专题19 实验相关基础知识和实验仪器的原理及使用（知识清单）（全国通用）2026年高考物理一轮复习讲练测

专题19 实验相关基础知识和实验仪器的原理及使用 目录 01知识脑图·学科框架速建 02考点精析·知识能力全解 【知能解读01】实验基础知识 一、物理量的单位 二、系统误差与偶然误差 三、有效数字与小数 【知能解读02】必备实验仪器的原理及使用 一、打点计时器 二、弹簧测力计 三、游标卡尺 四、螺旋测微器 五、电流表和电压表 六、多用电表 【核心考点】实验数据处理与分析 03 攻坚指南·高频考点突破 【重难点突破01】电表的改装 【重难点突破02】逐差法的理解与应用 04 避坑锦囊·易混易错诊疗 【易混易错01】电表的内接和外接 【易混易错02】滑动变阻器的限流式与分压式 05 通法提炼·高频思维拆解 【方法技巧01】实验仪器的估读问题分析 【方法技巧02】常见实验方法简介 01 实验基础知识 一、物理量的单位 1. 国际单位制（SI）：由7个基本单位，2个辅助单位和19个具有专门名称的导出单位组成。 2. 基本单位（7个） 基本单位 物理量 长度 l 质量 m 时间 t 电流强度 I 热力学温度 T 物质的量 n 发光强度 I、IV 单位名称 米 千克 秒 安培、安 开尔文、开 摩尔、摩 坎德拉、坎 单位符号 m kg s A K mol cd 3. 常见的导出单位 项目 物理量名称 符号 单位名称及简称 单位符号 力学单位 力 F 牛顿、牛 N 动量 p 千克米每秒 kg·m/s 压强 p 帕斯卡、帕 Pa 功 W 焦耳、焦 J 能量 E 焦耳、焦 J 功率 P 瓦特、瓦 W 电磁学单位 电荷量 Q 库仑、库 C 电场强度 E 伏每米 V/m 电位、电压、电势差 U 伏特、伏 V 电容 C 法拉、法 F 电阻 R 欧姆、欧 Ω 电阻率 ρ 欧米 Ω·m 磁感应强度 B 特斯拉、特 T 磁通量 Φ 韦伯、韦 Wb 电感 L 亨利、亨 H 补充：常见的的描述涉及的单位如下表所示。 项目 物理量名称 符号 单位名称及简称 单位符号 物质的描述 面积 S 平方米 m2 体积 V 立方米 m3 速度 v 米每秒 m/s 加速度 a 米每二次方秒 m/s2 角速度 ω 弧度每秒 rad/s 频率 f、ν 赫兹、赫 Hz 密度 ρ 千克每立方米 kg/m3 【跟踪训练】自感电动势正比于电流的变化率，其大小。L为自感系数，其单位“亨利”用国际单位制中的基本单位表示正确的是（　　） A．H B．Vs/A C． D． 【答案】C 【知识点】基本单位、线圈的自感系数 【详解】根据公式 可得自感系数 由知 代入公式得 L 的单位为 故选C。 二、系统误差与偶然误差 1. 系统误差： （1）定义：由于仪器本身不精确，或实验方法粗略，或实验原理不完善而产生的测量值与真实值的差异叫做系统误差。 （2）产生原因：实验仪器不精确，实验原理不完善，实验方法粗略。 （3）减小系统误差的方法：校准测量仪器，完善实验原理，改进实验方法，恰当选择仪器精度或量程。 2. 偶然误差： （1）定义：由各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的测量值与真实值的差异叫做偶然误差。 （2）产生原因：测量、读数不准确。 （3）减小偶然误差的方法：多次测量求平均值；多次测量，做图像进行求解。 补充：绝对误差与相对误差 （1）绝对误差 绝对误差＝|测量值－真实值|。 【注意】绝对误差只能判别一个测量结果的精确度，比较两个测量结果的精准度则必须用相对误差。 （2）相对误差 相对误差＝×100%。 【注意】误差是不可避免的，但是可以减少。真实值常以公认值、理论值或多次测量的平均值代替。 【跟踪训练】关于误差和有效数字，下列说法正确的是（　　） A．误差是真实值和测量值之间的差值，只要仪器绝对精密，测量足够准确，可完全消除误差 B．偶然误差可以通过多次重复测量求平均值来减小，测量值总是大于（或小于）真实值 C．测量值与真实值的差异叫绝对误差，绝对误差与真实值的比值叫相对误差 D．通过读数获得的准确数字叫有效数字 【答案】C 【知识点】误差和有效数字 【详解】A．误差是真实值和测量值之间的差值，仪器绝对精密，测量足够准确，可以减小误差，但不能完全消除误差，故A错误； B．偶然误差可以通过多次重复测量求平均值来减小，测量值有时大于真实值，有时小于真实值，并非总是大于（或小于）真实值，故B错误； C．测量值与真实值的差异叫绝对误差，绝对误差与真实值的比值叫相对误差，故C正确； D．根据有效数字的定义，可知从一个数的左边第一个非数字起，到末位数字止，所有的数字，包括，都是这个数的有效数字，而不是仅通过读数获得的准确数字，故D错误。 故选C。 三、有效数字与小数 1. 有效数字：有效数字是指一个数中从第一个非零数字开始，到最后一位精确的数字（包括估读位） 为止的所有数字。它不仅表示数值的大小，更反映了测量的精确程度。 【注意】：核心判定规则： （1）所有非零数字（1-9）都是有效数字。 例如：123.4 有4位有效数字。 （2）数字之间的零是有效数字。 例如：100.5 有4位有效数字。 （3）数字前（开头）的零不是有效数字，它们仅作定位用。 例如：0.0023 仅有2位有效数字（2和3）。 （4）数字后、小数点前的零是模糊地带，需要根据上下文判断。例如：1200，若为精确计数，则有4位有效数字；若为测量估算，可能只有2位（1和2是准确的）。此时，使用科学计数法是最佳解决方案，能明确表达有效位数，如 1.2×10³（2位）、1.20×10³（3位）。 2. 小数：小数是实数的一种表现形式，由整数部分、小数点和小数部分组成。它基于十进制，小数点后的每一位代表不同的分数单位（十分位、百分位、千分位等）。 【跟踪训练】若四次测量一本书的宽度记录为以下数据，记录结果是五位有效数字的是（　　） A．12.38 cm B．12.365 cm C．12.36 cm D．12.37 cm 【答案】B 【知识点】误差和有效数字 【详解】有效数字是从一个数的左边第一个非零数字起，到末位数字止，A、C、D选项是四位有效数字，B选项12.365 cm是五位有效数字，是正确的。 故选B。 02 必备实验仪器的原理及使用 一、打点计时器 1. 电磁打点计时器 （1）构造：线圈、振片、振针、复写纸、限位孔、永久磁铁和纸带。 （2）图例： （3）工作原理：当线圈通以8V的交流电时，线圈产生的交变磁场使振动片（由弹簧钢制成）磁化，振动片的一端位于永久磁铁的磁场中。由于振动片的磁极随着电流方向的改变而不断变化，在永久磁铁的磁场作用下，振动片将上下振动。 2. 电火花打点计时器 （1）构造：正负脉冲输出插座、墨粉纸盒、纸盘轴、弹性卡 （2）图例： （3）工作原理：给电火花打点计时器接220V电源，按下脉冲输出开关，计时器发出的脉冲电流，接正极的放电针和墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在纸带上打出一系列的点，而且在交流电的每个周期放电一次，因此电火花打点计时器打出点间的时间间隔等于交流电的周期。 【注意】：两种打点计时器的打点周期均为0.02s，记录信息为：位置、时刻、位移、时间 【跟踪训练】如图甲所示是某种打点计时器的示意图。问： 该打点计时器是 （选填“电火花”或“电磁”）打点计时器，工作时使用 （选填“220V”、“6V”）交流电源。如图乙是某同学用该打点计时器（电源频率是）记录小车在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。、、、、是纸带上五个计数点，每两个相邻计数点间有4个点没有画出，从图中读出、两点间距 ，段的平均速度是 ，小车运动的加速度 （后两空结果保留两位有效数字）。 【答案】 电火花 220V 2.70 9.0×10-2 0.20 【知识点】计算某点的瞬时速度、用逐差法计算加速度、打点计时器的原理及使用 【详解】[1][2]该打点计时器是电火花打点计时器，工作时使用220V交流电源。 [3]每两个相邻计数点间有4个点没有画出，则T=0.1s，从图中读出、两点间距2.70cm； [4]段的平均速度是 [5]小车运动的加速度 二、弹簧测力计 用来测量力的大小的仪器。 读数规则：如上图所示是分度值为0.2N的弹簧测力计，估读时可以将每一分度分为2等份，若指针超过1等份即超过半格就算1个分度值0.2N，若指针指向小于1等份即未超过半格，对这种情况应当舍去，测量数据的有效数字末位就在精度的同一位，估读位仍在最小分度的同一位。 