高考物理一轮复习 12.1 基本实验仪器的使用和选择同步课件.ppt

第1讲基本实验仪器的使用和选择 物理学是一门实验科学 通过实验能认识规律 也能验证规律 还能获得新知识 因此高考一直十分注重对实验能力的考查 当前高考对实验的考查已从简单的实验知识和操作技能转向考查实验思路 方法等综合实验素养和设计步骤 正确处理实验数据及进行实验误差分析等 在高考中常以填空或 创新等综合实验能力上 即让学生利用学过的知识 原理和方法 在题设情景下 按照题设要求独立设计实验方案 恰当选择实验器材 合理安排实验选择的题型考查 考查的题目一般是两个小题 其中第二小题以电学实验的可能性最大 本专题复习首先要熟悉各基本实验仪器的结构 原理及其读数规则 明确基本实验仪器的使用 再者 要在理解实验原理的基础上 正确选择仪器并确定连接方式 最后要注重实验实际操作训练 在各类实验中正确进行操作 对实验结果合理分析 选择适当的实验处理方法及减少误差的方法 并得出正确的实验结论 2010年浙江卷21题 探究弹簧弹力大小与伸长关系 实验中突出考查学生实验操作的体验 体现了探究性 22题 描绘小灯泡的伏安特性曲线 注重对实验结果的分析与解题能力的考查 2011年要注重学生实验操作的体验和实验基本技能和方法的训练 基本仪器是指通用性强 在各种实验中经常用到的仪器 中学阶段 要求掌握的基本仪器如下 类型一 基本仪器使用 1 理解仪器的工作原理 这能使我们灵活地使用仪器和分析问题 例如 理解10分度的游标卡尺 也就能理解和使用20分度和50分度的游标卡尺 2 熟悉仪器使用时的注意事项 这往往是高考实验题的考点 注意事项一般是这样几方面 可能危及仪器安全的 如 螺旋测微器 在小砧快接触工件时 应改用微调旋钮 以免损坏精密螺杆 可能增大误差的 如使用螺旋测微器 读数时要注意半毫米刻度 测量仪器使用前 要调整零位 如弹簧秤 各种电表 使用时容易忽略的 最容易忽略的是仪器使用前的调整和使用后的复位 如 使用欧姆表 要机械调零和电阻挡调零 换挡后要重新进行电阻挡调零 使用完毕要复位 3 选择适当的量程 大的物理量用小量程 会损毁仪表 小的物理量用大量程 会增大误差 选择量程的原则是 在测量值不超过量程的前提下 选用尽量小的量程 在完全不清楚测量值的情况下 试用最大量程 再视情况逐渐减小量程 如电流表和电压表一般要求指针能偏转到刻度盘的以上 欧姆表指针应在范围内 为刻度盘中心阻值 4 掌握测量仪器的读数方法 1 根据最小分度采取不同的读数方法 十分之一估读 毫米刻度尺 螺旋测微器等绝大多数仪器 不要估读 秒表 游标卡尺 电表的读数 观察表盘 两大刻度之间是几分位 几个小格子 就按照几分位估读 欧姆表的读数 坐标纸的读数规则与 相同 2 对于常用的仪器可按下述方法读数 最小分度是 1 的仪器 按十分之一估读 如最小刻度是1mm的刻度尺 测量误差出现在毫米的十分位上 估读到十分之几毫米 最小分度是 2 或 5 的仪器 分别按二分之一或五分之一估读 如学生用的电流表0 6a量程 最小分度为0 02a 误差出现在安培的百分位 只读到安培的百分位 估读半小格 不足半小格的舍去 超过半小格的估读 以安培为单位读数时 百分位上的数字可能为0 1 2 9 学生用的电压表为15v量程 最小分度为0 5v 测量误差出现在伏特的十分位上 只估读到伏特的十分位 估读五分之几小格 以伏特为单位读数时 十分位上的数字可能为0 1 2 9 5 关于有效数字任何一个物理量 其测量结果必然存在误差 因此 表示一个物理量测量结果的数字取值是有限的 我们把测量结果中可靠的几位数字 加上可疑的一位数字 统称为测量结果的有效数字 例如 2 78的有效数字是三位 2 7是可靠数字 尾位 8 是可疑数字 这一位数字虽然是可疑的 但它在一定程度上反映了客观实际 因此它也是有效的 数值表示的标准形式是用10的方幂来表示其数量级 前面的数字是测得的有效数字 并只保留一位数在小数点的前面 如3 3 105m 8 25 10 3kg等 例1 用螺旋测微器测量一矩形小零件的长和宽时 螺旋测微器上的示数如图13 1 1所示 图 a 的读数是 mm 图 b 的读数 mm 图13 1 1 分析 解析 评析 读固定刻度时 一定要注意固定刻度尺上所标示的刻度值是以mm为单位 还要注意固定刻度尺上半毫米刻度线是否露出 若半毫米刻度线露出 则固定刻度值应读为几点五毫米 若半毫米刻度线未露出 则固定刻度值应读为几点零毫米 变式题1 有一游标卡尺 主尺的最小分度是1mm 游标上有20个小的等分刻度 使用该游标卡尺测量某工件 如图13 1 2所示 其测量值为多少mm 图13 1 2 解析 变式题2 如图13 1 3所示 为某同学用秒表测量时间 