高中物理高考 专题40 实验基本理论及仪器的使用与读数（原卷版）

这是一份高中物理高考 专题40 实验基本理论及仪器的使用与读数（原卷版），共10页。
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TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc24463741" 热点题型一 实验的基本理论 PAGEREF _Tc24463741 \h 1
\l "_Tc24463742" 热点题型二 仪器的使用与读数 PAGEREF _Tc24463742 \h 2
\l "_Tc24463743" 一、长度测量类仪器 PAGEREF _Tc24463743 \h 2
\l "_Tc24463744" 二、时间测量类仪器 PAGEREF _Tc24463744 \h 4
\l "_Tc24463745" 三、电学基本仪器的使用 PAGEREF _Tc24463745 \h 5
\l "_Tc24463746" 【题型演练】 PAGEREF _Tc24463746 \h 7
【题型归纳】
热点题型一 实验的基本理论
1．系统误差：由于仪器本身不精密、实验方法粗略或实验原理不完善而产生的误差．系统误差总是同样偏大或偏小．系统误差可以通过更新仪器、完善原理和精确实验方法来减小．
2．偶然误差：由各种偶然因素如测量、读数不准确、作图不规范造成的误差．偶然误差表现为重复做同一实验时总是时而偏大时而偏小．偶然误差可用多次测量取平均值或作图的方法来减小．
3．有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字．有效数字从左边第一个不为零的数字算起，如0.012 5为三位有效数字，中学阶段一般取2位或3位有效数字．
4．利用纸带求瞬时速度的方法
在匀变速直线运动中，利用物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解．
测出与第n点相邻的前、后两段相等时间T内的距离xn和xn＋1，由公式vn＝eq \f(xn＋xn＋1,2T)算出．
5．利用纸带求加速度的方法
(1)利用a＝eq \f(Δx,T2)求解：在已经判断出物体做匀变速直线运动的情况下可利用Δx＝xn＋1－xn＝aT2求加速度a.
(2)利用v ­t图象求解：画出v ­t图象，图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度．
(3)利用光电门求加速度
若两个光电门之间的距离为L，则利用速度与位移的关系可求加速度，即a＝eq \f(v\\al(2,2)－v\\al(2,1),2L).
6．单摆测重力加速度公式g＝eq \f(4π2l,T2)(l为摆长，T为周期)．
7．光的波长λ＝eq \f(d,l)Δx(Δx为条纹间距，l为双缝到屏的距离，d为双缝间距)．
【例1】.(2019·高考全国卷Ⅲ，T22)甲、乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验．实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照．已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片．
(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是________．(填正确答案标号)
A．米尺 B．秒表
C．光电门 D．天平
(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法．
答：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5 cm、ac＝58.7 cm，则该地的重力加速度大小为g＝________m/s2.(保留2位有效数字)
【变式1】(2018·高考全国卷Ⅰ，T22)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．
现要测量图(a)中弹簧的劲度系数．当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________cm.当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)．
热点题型二 仪器的使用与读数
一、长度测量类仪器
1．游标卡尺的读数
2.螺旋测微器的读数
测量值＝固定刻度整毫米数＋半毫米数＋可动刻度读数(含估读)×0.01 mm。
3．游标卡尺的读数方法：由主尺读出整毫米数l0，从游标卡尺上读出与主尺上某一刻度对齐的格数n，则测量值(mm)＝(l0＋n×精确度)mm。注意：①游标卡尺的精确度一般为游标卡尺上总刻数的倒数。②游标卡尺不需要估读。
4．螺旋测微器的读数方法：测量值(mm)＝固定刻度指示的毫米数(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度上与固定刻度基线所对的刻度值(注意刻度值要估读一位)×0.01 mm。
【例2】(2019·台州二模)一同学为测定某种硬金属的电阻率，先用伏安法测出一小段由这种材料做成的圆柱形金属丝的电阻为R＝eq \f(57,π) Ω，然后用游标卡尺和螺旋测微器分别测定该金属丝的长度和直径，示数如图甲、乙所示。由图可知游标卡尺的示数为________mm，螺旋测微器的示数为________mm，则这种金属的电阻率为ρ＝________Ω·m(最后一空保留两位有效数字)。
【变式1】一同学用游标卡尺测一根金属管的深度时，游标卡尺上的游标尺和主尺的相对位置如图甲所示，则这根金属管的深度是________cm；该同学又利用螺旋测微器测量一金属板的厚度为5.702 mm，则图乙中可动刻度a、b处的数字分别是________、________。
【变式2】某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为__________cm和________cm。
二、时间测量类仪器
1．打点计时器
2.频闪照相机
