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物理基本实验仪器的使用与读数
例5 :
2013年新课标卷1 第22题
回答下列问题: (1)测量d时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为 1mm)的示数如图(b)所示,其读数为() cm。
答案:0.960cm 解析:游标卡尺的读数=主尺(整毫米数)+游标尺 对齐格数×精度,题中游标卡尺的主尺部分的读数为 9mm,对齐格数为第12条,20分度的游标卡尺的精度 为,所以d=9mm+12×0.05mm=9.60mm=0.960cm。
2.不需要估读的测量仪器: 游标卡尺、秒表、电阻箱在读数时不需要估 读;欧姆表刻度不均匀,可以不估读或按半刻度 估读。
⑴游标卡尺的读数:游标卡尺的读数部分由主尺(最小分度 为1mm),和游标尺两部分组成。按照游标的精度不同可分 为三种:(a)10分游标,其精度为0.1mm; (b)20分游标,其精度为0.05mm; (c)50分游标,精度为0.02mm。 游标卡尺的读数方法是:以游标零刻度线为准在主尺上读 出整毫米数L1,再看游标尺上哪条刻度线与主尺上某刻度 线对齐,由游标上读出毫米以下的小数L2,则总的读数为: L1+ L2。
3.使用注意事项:一般不同的仪器在使用中都有 其特殊的要求,以下几点要特别注意: ⑴天平在进行测量前应先调平衡。 ⑵打点计时器所用电源要求为4~6V的交流电源。
⑶多用电表的欧姆档每次换档后要重新调零,被测 电阻要与电路断开,使用完毕要将选择开关转至 交流电压最高档或“OFF”档。
⑷滑动变阻器、电阻箱和定值电阻使用过程中要考 虑其允许的最大电流。滑动变阻器采用限流接法 时,滑动触片开始应位于变阻器阻值最大的位臵; 滑动变阻器采用分压接法时,滑动触片开始应位 于分压为零的位臵。 ⑸电阻箱开始应处于阻值最大状态,调整电阻箱的 阻值时,不能由大到小发生突变,以免因为阻值 过小而烧坏电阻箱。
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例3 2012 山东卷 第21题 (2)在测量金属丝电阻率的试验中,可供选用的器材如下: 待测金属丝:RX(阻值约4Ω,额定电流约0.5A); 电压表:V(量程3V,内阻约3KΩ); 电流表:A(量程0.6A,内阻约0.2Ω); (量程3A,内阻约0.05Ω); 电源:U(电动势3V,内阻不计) (电动势12V,内阻不计) 滑动变阻器:(最大阻值约20Ω) 螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线。 ①用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图所示,读数为 mm。 ②若滑动变阻器采用限流接法,为使测量尽量精确,电流表应 选 、电源应选 均填器材代号),在虚线框中(间答题卡)完 成电路原理图。
2.(5分)【考点】长度测量 【答案】0.010;6.870;6.860 【解析】(a)图螺旋测微器的读数步骤如下.首先,确定 从主尺读出毫米数为0.000mm,可动刻度与主尺对齐个数 为1.0(格),读数为0.010mm,则螺旋测微器读数为 0.000mm+0.010mm=0.010mm,(b)图螺旋测微器的读 数步骤如下.首先,确定从主尺读出毫米数为6.500mm, 可动刻度与主尺对齐个数为37.0(格),读数为0.370mm, 则螺旋测微器读数为6.500mm+0.370mm=6.870mm,考 虑调零问题金属板实际厚度 答案:0.010;6.870;6.860
二、有效数字:
带有一位不可靠数字的近似数字。 1.是指近似数字而言; 2.只能带一位不可靠数字,不是位数越多越好; 3.凡是用测量仪器直接测量的结果,读数一般要求 在读出仪器最小刻度所在位的数值(可靠数字) 后,再向下估读一位(不可靠数字)。这里不受 有效数字位数的限制,间接测量的有效数字运算 不作要求,运算结果一般可用2~3位有效数字表示。
【解析】(1)表头跟R2串联,R1跟开关串联,两个支路并联,连 线图同答案。
