高中物理实验仪器的读数专题复习教案.docx

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高中物理实验仪器的读数专题复习教案

高中物理实验仪器的读数专题复习教案

高中物理实验仪器的读数专题复习教案范文

设计思路：

物理《考试说明》中要求学生熟练掌握的基本仪器有13种，除打点计时器和滑动变阻器不需要读数外，其余11种都涉及到读数问题。

其中游标卡尺、螺旋测微器的读数问题，在历年的高考题中出现频率较高，另外像弹簧秤、欧姆表的读数问题也时有涉及，应为本专题的复习重点。

凡涉及需要估读的仪器应当解决好：

怎样估读、估读到哪一位数等问题，这是本专题的难点所在。

考向走势：

仪器的使用是实验考核的基础内容。

无论是实验设计，还是原理分析，往往都涉及基本仪器的使用，所以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，长度和电路量的测量及相关仪器的使用是出题最频繁的知识点。

（一）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．关于量程问题：

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。

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；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。

2．关于精度问题：

所选用仪器的精度直接影响着测量读数的有效数字的位数，因此应在使用前了解仪器的精度，即看清仪器的最小分度值。

其中螺旋测微器和秒表的最小分度是一定的。

但游标卡尺上游标尺的最小分度、天平游码标尺的最小分度、弹簧秤和温度计刻线的最小分度，都因具体的仪器情况不同而有所差异，电流表、电压表和多用电表则会因所选择的档位不同而造成最小分度值有所不同，因此在进行这些仪器的读数时，一定要看清所选的档位。

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置；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置。

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。

（二）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，应和误差所在位置一致，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：

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；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；

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。

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。

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0.1s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15min，每小格为0.5min。

