高中物理高考 专题40 实验基本理论及仪器的使用与读数（解析版）.docx

2020届高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题40 实验基本理论及仪器的使用与读数【专题导航】目录热点题型一 实验的基本理论 1热点题型二 仪器的使用与读数 3一、长度测量类仪器 3二、时间测量类仪器 5三、电学基本仪器的使用 6【题型演练】 8【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＝算出．5．利用纸带求加速度的方法(1)利用a＝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＝.6．单摆测重力加速度公式g＝(l为摆长，T为周期)．7．光的波长λ＝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)【答案】：(1)A　(2)将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺　(3)9.7【解析】：(1)利用频闪照片测重力加速度时需要测量小球下落的距离，因此实验时必须使用米尺．(2)将米尺竖直放置，让小球靠近米尺下落，从照片上直接读出小球下落的距离．(3)根据Δs＝gT2得重力加速度大小g＝＝＝ m/s2＝9.7 m/s2.【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)．【答案】：3.775　53.7【解析】：标尺的游标为20分度，精确度为0.05 mm，游标的第15个刻度与主尺刻度对齐，则读数为37 mm＋15×0.05 mm＝37.75 mm＝3.775 cm.弹簧形变量x＝(3.775－1.950)cm＝1.825 cm，砝码平衡时，mg＝kx，所以劲度系数k＝＝ N/m≈53.7 N/m.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1090.10.1主尺上读的毫米数＋0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数＋0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数＋0.02n2.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＝ 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)答案】　11.4　0.920　1.1×10－3【解析】　游标卡尺的主尺读数为：11 mm，游标尺上第4个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标尺读数为4×0.1 mm＝0.4 mm，所以最终读数为：11 mm＋0.4 mm＝11.4 mm螺旋测微器固定刻度读数：0.5 mm，可动刻度读数：0.01 mm×42.0＝0.420 mm，得：d＝0.5 mm＋0.420 mm＝0.920 mm(0.919～0.921都正确)。

由电阻定律得：R＝ρ金属丝的横截面积：S＝πd2则有：ρ＝解得：ρ＝1.0×10－3 Ω·m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________、________答案】　1.055　20　25【解析】　图中游标卡尺主尺读数为10 mm,20分度游标尺精确度为0.05 mm，游标尺上第12条刻度线与主尺对齐，故游标尺读数为11×0.05 mm＝0.55 mm，所以金属管深度为10.55 mm＝1.055 cm螺旋测微器固定刻度部分读数为5.5 mm，可动刻度最小分度值为0.01 mm，可动刻度部分读数应为20.2×0.01，因此a处数字应为20，b处数字为25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答案】　60.10　0.420【解析】　直尺的最小刻度为0.1 cm，因此读数应为60.10 cm，图乙采用50分度游标卡尺，其精确度为0.02 mm，因此读数为4.0 mm＋10×0.02 mm＝4.20 mm＝0.420 cm。

二、时间测量类仪器1．打点计时器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 V0.02 s电火花计时器交流50 Hz,220 V0.02 s2.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 cm1)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)【答案】　(1)A　(2)0.986　2.58　5.99　0.470【解析】　(1)本实验根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，应多取一些数据，根据逐差法求出加速度，再求平均值，而该同学只取两组数据，计数点偏少，故A正确；(2)由题可知相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，得vC＝＝ m/s＝0.986 m/s，由于AC间的时间间隔t＝0.2 s，CE间的时间间隔也为t＝0.2 s，根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，xCE－xAC＝Δx＝at2，a＝2.58 m/s2；根据匀变速直线运动的推论公式xm－xn＝(m－n)aT2，xDE－xCD＝Δx＝2.58 cm，xCD－xAB＝2Δx，所以xAB＝xCD－2Δx＝5.99 cm；根据匀变速直线运动速度时间公式得：vC＝vA＋2aT，解得vA＝(0.986－0.2×2.58) m/s＝0.470 m/s。

三、电学基本仪器的使用1．电流表、电压表、欧姆表的比较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。