2020年高考物理一轮复习热点题型专题40实验基本理论及仪器的使用与读数(解析版)

1、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=2L2020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6 单摆测重力加速度公式g= 华（I为摆长，T为周期）.-J7 .光的波长 匸yAx（ Zk为条纹间距，I为双缝到屏的距离，d为双缝间距）.【例11.（2019髙考全国卷叭 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

2、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：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

3、.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.0.12根据 As= gT2得重力加速度大小g= bcT卓 ac-常ab = 58.724.5?224.5 X1 m/s2= 9.7 m/s2【变式11 （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，

4、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】：3.77553.7【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+ 15X0.05 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mg=x0.100 X. 801.825 10 2N/m 53.7 N/m.热点题型二仪器的使用与读数、长度测量类仪器1 .游

5、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+0.05 n50490.020.02主尺上读的毫米数+0.02 n2.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10,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） = （lo+ n#确度）mm。注意：游标卡尺的精确度一般为游标卡尺上总刻数的倒数。游标卡 尺不需要估读。4 螺旋

6、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57形金属丝的电阻为 R=3 Q,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、n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 尸m最后一空保留两位有效数字 ）。0 um11 L 1 i L 1 1 L 1 L 12 （i, I I H J J Al ）| t i If r

7、1 t |0510甲|ar4S AHuF-35【答案】11.4 0.920 1.1 XW3【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4X0.1 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 mmX42.0 = 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=点1金属丝的横截面积：S= ' nd24则有：nl2R尸 4L解得：P= 1.

8、0 X0 3 Qm【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 、。hill1 cm 主尺 2 i 1 i 1 i ii i iicm i i i3 cm ri I I MiLLU=L.1I 1 1 I I I 1 1 1 1f 1 1 | 1 1TTraJ0 10胡尺2015=乙【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

9、，故游标尺读数为11X5.05 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 X.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 禾廿cm。【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0.02mm，因此读数为 4.0 mm + 10 >0.02 mm = 4.20 mm = 0.420 cm

10、。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

11、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

12、11.15 cm, DE长为13.73 cm。） ; ; 2$ 2（1）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Ax= 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

13、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VcXAE4T0.145 6 + 0.111 5+ 0.137 30.4m/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=0.2 s,根据匀变速直线运动的推论公式Ax= aT2可以求出加速度的大小，Xce xac= Ax= 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= Ax= 2.58 cm, xcd xab = 2 Ax, 所以

14、 xab = xcd2Ax= 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 1.58) 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1满偏刻度的1的3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

15、使用多用电表时不管测量项目是什么，电流都要从电表的牛”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”欧姆零点”在表盘刻度的右侧电机械零点”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;阻刻度“ 0位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮。(3) 选倍率 测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡刻度的非线性，使用欧姆挡测电阻时，表头指针偏转12过大或过小都有较大误差。通常只使用表盘中间一段刻度范围，指针偏转角度在3满偏到彳满偏之间为测量33的有效范围。如当待测电阻约为2 k Q

16、时，应采用“X 10挡。【例4】(2017全国卷川)图甲为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池；Ri、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头G的满偏电流为250 uA内阻为480 Q虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压 1V挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5 mA挡，欧姆 X 100 挡。屮乙(1) 图甲中的A端与(填 红”或 黑”色表笔相连接。关于R6的使用，下列说法正确的是 (填正确答案标号)。A 在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“(位置B 使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R

17、6使电表指针指在表盘右端电阻“ 0位置C 使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置(3) 根据题给条件可得 R1 + R2= Q R4= Q(4) 某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示。若此时B端是与“1连接的，则多用电表读数为 :若此时B端是与“3连接的，则读数为 ;若此时B端是与“5连接的，则读数为 。(结果均保留三位有效数字)【答案】(1)黑 (2)B (3)160 880 (4)1.47 mA 1.10 X03 Q 2.95 V【解析】(1)与欧姆表内电源正极相连的是黑表笔。R6使电(2) 矗是可变电阻，它的作用就是欧姆表调零的作用，也就是使用欧姆挡时，先将两表

18、笔短接，调整表指针指在表盘右端电阻“ 0位置。(3) 换挡开关接2时，是量程较小的电流表，所以Ri + R2=芒碁=160 Q换挡开关接4时，是量程较小的电压表，这时表头与Ri、R2并联组成新表头，新表头的内阻r = (R1:R2)RgRl + R2 + RgI |11=120 Q,新表头的量程是 1 mA，所以R4=-r =p Q-120 0= 880 QI11 X10 3某次测量时该多用电表指针位置如图乙所示。若此时B端是与“1相连的，此时多用电表是量程为 2.5 mA的电流表，则多用电表读数为 1.47 mA ;若此时B端是与“3相连的，此时多用电表是欧姆 X 100 Q当，则读数为11

