基本仪器的使用.ppt

基本仪器的使用 长度测量 测量长度的仪器 刻度尺 游标卡尺 螺旋测微器 千分尺 1 游标卡尺 运用差分法的原理 如9mm 分成10等分 从而使游标尺上的一等分去反映 1 9 10mm 是反映 而不是就等于0 1mm 2 螺旋测微器 运用旋动法的原理 较小的平动直进距离在相应的较长圆周上等分 从而在可动尺上读取微小长度 刻度尺 估读到最小刻度的下一位 B 测质量的仪器 天平 1 放 把天平放在水平台上 整个使用过程中不能移动位置 2 调 把游码拨至标尺左端零刻线处 然后调节平衡螺母使指针指到分度盘的中线 3 称 左盘放待测物体 在右盘增减砝码并利用游码使指针再次指到分度盘的中线 此时砝码总质量加上游码在标尺上所对刻度值即为被测物体的质量 时间的仪器 1 秒表 2 电磁 电火花 打点计时器 接4 6V交流电源 固有频率50Hz 1 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 1s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15min 每小格为0 5min 秒表的读数方法是 短针读数 t1 长针读数 t2 2 打点计时器1 打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器 当电源频率为50hz时 它每隔0 02s打一次点 电磁打点计时器工作电压4v 6v电火花打点计时器工作电压220v2 注意打点计时器的原理以及对测量造成的误差 电压表 电流表 高考要求会正确使用的电学仪器有 电流表 电压表 多用电表 滑动变阻器 电阻箱等等 除了滑动变阻器以外 其它仪器都要求会正确读出数据 读数的基本原则是 凡仪器最小刻度是10分度的 要求读到最小刻度后再往下估读一位 估读的这位是不可靠数字 凡仪器最小刻度不是10分度的 只要求读到最小刻度所在的这一位 不再往下估读 电阻箱是按照各个数量级上指针的对应数值读数的 指针必须指向某一个确定的数值 不能在两个数值之间 因此电阻箱测量结果的各位读数都是从电阻箱上指针所指位置直接读出的 不再向下估读 1 上海市金山区 如图甲是电压表的刻度盘 若当时使用的是该表的0 3V量程 那么电压表读数为 图乙若当时使用的是该表的0 量程 那么电流表度数为 归纳 测量值 准确值 估计值准确值 从仪器上直接读出估计值 对应最小刻度 最小刻度量程 电流表 电压表通常采用1 2估读法 说明 凡仪器最小刻度是10分度的 要求读到最小刻度后再往下估读一位 估读的这位是不可靠数字 凡仪器最小刻度不是10分度的 一般只要求读到最小刻度所在的这一位 不再往下估读 多用电表 1 电路和原理图 1 测电流和电压时 必须使电流以红笔进 从黑笔流出 2 测电阻时 待测电阻要与电源及其它电阻断开 且不要用手接触表笔 合理选择量程 尽可能使指针在中央位置附近 否则应更换量程 每次更换量程时 都要重新调零后才能测 3 三条主要刻线 最上面是欧姆档的刻度 零刻度在右侧 且刻线不均匀第二条是电压和电流刻线 零刻线在左侧 且刻线均匀第三条是交流低压刻线 零刻线在左侧 且刻线均匀 考点二仪器与电路的选择 仪器的选择 仪器选择一般以 可行 精确 和 方便为原则 可行即一定能保证仪器正常使用 精确即是尽可能地减小误差 方便即实验器材便于操作 体现在电表量程的选择 及通过滑动变阻器的最大电流不超过其额定电流等 量程的选择原则 为达上述目的 测量时 使读数越满偏越准确 电流表 电压表一般在1 3量程以上 但应注意 多用表测电阻时 指针指在中间附近最准确 3 仪器的布局与电路的选择 电流表的内 外接问题 甲 所示电路为电流表外接电路 简称外接法 乙 所示电路为电流表内接电路 简称内接法 两种接法的选择可按下列方法进行 方法一 设电流表 电压表内阻分别为 被测电阻为 则当时 电流表分压作用小 应选用内接法当 时 电流表分压作用和电压表分流作用相差不大 两种方法均可 方法二 在 均不知的情况下 可采用试触法 如图所示 分别将a端与b c接触 如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显 说明电压表分流作用大 应采用内接法 如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显 说明电流表分压作用大 应采用外接法 滑动变阻器的分压 限流接法 为了改变测量电路 待测电阻 两端的电压 或通过测量电路的电流 常使滑动变阻器与电源连接作为控制电路 滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式 如图 甲 为滑动变阻器的限流式接法 为待测电阻 它的接线方式是电源 滑动变阻器与待测电阻三者串联 对待测电阻供电电压的最大调节范围是 是待测电阻 R是滑动变阻器的总电阻 不计电源内阻 如图 乙 是滑动变阻器的分压式接法 接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路 而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联 该接法对待测电阻供电电压的调节范围是 不计电源内阻时 选取接法的原则 