(2)开关闭合时,电表的内阻较小,为等效电流表;开关断开时,电表 的内阻较大,为等效电压表。 (3)电流由红表笔流入,由题图(a)可看出表头右端为“+”,故表笔A 为黑表笔。 (4)设表头的内阻为r,满偏电流为
,由欧姆定律可知 ,解得 Ω, Ω。 V,
四、测量仪器的读数方法
1.需要估读的仪器:
在常用的测量仪器中,刻度尺、螺 旋测微器、电流表、电压表、天平、弹簧 秤等读数时都需要估读。
(因为最终的读数要以有效数字的形式给出, 而有效数字的最后一位数字为估计数字,应和误 差所在位臵一致,在实际操作中,究竟估读到哪 一位数字,应由测量仪器的精度(即最小分度值) 和实验误差要求两个因素共同决定。)
根据仪器的最小分度可以分别采用1/2、1/5、 1/10的估读方法,一般: (1)最小分度是2的,(包括0.2、0.02等),采用 1/2估读,如安培表0~0.6A档; (2)最小分度是5的,(包括0.5、0.05等),采用 1/5估读,如安培表0~15V档; (3)最小分度是1的,(包括0.1、0.01等),采用 1/10估读,如刻度尺、螺旋测微器、安培表0~3A 档、电压表0~3V档等,当测量精度要求不高或仪 器精度不够高时,也可采用1/2估读。
三、测量仪器使用常规
对于测量仪器的使用,首先要了解测量仪器的量程、精度、使用 注意事项和读数方法。
1.量程问题: 这是保护测量仪器的一项重要参数,特别是天平、 弹簧秤、温度计、电流表、电压表和多用电表等,超量程 使用会损坏仪器,所以实验时要根据实验的具体情况选择 量程适当的仪器。 (1) 在使用电流表、电压表时,选用量程过大 的仪器,采集的实验数据过小,会造成相对误差较大,应 选择使测量值位于电表量程的1/3以上的电表; (2) 使用多用电表测电阻时,应选择适当的档 位,使欧姆表的示数在电表的中值附近。
例6 、2013年 山东卷 第21题. (1)图甲为一游标卡尺的结构示意图,当测量一 钢笔帽的内径时,应该用游标卡尺的 __________(填“A”“B”或“C”)进行测量; 示数如图乙所示,该钢笔帽的内径为 ________mm。
【答案】(1)A; 11.25
总结
1、从历年高考题型来看,常用基本仪器的使 用与读数问题,一般在理综试卷的21题、 22题、23题中某一题。分值在5-15分不等。 2、常考类型:游标卡尺,螺旋测微器的读数 电流表、电压表、电阻,多用电表等仪器 的选用及读数
内容
一、误差问题; 二、有效数字问题; 三、测量仪器使用常规; 1.量程; 2.精度; 3.使用注意事项; 四、测量仪器的读数方法; 五、具体实验仪器;
一、误差:
测量值与真实值的差异叫做误差。 1.系统误差:多次测量同一实验时,误差总是同样地 偏大或偏小。 2.偶然误差:总是有时偏大,又是偏小,并且偏大和 偏小的机会相同。 3.减小偶然误差的方法:进行多次测量,求出几次测 量的平均值(比某一次测得的数值更接近真实值)
⑵机械秒表的读数: 机械秒表的长针是秒针,转一周是30s。 因为机械表采用的齿轮传动,指针不可能停 留在两小格之间;所以不能估读出比0.1 s更短的 时间。位于秒表上部中间的小圆圈里面的短针是 分针,表针走一周是15 min,每小格为0.5 min。
秒表的读数方法是:短针读数(t1)+长针读数 (t2)。
3、学生容易出的问题:
( 1 )电流表,电压表,电阻的选取问题; (2)读数问题; (3)有效数字保留问题; (4)精度问题; (5)操作步骤问题
建议
(1)针对电流表、电压表、电阻、多用电 表的选用问题。教师应首先讲清楚关于量 程问题,尤其相对应的电路中,多举类似 相对应高考题型的例子; (2)针对读数问题,教师在每一个仪器的 讲解过程中多让学生自己去读,多做一些 相应的例题。到高三也可以将所有仪器的 读数问题以理论+例题的形式总结。
4.有效数字的位数: (1) 3.9,3.90,3.900分别是二位、三位、四位有 效数字,最末一位为不可靠的; (2) 0.39,0.039,0.0039都是两位有效数字.写 成科学记数法为:3.9×10-1,3.9×10-2, 3.9×10-3,若3600km,如果全部是有效数字,就 不用科学记数法,要写成科学记数法则也应为 3.600×103km。 5.有效数字的运算:若题中物理量采取的是几位有 效数字,则结果也应该是几位有效数字.