【跟踪训练】下列读数正确的是（　　） A．甲图中弹簧测力计的读数为3.2N B．甲图中弹簧测力计的读数为3.20N C．若乙图中电流表的量程为0.6A，则电表读数为0.16A D．若乙图中电流表的量程为0.6A，则电表读数为0.160A 【答案】BC 【知识点】弹簧测力计的读数、电流表与电压表的读数 【详解】AB．弹簧秤最小刻度为0.1N，需要估读到下一位，因此读数为3.20N，故A错误，B正确； CD．电流表分度值为0.02A，读数为0.16A，故C正确，D错误。 故选BC。 三、游标卡尺 一、游标卡尺的原理及使用 （1）游标卡尺的构造： 特征：游标尺上有10、20、50个等分度 （2）游标卡尺的功能 （3）游标卡尺的使用方法 ①将量爪并拢，查看游标和主尺身的 零刻度 线是否对齐，如果对齐就可以进行测量。 ②测量时，右手拿住尺身， 大拇指 移动游标，左手拿待测外径（或内径）的物体，使待测物位于外测量爪之间，当与量爪紧紧相贴时，拧紧紧固螺钉。 用量爪卡紧物体时，用力不能太大； 卡尺测量不宜在工件上随意滑动，防止量爪面磨损。 使用后要擦干净，将两尺零线对齐，放入卡尺专用盒内，存放在干燥处。 （4）10分度游标卡尺的测量原理： 精度：0.1mm 刻度： 主尺上的最小分度是1毫米，游标上有10个等分度，总长为主尺上的9毫米，则游标上每一个分度为 0.9 毫米，主尺上一个刻度与游标上的一个刻度相差 0.1 mm 。 ①10分度游标卡尺的读数方法一 加法法则： 主尺读数： 4 mm 游标尺读数： 3 ×0.1=0.3 mm 测量值= 主尺整毫米数 + N × 0.1mm(精度)，N指游标上第几根线与主尺对齐 测量值= 4mm + 3×0.1mm=4.3mm ②10分度游标卡尺的读数方法二 减法法则： 第N根线与主尺整毫米数： 7 mm 游标尺读数： 3×0.9=2.7 mm 测量值= 主尺被对齐的整毫米数 – N× 0.9mm，N指游标上第几根线与主尺对齐 测量值= 7mm – 3×0.9mm=4.3mm 【跟踪训练】某同学用螺旋测微器在测定某一金属丝的直径时，测得的结果如图甲所示，则该金属丝的直径D= mm。另一位同学用游标卡尺上标有20等分刻度的游标卡尺测一工件的长度，测得的结果如图乙所示，则该工件的长度L= cm。 【答案】 5.665（5.663~5.667） 0.890 【知识点】螺旋测微器的读数、游标卡尺的使用与读数 【详解】[1]螺旋测微器的分度值为，由图甲可知金属丝的直径为 [2]20分度游标卡尺的精确值为，由图乙可知工件的长度为 四、螺旋测微器 二、螺旋测微器的原理及使用 （1）螺旋测微器的结构、功能及测量原理 螺旋测微器（又叫千分尺）是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以准确到0.01mm，测量范围为几个厘米。 螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm，可动刻度有50个等分刻度，可动刻度旋转一周，测微螺杆可前进或后退0.5mm，所以可动刻度每一小格表示 0.01 mm。 （2）螺旋测微器的读数方法 ①先读固定刻度： 找到固定刻度右边第一根主尺线（注意半刻度线有没有露出来）：读得 4.5mm 如果半刻度线没有露出来那就是 4.0mm ②再读可动刻度: 找到轴线与可动刻度对齐的地方，读数从下面起且要往后估读一位。读得： 9.2 对应的数值为： 9.2×0.01mm=0.092mm ③把固定刻度读数与可动刻度读数相加： 4.5mm+0.092mm=4.592mm 总结读数公式： 测量值(mm)＝ 固定刻度数(mm)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm) （ ）提示：必须估读 【跟踪训练】螺旋测微器是精密测量长度的工具，被称为工业界的“尺王”，是机械加工和质量检测中的重要工具。如图是检测某品牌导线直径时螺旋测微器的示数，其读数为（　　） A．5.250mm B．52.50mm C．7.50mm D．7.500mm 【答案】D 【知识点】螺旋测微器的读数 【详解】由图可知，螺旋测微器的读数为 读数要保留至千分位。 故选D。 五、电流表和电压表 电流表、电压表的使用及读数 量程选择 使用事项 电表估读 选择合适量程：使得测量时指针偏转角度要尽可能大，一般要求超过量程的，但又不能超过量程 （1）使用前应先进行零点调整（机械调零）； （2）红表笔插“＋”插孔，黑表笔插“－”插孔； （3）红表笔接电势高处，黑表笔接电势低处，即电流从红表笔进表，从黑表笔出表 （1）最小分度是“1，0.1，0.01，…”时，估读到最小分度的（即估读到最小分度的下一位）； （2）最小分度是“2，0.2，0.02，…”时，估读到最小分度的（即估读到最小分度的那一位）； （3）最小分度是“5，0.5，0.05，…”时，估读到最小分度的（即估读到最小分度的那一位） 【跟踪训练】请读出下列电流表读数： 读数： A；读数： A。 【答案】 1.20 0.50 【知识点】电流表与电压表的读数 【详解】[1]第一个电流表接入的量程为0~3A，它的最小刻度值为0.1A，需要估读到下一位，读数为1.20A； [2]第二个电流表接入的量程为0~0.6A，它的最小刻度值为0.02A，需要估读到本位，读数为0.50A。 六、多用电表 1. 图例： 欧姆表的欧姆调零旋钮(使电表指针指在右端零欧姆处)、指针定位螺丝(使电表指针指在左端的“0”位置)、表笔的正、负插孔(红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔)。 2. 原理图如下： 3. 用途： ①测电压：将功能选择开关旋转到直流电压挡；根据待测电压的估计值选择直流电压挡合适的量程；测量时，用红黑测试表笔使多用电表与被测电路并联，使电流从“＋”插孔流入多用电表，从“－”插孔流出多用电表；根据挡位所指的量程以及指针所指的刻度值，读出电压表的示数。电路图如下所示： ②测电流：选择直流电流挡合适的量程；将被测电路导线卸开一端，把多用电表串联在电路中；测量时，用红黑测试表笔使多用电表与被测电路串联，使电流从“＋”插孔流入多用电表，从“－”插孔流出多用电表；根据挡位所指的量程以及指针所指的刻度值，读出电流表的示数。电路图如下所示： ③测电阻，原理如下表所示： 电路图 I与Rx的对应关系 相当于待测电阻Rx＝0，调节R使，即表头满偏(RΩ＝Rg＋r＋R) 相当于待测电阻Rx＝∞，此时I＝0，指针不偏转 待测电阻为Rx，，指针指到某确定位置 刻度特点 表头电流满偏Ig处，对应欧姆表零刻度(右侧) 表头电流I＝0处，对应欧姆表∞刻度(左侧) 表头电流I与电阻Rx一一对应，但不是线性关系，表盘刻度不均匀 黑表笔与电源的正极连接，红表笔与电源的负极连接，电流方向为“红进黑出”。 当多用电表指针指在中央时＝，故中值电阻R中＝RΩ。 【跟踪训练】某同学要测量一未知电阻的阻值，进行如下操作∶ (1)该同学先用欧姆表“×10”倍率粗测电阻，结果发现欧姆表指针的偏转角度过小，为了测量结果比较准确，应将选择开关拨到 （填“×1”或“×100”）倍率，再将红、黑表笔短接进行欧姆调零，再次测量电阻，欧姆表指针所指位置如图所示，则被测电阻的阻值为 ； (2)为精确测量电阻的阻值，该同学又准备了以下器材∶ A．电源，电动势为3V，内阻可忽略不计 B．电压表，量程为0~3V，内阻约5k C．电流表，量程为0~3mA，内阻约为2 D．电流表，量程为0~30mA，内阻约为0.2 E．滑动变阻器，最大阻值为10 F．滑动变阻器，最大阻值为1000 G．单刀单掷开关、导线若干 ①该同学利用现有器材完成实验，要求尽量减小误差，并使电压从零开始变化，电流表应选择 （或），滑动变阻器应选 （或），请在虚线方框中画出实验电路图 ，并在图中标出所用器材。 ②若某次测量的电压表其示数如下图所示，读数为 ，电流表的示数为1.21mA，则= （小数点后保留两位）。 【答案】(1) ×100 1000 (2) 1.20 991.74 【知识点】电流表与电压表的读数、用多用电表测量电学中的物理量、伏安法测量未知电阻 【详解】（1）[1][2]欧姆表指针的偏转角度过小，表明通过欧姆表的电流较小，即所测电阻阻值较大，为了减小读数误差，需要使得指针指在欧姆表的中央刻线附近，则需要换用高倍率挡位，即应将选择开关拨到“×100”倍率；根据欧姆表的读数规律，该读数为。 （2）①[1]电源电动势为3V，待测电阻，可知流经待测电阻的最大电流为 则电流表应选择量程为0~3mA的； [2]为了便于调节滑动变阻器，使电表读数变化明显，滑动变阻器应选择最大阻值为的滑动变阻器； [3]实验要求电压从零开始变化，则滑动变阻器应采用分压式接法，且由于待测电阻的阻值远大于电流表的内阻，为了减小实验误差，测量电路应采用电流表内接法，故该实验电路图如图所示 ②[4]图中电压表读数为 [5]电流表的示数为1.21mA，则 实验数据处理与分析 一、平均值法 同一实验状态下测定的同一个物理量的若干组数据相加求和，然后除以测量次数。 实际应用上往往用多次测量值的平均值代替真实值。 求取平均值时，必须按原来测量仪器的准确度决定应该保留的有效数字的位数。 二、列表法 在记录和处理数据时，为了简单而明显地表示出有关物理量之间的关系，可将数据填写在适当的表格中，称为列表法。 【注意】列表时应注意:①表格要直接地反映有关物理量之间的关系，一般把自变量写在前边，因变量紧接着写在后面，便于分析；②表格要清楚地反映测量的次数，测得的物理量的名称及单位，计算的物理量的名称及单位。物理量的单位可写在标题栏内，一般不在数值栏内重复出现；③表中所列数据要正确反映测量值的有效数字。 三、作图法 测得的量按自变量和应变量之间的关系在直角坐标平面上用图线表示出来的方法。 优点：直观、简便、减小实验中的偶然误差。 要求：准确、清楚、布局合理、便于应用，曲线应平滑，要让尽量多的点在直线上。 原则：①合理选取坐标原点；②两坐标轴的分度要恰当；③要有足够多的描点数目；④画出的图像应尽可能穿过较多的点或是尽可能多的点分布在图线的两侧。 四、逐差法 把测量数据中的因变量进行逐项相减或按顺序分为两组进行对应项相减，然后将所得差值作为因变量的多次测量值进行数据处理的方法。 一般用于等间隔线性变化的测量中。在打点计时器纸带计算加速度时候用。 【跟踪训练】某同学用如图甲所示的装置探究“向心力大小与线速度大小的关系”。装置中水平光滑直杆随竖直转轴一起转动，一个滑块套在水平光滑杆上，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接，当滑块随水平杆一起转动时，细线的拉力就是滑块做圆周运动需要的向心力。拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的线速度可以通过速度传感器测得。 (1)要探究影响向心力大小的因素，采用的方法是　　　　； A．控制变量法 B．等效替代法 C．微元法 D．放大法 (2)实验中，要测量滑块做圆周运动的半径时，应测量滑块到 （选填“力传感器”或“竖直转轴”）的距离。若仅多次改变竖直转轴转动的快慢，测得多组力传感器的示数F及速度传感器的示数v，将测得的多组F、v值，在图乙的F-v2坐标轴中描点，请将描出的点进行作图 。若测得滑块做圆周运动的半径r=0.2m，由作出的F-v2的图线可得滑块与速度传感器的总质量m= kg（结果保留2位有效数字）。 【答案】(1)A (2) 竖直转轴 0.18 【知识点】控制变量法、利用传感器探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 【详解】（1）要探究向心力大小与线速度大小的关系，应保持滑块与速度传感器的总质量和运动半径不变，采用的实验方法是控制变量法，故选A。 （2）[1]实验中，因为滑块在水平方向上做圆周运动，故要测量滑块做圆周运动的半径时，应测量滑块到竖直转轴的距离。 [2]连接图中各点，作出F-v2图线，如图所示 [3]根据 可知图线的斜率 则有 代入数据解得m=0.18kg 01 电表的改装 电压表、电流表的改装 1. 小量程电流表(表头) ①工作原理：主要由磁场和放入其中可转动的线圈组成。当线圈中有电流通过时，线圈在安培力作用下带动指针一起偏转，电流越大，指针偏转的角度越大，从表盘上可直接读出电流值。 ②三个参数：满偏电流Ig，表头电阻Rg，满偏电压Ug，它们的关系：Ug＝IgRg。 总结：电压表和电流表实质上都是电流表，依靠流过的电流使指针发生偏转，并且还可以看做是一个特殊的电阻 2. 电压表、电流表的改装 电流表、电压表都是由小量程的电流表(表头)改装而成的。它们的改装原理见下表： 改装成电压表 改装成大量程电流表 原理 串联较大电阻分压 并联较小电阻分流 改装原理图 分压电阻或分流电阻 U＝Ig(Rg＋R) 所以R＝－Rg＝(n－1)Rg；n＝ IgRg＝(I－Ig)·R 所以R＝＝；n＝ 改装后电表内阻 RV＝Rg＋R＝nRg>Rg (n为量程扩大倍数) RA＝＝<Rg (n为量程扩大倍数) 两表改装对比 改装成电压表V 改装成电流表A 内部电路 扩大后的量程 U I 电阻R的作用 分压 分流 电阻R的数值 R＝－Rg＝(n－1)Rg R＝＝ 电表的总内阻 RV＝Rg＋R＝ RA＝＝ 3. 电表改装问题的两点提醒 (1)无论表头G改装成电压表还是电流表，它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的，即通过表头的最大电流Ig并不改变。 (2)改装后电压表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头串联电路的电压；改装后电流表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头并联电路的总电流。 【跟踪训练】一双量程电流表的刻度盘及其指针所在位置如图甲所示，当量程为时，其示数为 A；当量程为时，其示数为 A。图乙为该电流表的内部简化电路原理图，其中为灵敏电流计，表头内阻，满偏电流，若接在“”和 （选填"a"或"b"）接线柱间，电流表的量程较大，其量程为 （用、、、表示）。 【答案】 【知识点】电流表与电压表的读数、灵敏电流计改装成电流表 【解析】【小题1】[1]当量程为0.6A时，由图示表盘可知，其分度值为 0.02A，则其示数为0.42A； [2]当量程为3A时，由图示表盘可知，其分度值为0.1A ，则其示数为2.10A； [3]由图示电路图可知，接在和接线柱时，分流电阻阻值较小，此时电流表量程较大； [4]由图示电路图可知，其量程 02 逐差法的理解与应用 1. 逐差法原理 如图为实验中所得到的一条纸带，相邻两点间的距离如图所示，打点周期为T 由匀变速直线运动规律可得 ，， 解得 ，， 求三个加速度的平均值即为 2. “逐差法”的实际应用及小技巧 当题所给纸带中有偶数段数据（n段）且小于6段，可直接将n段平均分成两大段，即前段和后段，加速度表达式中分子为后段之和减去前段之和，分母为总段数除以2再平方与时间间隔的平方的乘积，即为 如纸带为6段则用逐差法求加速度的表达式为 当纸带中为偶数段且大于6段，处理数据时可直接去除第6段以后的而选用前6段数据处理，因为纸带太长实际实验中所打点已成弧形，即纸带已不再做直线运动，再选用这此数据处理将造成的误差很大 当纸带中的奇数段时，由逐差法原理可知，应去除某一段再求解，由于第一段距离较小，测量误差较大，可去除第一段则将奇数段变成偶数段进行处理 【跟踪训练】如图甲所示是一种新的短途代步工具电动平衡车，被称为站着骑的电动车，其最大速度可达，某同学为测量一电动平衡车在平直水泥路面上受到的阻力情况，设计了下述实验：将输液用的塑料瓶装适量水后，连同输液管一起绑在平衡车的护手上，调节输液管的滴水速度，从某滴水刚落地开始计时，从下一滴水开始依次计数为1、2、3…，当第50滴水刚好落地时停止计时，测得时间为，该同学骑上平衡车后，先加速到某一速度，然后关闭动力，让平衡车沿着直线滑行，如图乙所示是某次实验中在水泥路面上的部分水滴及测出的间距值（左侧是起点，单位：m），已知当地重力加速度取，则根据该同学的测量结果可得出： (1)平衡车经过路面上相邻两滴水间的时间间隔 s。 (2)平衡车加速过程的加速度大小 。 (3)设平衡车运动过程中所受阻力的大小是人与车总重力的倍，则 。结果保留两位有效数字 【答案】(1)0.5/0.50 (2)1.96 (3) 【知识点】用逐差法计算加速度、牛顿第二定律的初步应用 【详解】（1）当第50滴水刚好落地时停止计时，测得时间为25s，则相邻两滴水间的时间间隔为 （2）根据逐差法可得平衡车加速过程的加速度大小为 （3）平衡车减速过程的加速度大小 根据牛顿第二定律得 解得 01 电表的内接与外接 电流表内、外接法的比较 内接法 外接法 电路图 误差原因 电流表分压U测＝Ux＋UA 电压表分流I测＝Ix＋IV 电阻测量值 R测＝＝Rx＋RA＞Rx 测量值大于真实值 R测＝＝＜Rx 测量值小于真实值 适用条件 RA≪Rx RV≫Rx 适用于测量 大电阻 小电阻 2.