冶金行业九基本实验仪器的使用和基本实验方法Word文档格式.docx
《冶金行业九基本实验仪器的使用和基本实验方法Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《冶金行业九基本实验仪器的使用和基本实验方法Word文档格式.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
这往往是高考实验题的考点。
注意事项壹般是这样几方面：
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。
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。
如电流表和电压表壹般要求指针能偏转到刻度盘的之上；
欧姆表指针应在范围内，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；
螺旋测微器要估读到可动刻度的。
（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，都有它们自己的壹些有普遍意义的方法，在中学阶段涉及的主要是以下壹些方法：
1、设计实验原理
（1）控制变量法。
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。
（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，壹般就忽略电表的非理想性。
（3）等效替代法。
某些量不易测量，能够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，俩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，能够用物理模型或数学模型等效的情景代替，尽管俩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。
壹些小量直接测量误差较大，能够累积起来测量，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，不是测量完成壹次全振动的时间，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。
能从图象清楚见出物理量间的关系，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和温度有关的结论；
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和不仅有取平均的效果，仍能够剔除个别有错误的测量数据。
围绕某壹领域实验的共同需要，形成壹些方法。
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）现有壹块59C2型的小量程电流表G（表头），满偏电流为50，内阻约为
800～850，把它改装成1mA、10mA的俩量程电流表。
可供选择的器材有：
滑动变阻器R1，最大阻值20；
滑动变阻器，最大阻值100k
电阻箱，最大阻值定值电阻，阻值1k；
电池E1，电动势1.5V；
电池，电动势3.0V；
电池，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。
图1
（2）将G改装成俩量程电流表。
现有俩种备选电路，示于图2和图3。
图为合理电路，另壹电路不合理的理由是。
图2图3
（3）将改装后的电流表和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来表示。
解答：
（1）①（或最大阻值100k）②（或电动势4.5V）
（2）①2②图3电路在通电状态下，更换量程会造成俩分流电阻都未且联在表头俩端，以致流过表头的电流超过其满偏电流而损坏
（3）
2．（2003年理综全国卷）用伏安法测量电阻阻值R，且求出电阻率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。
图（甲）
U/V
I/mA
0510152025
54321
0123456789
0123456
（cm）
1
01234567890
4
5
8
9
图（乙）
图（丙）
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待测电阻是壹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和直径，结果分别如图（乙）、图（丙）所示。
由图可知其长度为__________，直径为________。
⑷由之上数据可求出ρ=_______________。
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俩侧。
②求该直线的斜K，则R=K。
R=（221Ω－237Ω均为正确）。
（3）由图可知其长度为0.800cm，直径为0.194cm。
（4）由之上数据可求出Ωm（Ωm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；
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，都要保证俩块电流表的安全。
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
（1）如图
（2）86.386.3
（3）B
（4）C
05
15
10
4．（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：
23.22mm
5．（04全国）图中给出的是用螺旋测微器测量壹金属薄板厚度时的示数，此读数应为
mm。
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1约为0.2Ω；
电流表A2，量程300mA，内阻2约5Ω；
