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第 3 课时 电学实验基础
目标要求 1.掌握常用仪器的使用方法及读数方法。2.掌握电流表的内、外接法及滑动变阻
器的两种连接方式。3.掌握误差的分类及产生原因。4.会根据电路原理图连接实验器材。
考点一 常用仪器的使用及读数
1．螺旋测微器
(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。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。
(3)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)。
如图所示，固定刻度示数为2.0 mm，半毫米刻度线未露出，则可动刻度示数为 15.0，最后
的读数为：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。
2．游标卡尺
(1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度
尺。(如图所示)
(2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径等。
(3)原理：利用主尺的单位刻度与游标尺的单位刻度之间固定的差值制成。
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的总长度少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，
其规格见下表：
刻度格数(分度) 刻度总长度 每小格与1 mm的差值 精确度(可精确到)
10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm
20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm
50 49 mm 0.02 mm 0.02 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的与主尺上某一刻度
线对齐的格数，则记录结果表示为(x＋K×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，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)0～3 V的电压表和0～3 A的电流表的读数方法相同，此量程下的精确度分别是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。
(2)对于0～15 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，这
时要求“格估读”，即读到0.1 V。
(3)对于0～0.6 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。
注意：(1)最小分度是“1、0.1、0.01、…”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的下一
位)。
(2)最小分度是“2、0.2、0.02、…”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的本位)。
(3)最小分度是“5、0.5、0.05、…”时，估读到最小分度的(即估读到最小分度的本位)。
1．为了读数更精确，游标卡尺也需要估读，如图读作11.40 mm。( × )
2．游标卡尺主尺上的数字对应的单位为cm。( √ )
3．如图，游标卡尺读数为5.20 mm。( × )
4．如上图，游标卡尺读数为50.20 mm，可简化写为50.2 mm。( × )
例1 (1)如图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)读出下面各螺旋测微器的读数，甲：____ mm，乙：________ mm，丙：________ mm。
答案 (1)17.7 23.85 3.18
(2)4.039 1.100 3.515
解析 (1)题图最上面游标卡尺：主尺读数为17 mm，游标尺读数为7×0.1 mm＝0.7 mm，最
后结果是17 mm＋0.7 mm＝17.7 mm。
题图中间游标卡尺：主尺读数为23 mm，
游标尺读数为17×0.05 mm＝0.85 mm，
最后结果是23 mm＋0.85 mm＝23.85 mm。
题图最下面游标卡尺：主尺读数为3 mm，
游标尺读数为9×0.02 mm＝0.18 mm，
最后结果是3 mm＋0.18 mm＝3.18 mm。
(2)甲：(4＋3.9×0.01) mm＝4.039 mm；
乙：(1＋10.0×0.01) mm＝1.100 mm；