其作用和处理方法与打点计时器类似，它是用等时间间隔获取图像的信息的方法，将物体在不同时刻的位置记录下来，使用时要明确频闪的时间间隔。
三、误差与有效数字
1．系统误差：由于仪器本身不精密、实验方法粗略或实验原理不完善而产生的误差。系统误差总是同样偏大或偏小。系统误差可以通过更新仪器、完善原理和精确实验方法来减小。
2．偶然误差：由各种偶然因素如测量、读数不准确、作图不规范造成的误差。偶然误差表现为重复做同一实验时总是时大时小。偶然误差可用多次测量求平均值的方法来减小。
3．有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字。有效数字从左边第一个不为零的数字算起，如0.012 5为三位有效数字，中学阶段一般取2位或3位有效数字。
【例3】(2019·山西重点中学协作体联考)某同学用打点计时器研究小车的匀变速直线运动，他将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带如图所示，他在纸带上便于测量的地方选取第一个计数点，在这点下标明A，第六个点下标明B，第十一个点下标明C，第十六个点下标明D，第二十一个点下标明E。测量时发现B点已模糊不清，他只测得AC长为14.56 cm，CD长为11.15 cm，DE长为13.73 cm。
(1)为了探究匀变速直线运动的规律，该同学所取的计时点个数________(填字母序号)。
A．偏少 B．偏多 C．合适
(2)若小车是做匀变速直线运动，由该同学所测的实验数据，请你帮他求出：打C点时小车的瞬时速度vC＝______m/s，小车的加速度a＝________m/s2，AB的距离应为________cm，打A点时小车的瞬时速度vA＝________m/s。(计算结果保留三位有效数字)
三、电学基本仪器的使用
1．电流表、电压表、欧姆表的比较
2.使用多用电表应注意的问题
(1)电流的流向
由于使用多用电表时不管测量项目是什么，电流都要从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出，所以使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔。
(2)要区分开“机械零点”与“欧姆零点”
“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置。调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮。
(3)选倍率
测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡刻度的非线性，使用欧姆挡测电阻时，表头指针偏转过大或过小都有较大误差。通常只使用表盘中间一段刻度范围，指针偏转角度在eq \f(1,3)满偏到eq \f(2,3)满偏之间为测量的有效范围。如当待测电阻约为2 kΩ时，应采用“×100”挡。
【例4】．(2017·全国卷Ⅲ)图甲为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头G的满偏电流为250 μA，内阻为480 Ω。虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1 V挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5 mA挡，欧姆×100 Ω挡。
(1)图甲中的A端与________(填“红”或“黑”)色表笔相连接。
(2)关于R6的使用，下列说法正确的是________________(填正确答案标号)。
A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置
B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置
C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置
(3)根据题给条件可得R1＋R2＝______ Ω，R4＝______ Ω。
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示。若此时B端是与“1”连接的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”连接的，则读数为 ________；若此时B端是与“5”连接的，则读数为________。(结果均保留三位有效数字)
【变式1】如图所示为电压表和电流表的刻度盘示意图，指针位置分别如图甲、乙所示。
(1)若使用的是0～3 V量程的电压表，读数为________ V，若使用的是0～15 V量程的电压表，读数为________ V。
(2)若使用的是0～0.6 A量程的电流表，读数为________ A。若使用的是0～3 A量程的电流表，读数为________ A。
【变式2】如图所示为多用电表的刻度盘，若选用倍率为“×100”的电阻挡测电阻时，表针指示如图所示，则：
(1)所测电阻的阻值为________Ω。如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104 Ω的电阻，为了使测量结果比较精确，应选用的欧姆挡是________(选填“×10”、“×100”或“×1 k”)。
(2)用此多用电表进行测量，当选用量程为50 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________mA；当选用量程为250 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________mA。
(3)当选用量程为10 V的电压挡测量电压时，表针也指于图示位置，则所测电压为________V。
【题型演练】
1．图中游标卡尺的读数为________ mm，螺旋测微器的读数为________ mm.
2.(1)如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为________ mm、________ mm、________ mm.
(2)用螺旋测微器测量金属丝的直径，图中所示的示数为________ mm.