19、.0 X 100 = 1.10 X03 Q；若此时B端是与“ 5连的，此时多用电表是量程为5 V的电压表，则读数为 2.95 V。【变式1】如图所示为电压表和电流表的刻度盘示意图，指针位置分别如图甲、乙所示。(1) 若使用的是03 V量程的电压表，读数为 V，若使用的是 015 V量程的电压表，读数为V。(2) 若使用的是00.6 A量程的电流表，读数为 A。若使用的是03 A量程的电流表，读数为A。【答案】 (1)1.68(1.67 1.69 均正确)8.4(8.3 亦可)(2)0.462.30(2.29 2.31 均正确。)【解析】 对于电压表，当选取 03 V量程时，每小格为 0.1 V

20、，读数为1.68 V，当选取015 V量程时， 每小格为0.5 V，读数为8.4 V;对于电流表，当选取 00.6 A量程时，每小格为 0.02 A，读数为0.46 A，当 选取03 A量程时，每小格为 0.1 A，读数为2.30 A。【变式2】如图所示为多用电表的刻度盘，若选用倍率为“X 10的电阻挡测电阻时，表针指示如图所示，贝(1) 所测电阻的阻值为 Q如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0 X04 Q的电阻，为了使测量结果比较精确，应选用的欧姆挡是 (选填“X 10” “X 10或“X 1 k。”)用此多用电表进行测量，当选用量程为50 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所

21、测电流为mA ;当选用量程为250 mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为 mA。当选用量程为10 V的电压挡测量电压时，表针也指于图示位置，则所测电压为 V。【答案】(1)1.5 103 X1 k (2)30.8(30.7 30.9 都正确)154 (3)6.2【解析】欧姆表读数：对应最上一行刻度值为15,倍率为"X 100”读数为1.5 >103 Q；测2.0 104 Q电阻时应选“> 1的欧姆挡。(2) 选50 mA直流电流挡，则每一大格表示10 mA，每一小格表示1 mA，测量的精确度为1 mA，应估读到10.1 mA(此时为10估读)，指针对应的

22、读数为30.8 mA ;选择量程为250 mA的电流挡，则每一大格表示50 mA ,1每一小格表示5 mA，测量的精确度为 5 mA，应估读到1 mA(此时为；估读)，指针对应的读数为 154 mA。5(3) 选择10 V电压挡，则每一大格表示2 V，每一小格表示0.2 V，测量的精确度为0.2 V，应估读到0.1 V(此螺旋测微器的读数为mm.长50等分，它们的读数依次为 mm、【答案】：52.351.990(1.8991.991均正确)1【解析】：游标卡尺的读数为1 = 52 mm + 7勺° mm = 52.35 mm ； 螺旋测微器的读数为 d = 1.5 mm + 49.0

23、 >0.01 mm = 1.990 mm.2.(1)如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为 9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mmmm、mm.【答案】：(1)17.223.3510.38(2)6.700(6.699 6.701 均正确)【解析】：甲图读数：整毫米数是 17 mm，不足1毫米数是2X0.1 mm = 0.2 mm ,最后读数是17 mm + 0.2mm = 17.2 mm ;乙图读数：整毫米数是23 mm，不足1毫米数是7 >0.05 mm = 0.35 mm，最后读数是 23 mm+ 0.35 mm = 23.35 mm ;丙图读数：整毫

24、米数是10 mm，不足1毫米数是19X0.02 mm = 0.38 mm，最后读数是 10 mm + 0.38 mm = 10.38 mm.(2) 半毫米刻度线已经露出，固定刻度示数为6.5 mm，由螺旋测微器的读数方法，可知金属丝的直径d = 6.5mm + 20.0 X.01 mm = 6.700 mm.3.(2019长沙一模)指针式多用表是实验室中常用的测量仪器，请完成下列问题：(1)在使用多用电表测量时，指针的位置如图甲所示，若选择开关拨至“X挡；则测量的结果为 ;若选择开关拨至“50 mA'挡，则测量结果为。多用电表测未知电阻阻值的电路如图乙所示，电池的电动势为E、内阻为r,