秒表的读数方法是：

短针读数（t1）+长针读数（t2）。

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。

（三）典例分析

【例题1】读出下列50分度游标卡尺的示数。

；；

〖解析〗从左到右示数依次为：

5.24mm；11.50mm；22.82mm。

【例题2】试读出下列螺旋测微器的读数

〖解析〗从左到右读数分别为：

0.861mm；3.471mm；7.320mm；11.472mm

【例题3】按照有效数字规则读出下列电表的测量值。

⑴⑵

接0~3V量程时读数为________V。

接0~3A量程时读数为_______A。

接0~15V量程时读数为_______V。

接0~0.6A量程时读数为______A。

〖解析〗⑴2.17；10.8；⑵0.80；0.16

【例题4】读出右图所示电阻箱的阻值。

〖解析〗86.3Ω。

【例题5】读出机械秒表的读数。

〖解析〗99.8s。

【例题6】读出机械秒表的读数。

1、若采用50V量程则读数为；

2、若采用100mA量程读数为

3、若采用×100Ω量程读数为〖解析〗1、23.6V；46.5mA；18.5×100Ω。

在“用单摆测重力加速度”的实验中，用的是分度值为0.1秒的秒表，测单摆周期时，我发现绝大多数学生测30次全振动读数为60.18秒。

这样读数是否正确呢？

这里牵涉到不确定度的问题。

直接测量物理量时，由于偶然误差、系统误差的存在，测量的结果与真值不一致。

在现代误差理论中，引进了不确定度这个概念。

它的含义是由于测量误差的存在而对被测量值不能确定的程度，它反映了可能存在的误差分布范围，表征被测量的真值所处量值范围的程度。

它比单次测量的绝对误差更能较好地表示测量结果。

不确定度由两类不同性质的不确定度合成：

一类是用统计方法算出的不确定度，另一类是用非统计方法得出的不确定度。

简化处理时不考虑第一类。

此时不确定度的计算可近似取计量器具的示值误差限或基本误差限。

它们可参照计量器具的有关标准由准确度等级或允许误差范围得出，或结合具体的实验条件得出。

一般来说，对于已知器具最小分度值的不确定度由下式计算得出：

不确定度Δ=（K/100）×量程

K为准确度等级

读数时有效数字的.可疑位与不确定度有这么一个关系：

有效数字的位数由不确定度决定，具体说，有效数字的可疑位与不确定度的数字具有相同数量级，即有效数字的可疑位与不确定度的数字所在位对齐。

在高中物理实验中，对于分度值为“1”的仪器读数，如螺旋测微器、温度计、刻度尺、弹簧秤等，有效数字一般读到分度值的下一位。

而对于量程为0.6A的电流表和量程为15V的伏特表，读数时容易出错。

例如在“测量电池的电动势与内电阻”实验中，为了使读数稳定和延长电池使用寿命，规定电路中电流值不得超过0.6A。

如有如下读数：

很多学生读作0.298A。

理由是在0.2A后指针偏了4.9格，而每一格为0.02A，故0.02×4.9=0.298。

实际应读作多少呢？

根据有效数字可疑位与不确定度数字关系，可如下确定：

目前实验室一般电表的精度等级为2.5级，则=（2.5/100）0.6=0.015A，不确定度数字处在百分位，则有效数字读数也只需读到百分位。

对于上述这种情况，指针偏转的格数以估读半格为宜，即不足半格可舍去，超过半格可入上来，上例可计为偏过0.2A后5小格，读数为0.30A。

同理量程为15V的伏特表其不确定度为0.375V，故有效数字读到十分位即可，也以半格来估读。

而在某些特殊情况下，不确定度则需由实际情况确定，如在测量凸透镜焦距的实验中，光具座上标尺的分度值虽为1毫米，但有以下几个因素使我们不必读到毫米的下一位。

一、使用烛焰做物，烛焰是有一定宽度的且易摇摆，像的位置受清晰度的影响不易确定。

二、较长的钢尺在使用过程中很难保证一直平直的，实际情况是钢尺大多有弯曲和变形，此时仪器的误差限往往大于1毫米，甚至达3-4毫米，故物距、像距读到毫米即可。

再如开头秒表的读米，由于人的反应时间一般为0.1秒左右，一次计时包含启动与停止秒表两个反应时间，不确定可取0.2秒，故此时读数的有效数字可疑位处在秒的十分位上，上述读数可读为60.2秒。

仪器的使用和读数是中学物理实验的基本要求，因此也成了高考几乎每年必考的内容。

我们在平时既要防止粗枝大叶的读法，又要防止位数越多越精确的想法，读数是有规则的。

一般可先由仪器的最小分度值进行读数，再根据仪器或测量的误差最后确定数据的有效数字。

1、有效数字：

带有一位不可靠数字的近似数字称为有效数字．

（1）有效数字的位数：

a．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．

－1b．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，

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．

（2）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．

2、需要估读和不需要估读的仪器：

（1）需要估读的仪器：

（关键是确定好最小分度）

刻度尺、螺旋测微器、电表、天平、弹簧秤．

（2）不需要估读的仪器：

游标卡尺、水银气压计、机械秒表、电阻箱．

3、游标卡尺、螺旋测微器、电表和机械秒表的读数：

（1）游标卡尺和螺旋测微器

游标卡尺按照精度的不同可分为三种：

10分游标，精度0.1mm;20分游标，精度0.05mm;50分游标，精度0.02mm．游标卡尺的读数方法是：

以游标0刻度线为准在主尺上读出整毫米数，再由游标读小数．即：

主尺的整毫米数＋（格数×精度）．水银气压计读数与之相似．

螺旋测微器的螺距为0.5mm，可动刻度为50等分，所以最小刻度为0.01mm也就是其精度，即能准确读到0.01mm位，在千分位上估读．其读数方法是：

主尺读半毫米以上的长度，然后找出可动刻度上的第几条刻度线与固定刻度上的水平横线重合，读出半毫米以下的刻度并估读一位．即：

固定刻度示数＋（格数×精度）＋估读值．

（2）电表和机械秒表

电表的读数首先要看量程，并注意每一最小分度值，特别是量程为0.6A的电流表和量程为15V的电压表，以及多用表的欧姆档的读数方法．机械秒表的长针是秒针，每转一周是30s，最小分度为0.1s，不能估读比0.1s更短的时间；短针是分针，每转一周是15min最小分度是0.5min．

简单地说,有两种情况:

1.最小刻度是是"1"的,要估读到最小刻度的下一位.

2.最小刻度不是"1"的,就不估读了,如果指针没有指在刻度线上,那就看指针靠近哪一边,也就是说,过了一半的就读右边的刻度,没过一半的就读左边的刻度.

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