3.(2019·长沙一模)指针式多用表是实验室中常用的测量仪器，请完成下列问题：
(1)在使用多用电表测量时，指针的位置如图甲所示，若选择开关拨至“×1”挡，则测量的结果为________；若选择开关拨至“50 mA”挡，则测量结果为________。

(2)多用电表测未知电阻阻值的电路如图乙所示，电池的电动势为E、内阻为r，R0为调零电阻，Rg为表头内阻，电路中电流I与待测电阻的阻值Rx关系图像如图丙所示，则该图像的函数关系式为________；
(3)(多选)下列根据图丙中I－Rx图线做出的解释或判断中正确的是________。
A．因为函数图线是非线性变化的，所以欧姆表的示数左小右大
B．欧姆表调零的实质是通过调节R0使Rx＝0时电路中的电流I＝Ig
C．Rx越小，相同的电阻变化量对应的电流变化量越大，所以欧姆表的示数左密右疏
D．测量中，当Rx的阻值为图丙中的R2时，指针位于表盘中央位置的左侧
4.在利用单摆测当地重力加速度的实验中：
(1)利用游标卡尺测得金属小球直径如图甲所示，小球直径d＝________cm.
(2)某同学测量数据如下表，请在图乙中画出L­T2图象.
由图象可得重力加速度g＝________m/s2(保留三位有效数字)．
(3)某同学在实验过程中，摆长没有加小球的半径，其他操作无误，那么他得到的实验图象可能是下列图像中的________．
5.用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图甲所示，此示数为________ mm，用20分度的游标卡尺测量某物体的厚度时，示数如图乙所示，此示数为________ mm.
6.(1)如图甲所示，当电流表使用的量程为0～0.6 A时，对应刻度盘上每一小格代表________ A，图中表针示数为________ A；当电流表使用的量程为0～3 A时，对应刻度盘中每一小格代表________ A，图中表针示数为________ A.
(2)如图乙所示，当电压表使用的量程为0～3 V时，每小格表示________ V，图中表针的示数为________ V；当电压表使用的量程为0～15 V时，则表盘刻度每小格表示________ V，图中表针示数为________ V.
7．在“用多用电表测电阻、电流和电压”的实验中：
(1)用多用电表测电流或电阻的过程中________．
A．在测量电阻时，更换倍率后必须重新进行调零
B．在测量电流时，更换量程后必须重新进行调零
C．在测量未知电阻时，必须先选择倍率最大挡进行试测
D．在测量未知电流时，必须先选择电流最大量程进行试测
(2)测量时多用表指针指在如图所示位置．若选择开关处于“10 V”挡，其读数为________V；若选择开关处于“×10”挡，其读数________(选填“大于”“等于”或“小于”)200 Ω.
8.(2019·开封一模)某同学为了将一量程为3 V的电压表改装成可测量电阻的仪表－欧姆表
(1)先用如图a所示电路测量该电压表的内阻，图中电源内阻可忽略不计，闭合开关，将电阻箱阻值调到3 kΩ时，电压表恰好满偏；将电阻箱阻值调到12 kΩ时，电压表指针指在如图b所示的位置，则电压表的读数为________V。由以上数据可得电压表的内阻Rv＝______kΩ；
(2)将图a的电路稍作改变，在电压表两端接上两个表笔，就改装成了一个可测量电阻的简易欧姆表，如图c所示，为将表盘的电压刻度转换为电阻刻度，进行了如下操作：将两表笔断开，闭合开关，调节电阻箱，使指针指在“3.0 V”处，此处刻度应标阻值为____(填“0”或“∞”)；再保持电阻箱阻值不变，在两表笔间接不同阻值的已知电阻找出对应的电压刻度，则“1 V”处对应的电阻刻度为______kΩ；
(3)若该欧姆表使用一段时间后，电池内阻不能忽略且变大，电动势不变，但将两表笔断开时调节电阻箱，指针仍能满偏，按正确使用方法再进行测量，其测量结果将________。
A．偏大 B．偏小 C．不变 D．无法确定游标尺(mm)
精度
(mm)
测量结果(游标尺上第n个刻线与主尺上的某刻度线对正时)(mm)
刻度
格数
刻度
总长度
每小格与
1毫米差
10
9
0.1
0.1
主尺上读的毫米数＋0.1n
20
19
0.05
0.05
主尺上读的毫米数＋0.05n
50
49
0.02
0.02
主尺上读的毫米数＋0.02n
计时器种类
工作电源电压
打点间隔
电磁打点计时器
交流50 Hz,4 V～6 V
0.02 s
电火花计时器
交流50 Hz,220 V
0.02 s
仪器
极性
量程选择
读数
电流表
有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负极流出
使指针指示超过满偏刻度的eq \f(1,3)的位置
3 V和3 A量程估读到最小分度的1/10；15 V量程估读到最小分度的1/5；0.6 A量程估读到最小分度的1/2
电压表
欧姆表
使指针尽量指在表盘的中间位置左右
表盘读数乘以相应挡位的倍率
L/m
0.400
0.500
0.600
0.800
1.200
T2/s2
1.60
2.10
2.40
3.20
4.80