电流表的内、外接法的选择 定性法 先将待测电阻的估计值（或大约值）与电压表、电流表内阻进行比较： （1）若Rx较小，宜采用电流表外接法；（2）若Rx较大，宜采用电流表内接法 比较法 当已知Rx、RA、RV的大约阻值时： （1）Rx＜时，用电流表外接法； （2）Rx＞时，用电流表内接法； （3）Rx＝时，内、外接法均可 试触法 按图接好电路，让电压表一个接线柱固定接好，另一个接线柱P先后与a、b处接触一下记录两表的读数为Ia、Ua、Ib、Ub： （1）如果电压表的示数变化比电流表的示数变化更明显，对应表达式为＜，则应采用电流表外接法； （2）如果电流表的示数变化比电压表的示数变化更明显，对应表达式为＞，则应采用电流表内接法 【跟踪训练】某物理学习小组的两位同学采用“伏安法”测金属丝的电阻率实验中，实验室备有下列实验器材： A．电压表（量程0~3V，内阻约为15kΩ） B．电压表（量程0~15V，内阻约为75kΩ） C．电流表（量程0~3A，内阻约为0.2Ω） D．电流表（量程0~0.6A，内阻约为1Ω） E.变阻器R1（0~10Ω，0.6A） F.变阻器R2（0~200Ω，0.1A） G.电池组E（电压为3V） H.待测金属丝（阻值约为5Ω） I.开关S，导线若干，米尺，螺旋测微器等 (1)为减小实验误差，电压表应选用 ；电流表应选用 ；滑动变阻器应选用 ；（填对应选项的字母）。 (2)甲、乙两位同学分别画出了两个电路图，如图甲、乙所示。本实验选用 （选填“甲”或“乙”）图比较合适。 【答案】(1) A D E (2)甲 【知识点】伏安法测量未知电阻 【详解】（1）（1）[1]由于电源的电动势为3V，所以电压表应选A； [2]被测电阻约为5Ω，电路中的最大电流约为，故电流表应选D； [3]为方便调节，且满足最大电流，则变阻器应选E。 （2）（2）[4]由于故应采用电流表外接法，应选图甲所示电路。 02 滑动变阻器的限流式与分压式 滑动变阻器两种接法的比较 项目 限流接法 分压接法 对比说明 电路图 串、并联关系不同 电压调节范围 ≤U≤E 0≤U≤E 分压电路的调节范围大 电流调节范围 ≤I≤ 0≤I≤ 分压电路的调节范围大 闭合S前滑片P的位置 b端 a端 都是为了保护电路元件 注意：分压式接法中电压和电流的调节范围大，但限流式接法较节能且电路简单。 2.滑动变阻器两种接法的选择 （1）滑动变阻器必须采用分压式接法的几种情况 ①要求电压（或电流）能从零开始变化； ②当待测电阻Rx≫R滑（R滑为滑动变阻器的最大阻值）时； ③若采用限流式接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻的允许电流。 （2）除了上述三种情况外，如果滑动变阻器采用两种接法都能满足要求，则从节能、方便操作角度考虑，优先选用限流式接法。 滑动变阻器必须采用分压式接法的四种情况 (1)要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时(如：测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路)，或要求大范围内测量电压和电流时，必须采用分压式接法。 (2)当待测用电器的电阻R远大于滑动变阻器的最大值R0时，必须采用分压式接法。 (3)当电压表或电流表的量程太小时，若采用限流接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过电压表或电流表的量程，只能采用分压式接法。 (4)在题目中有以下语言暗示时，比如：要求多测几组测量数据，要求精确测量等，一般也采用分压式接法。 【跟踪训练】某教师为提升自身实验操作水准，利用假期在实验室练习利用半偏法测量电压表的内阻。实验室提供以下器材： 电池（电动势约为4V，内阻可忽略不计）； 滑动变阻器A（阻值范围为）； 滑动变阻器B（阻值范围为）； 电阻箱（最大阻值为）； 待测电压表（量程为，内阻约为）； 开关及导线若干。 (1)该教师设计了如图所示的电路图，滑动变阻器应选择 （选填“A”或“B”）； (2)正确连接电路后进行如下操作： ①把滑动变阻器的滑片P滑到 （选填“a”或“b”）端，并将电阻箱的阻值调到零，闭合开关； ②闭合开关S，调节滑动变阻器滑片的位置，使电压表的指针指到满刻度； ③保持开关S闭合、滑动变阻器滑片的位置不变，调整电阻箱的阻值，当电阻箱阻值为时，电压表的指针指在满刻度的处，即可认为该电压表的内阻为 (3)该电压表的实际内阻 （选填“大于”“小于”或“等于”） ； (4)该教师通过录像分析实验操作时，发现在开关S闭合前，电阻箱阻值并未调到零，阻值为，后续操作均正确，则该电压表内阻应为 （用、表示）。 【答案】(1)B (2) (3)小于 (4) 【知识点】滑动变阻器的分压接法 【详解】（1）选滑动变阻器总电阻值小的更容易控制分压，误差小，故选B。 （2）①开始时，将滑动变阻器的滑片P滑到端，可使并联部分的电压为零，更安全，故选a。 （3）此实验的误差来自于，设计实验时认为调整电阻箱的阻值时，并联部分电压是不变的，即 但实际上，调整电阻箱的阻值时，并联部分电阻增大，并联部分电压也增大，即 由于此时电压表两端电压 电阻箱分得的电压 所以电压表的实际内阻小于。 （4）开始时，电阻箱阻值并未调到零，阻值为，满偏时并联部分电压为 半偏时并联部分电压为 两次并联部分电压不变，解得 01 实验仪器的估读问题分析 需要估读的测量仪器的读数方法 使用这些仪器时，凡是最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位（估读的这位是不 可靠数字，但是有效数字的不可缺少的组成部分）。凡是最小刻度不是10分度的，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读。 最小分度含有1的仪器:估读数字出现在最小分度的下一位,将不足最小分度的部分按最小分度的十分 之几去估读。 最小分度含有2的仪器：估读数字出现在最小分度的同一位,将最小分度分为二等分，把不足最小分度 的部分以不足半等分的舍去，等于或超过半等分的算一个等分去估读。 最小分度含有5的仪器：估读数字出现在最小分度的同一位,将最小分度分为五等分，将不足最小分度的部分按占最小分度的五分之几去估读。 1. 必须估读的仪器：这类仪器是大多数，其读数需要包含一位可靠的估计值。 仪器名称 关键特征 估读规则 举例 刻度尺 最小分度1mm 估读到0.1mm 读数：2.15 cm（5是估读位） 螺旋测微器 (千分尺) 精度0.01mm 必须估读到0.001mm 读数：6.723 mm（3是估读位） 温度计 (液体) 最小分度1℃或0.5℃ 估读到0.1℃或0.05℃ 读数：36.4℃（4是估读位） 指针式电表 最小分度为 “1” 估读到最小分度的下一位 最小分度0.1V，读数为 2.00V 指针式电表 最小分度为 “2” 估读到最小分度的1/2 最小分度0.2A，读数为 0.54A 指针式电表 最小分度为 “5” 估读到最小分度的1/5 最小分度0.5V，读数为 1.75V 2. 不需要估读的仪器：这类仪器由于其特殊的设计原理或显示方式，其精度已经确定，无法或无需进行估读。 仪器名称 关键特征 读数规则 举例 游标卡尺 依靠主尺与游标尺对齐 不对齐，不估读。结果最后一位是精确的。 50分度，读数：4.36 mm 机械秒表 人为操作误差大 通常只读到最小分度位（0.1s）。 显示：12.5 s 电阻箱 直接显示阻值 直接读取各旋钮示数之和。 示数和：105.6 Ω 数字显示仪表 直接数字显示 直接读取显示值，最后一位即存疑位。 显示：2.35 V 【跟踪训练】如下图，电压表的读数为 V，电流表的读数为 A。螺旋测微器的读数为 ；游标卡尺的读数为 。 【答案】 2.60 0.52 0.696/0.695/0.694/0.697/0.698 1.37 【知识点】螺旋测微器的读数、游标卡尺的使用与读数、电流表与电压表的读数 【详解】[1]由图可知，电压表的分度值为0.1V，则电压表的读数为2.60V； [2]电流表的分度值为0.02A，则电流表的读数为0.52A； [3]螺旋测微器的读数为 [4]游标卡尺的读数为 02 常见实验方法简介 1. 