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高三物理第一轮复习：基本仪器的使用粤教版知识精讲

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高三物理第一轮复习：基本仪器的使用粤教版

【本讲教育信息】

一. 教学内容：

基本仪器的使用

二. 要点扫描

（一）螺旋测微器

1. 构造和原理

如图所示是常用的螺旋测微器.在实验中常用它测量小球的直径、金属丝的直径和薄板的厚度等一些较小的尺度.用它测量长度，可以准确到0.01 mm，可以估读到0.001 mm（毫米的千分位），因此螺旋测微器又称为千分尺.

螺旋测微器螺杆上精密螺纹的螺距是0.5 mm，即每旋转一周，测微螺杆P前进或后退0.5 mm.可动刻度分成50等份,每一等份表示0.01 mm,即可动刻度每转过一等份，P前进或后退0.01 mm，因此，从可动刻度旋转了多少个等份就知道长度变化了多少个0.01 mm.

2. 使用及读数

（1）把待测物放入A、P之间的夹缝中，旋动旋钮K，当P将要接触待测物时，再轻轻转动微调旋钮K′，当听到棘轮的响声时（表明夹住待测物的力适中），转动锁紧手柄T使P止动.

（2）读数：先由可动刻度尺的边缘所对的固定刻度线读出整毫米（或半毫米）数，再看固定刻度尺上的长横线与可动刻度相对的位置，由可动刻度尺读出小于0.5 mm的数，以上两部分相加就是螺旋测微器的读数，即读数d=固定刻度示数+可动刻度示数（含估读位）最小分度值.

例如图所示的测量，从固定刻度尺上读数为2 mm，再从可动刻度尺上读数为0.130 mm，最后的“0”是估读来的,故该次测量的读数为2.130 mm.

3. 注意事项

（1）测量时，当螺杆将要接触被测物体时，要停止使用K，改用K′，以避免螺杆和被测物体间产生过大的压力.这样，既可以保护仪器又能保证测量结果准确.

（2）读数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻度线是否已经露出.读数时要准确到0.01 mm，估读到0.001 mm，即测量结果若用毫米为单位，则小数点后面必须保留三位有效数字.

【例1】如图给出的是用螺旋测微器测量一小钢球的直径的示数，此读数应是_______mm.

解析：注意到固定刻度尺上的半毫米刻度线已经露出，故由固定刻度尺上读数为8.5 mm;然后由可动刻度尺上读出半毫米以下的读数并注意估读一位数字，为10.0×0.01 mm=0.100 mm;最后将两次读数相加就是所要测量的正确读数8.600 mm.

答案：8.600 mm

点评：（1）在读数的时候一定要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻度线是否已经露出.若忽略了这一点，本题会误读为8.100 mm.

（2）在读可动刻度示数时，一定要估读到0.001 mm.

（二）游标卡尺

游标卡尺的读数部分由主尺（最小分度为1 mm）和游标尺两部分组成.按照游标的精度不同可分为三种：（1）10分游标，其精度为0.1 mm;（2）20分游标，其精度为0.05 mm;（3）50分游标，精度为0.02 mm.它们的共同特点（也是它们的测量原理）是：游标上的全部刻度之长比主尺上相应的刻度之长短1 mm.以20分游标为例，游标上20个分度全部之长为19 mm，比主尺上20个分度短1 mm，所以游标上每个分度比主尺短0.05 mm.当在两测脚间放一厚0.1 mm的物体时，则游标的第2条刻度线将与主尺的刻度线对齐，其余的刻度线与主尺上的刻度线都不对齐.

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，再看游标尺上哪一条刻度线与主尺上某刻度线（不用管是哪一条线）对齐，由游标上读出毫米以下的小数，则总的读数为：主尺上的整毫米数L1+游标上的毫米以下的小数L2.