要求负载上电压或电流变化范围大 且从零开始连续可调 须用分压式接法 负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R时 须用分压式接法 此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用 采用限流电路时 电路中的最小电流 电压 仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流 电压 时 应采用变阻器的分压式接法 负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大 并且电压表 电流表示数变化不要求从零开始起调 可用限流式接法 两种电路均可使用时应优先用限流式接法 因为限流电路结构简单 总功率较小 滑动变阻器的粗调和微调作用 在限流电路中 全电阻较大的变阻器起粗调作用 全电阻较小的变阻器起微调作用 在分压电路中 全电阻较小的变阻器起粗调作用 全电阻较大的变阻器起微调作用 考点三实验方案的设计 根据实验目的 控制实验条件 能灵活地运用已学过的物理原理 实验方法和实验仪器去处理问题 设计实验方案 也是高考实验题的主要试题 一 器材选择的原则 1 准确性原则 选用电表量程应可能减小测量值的相对误差 电压表 电流表在使用时尽可能使指针接近满量程 若指针偏转不到满偏角度的 3 读数误差较大 2 安全性原则 通过电源 电表 滑动变阻器 用电器的电流不能超过其允许的最大电流 3 便于操作原则 选择控制电路时 既要考虑供电电压的变化范围是否满足实验要求 又要注意便于操作 二 实物图连线技术无论是分压接法还是限流接法都应该先把伏安法部分接好 对限流电路 只需用笔画线当作导线 从电源正极开始 把电源 电键 滑动变阻器 伏安法四部分依次串联起来即可 注意电表的正负接线柱和量程 滑动变阻器应调到阻值最大处 对分压电路 应该先把电源 电键和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来 然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头 比较该接头和滑动触头两点的电势高低 根据伏安法部分电表正负接线柱的情况 将伏安法部分接入该两点间三 电路设计原则 正确地选择仪器和设计电路的问题 有一定的灵活性 解决时应掌握和遵循一些基本的原则 即 安全性 方便性 精确性 原则 兼顾 误差小 仪器少 耗电少 等各方面因素综合考虑 灵活运用 正确性 实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理 安全性 实验方案的实施要安全可靠 实施过程中不应对仪器及人身造成危害 要注意到各种电表均有量程 电阻均有最大允许电流和最大功率 电源也有最大允许电流 不能烧坏仪器 方便性 实验应当便于操作 便于读数 便于进行数据处理 精确性 在实验方案 仪器 仪器量程的选择上 应使实验误差尽可能的小 例2 中山一中2008 2009学年高三第二次统测物理试题 1 在用 图象法 处理实验数据时 为了减少误差 A 应使纵 横坐标每单位长度表示的数值大一些B 应使纵 横坐标每单位长度表示的数值小一些C 为使图线通过每个实验数据点 应使图线画成折线D 应使图线画成直线或光滑曲线 让实验数据点大致均匀分布在图线附近 对于个别离线较远的点可以舍去 2 某同学要进行探究匀变速直线运动实验 请在下面列出的实验器材中 选出本实验中不需要的器材填在横线上 填编号 打点计时器 天平 低压交流电源 低压直流电源 细绳和纸带 钩码和小车 秒表 一端有滑轮的长木板 刻度尺 3 某同学利用打点计时器所记录的纸带来研究做匀变速直线运动小车的运动情况 实验中获得一条纸带 如图所示 其中两相邻计数点间有四个点未画出 已知所用电源的频率为50HZ 则打A点时小车运动的速度vA m s 小车运动的加速度a m s2 结果要求保留三位有效数字 单位 cm 答案 1 BD 2 3 0 337m s 0 393m s2 3 探究弹力和弹簧伸长的关系 例3 08年北京卷 某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系 并测弹簧的劲度系数k 做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上 然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧 并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上 当弹簧自然下垂时 指针指示的刻度数值记作L0 弹簧下端挂一个50g的砝码时 指针指示的刻度数值记作L1 弹簧下端挂两个50g的砝码时 指针指示的刻度数值记作L2 挂七个50g的砝码时 指针指示的刻度数值记作L2 下表记录的是该同学已测出的6个值 其中有两个数值在记录时有误 它们的代表符号分别是和 实验中 L3和L2两个值还没有测定 请你根据上图将这两个测量值填入记录表中 为充分利用测量数据 该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差 