控制变量法 核心思想：当一个物理量与多个因素有关时，先控制其他几个因素不变，只研究其中一个因素与它的关系，最后再综合得出结论。 典型实验： （1）探究加速度与力、质量的关系：保持质量不变，研究加速度与力的关系；再保持力不变，研究加速度与质量的关系。 （2）探究导体电阻与长度、横截面积、材料的关系 （3）探究向心力与质量、角速度、半径的关系 2. 转换法 核心思想：将一些抽象的、看不见、摸不着的物理现象或不易直接测量的物理量，转换为直观的、易观察的现象或量来研究。 （1）参量转换法：待测的物理量通常与其他的物理量之间存在某种特定的物理联系，利用这种联系，可实现各参量间的转换，达到测量的目的。参量转换的方法贯穿于整个物理实验之中。 （2）能量转换法：能量转换测量法是某种形式的物理量，通过能量变化器，变成另一种形式物理量的测量方法。随着各种新型功能材料的不断涌现，如热敏、光敏以及这些材料性能的不断提高，形形色色的敏感器件和传感器应运而生，为物理实验测量方法的改进提供了很好的条件。 3. 等效替代法 核心思想：用一个标准的、已知的或易于测量的物理量去替代另一个待测量的、效果相同的物理量。 典型实验： （1）力的合成与分解实验：合力的作用效果与几个分力共同作用的效果相同。 （2）“验证动量守恒”实验中用水平位移替代速度（因为运动时间相同）。 （3）电学中，用电阻箱替代待测电阻，使电路状态相同。 4. 比较法 比较法是将待测量与已知的标准量进行直接或间接的比较，从而测出待测量的一种测量方法。比较法是物理测量中最普遍、最基本、最常用的测量方法。 直接比较法：将被测量与已知的同类物理量或标准量直接进行比较来获得实验结果的方法。例如天平测量物体的质量等。 间接比较法：借助一些中间量，或将测量进行某种变化，来间接实验比较测量的方法称为间接比较法。例如当两个电阻串联时，通过的电流相等，因此两电阻两端的电压跟它们的电阻成正比，如果其中的一个电阻是标准电阻，另一个电阻的阻值就可测出。 5. 放大法 在测量中有时由于被测量很小，甚至无法被实验者或仪器直接感觉和反应，如果直接用给定的某种仪器进行测量会造成很大的误差，此时可以借助一些方法将待测量进行放大后在进行测量。我们把提高测量精度、使物理量的数值变大、作用时间延长、作用空间扩展的方法叫做放大法。 例如机械放大：机械放大是使物理量在测量过程中得到放大的一种最直观的放大方法，它是一种空间放大法。例如测量长度时，普通的刻度尺又是已经不能满足实验对精度的要求，这时需要用到游标卡尺和螺旋测微器，此时利用了长度量之间的几何关系来进行放大的。 6. 累积法 累积法是把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量，以提高测量的准确度的一种实验方法。 将小量变大量，不仅可以便于测量，而且还可以提高测量的准确程度，减小误差（相当于进行多次测量而后取平均值）。 例如在“用单摆测重力加速度”测周期时我们用的是累积法，即我们不直接测一个周期的时间，而是测30～50个周期的总时间，再除以周期数即得周期T的值。 学科网（北京）股份有限公司1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题19 实验相关基础知识和实验仪器的原理及使用 目录 01知识脑图·学科框架速建 02考点精析·知识能力全解 【知能解读01】实验基础知识 一、物理量的单位 二、系统误差与偶然误差 三、有效数字与小数 【知能解读02】必备实验仪器的原理及使用 一、打点计时器 二、弹簧测力计 三、游标卡尺 四、螺旋测微器 五、电流表和电压表 六、多用电表 【核心考点】实验数据处理与分析 03 攻坚指南·高频考点突破 【重难点突破01】电表的改装 【重难点突破02】逐差法的理解与应用 04 避坑锦囊·易混易错诊疗 【易混易错01】电表的内接和外接 【易混易错02】滑动变阻器的限流式与分压式 05 通法提炼·高频思维拆解 【方法技巧01】实验仪器的估读问题分析 【方法技巧02】常见实验方法简介 01 实验基础知识 一、物理量的单位 1. 国际单位制（SI）：由7个基本单位，2个辅助单位和19个具有专门名称的导出单位组成。 2. 基本单位（7个） 基本单位 物理量 长度 l 质量 m 时间 t 电流强度 I 热力学温度 T 物质的量 n 发光强度 I、IV 单位名称 米 千克 秒 安培、安 开尔文、开 摩尔、摩 坎德拉、坎 单位符号 m kg s A K mol cd 3. 常见的导出单位 项目 物理量名称 符号 单位名称及简称 单位符号 力学单位 力 F 牛顿、牛 N 动量 p 千克米每秒 kg·m/s 压强 p 帕斯卡、帕 Pa 功 W 焦耳、焦 J 能量 E 焦耳、焦 J 功率 P 瓦特、瓦 W 电磁学单位 电荷量 Q 库仑、库 C 电场强度 E 伏每米 V/m 电位、电压、电势差 U 伏特、伏 V 电容 C 法拉、法 F 电阻 R 欧姆、欧 Ω 电阻率 ρ 欧米 Ω·m 磁感应强度 B 特斯拉、特 T 磁通量 Φ 韦伯、韦 Wb 电感 L 亨利、亨 H 补充：常见的的描述涉及的单位如下表所示。 项目 物理量名称 符号 单位名称及简称 单位符号 物质的描述 面积 S 平方米 m2 体积 V 立方米 m3 速度 v 米每秒 m/s 加速度 a 米每二次方秒 m/s2 角速度 ω 弧度每秒 rad/s 频率 f、ν 赫兹、赫 Hz 密度 ρ 千克每立方米 kg/m3 【跟踪训练】自感电动势正比于电流的变化率，其大小。L为自感系数，其单位“亨利”用国际单位制中的基本单位表示正确的是（　　） A．H B．Vs/A C． D． 二、系统误差与偶然误差 1. 系统误差： （1）定义：由于仪器本身不精确，或实验方法粗略，或实验原理不完善而产生的测量值与真实值的差异叫做系统误差。 （2）产生原因：实验仪器不精确，实验原理不完善，实验方法粗略。 （3）减小系统误差的方法：校准测量仪器，完善实验原理，改进实验方法，恰当选择仪器精度或量程。 2. 偶然误差： （1）定义：由各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的测量值与真实值的差异叫做偶然误差。 （2）产生原因：测量、读数不准确。 （3）减小偶然误差的方法：多次测量求平均值；多次测量，做图像进行求解。 补充：绝对误差与相对误差 （1）绝对误差 绝对误差＝|测量值－真实值|。 【注意】绝对误差只能判别一个测量结果的精确度，比较两个测量结果的精准度则必须用相对误差。 （2）相对误差 相对误差＝×100%。 【注意】误差是不可避免的，但是可以减少。真实值常以公认值、理论值或多次测量的平均值代替。 【跟踪训练】关于误差和有效数字，下列说法正确的是（　　） A．误差是真实值和测量值之间的差值，只要仪器绝对精密，测量足够准确，可完全消除误差 B．偶然误差可以通过多次重复测量求平均值来减小，测量值总是大于（或小于）真实值 C．测量值与真实值的差异叫绝对误差，绝对误差与真实值的比值叫相对误差 D．通过读数获得的准确数字叫有效数字 三、有效数字与小数 1. 有效数字：有效数字是指一个数中从第一个非零数字开始，到最后一位精确的数字（包括估读位） 为止的所有数字。它不仅表示数值的大小，更反映了测量的精确程度。 【注意】：核心判定规则： （1）所有非零数字（1-9）都是有效数字。 例如：123.4 有4位有效数字。 （2）数字之间的零是有效数字。 例如：100.5 有4位有效数字。 （3）数字前（开头）的零不是有效数字，它们仅作定位用。 例如：0.0023 仅有2位有效数字（2和3）。 （4）数字后、小数点前的零是模糊地带，需要根据上下文判断。例如：1200，若为精确计数，则有4位有效数字；若为测量估算，可能只有2位（1和2是准确的）。此时，使用科学计数法是最佳解决方案，能明确表达有效位数，如 1.2×10³（2位）、1.20×10³（3位）。 2. 小数：小数是实数的一种表现形式，由整数部分、小数点和小数部分组成。它基于十进制，小数点后的每一位代表不同的分数单位（十分位、百分位、千分位等）。 【跟踪训练】若四次测量一本书的宽度记录为以下数据，记录结果是五位有效数字的是（　　） A．12.38 cm B．12.365 cm C．12.36 cm D．12.37 cm 02 必备实验仪器的原理及使用 一、打点计时器 1. 