專題1 基本儀器的使用與讀數(shù) 專題概述考情分析基本儀器的使用是實驗考核的基礎內(nèi)容，一些基本儀器的原理、使用方法、注意事項和讀數(shù)等，在高考試題中不斷出現(xiàn)，如2020年全國卷、天津卷、江蘇卷考查螺旋測微器的讀數(shù)；2020年四川卷考查螺旋測微器和游標卡尺的讀數(shù)；2020年寧夏卷考查多用電表的讀數(shù)；2020年北京卷考查示波器的使用與操作以及彈簧秤的讀數(shù)；從近年高考來看，基本儀器的使用與讀數(shù)考查非常頻繁，幾乎都在實驗題中命題，尤其是對游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)、多用電表的使用與讀數(shù)、示波器的操作的考查。復習指導1、對物理基本儀器的構造、原理要熟悉；2、對游標卡尺、螺旋測微器的讀數(shù)要掌握讀數(shù)的方法，細心對待讀數(shù)并總結易錯點是最好的方法；3、對于多用電表的使用與讀數(shù)問題，要在弄清楚原理的基礎上，掌握測量電流、電壓、電阻的方法，會通過選擇不同“檔”在表盤上讀取示數(shù)；4、注意讀數(shù)時的有效數(shù)字以及誤差的處理，除游標卡尺、秒表、電阻箱外，其他測量儀器的讀數(shù)都需要估讀。典例調(diào)研考點一有效數(shù)字、誤差分析【調(diào)研1】在測量長度的實驗中某同學測量結果為3.245cm，請問該同學用的測量工具可能是：_A.毫米刻度尺B.精度為0.1mm的游標卡尺C.精度為0.05mm的游標卡尺D.精度為0.02mm的游標卡尺E.螺旋測微器【解析】測量結果3.245cm =32.45mm。以毫米為單位時，螺旋測微器的讀數(shù)結果應該為小數(shù)點后三位數(shù)；毫米刻度尺的讀數(shù)結果應該為小數(shù)點后一位；游標卡尺讀數(shù)不需要估讀，精度為0.1mm的游標卡尺讀數(shù)結果為小數(shù)點后一位；精度為0.02mm的游標卡尺的讀數(shù)結果為小數(shù)點后兩位，但最后一位 一定為偶數(shù)；精度為0.05mm的游標卡尺的讀數(shù)結果為小數(shù)點后兩位，但最后一位數(shù)必定為0或5；由此可判斷只有C符合。【答案】C【技巧點拔】解決本題的關鍵在于弄清楚毫米刻度尺、游標卡尺和螺旋測微器三個測量工具的精度、讀數(shù)原理和方法。毫米刻度尺的精度為1mm，后面需要估讀位；游標卡尺的精度有0.1mm、0.05mm和0.02mm三種，不需要估讀，要注意20分度和50分度的游標卡尺的尾數(shù)的規(guī)律；螺旋測微器的精度為0.01mm，后面需要估讀位。GS1S2RR圖1【知識鏈接】帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字，叫做有效數(shù)字。第一個不為零的數(shù)字開始數(shù)起的數(shù)字個數(shù)即為有效數(shù)字的個數(shù)。比如0.578cm保留2位有效數(shù)字為0.58cm，578m保留2位有效數(shù)字為5.8×102m。注意：有效數(shù)字的最后一位是測量者估讀出來的，往往是測量工具的精度的下一位估讀數(shù)，因此這一位數(shù)字是不可靠的，也是誤差所在位?！菊{(diào)研2】某同學想測量一段電阻絲的電阻率，其中使用了自己利用電流表改裝的電壓表。整個實驗過程如下：圖2SVGR0A測量電流表的內(nèi)阻。按圖1連接電路，將電位器R調(diào)到接入電路的阻值最大。