丙：(3＋0.5＋1.5×0.01) mm＝3.515 mm。
例2 (1)如图甲所示的电表使用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________ 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。
(2)如图乙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。
(3)旋钮式电阻箱如图丙所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为_____
Ω 。 现 欲 将 接 入 电 路 的 电 阻 改 为 2 087 Ω ， 最 简 单 的 操 作 方 法 是____________________________。若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻范围为________。
答案 (1)0.02 0.44 0.1 2.20
(2)0.1 1.70 0.5 8.5 (3)1 987 将“×1 k”挡旋钮调到2，再将“×100”挡旋钮调到0
0～19 998 Ω
解析 (1)电流表使用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。
(2)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，表针示数为8.5 V。
(3)电阻为1 987 Ω。最简单的操作方法是先将“×1 k”挡旋钮调到2，再将“×100”挡旋
钮调到0。每个电阻箱的最大阻值是9 999 Ω，用两个这样的电阻箱串联可得到的最大电阻
是2×9 999 Ω＝19 998 Ω，故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻范围为0～19 998 Ω。
考点二 测电阻的实验电路分析
1．电流表的内、外接法
内接法 外接法
电路图
误差原因 电流表分压U ＝U＋U 电压表分流I ＝I＋I
测 x A 测 x V
R ＝＝R＋R >R R ＝＝时，选用电流表内接法
A x x
选择标准 当R ≫R 或R<时，选用电流表外接法
V x x
2.滑动变阻器两种连接方式
(1)两种连接方式对比
限流接法 分压接法 对比说明电路图 串、并联关系不同
负载R上电压调节
≤U≤E 0≤U≤E 分压电路调节范围大
范围(不计电源内阻)
闭合S前触头位置 b端 a端 都是为了保护电路元件
(2)滑动变阻器两种接法的选择
滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且不要求电压从零开始变化，通常情况下，由
于限流式接法结构简单、耗能少，优先使用限流式接法。
滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况：
①要求电压表能从零开始读数，要求电压(电流)测量范围尽可能大；
②当待测电阻R≫R(滑动变阻器的最大阻值)时(限流式接法滑动变阻器几乎不起作用)；
x
③若采用限流式接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许的最大电流。
3．实验器材选择的技巧
(1)电压表、电流表：不超过量程，且要超过满偏刻度的。有时也可以从测量数据来确定选
择的电表。
(2)滑动变阻器：分压式接法选阻值小的且不超过其额定电流的滑动变阻器，限流式接法选
最大阻值为待测电阻2～3倍的滑动变阻器。电流表半偏法测电阻，滑动变阻器选阻值大的。
(3)定值电阻：若用于电表改装，阻值与改装后的量程匹配，若用于保护电路，应使电流表、
电压表读数在满偏刻度的以上且不超过电流表、电压表量程。
4．实物图连接的注意事项
(1)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，按照电路原理图依次到开关，再到滑动变阻
器，按顺序以单线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来，再将要并联的元件并联到
电路中去。
(2)连线时要将导线接在接线柱上，两条导线不能交叉。
(3)要注意电表的量程和正、负接线柱，要使电流从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出。
(4)滑动变阻器的接法：限流法，导线分别连接到上、下各一个接线柱上(两个接线柱)；分压
法，导线分别连接到上边一个接线柱和下边两个接线柱上(一上两下共三个接线柱)。
5．实验误差分析
(1)系统误差
①伏安法测电阻系统误差来源：电压表的分流或电流表的分压。
②减小系统误差
根据题目中给出的电阻大约值，选用合适的实验器材，采用误差小的实验方案(如电流表的
内、外接法)。
③消除系统误差题目给定的条件充分(电表内阻已知)，合理设计电路可消除系统误差。