电流表A3，量程250mA，内阻3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，那几个能够用此电路精确测出其内阻？
答：
。
（2）在可测的电流表中任选壹个作为测量对象，在实物图上连成测量电路。
（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。
（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中的壹只，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3，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′俩电流表的示数I、I′和电阻箱的阻值R1，待测内阻的计算公式是
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__________闭合，记下电流表读数I1，再将K2向c闭合，K1________向闭合，记电流表读数I2。
计算Rx的公式是Rx=__________
（1）如下图所示
（2）a，b，I2R/I1，
8．（04年科研）壹个电压表VA的内阻RA＝1000Ω，量程为1.0V，现要利用电阻箱扩大它的量程，改装成量程为3.0V的电压表。
改装后，再用壹量程为3.0V的精确的电压表VB对其所有刻度进行校准。
除了这俩个电压表VA、VB外，仍有下列壹些器材
电源E（电动势约为6V，内阻较小）
变阻器R（总电阻约10Ω）
电阻箱R0（1－9999Ω）
电键K
导线若干
①如图是之上器材和俩个电压表VA、VB的实物示意图，试在图中画出连线，连成进行校准时的实验电路。
②图中电阻箱的取值等于Ω
③用上述电压表VB和改装后且已校准过的电压表（以下称为VC）以及壹个电键和壹些导线，去测量壹个电动势大约为2V的电源的内阻r。
写出简要测量步骤，且用测得的量写出r的公式。
①如图所示②2000
③将电压表Vc通过电键、导线和电源连接，读出VC上的示数UC；
再将电压表Vc和VB串联，通过电键、导线和电源连接，读出VC上的示数UC′和VB上的示数UB。
r=（Ω）
三、典题例析
【例题1】用游标卡尺测壹根金属管的内径和外径时，卡尺上的游标位置分别如图（a）、（b）所示。
这根金属管内径读数是cm，外径读数是cm，管壁的厚度是cm。
解题方法和技巧：
游标卡尺的读数规则是：
整毫米数由主尺读出，游标尺的第几刻度线和主尺上的某壹刻度线重合，毫米以下的读数就是n分之几，n是游标卡尺上的分度数，该题中，游标卡尺是10分度的，那就是10分之几。
图（a）中，从主尺见，整毫米数是23，游标尺上第7条刻度线和主尺上的壹条刻度线重合，所以毫米以下的读数就是0.7mm，得到内径的读数为23.7mm=2.37cm。
图（b）中主尺上整毫米数是30，游标尺上第3条刻度线和主尺上的壹条刻度线重合，所以外径的读数为30.3mm=3.03cm。
管壁的厚度为俩者之差的壹半0.33cm。
【例题2】壹学生用多用电表测电阻。
他在实验中有违反使用规则之处。
他的主要实验步骤如下：
1．选择开关扳到“×
1k欧姆档上；
2．把表笔插入测试笔插孔中，先把俩根表笔相接触，旋转调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位上；
3．把俩跟表笔分别和某壹待测电阻的俩端相接，发现这时指针几乎满偏；
4．换用“×
100”的欧姆挡，发现这时指针的偏转适中，随即记下欧姆数值；
5．把表笔从测试笔插孔中拔出后，就把多用表放回桌上原处，实验完毕。
这个学生在测量时已注意到：
待测电阻和其他元件和电源断开，不用手碰表笔的金属杆。
这个学生在实验中违反了那壹或那壹些重要的使用规则？
该题考查仪器使用时的注意事项。
使用欧姆表要注意的地方比较多。
使用前要经过调整（机械调零，选择量程后要电阻调零），使用后要复位（拔出表笔，选择开关应置于“OFF”档或交流高压档），使用过程中换档后要重新调零……。
这些往往都是考查的重点。
该题中不符合操作规则的是：
换到合适的量程后，要重新调整调零旋钮；
使用后不能把选择开关置于欧姆档。
【例题3】有壹标有“6V，1.5W”的小灯泡，现用图（a）所示电路测量其在不同电压下的实际功率，提供的器材除导线和开关外，仍有：
A．直流电源6V（内阻不计）
B．直流电流表0-3A（内阻0.1Ω以下）
C．直流电流表0-300mA（内阻约为5Ω）
D．直流电压表0-15V（内阻约为15kΩ）
E．滑动变阻器10Ω2A
F．滑动变阻器1kΩ0.5A
（1）实验中电流表应选用（用序号表示），滑动变阻器应选用。
（2）试按图（a）电路将图（b）所示器材连成电路
（1）选电流表实际上是选量程。
先估算壹下通过电流表的电流，由小灯泡的规格可知通过的电流最大不能超过0.25A。
因此选C。
在该题中滑动变阻器接成分压器，此时要求滑动变阻器的电阻比用电器的电阻小，至少应差不多；
小灯泡的电阻在正常工作时约为24Ω，所以滑动变阻器不能选F，应选E，但不应忘记仍要核对壹下电流是否会超过其允许值，E的最大允许电流是2A，实验中的最大电流只有0.25A，选E也是安全的。
（2）连接实物图实际上是考查仪器的使用方法。
这里要注意电表正负接线柱的接法、滑动变阻器做分压器时连接特点。
具体连线时，能够先连主回路，把电源、开关、滑动变阻器连成壹个回路；
然后再连上支路，从滑动变阻器的滑动头和壹个固定端接出，连上电流表、小灯泡，最后将电压表且联在小灯泡上。
连接情况如图所示。
滑动变阻器常用来调控用电器上的电压，壹般有限流和分压俩种形式，为了有较大的调节范围，且操作方便，当滑动变阻器的电阻R比用电器电阻R0大得多时，应选用限流的方式；
R比R0小或差不多时，应选用分压方式。
【例题4】如图，光滑水平轨道和光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的壹端固定在轨道的左端，OP是可绕O点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；
另有壹小钢球。