閉合開關S1，調(diào)整R的阻值，使電流表指針偏轉到滿刻度；然后保持R的阻值不變，合上開關S2，調(diào)整電阻箱R的阻值，使電流表指針達到半偏，記下此時R 的阻值；B計算出改裝電壓表應串聯(lián)的電阻R0的值。將電阻R0與電流表串聯(lián)，則R0與電流表共同構成一個新的電壓表；C將改裝的電壓表與標準電壓表接入如圖2所示的校準電路，對改裝的電壓表進行校準；D利用校準后的電壓表和另一塊電流表，采用伏安法測量電阻絲的電阻；E測量電阻絲的直徑和接入電路的電阻絲的長度；F計算出電阻絲的電阻率。根據(jù)上述實驗過程，在對改裝后的電壓表進行校準時，發(fā)現(xiàn)改裝后的電壓表的測量值總比標準電壓表的測量值小一些，造成這個現(xiàn)象的原因是（）A電流表內(nèi)阻的測量值偏小，造成串聯(lián)電阻R0的阻值偏小B電流表內(nèi)阻的測量值偏大，造成串聯(lián)電阻R0的阻值偏小C電流表內(nèi)阻的測量值偏小，造成串聯(lián)電阻R0的阻值偏大D電流表內(nèi)阻的測量值偏大，造成串聯(lián)電阻R0的阻值偏大【解析】（1）在電流表內(nèi)阻的測量時，實驗步驟A應用了“半偏法”原理，在閉合開關S2后，圖1中回路的總電阻因并聯(lián)電阻箱R 而減小，干路電流增大，使電流表指針達到半偏，則電阻箱這條支路的電流大于半偏電流，由并聯(lián)電路知識可知電阻箱的阻值偏小于電流表的內(nèi)阻，即電流表內(nèi)阻的測量值偏小。實驗步驟B將電流表改裝成電壓表，如圖2為了達到改裝的量程Im(RA+R0)，由于電流表內(nèi)阻的測量值偏小，則實際通過計算得到的串聯(lián)電阻R0偏大，故改裝表的內(nèi)阻偏大，與標準表并聯(lián)時，流過改裝表的電流偏小，也就是說當標準表滿偏時，改裝表的指針偏轉接近滿偏但未達到滿偏，即在對改裝后的電壓表進行校對時，改裝后的電壓表的測量值總比標準電壓表的測量值小一點。綜上誤差分析可知，造成這個現(xiàn)象的原因是電流表內(nèi)阻測量值偏小后，通過計算得到串聯(lián)電阻R0的阻值偏大所致?！敬鸢浮緾【發(fā)散類比】本題考查分析誤差的能力，大綱要求“認識誤差問題在實驗中的重要性，知道多次測量求平均值的方法可以減小偶然誤差，能在某些實驗中分析誤差的來源，不要求計算誤差”。物理實驗均會存在誤差，誤差分析自然就是物理實驗考查的重頭戲，分析誤差實際上就是找到誤差來源，方法是：通過實驗的原理直接或間接獲取和計算出的結果，要與實際情況對比分析，即測量值與真實值的比較分析，大綱中要求“不要求計算誤差”，雖然不要求定量計算，但定性分析誤差是高考對實驗考查的重點，而且考查頻率很高。比如長度的粗略測量與精確測量時誤差來源分析，驗證機械能守恒定律實驗中能量損失的誤差分析，用單擺測當?shù)刂亓铀俣葘嶒炛袛[長的測量誤差分析，伏安法測電阻時電流表的內(nèi)、外接法的誤差分析，測定電源電動勢和內(nèi)阻實驗中的測量值與真實值的誤差分析，本題中的“半偏法”測表頭內(nèi)阻的誤差分析等，幾乎每個重要的實驗都涉及到這個能力的考查。在實驗復習時，務必要熟練掌握各個實驗的誤差來源、誤差分析方法以及會定性與半定量計算誤差?？键c二游標卡尺的使用與讀數(shù)【調(diào)研3】用十分度的游標卡尺測一根金屬管的內(nèi)徑和外徑時，卡尺上的游標位置分別如圖（a）、（b）所示。這根金屬管內(nèi)徑讀數(shù)是 cm，外徑讀數(shù)是 cm。10cm游標主尺(b)10cm游標主尺(a)【解析】兩個圖的游標卡尺均為10分度，精度為0.1mm。