分别计算出了三个差值 请你给出第四个差值 d4 cm 根据以上差值 可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量 用d1 d2 d3 d4表示的式子为 代入数据解得 cm 计算弹簧的劲度系数k N m g取9 8m s2 答案 2 L5L6 6 85 6 84 6 86 14 05 14 04 14 06 7 20 7 18 7 22 1 75 28解析 读数时应估读一位 所以其中L5 L6两个数值在记录时有误 根据实验原理可得后面几问的结果 考点 探究弹力和弹簧伸长的关系 点评 此题考查了基本仪器 刻度尺 的使用 以及基本试验方法 逐差法 的应用 这是高中物理实验的基本能力的考查 值得注意 4 验证力的平行四边形定则 21在 探究力的平行四边形定则 的实验中 用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点 在橡皮条的另一端拴上两条细绳 细绳另一端系着绳套B C 用来连接弹簧测力计 其中A为固定橡皮筋的图钉 O为橡皮筋与细绳的结点 OB和OC为细绳 在实验中 如果只将细绳换成橡皮筋 其它步骤没有改变 那么实验结果 填 会 或 不会 发生变化 本实验采用的科学方法是A 理想实验法B 控制变量法C 等效替代法D 建立物理模型法 不变 C 验证牛顿第二定律 某同学设计了一个探究小车的加速度a与小车所受拉力F及质量m关系的实验 图 a 为实验装置简图 所用交变电流的频率为50Hz 1 图 b 为某次实验得到的纸带 实验数据如图 图中相邻计数点之间还有4个点未画出 根据纸带可求出小车的加速度大小为m s2 保留三位有效数字 3 保持小车质量不变 改变砂和砂桶质量 一位同学根据实验数据作出了加速度a随拉力F的变化图线如图所示 该图线不通过原点 其主要原因是 研究平抛物体的运动 例 利用图A 实验可粗略测量人吹气产生的压强 两端开口的细玻璃管水平放置 管内塞有潮湿小棉球 实验者从玻璃管的一端A吹气 棉球从另一端B飞出 测得玻璃管内部截面积S 距地面高度h 棉球质量m 开始时的静止位置与管口B的距离x 落地点C与管口B的水平距离l 然后多次改变x 测出对应的l 画出l2 x关系图线 如图B 所示 并由此得出相应的斜率k 1 若不计棉球在空中运动时的空气阻力 根据以上测得的物理量可得 棉球从B端飞出的速度v0 2 假设实验者吹气能保持玻璃管内气体压强始终为恒定值 不计棉球与管壁的摩擦 重力加速度g 大气压强p0均为已知 利用图B 中拟合直线的斜率k可得 管内气体压强p 3 考虑到实验时棉球与管壁间有摩擦 则 2 中得到的p与实际压强相比 填偏大 偏小 答案 1 l g 2h 2 p0 kmg 4sh 3 偏小 解析 小球从B点飞出后做平抛运动 则有 联立解得 在吹小球的过程中 由动能定理可得 即 可知直线的斜率可得 若考虑实验中小球与玻璃管的摩擦则得到的p与实际压强相比应偏小 验证机械能守恒定律 例 如图所示 两个质量各为m1和m2的小物块A和B 分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端 已知m1 m2 现要利用此装置验证机械能守恒定律 1 若选定物块A从静止开始下落的过程中进行测量 则需要测量的物理量有 物块的质量m1 m2 物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间 物块B下落的距离及下落这段距离所用的时间 绳子的长度 2 为提高实验结果的准确程度 某小组同学对此实验提出以下建议 绳的质量要轻 在 轻质绳 的前提下 绳子越长越好 尽量保证物块只沿竖直方向运动 不要摇晃 两个物块的质量之差要尽可能小 以上建议中确实对提高准确程度有作用的是 3 写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议 答案 1 或 2 3 例如 对同一高度进行多次测量取平均值 选取受力后相对伸长尽量小的绳子 等等 解析 1 通过连结在一起的A B两物体验证机械能守恒定律 既验证系统的势能变化与动能变化是否相等 A B连结在一起 A下降的距离一定等于B上升的距离 A B的速度大小总是相等的 故不需要测量绳子的长度和B上升的距离及时间 2 如果绳子质量不能忽略 则A B组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能 从而为验证机械能守恒定律带来误差 若物块摇摆 则两物体的速度有差别 为计算系统的动能带来误差 绳子长度和两个物块质量差应相当 3 多次取平均值可减少测量误差 绳子伸长量尽量小 可减少测量的高度的准确度 描述小灯泡的伏安曲线特征 实验电路原理电路如图所示 因为小电珠 即小灯泡 的电阻较小 10 左右 所以应该选用安培表外接法 小灯泡的电阻会随着电压的升高 灯丝温度的升高而增大 所以U I曲线不是直线 为了反映这一变化过程 灯泡两端的电压应该由零逐渐增大到额定电压 所以滑动变阻器必须选用分压接法 开始时滑动触头应该位于左端 使小灯泡两端的电压为零 由实验数据作出的I U曲线如右 说明灯丝的电阻随温度升高而增大 也就说明金属电阻率随温度升高而增大 若用U I曲线 则曲线的弯曲方向相反 若选用的是标有 3 8V0 3A 的小灯泡 电流表应选用0 0 6A量程 电压表开始时应选用0 3V量程 当电压调到接近3V时 再改用0 15V量程 13 2009年浙江卷 1 如图甲所示 在 描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验中 同组同学已经完成部分导线的连接 请你在实物接线图中完成余下导线的连接 2 某同学从标称为 220V25W 220V300W 220V500W 的3只灯泡中任选一只 正确使用多用电表测量灯泡阻值如图乙所示 该灯泡的阻值是 标称的额定功率为 W 答案 1 如图 2 160 25 解析 本题考查多用电表和电路设计 1 如图所示 实验要求电压从零开始调整 滑动变阻器采用分压式接法 2 16 10 160 由于灯泡正常工作时的电阻为比不工作时的电阻大的多 而 220V25W 220V300W 220V500W 正常工作时的电阻分别为1936 161 和98 故为25W3 测定金属的电阻率 测定金属的电阻率 由于该实验中选用的被测电阻丝的电阻较小 所以测量电路应该选用伏安法中的电流表外接法 本实验对电压的调节范围没有特殊要求 被测电阻又较小 因此供电电路可以选用限流电路 本实验通过的由于金属的电阻率随温度的升高而变大 因此实验中通电时间不能太长 电流也不宜太大 以免电阻丝发热后电阻率发生较明显的变化 由于选用限流电路 为保护电表和电源 闭合电键开始实验前应该注意滑动触头的位置 使滑动变阻器接入电路部分的电阻值最大 14 有一根圆台状均匀质合金棒如图甲所示 某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率 长度L和两底面直径d D有关 他进行了如下实验 1 用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d D和长度L 图乙中游标卡尺 游标尺上有20个等分刻度 的读书L cm 2 测量该合金棒电阻的实物电路如图丙所示 相关器材的参数已在图中标出 该合金棒的电阻约为几个欧姆 图中有一处连接不当的导线是 用标注在导线旁的数字表示 3 改正电路后 通过实验测得合金棒的电阻R 6 72 根据电阻定律计算电阻率为 长为L 直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为Rd 13 3 RD 3 38 他发现 在误差允许范围内 电阻R满足R2 Rd RD 由此推断该圆台状合金棒的电阻R 用 L d D表述 答案 1 9 940 2 3 用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻 实验电路如右 根据闭合电路欧姆定律 E U Ir 本实验电路中电压表的示数是准确的 而电流表的示数比通过电源的实际电流小 所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的 为了减小这个系统误差 滑动变阻器R的阻值应该小一些 所选用的电压表的内阻应该大一些 为了减小偶然误差 要多做几次实验 多取几组数据 然后利用U I图象处理实验数据 将点描好后 用直尺画一条直线 使尽可能多的点落在这条直线上 而且在直线两侧的点数大致相等 这条直线代表的U I关系的偶然误差比每一组实验数据的偶然误差都小 这条直线在U轴上的截距就是被测电源电动势E 对应的I 0 斜率的绝对值就是被测电源的内阻r 特别要注意 有时纵坐标的起始点不是0 求内阻的一般式应该是r U I 15 某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池 该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻 但是从实验室只借到一个开关 一个电阻箱 最大阻值为9 999 科当标准电阻用 一只电流表 量程IR 0 6A 内阻 和若干导线 请根据测定电动势E内电阻的要求 设计图4中器件的连接方式 画线把它们连接起来 接通开关 逐次改变电阻箱的阻值 读取与对应的电流表的示数I 并作记录当电阻箱的阻值时 其对应的电流表的示数如图5所示 处理实验数据时首先计算出每个电流值I的倒数1 I 再制作R 1 I坐标图 如图6所示 图中已标注出了 R 1 I 的几个与测量对应的坐标点 请你将与图5实验数据对应的坐标点也标注在图6中上 在图6上把描绘出的坐标点练成图线 根据图6描绘出的图线可得出这个电池的电动势E V 内电阻答案 见答图4 见答图6 见答图6 1 5 1 46 1 54 0 3 0 25 0 35 练习用多用电表测电阻 使用前应看一下指针是否指在刻度盘左端的零刻线处 如果不在 就应该进行机械调零 用小螺丝刀轻旋表头正下方中央处的调零螺丝 使指针指左端零刻线 根据被测物理量及其数量级将选择开关旋到相应的位置 读数时还要注意选用刻度盘上对应的量程刻度 如测量20mA左右的直流电流 应将选择开关对准左边100mA量程处 在刻度盘上 应该看最下方的刻度 即满偏刻度为10的刻度线 从刻度盘读出数据后还应再乘10 得测量结果 使用欧姆挡时 在选好倍率后 还必须进行欧姆调零 方法是 将红 黑表笔短接 调节欧姆调零旋钮 使指针指右端零刻线处