(2)偶然误差
①电压表、电流表、多用电表、毫米刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器等读数误差。
②描点、计算等对数据处理造成的误差。
③通过多次测量取平均值或图像法可以减小偶然误差。
例3 (2023·天津卷·10)测电阻R大小。
(1)同学们首先用欧姆表×1挡位大致测出电阻阻值大小，如图甲，则电阻大小读数为_____
Ω。
(2)同学们继续使用学生电源(4 V)组装如图乙电路进行实验，其中电表可以从如下中进行选
择：(括号中为电表量程及内阻)
A．电压表V(0～15 V，15 kΩ)
1
B．电压表V(0～3 V,3 kΩ)
2
C．电流表A(0～3 A)
1
D．电流表A(0～0.6 A)
2
应选择电压表________，电流表________。(填器材前字母)
(3)下列哪些说法是正确的？________。
A．电压表分流属于系统误差
B．实验开始前滑动变阻器滑片应该调到b端
C．如图乙所示的电路，可以通过调节滑片使电压表示数为0
D．多组实验可以减小系统误差
答案 (1)7 (2)B D (3)AC
解析 (1)电阻大小读数为7×1 Ω＝7 Ω
(2)由于同学们使用学生电源(4 V)，则为减小误差，电压表应选择V，故选B。
2
整个回路中的最大电流为I＝≈0.57 A
则电流表应选择A，故选D。
2(3)电压表分流属于系统误差，故A正确；
为保护电路，实验开始前滑动变阻器滑片应该调到a端，故B错误；
如题图乙所示的电路为分压式电路，可以通过调节滑片使电压表示数为0，故C正确；
多组实验可以减小偶然误差，故D错误。
例4 (2023·东北三省四市联考)请同学设计一个测量电阻的电路，待测电阻R 阻值约为15
x
Ω。要求用U－I图像来处理数据，滑动变阻器可在较大范围内调节。可供选择的器材如下：
A．电流表A，量程100 mA，内阻r ＝12 Ω；
1 A1
B．电流表A，量程2 mA，内阻r ＝200 Ω；
2 A2
C．电压表V，量程10 V，内阻r ≈15 kΩ；
1 V1
D．电压表V，量程3 V，内阻r ≈10 kΩ；
2 V2
E．保护电阻R 约20 Ω；
0
F．滑动变阻器R，最大阻值10 Ω，额定电流为1 A；
G．电池组，电动势12 V，内阻很小；
H．开关及导线若干。
(1)电流表应选________，电压表应选________(填器材前面的字母序号)。
(2)设计电路时，电流表应采用__________(选填“内接”或“外接”)法，滑动变阻器应采用
__________(选填“分压”或“限流”)接法。根据所设计的实验电路，用笔画线代替导线连
接实物图。
(3)若在所测量数据中选一组数据U、I及已知量计算R，则其表达式为R＝__________(用所
x
给字母表示)。
答案 (1)A D (2)内接 分压 见解析图
(3)－r
A1
解析 (1)如果选A 电流表，A 满偏时U ＝I R＝0.002×15 V＝0.03 V，远小于给出电压表
2 2 V A x
的量程，故选A，在电流表A 达到满偏时，电压表示数约为2.7 V，电压表选择D，也接近
1
满偏，这样读数引起的误差较小。
(2)因电流表内阻已知，用电流表内接法时，不会因电路设计引起系统误差，故电流表应采
用内接法；
因为题中要求画U－I图像处理数据，需要测量大量数据，而且滑动变阻器阻值较小，故滑
动变阻器应采用分压接法。
又因电动势为12 V，而电压表最大示数约为2.7 V，如果不做任何处理而直接用分压接法，滑动变阻器滑片只能在约范围内滑动，不便于调节，又因滑动变阻器额定电流为 1 A，若不
做处理，会损坏器材。因此将保护电阻R 串联在供电电路的干路上，由于R 的分压，滑动
0 0
变阻器的滑片可大范围滑动，且不损坏器材。实物图如图所示。
(3)由伏安法知R＋r ＝，得R＝－r 。
x A1 x A1
课时精练
1．某同学用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图甲所示，此示数为________ mm；用
游标卡尺测量某物体的厚度时，示数如图乙所示，此示数为______ cm。另一位学生用游标
尺上标有50等分刻度的游标卡尺测一工件的长度，测得的结果如图丙所示，则该工件的长
度L＝________ cm。
答案 8.021(8.020、8.022均可) 2.060 5.236
解析 螺旋测微器的固定刻度读数为8 mm，可动刻度读数为2.1×0.01 mm＝0.021 mm，所
以最终读数为8 mm＋0.021 mm＝8.021 mm，由于需要估读，因此8.020 mm、8.022 mm均
正确。游标卡尺的主尺读数为20 mm，游标尺上第12个刻度与主尺上某一刻度对齐，故游
标尺读数为12×0.05 mm＝0.60 mm，所以最终读数为20 mm＋0.60 mm＝20.60 mm＝2.060
cm。工件的长度L＝52 mm＋0.02×18 mm＝5.236 cm。