（a）圖中的主尺讀數(shù)為100mm，游標尺是第2條線對齊，故讀數(shù)為100mm+0.1mm×2=100.2mm=10.02cm；（b）圖中的主尺讀數(shù)為101mm，游標尺是第0條線對齊，故讀數(shù)為101mm+0.1mm×0=101.0mm=10.10cm。也可以這樣分析：主尺讀數(shù)為100mm，游標尺是第10條線對齊，故讀數(shù)為100mm+0.1mm×10=101.0mm=10.10cm?！敬鸢浮?0.02；10.10【知識鏈接】1、游標卡尺的原理：游標卡尺主要分為10、20、50分度三種，其原理和讀數(shù)方法基本相同。在游標尺上的n條刻度線的總長度與主尺上(n1)條刻度線的總長度相等。如果游標尺為x分度，相應主尺上的分度值為y，則nx=(n1)y，故游標尺與主尺兩者分度值之差為k=yx= 。其中 叫游標卡尺的精度。如果主尺上的分度值為y=1mm，但n=10時，其精度為0.1mm，同理n=20時，精度為0.05mm；n=50時，精度為0.02mm。游標卡尺可用于測量工件的外徑、內(nèi)徑和深度或較小的長度。2、游標卡尺的讀數(shù)方法與公式：從游標卡尺的零刻度線所對的位置，讀出在主尺上以mm為單位的整數(shù)部分，再確定游標尺上的第幾條刻度線與主尺上某條刻度線對齊，由游標尺讀出不足整毫米的小數(shù)部分，最后把兩個部分讀數(shù)相加即可得到測量長度。公式為：L=主尺上的整毫米數(shù) + 游標尺讀數(shù)×精度（以毫米為單位）?！菊`點警示】游標卡尺的讀數(shù)非常容易出錯，要注意：首先要辨別出游標卡尺的分度是10分度、20分度還是50分度，從而確定精度，精度為將1mm按照分度值等分；游標尺的零刻度線所對的位置如果是正好對齊，游標尺的讀數(shù)取零；不要將游標尺的零刻度線與游標尺的外邊框混淆；要注意單位的統(tǒng)一與換算；要注意游標卡尺讀數(shù)的有效數(shù)字，不要隨便去掉最末位的零?？焖僬业接螛顺吲c主尺對齊的刻度線的方法是先看游標尺的零刻度線與主尺上最靠近左邊的刻度線的距離，通過這個距離迅速找到游標尺的對齊格數(shù)，比如游標尺的零刻度線與主尺上最靠近左邊的刻度線距離較大，與主尺上最靠近右邊的刻度線距離非常小，說明游標尺的對齊格數(shù)非?？亢?。考點三螺旋測微器的使用與讀數(shù)【調(diào)研4】如圖所示，用螺旋測微器測量待測工件的厚度，則(a)、 (b)、 (c)三幅圖顯示的待測量工件的厚度分別為：_mm，_mm，_mm。502530205005455045040(a)(b)(c)【解析】(a)圖：主尺讀數(shù)為2mm，可動刻度的對齊刻度為25.0格，則螺旋測微器讀數(shù)為2mm + 0.01mm×25.0 = 2.250mm；(b)圖：可動刻度的對齊刻度約為0.3格，由于主尺刻度1mm處離可動轉筒的距離接近0.5mm，故主尺讀數(shù)為1.5mm，則螺旋測微器讀數(shù)為1.5mm + 0.01mm×0.3 = 1.503mm；(c)圖：可動刻度的對齊刻度約為45.3格，由于主尺刻度1mm處離可動轉筒的距離接近0.5mm，故主尺讀數(shù)為1mm，則螺旋測微器讀數(shù)為1mm + 0.01mm×45.3 = 1.453mm?！敬鸢浮?.250；1.503；1.453【知識鏈接】1、螺旋測微器的基本原理：螺旋測微器螺紋螺距為0.5mm，即可動轉筒旋轉一圈，螺桿前進或后退0.5mm，可動轉筒上可動刻度分成50等分，每一等分表示0.01mm，即可動刻度每轉過一等份，測微螺桿前進或后退0.01mm。這樣把沿軸線方向不便于測量的微小距離用圓周上的點移動較大的距離表示出來（機械放大原理）。2、螺旋測微器的讀數(shù)方法：整數(shù)部分由固定刻度的整數(shù)決定；小數(shù)部分則由固定部分的半刻度和可動部分的示數(shù)共同決定。