电磁打点计时器 （1）构造：线圈、振片、振针、复写纸、限位孔、永久磁铁和纸带。 （2）图例： （3）工作原理：当线圈通以8V的交流电时，线圈产生的交变磁场使振动片（由弹簧钢制成）磁化，振动片的一端位于永久磁铁的磁场中。由于振动片的磁极随着电流方向的改变而不断变化，在永久磁铁的磁场作用下，振动片将上下振动。 2. 电火花打点计时器 （1）构造：正负脉冲输出插座、墨粉纸盒、纸盘轴、弹性卡 （2）图例： （3）工作原理：给电火花打点计时器接220V电源，按下脉冲输出开关，计时器发出的脉冲电流，接正极的放电针和墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在纸带上打出一系列的点，而且在交流电的每个周期放电一次，因此电火花打点计时器打出点间的时间间隔等于交流电的周期。 【注意】：两种打点计时器的打点周期均为0.02s，记录信息为：位置、时刻、位移、时间 【跟踪训练】如图甲所示是某种打点计时器的示意图。问： 该打点计时器是 （选填“电火花”或“电磁”）打点计时器，工作时使用 （选填“220V”、“6V”）交流电源。如图乙是某同学用该打点计时器（电源频率是）记录小车在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。、、、、是纸带上五个计数点，每两个相邻计数点间有4个点没有画出，从图中读出、两点间距 ，段的平均速度是 ，小车运动的加速度 （后两空结果保留两位有效数字）。 二、弹簧测力计 用来测量力的大小的仪器。 读数规则：如上图所示是分度值为0.2N的弹簧测力计，估读时可以将每一分度分为2等份，若指针超过1等份即超过半格就算1个分度值0.2N，若指针指向小于1等份即未超过半格，对这种情况应当舍去，测量数据的有效数字末位就在精度的同一位，估读位仍在最小分度的同一位。 【跟踪训练】下列读数正确的是（　　） A．甲图中弹簧测力计的读数为3.2N B．甲图中弹簧测力计的读数为3.20N C．若乙图中电流表的量程为0.6A，则电表读数为0.16A D．若乙图中电流表的量程为0.6A，则电表读数为0.160A 三、游标卡尺 一、游标卡尺的原理及使用 （1）游标卡尺的构造： 特征：游标尺上有10、20、50个等分度 （2）游标卡尺的功能 （3）游标卡尺的使用方法 ①将量爪并拢，查看游标和主尺身的 零刻度 线是否对齐，如果对齐就可以进行测量。 ②测量时，右手拿住尺身， 大拇指 移动游标，左手拿待测外径（或内径）的物体，使待测物位于外测量爪之间，当与量爪紧紧相贴时，拧紧紧固螺钉。 用量爪卡紧物体时，用力不能太大； 卡尺测量不宜在工件上随意滑动，防止量爪面磨损。 使用后要擦干净，将两尺零线对齐，放入卡尺专用盒内，存放在干燥处。 （4）10分度游标卡尺的测量原理： 精度：0.1mm 刻度： 主尺上的最小分度是1毫米，游标上有10个等分度，总长为主尺上的9毫米，则游标上每一个分度为 0.9 毫米，主尺上一个刻度与游标上的一个刻度相差 0.1 mm 。 ①10分度游标卡尺的读数方法一 加法法则： 主尺读数： 4 mm 游标尺读数： 3 ×0.1=0.3 mm 测量值= 主尺整毫米数 + N × 0.1mm(精度)，N指游标上第几根线与主尺对齐 测量值= 4mm + 3×0.1mm=4.3mm ②10分度游标卡尺的读数方法二 减法法则： 第N根线与主尺整毫米数： 7 mm 游标尺读数： 3×0.9=2.7 mm 测量值= 主尺被对齐的整毫米数 – N× 0.9mm，N指游标上第几根线与主尺对齐 测量值= 7mm – 3×0.9mm=4.3mm 【跟踪训练】某同学用螺旋测微器在测定某一金属丝的直径时，测得的结果如图甲所示，则该金属丝的直径D= mm。另一位同学用游标卡尺上标有20等分刻度的游标卡尺测一工件的长度，测得的结果如图乙所示，则该工件的长度L= cm。 四、螺旋测微器 二、螺旋测微器的原理及使用 （1）螺旋测微器的结构、功能及测量原理 螺旋测微器（又叫千分尺）是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以准确到0.01mm，测量范围为几个厘米。 螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm，可动刻度有50个等分刻度，可动刻度旋转一周，测微螺杆可前进或后退0.5mm，所以可动刻度每一小格表示 0.01 mm。 （2）螺旋测微器的读数方法 ①先读固定刻度： 找到固定刻度右边第一根主尺线（注意半刻度线有没有露出来）：读得 4.5mm 如果半刻度线没有露出来那就是 4.0mm ②再读可动刻度: 找到轴线与可动刻度对齐的地方，读数从下面起且要往后估读一位。读得： 9.2 对应的数值为： 9.2×0.01mm=0.092mm ③把固定刻度读数与可动刻度读数相加： 4.5mm+0.092mm=4.592mm 总结读数公式： 测量值(mm)＝ 固定刻度数(mm)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm) （ ）提示：必须估读 【跟踪训练】螺旋测微器是精密测量长度的工具，被称为工业界的“尺王”，是机械加工和质量检测中的重要工具。如图是检测某品牌导线直径时螺旋测微器的示数，其读数为（　　） A．5.250mm B．52.50mm C．7.50mm D．7.500mm 五、电流表和电压表 电流表、电压表的使用及读数 量程选择 使用事项 电表估读 选择合适量程：使得测量时指针偏转角度要尽可能大，一般要求超过量程的，但又不能超过量程 （1）使用前应先进行零点调整（机械调零）； （2）红表笔插“＋”插孔，黑表笔插“－”插孔； （3）红表笔接电势高处，黑表笔接电势低处，即电流从红表笔进表，从黑表笔出表 （1）最小分度是“1，0.1，0.01，…”时，估读到最小分度的（即估读到最小分度的下一位）； （2）最小分度是“2，0.2，0.02，…”时，估读到最小分度的（即估读到最小分度的那一位）； （3）最小分度是“5，0.5，0.05，…”时，估读到最小分度的（即估读到最小分度的那一位） 【跟踪训练】请读出下列电流表读数： 读数： A；读数： A。 六、多用电表 1. 图例： 欧姆表的欧姆调零旋钮(使电表指针指在右端零欧姆处)、指针定位螺丝(使电表指针指在左端的“0”位置)、表笔的正、负插孔(红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔)。 2. 原理图如下： 3. 用途： ①测电压：将功能选择开关旋转到直流电压挡；根据待测电压的估计值选择直流电压挡合适的量程；测量时，用红黑测试表笔使多用电表与被测电路并联，使电流从“＋”插孔流入多用电表，从“－”插孔流出多用电表；根据挡位所指的量程以及指针所指的刻度值，读出电压表的示数。电路图如下所示： ②测电流：选择直流电流挡合适的量程；将被测电路导线卸开一端，把多用电表串联在电路中；测量时，用红黑测试表笔使多用电表与被测电路串联，使电流从“＋”插孔流入多用电表，从“－”插孔流出多用电表；根据挡位所指的量程以及指针所指的刻度值，读出电流表的示数。电路图如下所示： ③测电阻，原理如下表所示： 电路图 I与Rx的对应关系 相当于待测电阻Rx＝0，调节R使，即表头满偏(RΩ＝Rg＋r＋R) 相当于待测电阻Rx＝∞，此时I＝0，指针不偏转 待测电阻为Rx，，指针指到某确定位置 刻度特点 表头电流满偏Ig处，对应欧姆表零刻度(右侧) 表头电流I＝0处，对应欧姆表∞刻度(左侧) 表头电流I与电阻Rx一一对应，但不是线性关系，表盘刻度不均匀 黑表笔与电源的正极连接，红表笔与电源的负极连接，电流方向为“红进黑出”。 当多用电表指针指在中央时＝，故中值电阻R中＝RΩ。 【跟踪训练】某同学要测量一未知电阻的阻值，进行如下操作∶ (1)该同学先用欧姆表“×10”倍率粗测电阻，结果发现欧姆表指针的偏转角度过小，为了测量结果比较准确，应将选择开关拨到 （填“×1”或“×100”）倍率，再将红、黑表笔短接进行欧姆调零，再次测量电阻，欧姆表指针所指位置如图所示，则被测电阻的阻值为 ； (2)为精确测量电阻的阻值，该同学又准备了以下器材∶ A．电源，电动势为3V，内阻可忽略不计 B．电压表，量程为0~3V，内阻约5k C．电流表，量程为0~3mA，内阻约为2 D．电流表，量程为0~30mA，内阻约为0.2 E．滑动变阻器，最大阻值为10 F．滑动变阻器，最大阻值为1000 G．