九基本实验仪器的使用和基本实验方法

九基本实验仪器的使用和基本实验方法命题趋势一些基本仪器的原理、使用方法、注意事项和读数等，在近几年的高考试题中不断出现。长度和电学量的测量及相关仪器的使用是出题最频繁的知识点。如游标卡尺、螺旋测微器的读数在近十年的全国高考中就考了8次，往往是游标卡尺、螺旋测微器交替考查。电压表、电流表、欧姆表使用方法的考查几率则更高。另外，打点计时器、电阻箱、秒表的使用有时也出现。高考中基本仪器的考察，用的比较多的题型是填空题和作图题，时而也有选择题。高考中常有连接电路实物图的题，这类题设置的目的就是考查电流表、电压表、滑动变阻器等器材的操作和使用方法。关于实验方法的考查，预计是两种形式：一是以学过的分组或演示实验为背景，考查对实验方法的领悟情况；二是考查灵活运用学过的实验方法设计新的实验。由于目前设计型实验是高考实验题的热点，而掌握一些有普遍意义的实验方法又是设计实验的基础，所以在复习已学过的实验时，有意识的、积极的提取、积累一些有价值的方法是很有意义的。教学目标：1．通过专题复习，掌握基本实验仪器的使用和基本实验方法，提高解答物理实验题的能力。2．能根据要求灵活运用已学过的自然科学理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题教学重点：掌握基本实验仪器的使用和基本实验方法，，提高解答物理实验题的能力。教学难点：根据要求灵活运用已学过的自然科学理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题。教学方法：讲练结合，计算机辅助教学教学过程：一、知识概要（一）基本仪器的使用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：测量长度的仪器------刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器测量质量的仪器------天平测量时间的仪器------打点计时器、秒表测量力的仪器-----弹簧秤测量温度的仪器------温度计测量电学量仪器------电流表、电压表、多用电表电学控制仪器------滑动变阻器、变阻箱、开关对以上这些仪器，要理解结构原理、规格和主要参数，知道使用方法、注意事项、读数和精度等。1、理解仪器的工作原理。这能使我们灵活的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：①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。②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）。③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，要机械调零和电阻档调零，换档后要重新进行电阻档调零，使用完毕要复位。3、正确选择量程。大的量用小量程，会损毁仪表；小的量用大量程，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31以上；欧姆表指针应在中中RR4~4范围内，中R为刻度盘中心阻值。4、掌握测量仪器的读数方法。主要是估读问题，大部分刻度仪器读数时都需要估读。如刻度尺和温度计，要估读到最小刻度的101；螺旋测微器要估读到可动刻度的101。（二）基本实验方法围绕实验的设计原理、误差控制、数据处理三个环节，都有它们自己的一些有普遍意义的方法，在中学阶段涉及的主要是以下一些方法：1、设计实验原理（1）控制变量法。如：在“验证牛顿第二定律的实验”中，加速度、力和质量的关系控制。在“研究单摆的周期”中，摆长、偏角和摆球质量的关系控制。基本仪器（2）近似替代法。用伏安法测电阻时，选择了合适的内外接方法，一般就忽略电表的非理想性。（3）等效替代法。某些量不易测量，可以用较易测量的量替代，从而简化实验。在“验证碰撞中的动量守恒”的实验中，两球碰撞后的速度不易直接测量，在将整个平抛时间定为时间单位后，速度的测量就转化为对水平位移的测量了。（4）模拟法。当实验情景不易或根本无法创设时，可以用物理模型或数学模型等效的情景代替，尽管两个情景的本质可能根本不同。“描绘电场中的等势线”的实验就是用电流场模拟静电场。（5）微小量放大法。微小量不易测量，勉强测量误差也较大，实验时常采用各种方法加以放大。卡文迪许测定万有引力恒量，采用光路放大了金属丝的微小扭转；在观察玻璃瓶受力后的微小形变时，使液体沿细玻璃管上升来放大瓶内液面的上升。2、控制实验误差（1）多次测量法。多次测量法减小偶然误差，这是所有实验必须采取的办法，也是做实验应具有的基本思想。（2）积累法。一些小量直接测量误差较大，可以累积起来测量，以减小误差。“用单摆测定重力加速度”的实验中，为了减小周期的测量误差，不是测量完成一次全振动的时间，而是测量完成30~50次全振动的时间。3、数据处理（1）逐差法。这就是用打点计时器打出的纸带计算加速度时用到的方法，这种方法充分利用了测量数据，具有较好的取平均的效果。（2）图象法。能从图象清楚看出物理量间的关系，在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，采用了这种方法得出电阻与温度有关的结论；可用图象法求物理量的值，在“测定电源电动势和内阻”的实验中用图象法来求E和r不仅有取平均的效果，还可以剔除个别有错误的测量数据。围绕某一领域实验的共同需要，形成一些方法。在中学阶段主要有：1、记录运动（1）用频闪照片记录运动。例如用小球自由下落的频闪照片研究自由落体运动的规律；用平抛小球的频闪照片研究平抛运动的规律；用弹簧振子的频闪照片研究简谐运动的规律。（2）用打点计时器记录运动轨迹。例如研究匀变速直线运动、验证机械能守恒等。2、提供电压（1）限流法。如图1，选择合适的滑动变阻器串接在电路中，用它来改变电流，以控制负载电压。图1图2（2）分压法。如图2，当滑动变阻器的电阻小于负载电阻时，可用此法调控电压。二、考题回顾1.