下表所示即为上述三种游标尺的设计原理和读数方法

游标尺

精度（mm）

测量结果（游标尺上第n个格与主尺上的刻度线对正时）（mm）

刻度格数

刻度总长度

每小格与1mm差

0.1

0.05

0.02

0.1

0.05

0.02

主尺上读的毫米数+0.1n

主尺上读的毫米数+0.05n

主尺上读的毫米数+0.02n

由于游标卡尺在读数时要分辨游标上的哪一条刻度线与主尺上的刻度线对得最齐，这里已包含了估读的因素，所以游标卡尺一般不再往下估读.不过用10分游标尺读数时，可在毫米的百分位上加一个“0”，表示该读数在毫米的10分位上是准确的，以区别于毫米刻度尺的读数.

【例2】有一游标卡尺，主尺的最小分度是1 mm，游标上有20个小的等分刻度.用它测量一工件的长度，如图所示，图示的读数是____________mm.

解析：游标卡尺主尺上的最小分度为1 mm，其上的数值标度是以厘米为单位的，譬如其上标度的10、11即为10 cm、11 cm.此图中游标上的标度是指游标的格数，不是指具体的长度.此图经过了二级放大.由一级放大图可知工件的长度在10 cm—11 cm之间，再由二级放大图仔细看游标上的零刻度线所对主尺的刻度线位置，由主尺读出测量的整毫米数：L1=104 mm;再看游标上的哪一条刻度线与主尺上的某一刻度线对齐，由游标读出毫米以下的小数.从二级放大图中可以看出，游标上零刻度线右侧的第一条刻度线与主尺上的刻度线对得最齐，游标上共20个分度，每个分度代表0.05 mm，所以游标上的读数为L2=0.05 mm,故所测该工件的长度L=L1+L2=104.05 mm.

答案：104.05 mm

点评：要理解游标卡尺测量的原理,掌握读数的方法，要知道主尺上和游标上所标数值的意义和单位，要能看懂多级放大图.

【例3】用游标为50分度的卡尺测量一圆柱体的长度与直径，结果分别如图（甲）（乙）所示，由图可知其长度为_____________，直径为___________.

解析：游标为50分度，每个分度值为0.02 mm.由图（甲）原图及放大图示可看出该物体的长度约为8 mm，再由放大图仔细观察，以游标的零刻度线与主尺的刻度线对得最齐（有主观估计的成分，允许有些误差），所以由图（甲）读出该物体的长度为8.00 mm（注意有效数字）.

由图（乙）的原图可以看出，游标的零刻度线大约对在主尺的2 mm处，再仔细观察放大图，游标上数字“9”右边的第二条刻度线——第47条刻度线与主尺的刻度线对得最齐，所以游标的读数为0.02 mm×47=0.94 mm，这也说明主尺的读数还不到2 mm.最后我们得到该物体的直径为1.94 mm.

答案：8.00 mm 1.94 mm

点评：对图（甲）中游标零刻度线正对的情况，一定要注意读数的有效数字位数.对图（乙）中游标的零刻度线是否正对2 mm,还是不到或是已过2 mm，即该种情况主尺如何读数，要与游标的读数结合起来判断.

（三）多用电表

1. 测量原理

多用电表可以用来测电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程，其外形如图（1）所示.多用电表测电流和电压所依据的原理是串、并联电路的特点及部分电路的欧姆定律.欧姆表即是多用电表的电阻测量挡.欧姆表测电阻所依据的原理是闭合电路的欧姆定律.欧姆表的内部电路如图（2）所示，R为调零电阻.当红、黑表笔相接进行欧姆调零时，通过调节R使表头指针满偏，根据闭合电路欧姆定律有I0=;当红、黑表笔间接有未知电阻Rx时，有I1=，故每一个未知电阻都对应一个电流值I，我们在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值，根据表头指针偏转的位置，即可从表盘刻度直接读出所测电阻的值.当Rx等于欧姆表内阻，即Rx=R+RA+r时，I=，指针半偏，所以把等于欧姆表内阻的这一阻值又叫做欧姆表的中值电阻R中.

（1）

（2）

2. 使用和操作

（1）机械调零

将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔中.不管是测量电流、电压还是电阻，测量前都要检查多用电表的指针是否停在表盘刻度线左端的零位置，若不指零，可用小螺丝刀旋转机械调零旋钮（定位螺丝），直到指针指零为止.