其读数为秒 图13 1 3 99 8 机械秒表的长针是秒针 转一周是30s 因为机械秒表采用齿轮转动 指针不可能停留在两小格之间 所以不可能估读出比0 1s小的时间 位于机械秒表上部中间的小圆圈里面的是分针 转一周是15min 每一小格是0 5min 其读数方法是 总时间 短针读数 长针读数 由图可得t 90 9 8 s 99 8s 解析 变式题3 在某电路中 电流表使用0 0 6a挡 电压表使用0 3v挡 来测量电流与电压 测量结果如图13 1 4甲 乙所示 其读数分别是多少 图13 1 4 电流表读数为0 36a 电压表的读数为1 96v 读数要注意有效位数 解析 变式题4 电流表读数为0 36a 电压表的读数为1 96v 读数要注意有效位数 图13 1 5 1 如果是用10 挡测量电阻 则读数为 2 如果是用直流10ma挡测量电流 则读数为ma 3 如果是用直流5v挡测量电压 则读数为v 60 7 18 3 59 测电阻类问题 一 安培表的两种接法 1 测量电路的选择 用伏安法测电阻电路主要有电流表的内接法和外接法两种 在初中阶段由于我们忽略电表对电路的影响 这两种接法也就不存在什么区别 但在实际电路中电压表的内阻不是无穷大 电流表的电阻也不是零 所以它们接在电路中时对电路或多或少都会有影响 下面就两种接法对电阻测量的影响做以介绍 1 电流表的内接法电路如图13 3 1所示 在此电路中电流的测量的是真实值即i测 i实 但加在电压表两端的电压却是被测电阻与电流表共同分得的电压即u测 u实 这样我们在计算电阻r时r测 u测 i测 u实 i实 也就是这样测得的电阻比实际值偏大 实际上测得的电阻是电流表与被测电阻串联的总电阻 图13 3 1 2 电流表的外接法电路如图13 3 2所示 在此电路中电压的测量的是真实值即u测 u实 但电流表所测电流却是被测电阻与电压表共同分得的电流 即i测 i实 这样我们在计算电阻r时 r测 u测 i测 u实 i实 也就是这样测得的电阻比实际值偏小 实际上测得的电阻是电流表与被测电阻并联的总电阻 图13 3 2 3 电路的选择既然两种方法都存在系统误差 那么我们在选择电路时就应从尽量减小误差的角度来选择电路 如果我们选择电流表的内接法 这时我们是忽略了电流表的分压 即待测电阻分得的电压远大于电流表分得的电压 也就是说r ra 同理如果我们选择电流表的外接法 这时我们是忽略了电压表的分流 即待测电阻分得的电流远大于电压表分得的电流 也就是说rv r 图13 3 3 在不知电阻的具体值时我们可以选用试触法 其电路可以参照图13 3 3 若电键先打在a端观察两表示数 再打到b端再来观察两表示数 如果电压表的示数变化明显则说明电流表分压不能忽略 所以应选用电流表的外接法 反之如电流表的示数变化明显则说明电压表的分流较大 电压表的分流不能忽略 要选用电流表的内接法 二 滑动变阻器在电路中的两种用法 2 滑动变阻器的分压接法 图13 3 5 图13 3 5用法我们称之为滑动变阻器的分压接法 这种用法是把滑动变阻器的一部分与待测电阻并联 从电路可知理论上它的电压可以由0 u连续可调 它的缺点是电路中电流较大 3 电路的选择 在实际电路中我们选择哪种电路还要看具体情况 在以下情况我们要选择分压电路 1 滑动变阻器的总阻值小于2rx rx为待测电阻阻值 这时用限流接法电压的调节范围较小 应选用分压接法 2 实验本身要求电压从零连续可调 或有明确说明时我们要选用分压接法 三 实验仪器的选择 在选择实验仪器时要遵守以下几点 1 安全 安全是仪器选择的前提条件 在实验时 电路中加在各仪器上的电流或电压不允许超出各仪器的额定值或量程 2 在保证安全的前提下要尽可能做到精确 这样可以减小实验误差 如在选用电压或电流表时 要尽可能使指针接近满刻度 因为这样可以减小误差 在选用万用表测电阻时 要选用使指针指在中间刻度附近的挡位 3 易于操作 这也是我们选择仪器的一个标准 如我们用图甲电路对电阻调压时 若选用的滑动变阻器阻值太大 这样在调节电压时我们就很难操作 例3 2009 福建 1 在通用技术课上 某小组在组装潜艇模型时 需要一枚截面为外方内圆的小螺母 如图13 3 6甲所示 现需要精确测量小螺母的内径 可选用的仪器有 a 50等分的游标卡尺b 螺旋测微器 在所提供的仪器中应选用 在测量过程中 某同学在小螺母中空部分360 范围内选取不同的位置进行多次测量取平均值的目的是 图13 3 6 2 某研究性学习小组为了制作一种传感器 需要选用一电器元件 图13 3 1乙为该电器元件的伏安特性曲线 有同学对其提出质疑 现需进一步验证该伏安特性曲线 实验室备有下列器材 为提高实验结果的准确程度 电流表应选用 电压表应选用 