单刀单掷开关、导线若干 ①该同学利用现有器材完成实验，要求尽量减小误差，并使电压从零开始变化，电流表应选择 （或），滑动变阻器应选 （或），请在虚线方框中画出实验电路图 ，并在图中标出所用器材。 ②若某次测量的电压表其示数如下图所示，读数为 ，电流表的示数为1.21mA，则= （小数点后保留两位）。 ②[4]图中电压表读数为 实验数据处理与分析 一、平均值法 同一实验状态下测定的同一个物理量的若干组数据相加求和，然后除以测量次数。 实际应用上往往用多次测量值的平均值代替真实值。 求取平均值时，必须按原来测量仪器的准确度决定应该保留的有效数字的位数。 二、列表法 在记录和处理数据时，为了简单而明显地表示出有关物理量之间的关系，可将数据填写在适当的表格中，称为列表法。 【注意】列表时应注意:①表格要直接地反映有关物理量之间的关系，一般把自变量写在前边，因变量紧接着写在后面，便于分析；②表格要清楚地反映测量的次数，测得的物理量的名称及单位，计算的物理量的名称及单位。物理量的单位可写在标题栏内，一般不在数值栏内重复出现；③表中所列数据要正确反映测量值的有效数字。 三、作图法 测得的量按自变量和应变量之间的关系在直角坐标平面上用图线表示出来的方法。 优点：直观、简便、减小实验中的偶然误差。 要求：准确、清楚、布局合理、便于应用，曲线应平滑，要让尽量多的点在直线上。 原则：①合理选取坐标原点；②两坐标轴的分度要恰当；③要有足够多的描点数目；④画出的图像应尽可能穿过较多的点或是尽可能多的点分布在图线的两侧。 四、逐差法 把测量数据中的因变量进行逐项相减或按顺序分为两组进行对应项相减，然后将所得差值作为因变量的多次测量值进行数据处理的方法。 一般用于等间隔线性变化的测量中。在打点计时器纸带计算加速度时候用。 【跟踪训练】某同学用如图甲所示的装置探究“向心力大小与线速度大小的关系”。装置中水平光滑直杆随竖直转轴一起转动，一个滑块套在水平光滑杆上，用细线将滑块与固定在竖直转轴上的力传感器连接，当滑块随水平杆一起转动时，细线的拉力就是滑块做圆周运动需要的向心力。拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的线速度可以通过速度传感器测得。 (1)要探究影响向心力大小的因素，采用的方法是　　　　； A．控制变量法 B．等效替代法 C．微元法 D．放大法 (2)实验中，要测量滑块做圆周运动的半径时，应测量滑块到 （选填“力传感器”或“竖直转轴”）的距离。若仅多次改变竖直转轴转动的快慢，测得多组力传感器的示数F及速度传感器的示数v，将测得的多组F、v值，在图乙的F-v2坐标轴中描点，请将描出的点进行作图 。若测得滑块做圆周运动的半径r=0.2m，由作出的F-v2的图线可得滑块与速度传感器的总质量m= kg（结果保留2位有效数字）。 01 电表的改装 电压表、电流表的改装 1. 小量程电流表(表头) ①工作原理：主要由磁场和放入其中可转动的线圈组成。当线圈中有电流通过时，线圈在安培力作用下带动指针一起偏转，电流越大，指针偏转的角度越大，从表盘上可直接读出电流值。 ②三个参数：满偏电流Ig，表头电阻Rg，满偏电压Ug，它们的关系：Ug＝IgRg。 总结：电压表和电流表实质上都是电流表，依靠流过的电流使指针发生偏转，并且还可以看做是一个特殊的电阻 2. 电压表、电流表的改装 电流表、电压表都是由小量程的电流表(表头)改装而成的。它们的改装原理见下表： 改装成电压表 改装成大量程电流表 原理 串联较大电阻分压 并联较小电阻分流 改装原理图 分压电阻或分流电阻 U＝Ig(Rg＋R) 所以R＝－Rg＝(n－1)Rg；n＝ IgRg＝(I－Ig)·R 所以R＝＝；n＝ 改装后电表内阻 RV＝Rg＋R＝nRg>Rg (n为量程扩大倍数) RA＝＝<Rg (n为量程扩大倍数) 两表改装对比 改装成电压表V 改装成电流表A 内部电路 扩大后的量程 U I 电阻R的作用 分压 分流 电阻R的数值 R＝－Rg＝(n－1)Rg R＝＝ 电表的总内阻 RV＝Rg＋R＝ RA＝＝ 3. 电表改装问题的两点提醒 (1)无论表头G改装成电压表还是电流表，它的三个特征量Ug、Ig、Rg是不变的，即通过表头的最大电流Ig并不改变。 (2)改装后电压表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头串联电路的电压；改装后电流表的量程指小量程电流表表头满偏时对应的R与表头并联电路的总电流。 【跟踪训练】一双量程电流表的刻度盘及其指针所在位置如图甲所示，当量程为时，其示数为 A；当量程为时，其示数为 A。图乙为该电流表的内部简化电路原理图，其中为灵敏电流计，表头内阻，满偏电流，若接在“”和 （选填"a"或"b"）接线柱间，电流表的量程较大，其量程为 （用、、、表示）。 02 逐差法的理解与应用 1. 逐差法原理 如图为实验中所得到的一条纸带，相邻两点间的距离如图所示，打点周期为T 由匀变速直线运动规律可得 ，， 解得 ，， 求三个加速度的平均值即为 2. “逐差法”的实际应用及小技巧 当题所给纸带中有偶数段数据（n段）且小于6段，可直接将n段平均分成两大段，即前段和后段，加速度表达式中分子为后段之和减去前段之和，分母为总段数除以2再平方与时间间隔的平方的乘积，即为 如纸带为6段则用逐差法求加速度的表达式为 当纸带中为偶数段且大于6段，处理数据时可直接去除第6段以后的而选用前6段数据处理，因为纸带太长实际实验中所打点已成弧形，即纸带已不再做直线运动，再选用这此数据处理将造成的误差很大 当纸带中的奇数段时，由逐差法原理可知，应去除某一段再求解，由于第一段距离较小，测量误差较大，可去除第一段则将奇数段变成偶数段进行处理 【跟踪训练】如图甲所示是一种新的短途代步工具电动平衡车，被称为站着骑的电动车，其最大速度可达，某同学为测量一电动平衡车在平直水泥路面上受到的阻力情况，设计了下述实验：将输液用的塑料瓶装适量水后，连同输液管一起绑在平衡车的护手上，调节输液管的滴水速度，从某滴水刚落地开始计时，从下一滴水开始依次计数为1、2、3…，当第50滴水刚好落地时停止计时，测得时间为，该同学骑上平衡车后，先加速到某一速度，然后关闭动力，让平衡车沿着直线滑行，如图乙所示是某次实验中在水泥路面上的部分水滴及测出的间距值（左侧是起点，单位：m），已知当地重力加速度取，则根据该同学的测量结果可得出： (1)平衡车经过路面上相邻两滴水间的时间间隔 s。 (2)平衡车加速过程的加速度大小 。 (3)设平衡车运动过程中所受阻力的大小是人与车总重力的倍，则 。结果保留两位有效数字 01 电表的内接与外接 电流表内、外接法的比较 内接法 外接法 电路图 误差原因 电流表分压U测＝Ux＋UA 电压表分流I测＝Ix＋IV 电阻测量值 R测＝＝Rx＋RA＞Rx 测量值大于真实值 R测＝＝＜Rx 测量值小于真实值 适用条件 RA≪Rx RV≫Rx 适用于测量 大电阻 小电阻 2.电流表的内、外接法的选择 定性法 先将待测电阻的估计值（或大约值）与电压表、电流表内阻进行比较： （1）若Rx较小，宜采用电流表外接法；（2）若Rx较大，宜采用电流表内接法 比较法 当已知Rx、RA、RV的大约阻值时： （1）Rx＜时，用电流表外接法； （2）Rx＞时，用电流表内接法； （3）Rx＝时，内、外接法均可 试触法 按图接好电路，让电压表一个接线柱固定接好，另一个接线柱P先后与a、b处接触一下记录两表的读数为Ia、Ua、Ib、Ub： （1）如果电压表的示数变化比电流表的示数变化更明显，对应表达式为＜，则应采用电流表外接法； （2）如果电流表的示数变化比电压表的示数变化更明显，对应表达式为＞，则应采用电流表内接法 【跟踪训练】某物理学习小组的两位同学采用“伏安法”测金属丝的电阻率实验中，实验室备有下列实验器材： A．电压表（量程0~3V，内阻约为15kΩ） B．电压表（量程0~15V，内阻约为75kΩ） C．电流表（量程0~3A，内阻约为0.2Ω） D．电流表（量程0~0.6A，内阻约为1Ω） E.变阻器R1（0~10Ω，0.6A） F.变阻器R2（0~200Ω，0.1A） G.电池组E（电压为3V） H.待测金属丝（阻值约为5Ω） I.开关S，导线若干，米尺，螺旋测微器等 (1)为减小实验误差，电压表应选用 ；电流表应选用 ；滑动变阻器应选用 ；（填对应选项的字母）。 (2)甲、乙两位同学分别画出了两个电路图，如图甲、乙所示。本实验选用 （选填“甲”或“乙”）图比较合适。 