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高考实验解读与针对性训练
实验18 电学实验基础
【实验解读】
一、基本仪器的原理和读数
1.螺旋测微器原理和读数
（1）构造：如图甲所示，B 为固定刻度，E 为可动刻度.
图甲 图乙
（2）原理：固定刻度B 的螺距为0.5mm，即旋钮D 每旋转一周，测微螺杆F 前进或后退
0.5mm，而可动刻度E 上有50 个等分刻度，每转动一小格，F 前进或后退0.01mm，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.
（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）.如图乙所示，固定刻度示数为2.0mm，半毫米刻度线未
露出，可动刻度示数为15.0，最后的读数为：2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm.
2.游标卡尺原理和读数
（1）构造：主尺、游标尺（主尺和游标尺上各有一个测量爪），游标卡尺上还有一个深度
尺.（如图所示）
（2）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1mm.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：
游标卡尺（分度）
游标尺刻度部分总长
度
游标尺上每小格与
1mm 的差值
精确度（可准确到）
10
9mm
0.1mm
0.1mm
20
19mm
0.05mm
0.05mm
50
49mm
0.02mm
0.02mm
（3）读数：从主尺上读出整毫米数x，然后从游标尺上找出第k＋1 条刻度线与主尺上某一
刻度线对齐，即记录结果表示为（x＋k×精确度）mm.
（4）几点注意事项
①注意精度，如图1：
图1
易错读成11mm＋4×0.1mm＝11.40mm；
正确的读数应为11.4mm.
②游标卡尺不需要估读，后面不能随意加零或去零，如图2：
图2
易错读成10mm＋6×0.05mm＝10.3mm；
正确读数为10.30mm.
③注意主尺上的单位为厘米
主尺上标识的1、2、3 等数字的单位通常是厘米，读数时应将毫米和厘米分清，主尺上的
最小刻度是1mm.如图3：
图3
易错读成5mm＋4×0.05mm＝5.20mm；
正确的读法应为50mm＋4×0.05mm＝50.20mm.
④区分游标尺的零刻度线与游标尺最前端，如图4：
图4
易错读成13mm＋10×0.05mm＝13.50mm；
正确的读法为14mm＋10×0.05mm＝14.50mm.
3.电压表、电流表的读数规则
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
的最大电压或最大电流，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，最后按照指针的实际位置
进行读数即可.
（1）0～3V 量程的电压表和0～3A 量程的电流表的读数方法相同，此量程下的精确度分别
是0.1V 和0.1A，读数时看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位.
（2）对于0～15V 量程的电压表，精确度是0.5V，在读数时只要求读到小数点后面一位，
这时要求“1
5格估读”，即读到0.1V.
（3）对于0～0.6A 量程的电流表，精确度是0.02A，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（0.01A）.
二、.电表改装
改装成电压表
改装成电流表
内部电路
改装原理
串联分压
并联分流
改装后的量程
U＝Ig（R＋Rg）
I＝R＋Rg
R
Ig
量程扩大的倍数
n＝U
U g
n＝I
I g
接入电阻的阻值
R＝U
I g
－Rg＝（n－1）Rg
R＝I g Rg
I －I g
＝Rg
n－1
改装后的总内阻
RV＝Rg＋R＝nRg
RA＝R· Rg
R＋Rg
＝Rg
n
校正电路
三. 测量电路与控制电路的选择及实验器材的选择
1. 内接法和外接法
测量电路常用的方法是电压表和电流表结合的[1]和[2]，还有只用一个电表的替代法、半偏
法、电桥法等.
内接法
外接法
电路图
误差原因
电流表分压，U 测＝Ux＋UA
电压表分流，I 测＝Ix＋IV
电阻测量值
R 测＝U 测
I 测
＝Rx＋RA＞Rx，测量值大
于真实值
R 测＝U 测
I 测
＝Rx RV
Rx＋RV
＜Rx，测量值
小于真实值
修正方法
R 真＝U －I R A
I
＝U
I －RA
R 真＝
U
I －U
RV
备注
表格中的实验的条件：电流表A 和电压表V 均是实际电表，且知道Rx、RA
和RV的近似值
【方法点拨】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流表内阻的估计值进行比较.若Rx≫RA，为
大电阻，则电流表内接，测得的阻值偏大；若Rx≪RA，为小电阻，则电流表外接，测得的
阻值偏小.
（2）.临界值计算法：已知电压表内阻、电流表内阻、待测电阻三者的估计值时，若Rx＜
❑√RV R A，则用电流表外接法；Rx＞❑√RV R A，则用电流表内接法.
（3）.试触法：如图所示，让电压表一根导线P 先后与a、b 处接触，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，则采用电流表内接法.
2. 滑动变阻器的限流接法和分压接法
供电电路由电源和滑动变阻器两部分组成，其组合可以获得多组测量数据，以减小误差，
根据滑动变阻器的接法可分为[3]接法和[4]接法（下表中不计电源内阻）.