（2）测电压、电流

测量的方法和注意的问题与用单独的电表测量时基本一样.测电流时将选择开关拨至电流挡，根据估计电流的大小选取适当的量程.当电流难以估计时,可先用大量程试测.注意将电流表串联入待测电路中，让电流从红表笔流入，从黑表笔流出.测电压的过程与此类似，不过要注意将电表并联在待测电路两端，红表笔接高电势，黑表笔接低电势.

（3）测电阻

①选挡先估计待测电阻的阻值大小，选择合适的欧姆挡位.在操作中，当两表笔与待测电阻两端相接，选择开关旋至某一欧姆挡位时，发现指针偏转的角度既不过大，也不过小，而是指在中间附近时，此时的旋钮尖端所对应的欧姆挡位即为所要选择的“合适的挡位”.②欧姆调零将红、黑表笔短接，调整欧姆调零旋钮，使指针指到欧姆表刻度的零位置.③测量、读数将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接，表针示数乘以所选欧姆挡的倍率，即为待测电阻的阻值.④重复①②③，测其他电阻的阻值.

链接·思考

欧姆表的每一挡位的测量范围都从0至∞，从道理上讲任意阻值的电阻都可由同一挡位上测出，但为什么用欧姆表测量不同阻值的电阻时，应选用不同的挡位？

答案：由欧姆表的刻度方法和误差理论知道，只有当指针指在刻度盘的中间部分时测量误差才最小，因此测量不同阻值的电阻时应选用不同的挡位.

3. 几点说明

（1）用欧姆表测电阻时，当指针处在表盘中央附近时,读数较为准确些.由于待测电阻与电流之间的非线性关系（由上面所讲原理可看出），欧姆表的刻度是不均匀的，因此用欧姆表测电阻只是一种粗略的测量.

（2）测电阻时，待测电阻要与电源以及其他电阻断开，且不要用手接触表笔金属端.

（3）每换用欧姆挡的另一量程时，必须重新进行“欧姆调零”.

（4）实验完毕，应将两表笔从插孔中拔出，并将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡.如果表长期不用，应取出表内的电池.

【例4】（1）如图（1）为多用电表的示意图，其中S、K、T为三个可调节的部件，现用此电表测量一阻值为20 Ω—30 Ω的定值电阻，测量的某些操作步骤如下：

（1）

①调节可调部件______________，使电表指针停在________位置;

②调节可调部件K，使它的尖端指向___________位置;

③将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔，笔尖相互接触，调节可调部件___________，使电表指针指向___________位置.

（2）用×100挡测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很小，为了较准确地进行测量，应换到________挡，如果换挡后立即用笔连接待测电阻进行读数，那么缺少的步骤是_________，若补上该步骤后测量，表盘的示数如图（2），则该电阻的阻值是________Ω.

（2）

解析：（1）多用电表在使用前首先要进行“机械调零”，即测量前先检查电表的指针是否停在刻度盘左端的“0”位置，若不在“0”位置，则调节表盘下中间部位的调零螺丝，即图（1）中的可调部件“S”，使指针停在刻度盘左端的“0”位置.

测量电阻应将图中的选择开关K旋至欧姆挡的适当挡位.我们已经知道，测量时欧姆表的指针在表盘的中间部位时读数较为准确.由图可以看出，该欧姆表的表盘中值约为“20”，又因待测电阻的阻值为20 Ω—30 Ω，所以应选“Ω×1”挡，这样测量时就可使指针指在中间部位了.

选好挡位后就要进行欧姆挡的调零，且每次换挡后都要重新进行调零.调零时将红、黑表笔接触，调节图中的“欧姆调零”旋钮T，使指针指在表盘右端电阻刻度的“0”位置.

（2）×100挡测电阻时，表头偏转角度很小，说明待测电阻阻值很大，应换到×1 k挡，换挡后应先调零，由表盘可知，其测量电阻的阻值为R=22.0×1 kΩ=2.2×104 Ω.