02 滑动变阻器的限流式与分压式 滑动变阻器两种接法的比较 项目 限流接法 分压接法 对比说明 电路图 串、并联关系不同 电压调节范围 ≤U≤E 0≤U≤E 分压电路的调节范围大 电流调节范围 ≤I≤ 0≤I≤ 分压电路的调节范围大 闭合S前滑片P的位置 b端 a端 都是为了保护电路元件 注意：分压式接法中电压和电流的调节范围大，但限流式接法较节能且电路简单。 2.滑动变阻器两种接法的选择 （1）滑动变阻器必须采用分压式接法的几种情况 ①要求电压（或电流）能从零开始变化； ②当待测电阻Rx≫R滑（R滑为滑动变阻器的最大阻值）时； ③若采用限流式接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻的允许电流。 （2）除了上述三种情况外，如果滑动变阻器采用两种接法都能满足要求，则从节能、方便操作角度考虑，优先选用限流式接法。 滑动变阻器必须采用分压式接法的四种情况 (1)要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时(如：测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路)，或要求大范围内测量电压和电流时，必须采用分压式接法。 (2)当待测用电器的电阻R远大于滑动变阻器的最大值R0时，必须采用分压式接法。 (3)当电压表或电流表的量程太小时，若采用限流接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过电压表或电流表的量程，只能采用分压式接法。 (4)在题目中有以下语言暗示时，比如：要求多测几组测量数据，要求精确测量等，一般也采用分压式接法。 【跟踪训练】某教师为提升自身实验操作水准，利用假期在实验室练习利用半偏法测量电压表的内阻。实验室提供以下器材： 电池（电动势约为4V，内阻可忽略不计）； 滑动变阻器A（阻值范围为）； 滑动变阻器B（阻值范围为）； 电阻箱（最大阻值为）； 待测电压表（量程为，内阻约为）； 开关及导线若干。 (1)该教师设计了如图所示的电路图，滑动变阻器应选择 （选填“A”或“B”）； (2)正确连接电路后进行如下操作： ①把滑动变阻器的滑片P滑到 （选填“a”或“b”）端，并将电阻箱的阻值调到零，闭合开关； ②闭合开关S，调节滑动变阻器滑片的位置，使电压表的指针指到满刻度； ③保持开关S闭合、滑动变阻器滑片的位置不变，调整电阻箱的阻值，当电阻箱阻值为时，电压表的指针指在满刻度的处，即可认为该电压表的内阻为 (3)该电压表的实际内阻 （选填“大于”“小于”或“等于”） ； (4)该教师通过录像分析实验操作时，发现在开关S闭合前，电阻箱阻值并未调到零，阻值为，后续操作均正确，则该电压表内阻应为 （用、表示）。 01 实验仪器的估读问题分析 需要估读的测量仪器的读数方法 使用这些仪器时，凡是最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位（估读的这位是不 可靠数字，但是有效数字的不可缺少的组成部分）。凡是最小刻度不是10分度的，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读。 最小分度含有1的仪器:估读数字出现在最小分度的下一位,将不足最小分度的部分按最小分度的十分 之几去估读。 最小分度含有2的仪器：估读数字出现在最小分度的同一位,将最小分度分为二等分，把不足最小分度 的部分以不足半等分的舍去，等于或超过半等分的算一个等分去估读。 最小分度含有5的仪器：估读数字出现在最小分度的同一位,将最小分度分为五等分，将不足最小分度的部分按占最小分度的五分之几去估读。 1. 必须估读的仪器：这类仪器是大多数，其读数需要包含一位可靠的估计值。 仪器名称 关键特征 估读规则 举例 刻度尺 最小分度1mm 估读到0.1mm 读数：2.15 cm（5是估读位） 螺旋测微器 (千分尺) 精度0.01mm 必须估读到0.001mm 读数：6.723 mm（3是估读位） 温度计 (液体) 最小分度1℃或0.5℃ 估读到0.1℃或0.05℃ 读数：36.4℃（4是估读位） 指针式电表 最小分度为 “1” 估读到最小分度的下一位 最小分度0.1V，读数为 2.00V 指针式电表 最小分度为 “2” 估读到最小分度的1/2 最小分度0.2A，读数为 0.54A 指针式电表 最小分度为 “5” 估读到最小分度的1/5 最小分度0.5V，读数为 1.75V 2. 不需要估读的仪器：这类仪器由于其特殊的设计原理或显示方式，其精度已经确定，无法或无需进行估读。 仪器名称 关键特征 读数规则 举例 游标卡尺 依靠主尺与游标尺对齐 不对齐，不估读。结果最后一位是精确的。 50分度，读数：4.36 mm 机械秒表 人为操作误差大 通常只读到最小分度位（0.1s）。 显示：12.5 s 电阻箱 直接显示阻值 直接读取各旋钮示数之和。 示数和：105.6 Ω 数字显示仪表 直接数字显示 直接读取显示值，最后一位即存疑位。 显示：2.35 V 【跟踪训练】如下图，电压表的读数为 V，电流表的读数为 A。螺旋测微器的读数为 ；游标卡尺的读数为 。 02 常见实验方法简介 1. 控制变量法 核心思想：当一个物理量与多个因素有关时，先控制其他几个因素不变，只研究其中一个因素与它的关系，最后再综合得出结论。 典型实验： （1）探究加速度与力、质量的关系：保持质量不变，研究加速度与力的关系；再保持力不变，研究加速度与质量的关系。 （2）探究导体电阻与长度、横截面积、材料的关系 （3）探究向心力与质量、角速度、半径的关系 2. 转换法 核心思想：将一些抽象的、看不见、摸不着的物理现象或不易直接测量的物理量，转换为直观的、易观察的现象或量来研究。 （1）参量转换法：待测的物理量通常与其他的物理量之间存在某种特定的物理联系，利用这种联系，可实现各参量间的转换，达到测量的目的。参量转换的方法贯穿于整个物理实验之中。 （2）能量转换法：能量转换测量法是某种形式的物理量，通过能量变化器，变成另一种形式物理量的测量方法。随着各种新型功能材料的不断涌现，如热敏、光敏以及这些材料性能的不断提高，形形色色的敏感器件和传感器应运而生，为物理实验测量方法的改进提供了很好的条件。 3. 等效替代法 核心思想：用一个标准的、已知的或易于测量的物理量去替代另一个待测量的、效果相同的物理量。 典型实验： （1）力的合成与分解实验：合力的作用效果与几个分力共同作用的效果相同。 （2）“验证动量守恒”实验中用水平位移替代速度（因为运动时间相同）。 （3）电学中，用电阻箱替代待测电阻，使电路状态相同。 4. 比较法 比较法是将待测量与已知的标准量进行直接或间接的比较，从而测出待测量的一种测量方法。比较法是物理测量中最普遍、最基本、最常用的测量方法。 直接比较法：将被测量与已知的同类物理量或标准量直接进行比较来获得实验结果的方法。例如天平测量物体的质量等。 间接比较法：借助一些中间量，或将测量进行某种变化，来间接实验比较测量的方法称为间接比较法。例如当两个电阻串联时，通过的电流相等，因此两电阻两端的电压跟它们的电阻成正比，如果其中的一个电阻是标准电阻，另一个电阻的阻值就可测出。 5. 放大法 在测量中有时由于被测量很小，甚至无法被实验者或仪器直接感觉和反应，如果直接用给定的某种仪器进行测量会造成很大的误差，此时可以借助一些方法将待测量进行放大后在进行测量。我们把提高测量精度、使物理量的数值变大、作用时间延长、作用空间扩展的方法叫做放大法。 例如机械放大：机械放大是使物理量在测量过程中得到放大的一种最直观的放大方法，它是一种空间放大法。例如测量长度时，普通的刻度尺又是已经不能满足实验对精度的要求，这时需要用到游标卡尺和螺旋测微器，此时利用了长度量之间的几何关系来进行放大的。 6. 累积法 累积法是把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量，以提高测量的准确度的一种实验方法。 将小量变大量，不仅可以便于测量，而且还可以提高测量的准确程度，减小误差（相当于进行多次测量而后取平均值）。 例如在“用单摆测重力加速度”测周期时我们用的是累积法，即我们不直接测一个周期的时间，而是测30～50个周期的总时间，再除以周期数即得周期T的值。 学科网（北京）股份有限公司1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $