高中物理实验指导：仪器的使用.doc

第一节：仪器的使用n 误差与有效数字1、 误差：测量的数值与真实值的差异称为误差。误差分系统误差和偶然误差两种。系统误差是指仪器本身不精确或实验方法粗略或实验原理不完善而产生的。它使测量值要么都偏大要么都偏小。比如在安培表内接法测电阻时，测量值总是比真实值大，这就是实验原理不完善而产生的。而偶然误差是由各种偶然因素对实验者、测量仪器、被侧量物的影响而产生的，它有时偏大有时偏小，而且偏大和偏小的概率是相同的，我们可以多进行测量几次取平均值来解决这类问题。2、 有效数字：用毫米刻度尺量书本时，量得长度为184.2mm，最末一位字2是估计出来的，是不可靠数字，但仍然有意义，仍要写出来。这种带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。有效数字中，数2.7、2.70、2.700的含义是不同的，它们分别代表二位、三位、四位有效数字，数2.7表示最末一位数这7是不可靠的，而数2.70和2.700则表示最末一位数字0是不可靠的，因此，小数最后的0是有意义的，不能随便舍去或添加。但是，小数的第一个非零数字前面的零是用来表示小数点位置的，不是有效数字，例如，0.92、0.085、0.0063都是两位有效数字，大的数目，如36500K，如果是三位有效数字，就写成3.65104K。在物理实验中有估读要求的仪器（如螺旋测微器）一定要有估读。实际计算时取二到三位有效数字即可。注意在平时的估算题中，了解有效数字的计算规则是有好处的：它们是（1）有效数字与别的数相加减、相乘除，所得的结果是不可靠的（2）计算结果只能保留一位不可靠数字，n 常用仪器的使用1、 要估读的仪器中学阶段对仪器的估读，一般来讲，就是把最小刻度十等分，对于最小刻度是以1结尾的，应估读到最小刻度的110位，比如米尺的最小刻度是1mm，就要估读到0.1 mm。对于最小刻度是以2、5等数字结尾的，方法较杂，可以把最小刻度十等分，观察指针指在第几等分，就是第几等分乘上最小刻度的110，不过最后数字肯定是2或5的倍数；不过也有就估读到最小刻度这一位上的。我认为为防止出错，同学们可以统一使用把最小刻度十等分这种方法。常用仪器中要估读的仪器有刻度尺、螺旋测微器、天平、弹簧秤、温度表、电流表、电压表、多用电表。（1） 螺旋测微器：螺旋测微器(又叫千分尺)是比游标卡尺更精密的测长度的工具用它测长度可以准确到0.01毫米这是因为测微螺杆前进或后退0.5毫米可动刻度正好转一周，而一周分成50等分，每一等分表示0.01毫米，所以能精确到0.01毫米，但要估计到毫米的千分位。在使用时，在测微螺杆快靠近被测物体时，应停止使用旋钮，改用微调旋钮这样就不致在测微螺杆和被测物体间产生过大的压力，既可以使测量结果精确，又可以保护螺旋测微器螺旋测微器读数时先读固定部分露出的部分，这部分与一般刻度尺差不多，但多了个半毫米的刻度，再读可动的螺旋部分的刻度，要估计一位，并乘上0.01，二者相加就行。左图螺旋测微器的读数为0.540.00.010.900（2） 电压表与电流表：这是分别用来测电压和电流的仪器，电流表常用的量程有0.6A和3A两个量程，而电压表常用的量程有3V和15V两种量程。当然选择量程要考虑安全性与准确性相结合的原则，不是量程越大越好。如果实验过程中指针所指的最大位置不到三分之一，说明量程选的太大了。比如一个用电器得到的最大电压是4V，那么我们应选用3V量程的档位，也许有同学认为不安全了，其实电路中有滑动变阻器的保护不会损坏电表的，这样的话测量电压就准确多了。另处电压表和电流表都有电阻的，必要时我们可以把它们看成是一个能知道自己电压或电流的的电阻而已。若电表的内阻知道了，电表还可以反串使用，即电压表可以知道流过自已的电流，而电流表可以知加在自已上面的电压。使用时外部的电源正极要接电表的“”极，外部电源的负极要接电表的“”极。读数要参考有效数字的要求，如上图电压表（3V档）读数为2.50V或2.51V，而电流表（0.6A档）的读数为0.320A（如果向右再偏一点可读0.322不可读作0.321）或0.32A。（3） 多用电表：它一般可测交流电压（用符号“”表示），、直流电压、直流电流（用符号“”表示）和电阻四样，它的电阻刻度是不均匀的，而且左边是最大的，右边是0，这与电流和电压表的标法相反。测量前，应先检查表针是否停在左端的“0”位置，否则，要用小螺丝刀轻轻地转动表盘下边中间的调整定位螺丝，使指针指零。万用表有两根测试笔，将红表笔和黑表笔分别插入正（）、负（）测试笔插孔测量时，应把选择开关旋到相应的项目和量程上。读数时，要看跟选择开关的挡位相应的刻度。A) 测量电流时，跟电流表一样，应把万用表串联在被测电路里；对于直流电，还必须使电流从红表笔流进万用表，从黑表笔流出来。+B) 测量电压时，跟电压表一样，应把万用表和被测部分并联；对于直流电，必须用红表笔接电势较高的点，用黑表笔接电势较低的点。C) 测量电阻时，在选择好选择开关的挡位后（它常见有1、10、100、1K四档，以指针指在当中为最佳），要先把两根表笔相接触，调整欧姆挡的调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位上（注意，电阻刻度的零位在表盘的右端）。然后再把两表笔分别与待测电阻的两端相接，进行测量（别忘了读数要乘上档位）。换用欧姆挡的另一量程时，需要重新调整欧姆挡的调零旋钮，才能进行测量。应当注意，测量电阻时待测电阻要跟别的元件和电源断开。测量时，注意手不要碰到表笔的金属触针，以保证安全和测量的准确；使用后，要把表笔从测试笔插孔拔出，并且不要把选择开关置于欧姆挡，以防电池漏电；长期不使用时，应把电池取出。一这要特别注意的是红表笔内接电源的负极，而黑表笔内接电源的正极，即测电阻时电流是从黑表笔流出的，这对判定未知元件是二极管还是电阻有重要作用。2、 不要估读的仪器：不用估读的仪器有游标卡尺（其实也要估读，只是高中段不要求）、秒表、电阻箱。（1） 游标卡尺：游标卡尺是比较精密的测量长度的仪器，它可测外径（下测脚）、内径（上测脚）与深度（窄片）。用它来测量长度可以准确到0.1mm（游标10等分）、0.05mm（游标20等分，总长19 mm）和0.02mm（游标50等分，总长49 mm）。对精度为0.1 mm的游标尺而言，游标尺上有10个小的等分刻度，它们的总长等于9毫米因此游标尺的每一分度比主尺的最小分度相差0.1毫米精度就是0.1 mm。在测量大于1毫米的长度时，整的毫米数由主尺上读出，十分之几毫米从游标上读出例如，如第一幅图所示的被测的长度就.2.9厘米80.1毫米2.98厘米(8是精确的)。第二幅图这个游标尺是50个刻度的，精度是0.01mm的，仔细观察可知，目前的读数是52mm60.02mm=52.12 mm（2） 秒表：机械秒表使用前要上发条，不同秒表使用方法不同。老式秒表第一次按压，秒表开始记时；第二次按压，指针停止走动，秒表此时显出两次按表之间的时间；第三次按压，指针均回零刻度处。秒表外面大刻度显示的是秒针的刻度，每圈是30秒，内部小圆是分针的刻度，每格是1分种，中间有一小格显示半分种的位置。在所测时间超过0.5分时，0.5分的整数部分由分针读出，不足0.5分的部分由秒针读出，总时间为两针读数之和，右图中分针的读数1.5分，就是90秒，秒针的读数为11.2秒，不需要估读，共是101.2秒。（3） 电阻箱：电阻箱有插入式和开关式(又叫筒式)两种，下面左图中的是插入式电阻箱，这里的铜塞起短路作用，如果把3、5两个铜塞拔起，电流就必须通过4欧姆与6欧姆两个电阻，则该电阻箱的电阻值是10欧姆。右图中就是开关式电阻箱，它的读数应该是各开关上旋转后与指针对应的数字乘上相应的量程再相加就成。比如此图中的电阻大小就是110004100010311403（）。另外电阻箱的调节很有讲究，无论从小阻值调到大阻值还是从大阻值调到小阻值都要先让电阻变大再变小，这样可以有效防止短路。比如要从目前的阻值变为900欧姆，先不要急着把1000档的旋扭转到0位，因为这样电阻一下子从1403欧变为403欧，电流突然增加也许会超过限度，所以应先把100档的旋扭调至9，使电阻先变为1903欧，再变为900欧，这样会安全多了。3、 打点计时器的使用：打点计时器分电磁打点计时和电火花打点计时器，在接50Hz交流电时，它们都是每0.02秒打一点的，不过电火花打点计时器使用的是220V交流电源，用二条纸带拉（一条上有点），而电磁打点计时器使用低压（46V）交流电源，用一条纸带拉。这是用来配合运动学公式间接测速度与加速度的这是一种计时仪器。下面是使用时要注意的方面：A) 要先打点后拉动纸条B) 不能用直流电源C) 振针过长会使点迹出现拖痕，过短会使点迹不清D) 纸带上出现的是计时点，若每5个计时点取1点，取来的这些点叫计数点。此时计数点的时间间隔为0.1秒。接下来看看打点计时器是怎样求匀变速直线运动的速度与加速度的，我们在完成了匀变速直线运动的纸带上任意选取几个连续计数点0、1、2、3、4、5 用尺量出相邻计数点间的 距离S1，S2，S3，S4，再算出相邻的距离之差S1=S2-S1，S2=S3-S2，S3=S4-S3，由于在匀变速直线运中某段时间内的平均速度就等于中间时刻的瞬时速度，所以有相应1号点的速度，2号点的速度为，这里的T是指两计数点间的时间间隔。其它点的速度依次类推至于加速度用公式，这里的S就是上面的S1、S2，再取平均值。当然为了精确起见，我们主要采用、等遂差法手段求加速度再取平均值，比如我们假设上面这图中的计数点是每5个计时点取一个记数点的，同量测得s5.18 cm，4.40 cm，3.62cm，2.78 cm，2.00 cm，1.22 cm.则相邻两记数点间的时间间隔为0.1.物体的加速度大小为0.80m/s，当然正在做减速运动，打点计时器打记数点3时，物体的速度大小0.32m/S。注意一定要防止用计算速度，因为一般而言，第一个计数点并不是速度为0的点。4、 滑动变阻器的使用：它有四个接头，实际上只有三个有用，如图C、D是同一点，它是靠改变电阻丝的长度来达到改变电阻大小的，在电路中起限制电流安全保护和调节电压与电流的作用，它常用有两种接法，分别叫分压法和限流法（下面有详细介绍）。所谓限流法是指上接一个（C、D当中接一个），下接一个（A、B当中接一个）。而分压法是三个接头都要用的，下面两个接头连电源，上面取一个接头和用电器相连再与下面一个接头相连。使用滑动变阻器之前，要弄清楚它的最大电阻值和允许通过的最大电流值使用时任何一部位都不得超过允许通过的最大电流值另外还要正确连入电路滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影响。注意不要接成固定电阻（把电路两端分别接到A、B）或接成短路（把电路两端分别接到C、D），也要防止损伤电阻丝表面的绝缘层，以免造成匝间短路n 配套练习1. 图中，游标卡尺甲的读数是_，乙的读是_。2.读出螺旋测微器的读数： 读数为_mm。读数为_m。 3. 下图为电压表和电流表示意图，指针位置如图所示。若使用的是0-3V量程，读数为_V。若使用的是0-15V量程，读数为_V。 若使用的是0-0.6A量程，读数为_V。若使用的是0-3A量程，读数为_V。0123051015V00.20.40.601230 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000mg4.天平在使用前必须进行调节，包括调节底座水平和调节横梁水平。在调节_水平前，必须把游码移到左端零刻线处。在某次测量中，达到平衡时，右盘中砝码总质量为28g，游码位置如上图，则被测物体质量为_g。A B C D E5.在研究匀变速直线运动实验中，在打点计时器打下的纸带上，每5个点取一个计数点，如图ABCDE所示。所用交流电的频率为50HZ。用刻度尺量得A到B、C、D、E各点的距离依次为：1.23cm、3.71cm、7.44cm和12.42cm，那么该匀变速直线运动的加速度的大小为_m/s2，图中D点对应的速度大小为_m/s（答案都保留3位有效数字）。 6、用多用电表的欧姆挡测电阻和电压时，下列操作正确的是： A.测阻值约为150的电阻，应选用R100挡B.用R10档测电阻时如果指针偏转太小，应改用R100档，调零后再测010200123外测量爪内测量爪深度尺C.用直流电压表测电池电压时，应将黑表笔接电池正极，红表笔接电池负极D.多用电表用完后，应将选择开关拨到OFF或直流电压最高挡7、右图是一个瓶盖形的有底的中空圆柱形工件，要求用游标卡尺测量其体积。工件的内径、外径、高和孔深分别用d、D、H、h表示，它们应依次用游标卡尺的_、_、_、_部分来测量。体积的表达式为V=_8、右图是示波器面板，左上图是一个信号源。若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形的应将信号源的a端与示波器面板上的_接线柱相连，b端_接线柱相连。若示波器显示的输入波形如左下图所示，要将波形上移，应调节面板上的_旋钮；ab要使此波形横向展宽，应调节_旋钮；要使屏上能够显示3个完整的波形，应调节_旋钮。9、某人用万表按正确步骤测量一电阻阻值，指针指示位置如右图，则这电阻阻值是_。如果要用这万用表测量一个约200的电阻，为了使测量比较精确，选择开关应选的欧姆档是_。10、用电阻为3000的电压表和内阻为10的电流表测电阻，在上图的甲、乙两种情况下，电压表的示数都是60V，电流表的示数都是0.2A，则R1的测量值为_，真实值是_，R2的测量值为_，真实值是_。11、有“用单摆测定重力加速度”的实验中：如果某同学用秒表记录下单摆做40次全振动所用时间，秒表示数如图所示，则这单摆的振动周期是_s。12、练习使用打点计时器实验中，关于计数点间时间间隔，下列说法中正确的是(A)每隔4个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.10s(B)每隔4个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.08s(C)每隔5个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为0.10s(D)每隔5个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔为1.00s答案：1、5162mm 1093mm2、2.17，10.8；0.16、 0.81 3、1.25、6.24、横梁、28.475、1.25、0.4366、B7、内测量爪 ，外测量爪 ，外测量爪 ，深度尺 8、.Y输入，地 6，X增益，扫描范围和扫描微调。9、1200；1010、00 290 300 33311、2.5712、BC