当下利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能。
（1）仍需要的器材是、。
（2）之上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对能的测量，进而转化为对和的直接测量。
（3）为了研究弹簧的弹性势能和劲度系数和形变量的关系，除之上器材外，仍准备了俩个轻弹簧，所有弹簧的劲度系数均不相同。
试设计记录数据的表格。
因不知道弹性势能计算公式，应采用等效替代的方法，把要测量的弹性势能转化为便于测量的量。
在这个装置中，若用小钢球压缩弹簧至需要的量，然后由静止释放小球，弹簧的弹性势能会转化为小球的动能，进而在小球沿圆弧轨道上升的过程中转化为小球的重力势能。
可用对重力势能的测量来代替对弹性势能的测量，因此需用天平测量小球的质量，用刻度尺测量小球上升的高度。
要寻找弹性势能和弹簧的劲度系数和形变量俩个物理量的关系，应采用控制变量法。
先保持弹簧的劲度系数不变，研究弹性势能和形变量的关系；
再保持形变量不变，研究弹性势能和劲度系数的关系。
因此记录数据的表格可设计成如下俩表：
小球的质量m=kg，弹簧A
压缩量x（m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）
压缩量x=cm，小球的质量m=kg
弹簧
A
B
C
劲度系数k（N/m）
【答案】
（1）天平、刻度尺
（2）重力势、质量、上升高度（3）见上。
【例题5】
（2001年上海卷）利用打点计时器研究壹个约1.4高的商店卷帘窗的运动。
将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动。
打印后的纸带如图所示，数据如表格所示。
纸带中AB、BC、CD……每俩点之间的时间间隔为0.10s，根据各间距的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度。
能够将近似地作为该间距中间时刻的瞬时速度v。
（1）请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗运动的v-t图线。
（2）AD段的加速度为m/s2，AK段的平均速度为m/s。
根据题目要求。
把各段时间的平均速度当做这段时间中间时刻的瞬时速度，可算出壹系列时刻的速度，见下表。
根据表中数据在v-t图上描点画出图象，如图所示。
由图象能够见出，卷帘窗开始做匀加速直线运动，中间有壹段作匀速运动，然后作加速度变化的运动。
AD段的加速度可由v-t图对应段的斜率确定，为5m/s2。
AK段的平均速度可根据表中数据由公式算出，为1.39m/s。
时刻（s）
0.05
0.15
0.25
0.35
0.45
0.55
0.65
0.75
0.85
0.95
速度（m/s）
0.50
1.0
1.5
2.0
1.7
0.80
0.40
点评：
要研究物体的运动，利用打点计时器把运动记录下来是壹种可供选择的方法。
用图像处理数据能够把物体各阶段的运动性质清楚地反映出来。
【例题6】如图所示是测定电流表内阻的电路图。
电流表的内阻约100Ω左右，满偏电流为500µ
A，用电池做电源。
（1）现备有以下可变电阻：
A．电阻箱，阻值范围为0~100Ω
B．电阻箱，阻值范围为0~999.9Ω
C．滑动变阻器，阻值范围为0~200Ω
D．滑动变阻器，阻值范围为0~20KΩ
在上述可变电阻中，电路图中的R应选用，R′应选用。
（2）某同学进行的实验步骤如下：
①先将R的阻值调到最大，合上S1，调节R的阻值，使电流表的指针转到满刻度。
②合上S2，调节R′和R的阻值，使电流表的指针转到满刻度的壹半。
③记下R′的阻值
指出上述实验步骤中有什么错误。
由题中给出的电路图可知，该题要求用半偏法测电流表的内阻。
半偏法的原理是：
先断开S2，闭合S1，让电流通过电流表且使其满偏，然后接上电阻箱，且调节它使电流表半偏，由于总电流几乎不变，因此电阻箱中应有另壹半电流，电流表和R′上各有壹半电流意味着它们电阻相等，此时读出电阻箱的电阻，即为电流表的内阻。
由之上原理可知，选电阻箱时，只要它能调出和电流表内阻相当的电阻即可；
另外，当电阻箱接入时，维持总电流几乎不变是至关重要的，因为这时才能够说俩条支路上各有壹半电流。
为此：
①滑动变阻器的实际组织应远大和电流表的内阻，成为整个电路电阻的主要部分，使R′的接入仅使电阻发生微小变化。
②在调节电阻箱时，电阻R不应变化。
（1）滑动变阻器应选电阻大的D；
电阻箱应选B，
（2）第②步中，合上S2后不应再调节R。
半偏法实际上也是比较法，比较俩支路的电流，只是比较特殊，俩支路电流是相等的关系，因此电阻也是相等的关系。
这样特殊的比较简化了运算。
【例题7】有俩只电压表V1和V2。
量程已知，内阻未知。
另有壹干电池，它的内阻不能忽略，但大小未知。
试用这俩只电压表、开关、导线测定这只干电池的电动势（已知电动势不超过电压表的量程）。
（1）画出测量时所用的电路图。
（2）以测量的量为已知量，导出计算电动势的表达式。
测电源的电动势和内电阻，壹般采用多次测量（至少俩次），列方程组的数学方法。
测俩次需要俩个负载电阻，当下壹个都没有。
但俩个实际的电压表内阻不是无穷大，因此它们能够作为负载。
单独V1、单独V2、V1和V2。
考虑到没有电流表，俩次负载应有些联系，选1、3俩种或2、3俩种。
（1）测量时所用的电路图如图中甲、乙所示。
（甲）（乙）
（2）对第壹次测量，测得U1，有其中R1为表V1的内阻
对第二次测量，测得U1′和U2′，有
将作为壹个未知数，由之上俩方程可解得
四、能力训练
1．（1997年全国）壹游标卡尺的主尺的最小分度为1mm，游标上有10个小等分间隔，现用此卡尺来测量工件的直径，如图所示。
该工件的直径为mm。
2．用螺旋测微器测量壹矩形小零件的长和宽时，螺旋测微器上的示数如图所示。
图（a）的读数是mm，图（b）的读数是mm。
3．（1995年全国）某人用多用电表按正确步骤测量壹电阻阻值。
指针指示位置如图所示。
则这电阻阻值是。
如果要
用这多用表测量壹个约200Ω的电阻，为了测量比较准确，
选择开关应选欧姆档的。
4．（
升级会员 