2．用伏安法测某金属丝的电阻R(约为5 Ω)。现有电池组(电动势3 V，内阻约1 Ω)、滑动变
x
阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)、双量程电流表(0～0.6 A，内阻约0.125 Ω；0～3 A，内阻
0
约0.025 Ω)、双量程电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ；0～15 V，内阻约15 kΩ)、开关、导线若
干。
(1)为减小测量误差，该实验中，电流表量程应选用________(选填“0～0.6 A”或“0～3A”)，电压表量程应选用________(选填“0～3 V”或“0～15 V”)。
(2)在图(a)中选择测量R 的电路原理图________(选填“甲”或“乙”)，并在图(b)中完成相
x
应的实物连线图。
(3)如图(c)所示，请利用图中的实验数据绘出电阻R 的U－I图线。由图线可得金属丝的阻值
x
R＝__________ Ω(保留两位有效数字)。
x
(4)实验中，在不损坏电表的前提下，随着滑动变阻器滑片从最右端向左移动的距离 x的变
化，电池组的总功率P也会发生变化。下列能正确反映P－x关系的是________。
答案 (1)0～0.6 A 0～3 V (2)甲 见解析图 (3)见解析图 4.5 (4)B
解析 (1)金属丝的电阻R 约为5 Ω，根据闭合电路欧姆定律得I ＝＝ A＝0.5 A
x m
故电流表量程应选用0～0.6 A；电池组电动势为3 V，故电压表量程应选用0～3 V；
(2)因为R<，待测电阻阻值较小，故采用电流表外接法，即电路原理图甲；
x
实物图连接如图所示
(3)如图所示
根据U－I图像斜率可得R＝＝ Ω≈4.5 Ω
x
(4)根据电源总功率公式得
P＝EI＝
＝，可知P－x图像是一个向右平移的反比例函数图像，故选B。
3．(2023·内蒙古包头市模拟)物理兴趣小组利用“伏安法”测量一个阻值较小的定值电阻R
x
的阻值，可用器材有：电压表(量程为15 V，内阻约为5 000 Ω)，电流表(量程为0.6 A，内
阻为5 Ω)，电源E(电动势为12 V，内阻不计)，滑动变阻器R最大阻值为10 Ω，定值电阻R
0
阻值为15 Ω，开关S，导线若干。(R 、R、R、电流表、电压表、电源、开关等仪器均无断
0 x
路和短路，导线无断路)
(1)将图甲所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图。要求电流表和电压表的示数从零
开始变化。
(2)连接电路后，闭合开关，逐渐移动滑片，发现电流表始终没有示数，电压表示数逐渐增
大最终接近电源电压。则出现该现象的原因可能是________。
(3)该电路中R 的作用是________。
0
(4)测出多组数据，作出I－U图像，如图乙所示。则R 阻值为________ Ω。
x答案 (1)见解析图 (2)R 与R 之间接线处断路(或R 与电流表之间接线处断路)
0 x x
(3)①保护电路；②减小读数误差 (4)4
解析 (1)因待测电阻R 的电阻和电流表的内阻都较小，为保护电路，应将定值电阻R 与它
x 0
们串联，又要求电流表和电压表的示数从零开始变化，故滑动变阻器采用分压式接法，由于
电流表的内阻已知，故电流表采用内接法，故实验电路的原理图如图所示。
(2)出现该现象的原因可能是R 与R 之间接线处断路。
0 x
(3)由(1)分析可知该电路中R 的作用是：①保护电路；②减小读数误差。
0
(4)根据I－U图像可知斜率为k＝＝ Ω－1＝，代入数据解得R＝4 Ω。
x
4．(2023·广东茂名市二模)智能手机中都配有气压传感器，传感器的电阻会随所处环境气压
变化而变化。某实验小组在室温下用以下可供选择的器材探究“气压传感器的电阻值R 随
x
气压变化规律”：
A．阻值随气压变化而变化的气压传感器一个(阻值变化范围从几十欧到几百欧)；
B．直流电源，电动势6 V，内阻不计；
C．电压表V，量程为0～3 V，内阻为3 kΩ；
1
D．电压表V，量程为0～15 V，内阻为15 kΩ；
2
E．电流表A，量程为0～0.6 A，内阻忽略不计；
1
F．电流表A，量程为0～60 mA，内阻忽略不计；
2
G．定值电阻R＝3 kΩ；
1
H．定值电阻R＝12 kΩ；
2
I．滑动变阻器R，最大阻值约为50 Ω；
J．开关与导线若干。
(1)小明设计了如图甲所示的实验电路原理图，其中电压表应选择________，电流表应选择
________，定值电阻应选择________。(均选填实验器材前字母)
(2)请在图乙中将实物图连线补充完整。(3)当气压传感器所处环境压强为p时，闭合开关S，测得两个电表的读数分别为U＝2.30 V
和I＝23.0 mA，则气压传感器阻值R＝________ Ω。
x
(4)当环境压强p改变时，测得不同的R 值，绘成图像如图丙所示，由图可得R 和压强p的
x x
关系表达式为R＝________ Ω。
x
答案 (1)C F G (2)见解析图 (3)200
(4)1 000－8×10－3p
解析 (1)电源电动势为6 V，电压表读数时要在满偏刻度的三分之一以上更准确，而且串联
定值电阻可以扩大量程，故电压表选C；
气压传感器阻值变化范围从几十欧到几百欧，流经电流表的电流约为几十毫安，故电流表选
F；
串联定值电阻，相当于扩大电压表量程，扩大到6 V即可，电压表内阻为3 kΩ，定值电阻
选G。
(2)如图所示
(3)根据欧姆定律得R＝＝200 Ω
x
(4)根据题图丙，设R＝R－kp
x 0
代入数据可得R＝1 000－8×10－3p (Ω)。
x
5．某同学要测量一个未知电阻的阻值，实验室提供的器材有：
A．电流表A：量程为0～3 mA，内阻r 约为15 Ω
1 1
B．电流表A：量程为0～1.5 mA，内阻r 为25 Ω
2 2
C．定值电阻R：R＝9 975 Ω
1 1
D．定值电阻R：R＝1 975 Ω
2 2
E．滑动变阻器R：最大阻值为10 Ω
3F．电源E，电动势为3 V，内阻很小
G．开关S及导线若干
(1)该同学根据实验器材设计了如图所示的测量电路，闭合开关 S之前，滑动变阻器R 的滑
3
片应置于________(选填“最左端”或“最右端”)。
(2)实验中需要量程为0～3 V的电压表，则电路图中的电流表①应选择________，定值电阻
R应选择________(均填器材前面的字母)。
(3)①、②位置放置好电流表，调节滑动变阻器，将滑动变阻器的滑片置于合适的位置，若
此时电流表A 的示数为I ，电流表A 的示数为I ，则待测电阻R＝________(用物理量的符
1 1 2 2 x
号表示)。
答案 (1)最左端 (2)B D (3)
解析 (1)为了实验安全，闭合开关S之前，应使电路中电流从最小值开始调节，滑动变阻
器采用分压接法，故应将滑片置于最左端。
(2)实验器材中没有电压表，要用电流表改装，只有内阻已知的电流表才能改装成电压表，
所以电路图中的电流表①选择B。
把A 改装成量程为3 V的电压表，
2
根据电压表改装原理可得R＝＝ Ω＝1 975 Ω，
故定值电阻应选择D。
(3)由串、并联电路的特点和欧姆定律有
I(r＋R)＝(I－I)R
2 2 2 1 2 x
解得R＝。
x
6．(2023·江苏卷·12)小明通过实验探究电压表内阻对测量结果的影响。所用器材有：干电池
(电动势约1.5 V，内阻不计)2节；两量程电压表(量程0～3 V，内阻约3 kΩ；量程0～15
V，内阻约15 kΩ)1个；滑动变阻器(最大阻值50 Ω)1个；定值电阻(阻值50 Ω)21个；开关1
个及导线若干。实验电路如图甲所示。
(1)电压表量程应选用________(选填“3 V”或“15 V”)。(2)图乙为该实验的实物电路(右侧未拍全)。先将滑动变阻器的滑片置于如图所示的位置，然
后用导线将电池盒上接线柱A与滑动变阻器的接线柱________(选填“B”“C”或“D”)连
接，再闭合开关，开始实验。
(3)将滑动变阻器滑片移动到合适位置后保持不变，依次测量电路中O与1,2，…，21之间的
电压。某次测量时，电压表指针位置如图丙所示，其示数为________ V。根据测量数据作出
电压U与被测电阻值R的关系图线，如图丁中实线所示。
(4)在图甲所示的电路中，若电源电动势为E，电压表视为理想电压表，滑动变阻器接入的阻
值为R ，定值电阻的总阻值为R ，当被测电阻为R时，其两端的电压U＝________(用E、
1 2
R 、R 、R表示)，据此作出U－R理论图线如图丁中虚线所示。小明发现被测电阻较小或较
1 2
大时，电压的实测值与理论值相差较小。
(5)分析可知，当R较小时，U的实测值与理论值相差较小，是因为电压表的分流小，电压
表内阻对测量结果影响较小。小明认为，当R较大时，U的实测值与理论值相差较小，也是
因为相同的原因。你是否同意他的观点？请简要说明理由
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)3 V (2)D (3)1.50 (4)
(5)不同意 理由见解析
解析 (1)所用电源为两节干电池，电动势为3 V，则所用电压表量程为3 V；
(2)闭合开关之前，滑动变阻器阻值应调到最大，电池盒上的接线柱 A应与滑动变阻器的接
线柱D连接；
(3)电压表最小刻度为0.1 V，则示数为1.50 V；
(4)由闭合电路欧姆定律可得I＝
当被测电阻阻值为R时，电压表示数为
U＝IR＝
(5)不同意。方法一：极限思维法。当R较大时，电压表分流作用大，当R等于R 时，可将
2R 看成等效电源内阻，由于R 阻值远小于R，故电压表读数近似等于电源电动势。
1 1 2
方法二：解析法。当R较大时，电压表内阻不能忽略，
则电路中的电流I＝，
电压表中的电流I′＝I·，
电压表读数为U＝·＝
当R＝R 时，R最大，
2
此时U＝＝，
因R ≫R ，则电压表读数近似为U＝＝，即当R＝R 时，由于R 的阻值远小于R ，所以电
V 1 2 1 2
压表读数近似等于电源电动势。