若固定部分過半刻度線，則可動部分的示數(shù)增加0.05mm，再加上可動部分的示數(shù)，若沒有過半刻度線，就由可動部分的示數(shù)確定。讀數(shù)公式：L = 固定刻度示數(shù) + 可動示數(shù)×精度值（0.01mm）。【誤點警示】要注意固定刻度上表示半毫米的刻度線是否已經(jīng)露出，有時候肉眼看不出來，此時可觀察可動轉筒上的示數(shù)，如果旋鈕上的零刻度線非?？拷鞒呔€基線上方，則認為固定部分沒有過半線，如果可動轉筒上的零刻度線非?？拷鞒呔€基線下方，則認為固定部分過半線，要增加固定刻度示數(shù)0.5mm。讀數(shù)時注意精確度為0.01mm?？蓜有o的示數(shù)要估讀，估讀到0.001mm，螺旋測微器俗稱為千分尺，即以毫米為單位時，螺旋測微器的讀數(shù)均要到小數(shù)點后面的第三位，即使最后一位估讀數(shù)字為零時，也不能省略。固定刻度的單位是毫米，有半毫米刻度線在主尺基線的另外一側。考點四多用電表的使用與讀數(shù)+白灰黑【調(diào)研5】使用多用表測量時示意圖如圖所示.（1）當指針位置如圖中灰三角箭頭所示，則測量的是，測量結果為（2）當指針位置如圖中白三角箭頭所示，則測量的是，測量結果為。（3）當指針位置如圖中黑三角箭頭所示，則測量的是，測量結果為。（4）當指針位置如圖中黑三角箭頭所示，正確操作后發(fā)現(xiàn)指針的偏轉角很小，那么接下來的操作步驟應該依次為：，測量結束后應將選擇開關撥到或者（5）無論用多用電表進行何種（直流）測量，電流都應該從表筆經(jīng)插孔流入電表在使用歐姆擋測量時，多用電表內(nèi)部的電池的正極將跟表的面板上的插孔相連【解析】（1）這時測量的是直流電流，量程為10mA，應該用滿刻度為10的刻度線讀數(shù)由于不是 10分度，在讀出3.2以后，不應該再向下估讀，所以測量結果為3.2mA（2）這時測量的是直流電壓，量程為50V，應該用標滿刻度為50的刻度線讀數(shù)由于是10分度，在讀出16V后，還應該估讀下一位，結果為16.0V。（3）這時測量的是電阻，倍率為×100，按表盤最上方的刻度讀數(shù)，結果為3.4×103（4）測電阻時指針偏轉角度小，說明倍率太小了，所以應該增大倍率，操作步驟是改用歐姆擋×1K倍率，重新調(diào)零，測量并讀數(shù)，多用電表有內(nèi)置電池，測量結束后要將選擇開關撥到OFF檔或者交變電壓最高檔（5）電流應從紅表筆經(jīng)“”插孔流入電表內(nèi)部電池的正極跟“一”插孔相連【答案】（1）直流電流；3.2mA；（2）直流電壓；16.0V；（3）電阻；3.4×103；（4）改用歐姆擋×1K倍率，重新調(diào)零，測量并讀數(shù)，OFF，交變電壓最高檔；（5）紅；“”；“一”【知識鏈接】1、多用電表是測量交流與直流電壓、直流電流和電阻大小的多功能儀器，測量前，應首先檢查表針是否停在左端“0”刻度的位置，否則要用小螺絲刀輕輕轉動表盤下邊中間位置的調(diào)整定位螺絲，使指針指零，即機械調(diào)零。使用歐姆擋時，還應進行歐姆調(diào)零，即將紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指右端零刻線處。多用電表有兩根測試筆，將紅表筆和黑表筆分別插入正、負測試筆插孔。測量交流、直流電壓和直流電流時，只要把選擇旋鈕置于相應的檔位和量程即可，連接電路的方式跟電壓表和電流表一樣。2、多用電表的表頭最上端刻度是不均勻的，這是用于測量電阻阻值的，“0”刻度的位置在最右端，而下面的刻度是均勻的，這是用于測量電流和電壓的刻度盤。