1)游标卡尺不需要估读，读数结果对应 10 分度为××.×mm 一位小数，20 分度和 50 分度为××.××mm 两位小数，换算单位时只需要移动小数点，最后一位数字即使是 0 也不能省略2)螺旋测微器需要估读，读数结果为×.×××mm 三位小数，需要特别注意半毫米刻度线是否露出二)电流表的内接法与外接法(一)两种接法的比较电路图误差原因内接法电流表分压 U 测＝Ux＋UA外接法电压表分流 I 测＝Ix＋IVU测RxRVI测                     R 测＝ 测＝I测  Rx＋RV电阻测量值R 测＝＝Rx＋RA>Rx，测量值大于真 

简单概括为“大内偏大，小外偏小”2．临界值计算法①Rx< RVRA 时，用电流表外接法②Rx> RVRA 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，则应采用电流表外接法；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，则应采用电流表内接法10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示，结果由公式 Rx＝  I  计算得出，式中 U 与 I 分别为电压表和[例 2] 在伏安法测电阻的实验中，待测电阻 Rx 约为 200 Ω ，电压表 的内阻约为 2 kΩ ，电流表 的内阻约为U电流表的示数若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为 Rx1 和 Rx2，则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值 Rx1________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值 Rx2________(填“大于”“等[解析] 根据题意知   Rx  RV>   ，电压表的分流作用较显著，故采用电流表内接法得到的  Rx1 更接近待测电阻的真于”或“小于”)真实值。

RA Rx实值题图甲的测量值是 Rx 与 RA 串联的电阻阻值，故 Rx1>Rx 真；题图乙的测量值是 Rx 与 RV 并联的电阻阻值，故 Rx2

1)实验要求能够实现在 0～3.8 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)所示由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻 ______(填“增大”“不变”或“减小” )，灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”)3)用另一电源 E0(电动势 4 V，内阻 1.00 Ω)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 2 位小数)[解析] (1)要实现在 0～3.8 V 的范围内对小灯泡的电压进行测量，则成分压接法；电压表 应与固定电阻 R0 串联，将量程改为 4 V由于小灯为 12 Ω，所以需将电流表外接电路图如图所示2)I-U 图像中随着电流的增大，图线的斜率变小，小灯泡的电阻增大滑动变阻器需要设计泡正常发光时电阻约LS根据电阻定律 R＝ρ ，得灯丝的电阻率增大3)当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为 9.0 Ω 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 Ω＋9.0 Ω＝10 Ω)的伏安特性曲线，函数表达式为 U＝4－10I(V)，图线如图中Ⅰ所示，故小灯泡的最小功率为 Pmin＝U1I1＝1.75×0.225 W≈0.39W。

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 Ω)的伏安特性曲线，函数表达式为 U＝4－I(V)，图线如图中Ⅱ所示，故小灯泡的最大功率为 Pmax＝U2I2＝3.68×0.318 W≈1.17 W[答案] (1)见解析图 (2)增大 增大 (3)0.39 1.17[规律方法]研究小灯泡的伏安特性或者其他实验中，若要求元件的电压、电流从零开始变化，或者要求 “多测几组数据”“测量结果尽量准确”等，一定要采用分压接法，此时应选择阻值范围较小的滑动变阻器便于调节四)电表的改装改装成电压表 改装成电流表内部电路改装原理串联大电阻分压并联小电阻分流R Ig改装后的量程U＝Ig(Rg＋R)I＝R＋RgRgRgn－1量程扩大的倍数接入电阻的阻值改装后的总内阻校准电路Rn＝1＋R＝(n－1)RgRV＝nRgRn＝1＋ RgR＝RRA＝ ng[例 4] (2018· 全国卷Ⅱ)某同学组装一个多用电表可选用的程 100 μA，内阻 900 Ω)；电阻箱 R1(阻值范围 0～999.9 Ω)；电阻箱 R2(阻Ω)；导线若干。

器材有：微安表头 (量值 范 围 0 ～ 99 999.9要求利用所给器材先组装一个量程为 1 mA 的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为 3 V 的直流电压表组装好的多用电表有电流 1 mA 和电压 3 V 两挡回答下列问题：(1)在虚线框内画出电路图并标出 R1 和 R2，其中*为公共接线柱，a 和 b 分别是电流挡和电压挡的接线柱2)电阻箱的阻值应取 R1＝________Ω，R2＝________Ω保留到个位)[解析] (1)微安表头改装成毫安电流表需要并联一个小电阻，再把电流表改装成电压表，需要串联一个大电阻，电路如图所示2)接 a 时改装成量程为 1 mA 的电流表，有 IgRg＝(I－Ig)R1，解得 R1＝100 Ω，接 b 时改装成量程为 3 V 的电压表，有 U＝IgRg＋IR2，解得 R2＝2 910 Ω[答案] (1)见解析图 (2)100 2 910[规律方法](1)本题要先将表头与 R1 并联改装成电流表，再将改装好的电流表与 R2 串联改装成电压表2)无论改装成电流表还是电压表，达到量程时通过表头的最大电流 Ig 是相同的。