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
的范围
RE
R＋R0
≤U≤E
0≤U≤E
分压电路电压的调节范围大
负载R
上电流
的范围
E
R＋R0
≤I≤E
R
0≤I≤E
R
分压电路电流的调节范围大
闭合S
前触头
的位置
b 端
a 端
都是为了保护电路元件
对滑动变
阻器阻值
的要求
R0的大小要适中，不宜
太大或太小
在安全前提下，R0越小
越好
【方法点拨】滑动变阻器必须采用分压接法的几种情况
（1）.要求电压表能从零开始读数.
（2）.当待测电阻Rx≫Rmax（滑动变阻器的最大阻值）时，若用限流接法，则调节范围太小，
无法满足要求.
（3）.若采用限流接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许通过的最大电流.
3.电学实验仪器的选择
选择电学实验器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器材，一般要考虑四方面因素.
（1）安全因素：通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的最大电流.
（2）误差因素：选用电表量程时应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在
使用时，其指针应偏转到满偏刻度的1
3以上；使用欧姆表时应选用指针尽可能在中间刻度
附近的挡位.
（3）便于操作：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又
便于调节.在调节滑动变阻器时，应使其大部分电阻能被用到.
（4）实验实际：除以上三个因素外，还应注重实验实际，如所用的电压表量程与电源的匹
配问题等.
4.实物图连接的注意事项
（1）画线连接各元件，按照电路原理图，一般先从电源正极开始，顺着电流方向，依次到
开关、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：限流接法，两根导线分别连接到上、下接线柱上（共两个接线
柱）；分压接法，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）.
【高考典例】
【典例1】 [2023 全国甲]某同学用伏安法测绘一额定电压为6V、额定功率为3W 的小灯泡
的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为6kΩ，电流表内阻约为1.5Ω.实验中有图（a）
和（b）两个电路图供选择.
（1）实验中得到的电流I 和电压U 的关系曲线如图（c）所示，该同学选择的电路图是图
（填“a”或“b”）.
（2）若选择另一个电路图进行实验，在所给图上用实线画出实验中应得到的I－U 关系曲
线的示意图.
【典例2】. [2023 北京]采用图1 所示的电路图来测量金属丝Rx的电阻率.
①实验时，闭合开关S 前，滑动变阻器的滑片P 应处在（选填“M”或“N”）端.
②按照图1 连接实物图，如图2 所示.闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导
线为（选填“a”“b”或“c”）.若闭合开关，该错误连接会带来的问题有 .
【典例3】.[2022 辽宁]某同学要将一小量程电流表（满偏电流为250μA，内阻为1.2kΩ）改
装成有两个量程的电流表，设计电路如图（a）所示，其中定值电阻R1＝40Ω，R2＝360Ω.
（1）当开关S 接A 端时，该电流表的量程为0～mA；
（2）当开关S 接B 端时，该电流表的量程比接A 端时的（填“大”或“小”）；
（3）该同学选用量程合适的电压表（内阻未知）和此改装电表测量未知电阻Rx的阻值，
设计了图（b）中的两个电路，不考虑实验操作中的偶然误差，则利用（填“甲”或
“乙”）电路可修正由电表内阻引起的实验误差.
甲 乙
图（b）
【典例4】[ 2021 辽宁]某同学将一量程为250μA 的微安表改装成量程为1.5V 的电压表.先
将电阻箱R1与该微安表串联进行改装，然后选用合适的电源E、滑动变阻器R2、定值电阻
R3、开关S 和标准电压表对改装后的电表进行检测，设计电路如图所示.
（1）微安表铭牌标示内阻为0.8kΩ，据此计算R1的阻值应为kΩ.按照电路图连接电路，并
将R1调为该阻值.
（2）开关闭合前，R2的滑片应移动到端.
（3）开关闭合后，调节R2的滑片位置，微安表有示数，但变化不显著，故障原因可能是.
（填选项前的字母）
A.1、2 间断路
B.3、4 间断路
C.3、5 间短路
（4）排除故障后，调节R2的滑片位置，当标准电压表的示数为0.60V 时，微安表的示数
为98μA，此时需要（选填“增大”或“减小”）R1的阻值，以使改装电表的量程达到预期
值.
【针对性训练】
1 如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为9 mm 长10 等分、
19 mm 长20 等分、49 mm 长50 等分，它们的读数依次为________mm、
________mm、________mm。
丙
2 .某同学用游标卡尺分别测量金属圆管的内、外壁直径，游标卡尺的示数分别
如图(a)和图(b)所示。
由图可读出，圆管内壁的直径为__________mm ，圆管外壁的直径为
__________mm；由此可计算出金属圆管横截面的面积。
3 .在测量一根粗细均匀的合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝
直径的过程如图所示，校零时的读数为________mm ，合金丝的直径为
________mm。
4 .[2022 浙江6 月]探究滑动变阻器的分压特性，采用图1 所示的电路，探究滑片P 从A 移
到B 的过程中，负载电阻R 两端的电压变化.