3、使用多用電表測電阻的步驟：機械調(diào)零選檔歐姆調(diào)零測量與讀數(shù)實驗完畢。用歐姆擋測電阻，如果指針偏轉角度太小，應增大倍率；如果指針偏轉角度太大，應減小倍率。需要注意的是，每次換擋后，都要重新調(diào)零；實驗完畢后，應將兩表筆從插孔中拔出，并將選擇開關置于“OFF”檔或交流電壓的最高檔；如果歐姆表長期不用，應取出表內(nèi)的電池。創(chuàng)新預測1讀出下面各圖中顯示的示數(shù)。（a）_；（b）_；（c）_；（d）_；（e）_；（f）_；031233435637839411043121445164718492051225324265557285901267891011345121314（f）0123456789 （a）3 4 cm0 5 10（b）670 10 20cm（c）010 15 0 5 1025 30（d）（e）2正確讀出下圖中各表的讀數(shù)：（1）接03V量程時讀數(shù)為V；接015V量程時讀數(shù)為V（2）接03A量程時讀數(shù)為A；接006A量程時讀數(shù)為A（3）用電壓表的0V3V擋測電路中某兩點間的電壓時，表的指針位置如圖（a）所示從電壓表讀出的電壓是（4）用電流表的0A0.6A擋測某一電路中的電流時，表的指針位置如圖(b)所示從電流表讀出的電流是 A3現(xiàn)給出兩個阻值不同的電阻R1和R2，用多用電表按正確的操作程序分別測出它們的阻值，測量R1時選用“×100”歐姆擋，其阻值如圖中指針所示，R1=_；測量R2時選用“×10”歐姆擋，其阻值如圖中指針所示，R2=_。將某一小量程的電流表改裝成不同量程的電壓表，其中量程較大的是電流表與_（填“R1”、“R2”）_聯(lián)（填“串”、“并”）的。123456897101112131415開Y增益X增益掃描微調(diào)掃描范圍1010010k100 k1k外x衰減101001000DCACY輸入X輸入地同步+-14某同學做“練習使用示波器”實驗中（1）觀察正弦式電壓的圖線時，把衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于“”檔（機內(nèi)提供50Hz正弦式交變電壓），掃描范圍旋鈕置于第一檔，掃描微調(diào)旋鈕順時針旋到底，此時屏上顯示的圖形應是xxxxyyyyABCD（2）觀察正弦規(guī)律變化的電壓圖線時，在示波器熒屏上出現(xiàn)如圖(a)所示的圖線，為了將圖線調(diào)整為圖(b)所示的形狀，他采取了下列措施：(a)(b)A調(diào)節(jié)豎直位移旋鈕，使整個圖線向下移動B保持同步極性選擇開關不動，仍置于“+”位置C調(diào)節(jié)Y增益使圖形的振幅增大D調(diào)X增益使圖形的橫向幅度增大其中正確的是_AVbRxSa5在測定金屬絲電阻Rx的實驗中，為提高測量精確度，減小誤差，需要確定電流表采用內(nèi)接法還是外接法。由于電表內(nèi)阻未知，一位同學運用試觸法進行判斷。具體做法是：按如圖所示電路閉合電鍵后，當與電壓表連接的導線（帶箭頭部分）接到a點時，電壓表示數(shù)為2.0V，電流表示數(shù)為0.40A；當接到b點時，電壓表示數(shù)為3.0V，電流表示數(shù)為0.38A。電源內(nèi)阻不計。（1）由以上數(shù)據(jù)可知，應該采用電流表_接法（2）測得Rx的電阻是_。 【創(chuàng)新預測答案】1（a）6.50cm；（b）2.98cm ；（c）6.170cm ；（d）0.642mm；（e）10.294mm；（e）10分52.75秒（提示：秒表的讀數(shù)分兩部分：小圈內(nèi)表示分，每小格表示0.5分鐘；大圈內(nèi)表示秒，最小刻度為0.1秒。