滑动变阻器应选用 以上均填器材代号 为达到上述目的 请在虚线框内画出正确的实验电路原理图 并标明所用器材的代号 若发现实验测得的伏安特性曲线与图13 3 6乙中曲线基本吻合 请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点 相同点 不同点 分析 本题重点是伏特表与安培表外接法测电阻 滑动变阻器采用分压式连接 根据它们的条件与原理进行求解 解析 1 游标卡尺方便于测量内径 外径和深度 而螺旋测微器只能测外径 故选a 多次测量取平均值的目的就是减小偶然误差 2 图象中电流0 0 14a 电流表选a2 电源电压6v 但图象只要求电压在0 3v之间调整 为了用分压式接法 为了能很好调节电压 滑动测量准确电压表选v1 由于绘制图象的需要 要求电压从0 3v之间调整 所以滑动变阻器只能采变阻器应选用阻值较小的r1 从图象的形状和斜率变化趋势上去找相同点和不同点 突出都是 非线性 图象上某点与原点连线的斜率是电阻的倒数 答案 1 a 减小实验的偶然误差 2 a2 v1 r1 如图 相同点 通过该元件的电流与电压的变化关系和通过小电珠的电流与电压的变化关系都是非线性关系 不同点 该元件的电阻值随电压的增大而减小 而小电珠的电阻值随电压的升高而增大 评析 伏安法测电阻是中学物理的重点知识之一 是测电阻的核心 应重点关注 熟练掌握伏安法测电阻的条件 原理 误差分析 还得关注它的各类变化形式 如安安法测电阻 伏伏法测电阻 安培表与变阻箱结合测电阻 伏特表与变阻箱结合测电阻等 变式题1 2009 广东 某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率 所用的器材包括 输出电压为3v的直流稳压电源 电流表 待测金属丝 螺旋测微器 千分尺 米尺 电阻箱 开关和导线等 1 他们截取了一段金属丝 拉直后固定在绝缘的米尺上 并在金属丝上夹上一个小金属夹 金属夹可在金属丝上移动 请根据现有器材 设计实验电路 并连接电路实物图13 3 7 a 图13 3 7 2 实验的主要步骤如下 正确连接电路 设定电阻箱的阻值 开启电源 合上开关 读出电流表的示数 记录金属夹的位置 断开开关 合上开关 重复 的操作 改变金属丝上金属夹的位置 3 该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据 并据此绘出了图13 3 7 b 的关系图线 其斜率为 保留三位有效数字 图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了 10 5 10 60a 1 m 1 金属丝接入长度为零时的全电路 或电阻箱 电流表 的电阻之和 图13 3 7 4 他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图13 3 7 c 所示 金属丝的直径是0 200mm 图 b 中图线的斜率 电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是 其数值和单位为 保留三位有效数字 金属丝的电阻率 9 69 10 7 1 02 10 6 m 解析 变式题2 2010 重庆 在探究小灯泡的伏安特性实验中 所用器材有 灯泡l 量程恰当的电流表a和电压表v 直流电源e 滑动变阻器r 电键s等 要求灯泡两端电压从0v开始变化 实验中滑动变阻器应采用接法 分压 或 限流 某同学已连接如图13 3 8所示的电路 在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前 请指出其中仅有的2个不当之处 并说明如何改正 分压 图13 3 8 a 电键不应闭合 应处于断开状态 b 滑动变阻器的滑动触头p位置不当 应将其置于b端 电路正确连接后 分别测得两只灯泡l1和l2的伏安特性曲线如图13 3 10中 和 所示 然后将灯泡l1 l2与电池组 电动势和内阻均恒定 连成图13 3 9所示电路 多次测量后得到通过l1和l2的电流平均值分别为0 30a和0 60a 图13 3 9 图13 3 10 a 在图13 3 10中画出电池组路端电压u和电流i的关系曲线 b 由该曲线可知电池组的电动势为v 内阻为w 取两位有效数字 4 6 2 7 解析 探究小灯泡的伏安特性曲线要求电压从0到额定电压变化 所以滑动变阻器必须采用分压接法 在连接线路时必须将每个开关断开 而图中是闭合的 这是第一个错误 连好线路后在闭合开关前需要将限流滑动变阻器调到阻值最大 将分压滑动变阻器调到输出为0端 在图中是b端 以保护电源和电表 变式题3 1