图1
（1）图2 为实验器材部分连线图，还需要（选填“af”“bf”“fd”“fc”“ce”或
“cg”）连线（多选）.
图2
（2）图3 所示电压表的示数为V.
图3
（3）已知滑动变阻器的最大阻值R0＝10Ω，额定电流I＝1.0A.选择负载电阻R＝10Ω，以R
两端电压U 为纵轴，x
L为横轴（x 为AP 的长度，L 为AB 的长度），得到U－x
L分压特性曲
线为图4 中的“Ⅰ”；当R＝100Ω，分压特性曲线对应图4 中的（选填“Ⅱ”或“Ⅲ”）；
则滑动变阻器最大阻值的选择依据是.
图4
5 .[2022 北京]物理实验一般涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、
数据分析等.
（1）用电压表（内阻约为3kΩ）和电流表（内阻约为0.1Ω）测量一个电阻Rx的阻值（约
为5Ω）.要求尽量减小实验误差，则应该选择的测量电路是图1 中的（选填“甲”或
“乙”）.
（2）一多用电表表盘上的电阻刻度线正中间标有“15”字样.用它测量约20kΩ 的电阻的阻
值，下列实验步骤的正确顺序为（填各实验步骤前的字母）.
A.将选择开关置于“×1k”位置
B.将选择开关置于“OFF”位置
C.将两表笔分别接触待测电阻两端，读出其阻值后随即断开
D.将两表笔直接接触，调节欧姆调零旋钮，使指针指向电阻刻度“0”
（3）图2 是“测量电源的电动势和内阻”实验的电路图.某同学在实验中，
闭合开关后，发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表有示数且不变，
电流表始终没有示数.为查找故障，在其他连接不变的情况下，他将电压
表连接a 位置的导线端分别试触b、c、d 三个位置，发现试触b、c 时，
电压表有示数；试触d 时，电压表没有示数.若电路中仅有一处故障，则为（填选项前的字
母）.
A.导线ab 断路
B.滑动变阻器断路
C.导线cd 断路
D.滑动变阻器短路
6 .[2024 湖南怀化三中开学考]某物理兴趣小组欲将电流表A1改装成量
程为15V 的电压表.小组同学先用如图甲所示的电路测量电流表A1 的内
阻，提供的实验器材有：
A.电流表A1（量程为1mA，内阻约为290Ω）；
B.电流表A2（量程为1.5mA，内阻约为200Ω）；
C.定值电阻（阻值为600Ω）；
D.定值电阻（阻值为60Ω）；
E.滑动变阻器R；
F.一节新的干电池E；
G.开关S 及导线若干.
（1）图甲中的电阻R0应选用（选填“C”或“D”）.
（2）根据图甲，用笔画线代替导线，补充完成图乙中实物间的连线.
图乙 图丙
（3）正确连接线路后，闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片，获得多组A1的示数I1和A2的
示数I2，将对应的数据在I2－I1坐标系中描点，作出I2－I1图像如图丙所示，A1的内阻为Ω
（结果保留3 位有效数字）.
（4）给A1串联一个阻值为kΩ（结果保留3 位有效数字）的定值电阻，可将A1改装成量程
为15V 的电压表V.
（5）用标准电压表V0与V 并联进行校准.当V0的示数为12.4V 时，A1的示数为0.80mA，则
V 的实际量程为V（结果保留3 位有效数字）.
7．(10 分)(2024·山东烟台模拟)一根细长、均匀的内芯为绝缘材料的金属管线样品，横截面
外缘为正方形，如图甲所示。此金属管线样品长约30 cm、电阻约10 Ω，已知这种金属的
电阻率为ρ，因管芯绝缘材料截面形状不规则，无法直接测量其横截面积。请你设计一个
测量管芯横截面积S 的电学实验方案，现有如下器材可选：
A．毫米刻度尺
B．螺旋测微器
C．电流表A1(量程0～600 mA，内阻约为1.0 Ω)
D．电流表A2(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω)
E．电压表V(量程0～3 V，内阻约为6 kΩ)
F．滑动变阻器R1(2 kΩ，允许通过的最大电流0.5 A)
G．滑动变阻器R2(10 Ω，允许通过的最大电流2 A)
H．蓄电池E(电动势为6 V，内阻约为0.05 Ω)
I．开关一个、带夹子的导线若干
(1)上述器材中，应该选用的电流表是________，滑动变阻器是________(填写选项前字母代
号)；
(2) 若某次用螺旋测微器测得样品截面外缘正方形边长如图乙所示，则其值为
________mm；
(3)要求尽可能测出多组数据，你认为在图丙、丁、戊、己中选择的电路图是________；
(4)若样品截面外缘正方形边长为a、样品长为L、电流表示数为I、电压表示数为U，则计
算内芯横截面积的表达式为S＝________。