（04年理综天津卷22，15分）现有一块59C2型的小量程电流表G（表头），满偏电流为50A，内阻约为800～850，把它改装成1mA、10mA的两量程电流表。可供选择的器材有：滑动变阻器R1，最大阻值20；滑动变阻器2R，最大阻值100k电阻箱R，最大阻值9999定值电阻0R，阻值1k；电池E1，电动势1.5V；电池2E，电动势3.0V；电池3E，电动势4.5V；（所有电池内阻均不计）标准电流表A，满偏电流1.5mA；单刀单掷开关S1和S2，单刀双掷开关S3，电阻丝及导线若干。（1）采用如图1所示电路测量表头的内阻，为提高测量精确度，选用的滑动变阻器为；选用的电池为。...GR'S2S1RE图1（2）将G改装成两量程电流表。现有两种备选电路，示于图2和图3。图为合理电路，另一电路不合理的理由是。.GRaRb10mAS3..1mAG...S310mARcRd1mA图2图3（3）将改装后的电流表与标准电流表逐格进行核对（仅核对1mA量程），画出所用电路图，图中待核对的电流表符号用A来表示。解答：（1）①2R（或最大阻值100k）②3E（或电动势4.5V）（2）①2②图3电路在通电状态下，更换量程会造成两分流电阻都未并联在表头两端，以致流过表头的电流超过其满偏电流而损坏（3）A'AR1R0S1E1.2．（2003年理综全国卷）用伏安法测量电阻阻值R，并求出电阻率ρ。给定电压表（内阻约为50kΩ）、电流表（内阻约为40Ω）、滑线变阻器、电源、电键、待测电阻（约为250Ω）及导线若干。⑴画出测量R的电路图。⑵图（甲）中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，试写出根据此图求R值的步骤：_____________________________________________________________求出的电阻值R=__________________。（保留3位有效数字）⑶待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体，用游标为50分度的卡尺测量其长度与直径，结果分别如图（乙）、图（丙）所示。由图可知其长度为__________，直径为________。⑷由以上数据可求出ρ=_______________。（保留3位有效数字）解析：（1）外接，分压或限流，如图（2）①作U—I直线，舍去左起第2点，其余5个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧。②求该直线的斜K，则R=K。R=229（221Ω－237Ω均为正确）。（3）由图可知其长度为0.800cm，直径为0.194cm。（4）由以上数据可求出21046.8Ωm（221076.81016.8Ωm均为正确）3．（2004年北京卷22题18分）为了测定电流表A1的内阻，采用如图1所示的电路。其中：A1是待测电流表，量程为300μA内阻约为100Ω；A2是标准电流表，量程是200μA；R1是电阻箱，阻值范围0~999.9Ω；图（甲）U/VI/mA05101520255432101234567890123456(cm)110012345678900123456(cm)45890图（乙）图（丙）R2是滑动变阻器；R3是保护电阻E是电池组，电动势为4V，内阻不计；S1是单刀单掷开关，S2是单刀双掷开关。（1）根据电路图1，请在图2中画出连线，将器材连接成实验电路.（2）连接好电路，将开关S2扳到接点a处，接通开关S1，调整滑动变阻器R2使电流表A2的读数是150μA；然后将开关S2扳到接点b处，保持R2不变，调节电阻箱R1，使A2的读数仍为150μA。若此时电阻箱各旋钮的位置如图3所示，电阻箱R1的阻值是_________Ω，则待测电流表A1的内阻R3=_____________Ω。（3）上述实验中，无论怎样调整滑动变阻器R2的滑动端位置，都要保证两块电流表的安全。在下面提供的四个电阻中，保护电阻R3应选用：（填写阻值相应的字母）。A．200KΩB．20KΩC．15KΩD．20Ω（4）下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用。即要满足上述实验要求，又要调整方便，滑动变阻器（填写阻值相应的字母）。A．1kΩB．5kΩC．10kΩD．25kΩ解答：（1）如图（2）86.386.3（3）B（4）C4．（04江苏物理）用游标卡尺(游标尺上有50个等分刻度)测定某工件的宽度时，示数如图所示，此工件的宽度为___________mm。答案：23.22mm5．（04全国）图中给出的是用螺旋测微器测量一金属薄板厚度时的示数，此读数应为mm。答案：6.123mm。6．（2001年高考理综卷）实验室中现有器材如实物图所示，有：电池E，电动势约10V，内阻约1Ω；电流表A1，量程约10A，内阻r1约为0.2Ω；电流表A2，量程300mA，内阻r2约5Ω；电流表A3，量程250mA，内阻r3约5Ω；电阻箱R1，最大阻值999.9Ω，最小阻值改变量为0.1Ω；滑线变阻器R2，最大值100Ω；开关S；导线若干。要求用图3所示的电路测量图中电流表A的内阻。（1）在所给的三个电流表中，那几个可以用此电路精确测出其内阻？答：。（2）在可测的电流表中任选一个作为测量对象，在实物图上连成测量电路。051510（3）你要读出的物理量是。用这些物理量表示待测内阻的计算公式是。解答：（1）电流表A1不能精确测出其内阻，因这时图中的电流表A′应为A2、A3中的一只，这使得电流表A1中的电流不能超过300mA，其指针的偏转极其微小，误差很大。而A2、A3可用此电路精确测出其内阻。（2）若测r3，实物连线如图所示。（3）根据前面的分析，要读出的物理量是A、A′两电流表的示数I、I′和电阻箱的阻值R1，待测内阻的计算公式是1RIIIRA7．（99全国）图为测量电阻的电路，Rx为待测电阻，R的阻值己知，Rˊ为保护电阻，阻值未知。电源E的电动势未知，K1、K2均为单刀双掷开关。A为电流表，其内阻不计。（1）按图（a）所示的电路，在图（b）的实物图上连线。（2）测量Rx的步骤为：将K2向d闭合，K1向_________