當分針在前0.5分內(nèi)時，秒針在030秒內(nèi)讀數(shù)；當分針在后0.5分內(nèi)時，秒針在3060秒內(nèi)讀數(shù)。因此圖中秒表讀數(shù)應為10分52.75秒，這個5是估讀出來的）。2（1）2.16；10.8；（2）0.79；0.16；（3）2.20 V；（4）0.480 A接03V量程時，讀取電壓表指針所指的外環(huán)數(shù)據(jù)為2.16V；接015V量程時，讀取電壓表指針所指的內(nèi)環(huán)數(shù)據(jù)為10.8V，注意每小格為0.5V；接03A量程時，讀取電流表指針所指的內(nèi)環(huán)數(shù)據(jù)為0.79A；接00.6V量程時，讀取電流表指針所指的外環(huán)數(shù)據(jù)為0.16A，注意每小格為0.02A；用電壓表的0V3V擋測電壓時讀取表盤內(nèi)環(huán)數(shù)據(jù)為2.20V；用電流表的0V0.6A擋測電流時讀取表盤內(nèi)環(huán)數(shù)據(jù)為0.480A，每小格為0.02A，可向后估讀一位。3900；300；R1；串 圖中指針對應的歐姆表盤刻度為9，選用“×100”歐姆擋，則R1=9×100=900；圖中指針對應的歐姆表盤刻度為30，選用“×10”歐姆擋，則R2=30×10=300；用電流表改裝電壓表時需要串聯(lián)電阻以擴大量程，根據(jù)公式：U=Im(RA + R串)可知，與電流表串聯(lián)的電阻越大，改裝的電壓表量程越大。4（1）D；（2）ABD第一問中掃描電壓的頻率為100Hz，掃描周期只有交變電壓的1/2，掃描一次只顯示交變電壓半個周期的圖形，第二次掃描，再顯示另半個周期的圖形，由于屏上圖線不會立即消失，另由于人眼的視覺嶄留等因素，屏上將可觀察到圖D所示圖線。注意：用示波器如何才能觀察到清晰的正弦圖象？把掃描范圍旋鈕置于第一檔，把衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于“”檔，由機內(nèi)提供豎直方向的正弦式電壓，調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕，當掃描頻率等于正弦式交變電壓頻率（50Hz）時，屏上將出現(xiàn)一個完整的正弦圖線，若掃描頻率等于25Hz，則屏上將出現(xiàn)兩個完整的正弦圖線。第二問，對比兩幅圖均為交流電壓的變化圖線，另有兩處變化：整個圖線下移；正弦波圖線橫向幅度變大。因此在同步極性選擇開關置于交流檔不能改變的前提下，可通過調(diào)節(jié)X增益旋鈕（旋鈕9）使橫向幅度加大，并通過調(diào)節(jié)豎直位移旋鈕（旋鈕6）使整個圖線下移。5通過“試觸法”的操作，試題所給的數(shù)據(jù)顯示，與電壓表連線的導線從接到a點轉到接到b點時，電壓表示數(shù)變化百分比為×100%=50%，電流表示數(shù)變化百分比為×100%=5%，故電壓表示數(shù)變化較大，原因是電流表內(nèi)阻相對較大所致，此時應該采用電流表外接法以減小誤差，即導線接a點，提高測量精度。由于電源內(nèi)阻不計，導線接b點時，電壓表示數(shù)U2=3.0V，即為電源電動勢，當導線接a時，電壓表示數(shù)U1=2.0V，電流表兩端的電壓UA= U2U1=1.0V，電流表內(nèi)阻RA= = =2.5。則當導線接b點時，金屬絲電阻Rx的真實值為Rx= RA= 2.5=5.4（或5.39）。