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。