答案：（1）①S刻度盘左端的“0”

②Ω×1 ③T，右端“0”

（2）×1 k 调零 2.2×104

点评：要搞清楚多用电表的各个旋钮的作用及调节的顺序.欧姆表表盘刻度的“中值”有着重要的意义，欧姆挡位的选择就是根据“中值”来确定的.

【例5】如图为一正在测量中的多用电表表盘.

（1）如果是用直流10 V挡测量电压，则读数为___________V.

（2）如果是用×100 Ω挡测量电阻，则读数为___________Ω.

（3）如果是用直流5 mA挡测量电流，则读数为___________mA.

解析：由于多用电表的测量项目和量程比较多，而表盘的空间有限，所以并不是各个项目的每个量程都有专门的标度，有些标度就是属于共用标度.如图5-1-10中的第二行刻度就是交、直流电压和电流共用的标度.使用直流10 V挡测量电压时，由于直流10 V挡没有专门的标度，只能按“0—250”或“0—50”来读数，然后再折算成“0—10 V”的电压.譬如当按“0—50”读数时，将读数乘以0.2即为测量值.

（1）用直流10 V挡测量电压时，按“0—50”的标度来读数为32.5，则测量值为32.5×0.2 V=6.50 V（也可写为6.5 V）.

（2）指针所指电阻刻度的读数为8.0，乘以欧姆挡的倍率，则所测电阻值为8.0×102 Ω.

（3）用直流5 mA挡测量电流时，读数方法与（1）中相同，测量值为3.25 mA.

答案：（1）6.50 （2）8.0×102 （3）3.25

链接·思考

若欧姆挡表盘相邻两刻度的标度分别为20和30，则当指针指在两标度中间时，是否应估读为25？若不能估读为25，你认为应比25大还是小呢？

答案：20—30间的刻度越接近30越密，故不能估读为25 应比25小

点评：读数问题不能只是纸上谈兵，这些仪表一定要真正使用过，只有真正用过才会有深刻的体验和理解.

【模拟试题】

1. 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.

（1）画出测量R的电路图.

（2）下图中的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=________（保留三位有效数字）.

（3）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（a）（b）所示.由图可知其长度为________，直径为________.

（4）由以上数据可求出ρ=________（保留三位有效数字）.（2003年全国高考理科综合试题）

2. 如图（a）所示为一个欧姆表的外部构造示意图，其正、负插孔内分别插有红、黑表笔，则虚线内的电路图应是（b）图中的图（）.

3. 某人用多用电表按正确步骤测量一电阻阻值，指针指示位置如图所示，则该电阻值是____________.如果要用该多用电表测量一个阻值约200Ω的电阻，为了使测量比较精确，选择开关应选的欧姆挡是_____________.

4. 如图所示为万用表欧姆挡的原理示意图，其中电流表的满偏电流为300μA，内阻rg=100Ω，调零电阻最大阻值R=50kΩ，串联的固定电阻R0=50Ω，电池的电动势为1.5V.用它测量电阻R，能准确测量的阻值范围是（）.

A. 30~80kΩ B. 30~8kΩ C. 300~800kΩ D. 30~800kΩ

5. 欧姆表电路及刻度盘如图所示，现因表头损坏，换用一个新表头.甲表头满偏电流为原来表头的2倍，内阻与原表头相同；乙表头满偏电流与原表头相同，内阻为原表头的2倍，则换用甲表头和换用乙表头后刻度盘的中值电阻分别为

（）.

A. 100Ω，100Ω B. 200Ω，100Ω

C. 50Ω，100Ω D. 100Ω，200Ω

试题答案

1. （1）如下图所示

或

（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求该直线的斜率K，则R=K=229Ω（221~237Ω均正确）（3）0.800cm，0.194cm

（4）8.46×10-2Ω·m（8.16×10-2～8.76×lO-2Ω·m均正确）

2. A

3. 1200Ω，×10挡

4. B

5. C

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