(3)有效数字保留问题,建议老师总结此 知识点且平时练习题中一定要养成习惯, 并且强调学生其重要性,以免读数读对却 因有效数字问题而失分。 (4)精度问题;建议老师在每一个仪器讲解 中多让学生去掌握,且多做练习题、尤其游 标卡尺,螺旋测微器这些常考题型
⑶电阻箱:
能表示出接入电阻值大小的变阻器;读数方法 是:各旋扭对应的指示点的示数乘以面板上标记 的倍数,它们之和就是电阻箱接入电路的阻值。 使用电阻箱时要特别注意通过电阻的电流不能超 过允许的最大数值。
例1:2012年 新课标卷 第22题(5分) 某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度。 该螺旋测微器校零时的示数如图(a)所示,测 量金属板厚度时的示数如图(b)所示。图(a) 所示读数为_________mm,图(b)所示读数 为_________mm,所测金属板的厚度为 _________mm。
21.(2)①1.773【1.771~1.775均正确】 ②A1;E1;电路图如右。 解析:②电压表量程3V,所以电源应选E1,通过 待测金属丝的最大电流约为,所以电流表应选A1。
例4、2013年 新课标2卷 第23题
某同学用量程为I mA、内阻为120Ω 的表头按图(a)所示电路 改装成量程分别为Iv和1A的多用电表。图中R1和R2为定 值电阻,S为开关。回答下列问题: (1)根据图(a)所示的电路,在图(b)所示的实物图上连线。 (2)开关S闭合时,多用电表用于测量 ( )(填“电 流”、“电压,或“电阻”); 开关S断开时,多用电表用于测量( ) (填“电流”、 “电压”或“电阻”)。 (3)表笔A应为 ( ) 色(填“红”或“黑”)。 (4)定值电阻的阻值R1= ( )Ω,R2=( )Ω。 (结果取3位有效数字)
例2:2012年 四川卷 22题
(2)某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线,可供选用的器材如 下: 小灯泡L,规格“4.0V,0.7A”; 电流表A1,量程3A,内阻约为;0.1 电流表A2,量程0.6A,内阻;r 0.2 2 电压表V,量程3V,内阻; r 9k v 标准电阻,阻值; 标准电阻,阻值; 3k 滑动变阻器,阻值范围; 0 ~ 10 学生电源E,电动势6V,内阻不计; 开关S及导线若干。 ①甲同学设计了如图1所示的电路来进行测量,当通过L的电流为0.46 A 时,电压表的示数如图2所示,此时L的电阻为________________。 ②乙同学又设计了如图3所示的电路来进行测量,电压表指针指在最大 刻度时,加在L上的电压值是_________________V。 ③学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线,需要重新 设计电路。请你在乙同学的基础上利用所供器材,在图4所示的虚线框 内补画出实验电路图,并在图上标明所选器材代号。