25、 R0为调零电阻，Rg为表头内阻，电路中电流I与待测电阻的阻值 Rx关系图像如图丙所示，则该图像的函数关系式为 ;(3) (多选)下列根据图丙中I Rx图线做出的解释或判断中正确的是 。A 因为函数图线是非线性变化的，所以欧姆表的示数左小右大B .欧姆表调零的实质是通过调节R0使Rx= 0时电路中的电流1= IgC . Rx越小，相同的电阻变化量对应的电流变化量越大，所以欧姆表的示数左密右疏D .测量中，当Rx的阻值为图丙中的 R2时，指针位于表盘中央位置的左侧【答案】(1)18 Q 22.3 mA (2)1 =E(3)BCDR0+ Rg+ r + Rx【解析】(1)所测的电阻R= 18X1

26、= 18 a选择开关拨至 “50 mA'挡，则电流为1 = 22.3 mA。(2)根据闭合电路欧姆定律得，I = 士 = r+R+R+R。因为Rx = E- r- Ro Rg,当电流比较大时，则电阻比较小，当电流比较小时，则电阻比较大，所以欧姆此时表示数左大右小，而图线是非线性变化，影响的是刻度的疏密，故A错误。当Rx= 0, I = J 厂，'r + Ro+ Rg电流为满偏电流，故 B正确。Rx越小，相同的电阻变化量对应的电流变化量越大，所以欧姆表的示数左密 右疏，故C正确。测量中，当 Rx的阻值为图乙中的 R2时，电流比半偏电流小，指针位于表盘中央位置的左 侧，故D正确。d

27、=cm.4在利用单摆测当地重力加速度的实验中：(1)利用游标卡尺测得金属小球直径如图甲所示，小球直径某同学测量数据如下表，请在图乙中画出L-T2图象.L/m0.4000.5000.6000.8001.200T2/s21.602.102.403.204.80(3) 某同学在实验过程中，摆长没有加小球的半径，其他操作无误，那么他得到的实验图象可能是下列图像中的【答案】：(1)2.26(2)图见解析 9.86(3)B【解析】：小球的直径 d= 22 mm + 0.1 mmX6 = 22.6 mm= 2.26 cm.L-T2图象如图所示.对应图象可得k= 1.200 - 0.400 口心 0.25 m

28、/s24.80 1.60可解得 g =9.86 m/S-J-J在实验中，若摆长没有加小球的半径2，其他操作无误，可得L = 4g2T2-2.故可知B正确，A、C、D均错误.5.用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图甲所示，此示数为 mm，用20分度的游标卡尺测量某物体的厚度时，示数如图乙所示，此示数为 mm.7乙【答案】:6.125（ ±.002均可）63.60【解析】：螺旋测微器的固定刻度读数为6 mm，可动刻度读数为 0.01 mmx 12.5 = 0.125 mm ,所以最终读数为6 mm + 0.125 mm = 6.125 mm ;游标卡尺的主尺读数为6.3 cm = 63

29、 mm，游标尺上第12个刻度与主尺上某一刻度对齐，因此游标读数为0.05 mmX12 = 0.60 mm，所以最终读数为 63 mm + 0.60 mm = 63.60 mm.6.(1)如图甲所示，当电流表使用的量程为00.6 A时，对应刻度盘上每一小格代表 A，图中表针示数为A ;当电流表使用的量程为03A时，对应刻度盘中每一小格代表A，图中表针示数为A.(2)如图乙所示，当电压表使用的量程为03 V时，每小格表示 V，图中表针的示数为 V ;当电压表使用的量程为015 V时，则表盘刻度每小格表示 V，图中表针示数为 V.【答案】：(1)0.020.440.12.20(2)0.11.700.

30、5 8.5【解析】：(1)当电流表使用的量程为00.6 A时，刻度盘上的每一小格为 0.02 A，表针所指的示数为 0.44 A;当电流表使用的量程为03 A时，每一小格为0.1 A，表针所指的示数为2.20 A.当电压表使用的量程为 03 V时，每小格表示0.1 V,表针所指的示数为 1.70 V ;当电压表使用的量程为015 V时，每小格表示 0.5 V，表针所指的示数为 8.5 V.7在 用多用电表测电阻、电流和电压”的实验中：(1)用多用电表测电流或电阻的过程中 A 在测量电阻时，更换倍率后必须重新进行调零B 在测量电流时，更换量程后必须重新进行调零C 在测量未知电阻时，必须先选择倍率

31、最大挡进行试测D 在测量未知电流时，必须先选择电流最大量程进行试测(2)测量时多用表指针指在如图所示位置若选择开关处于V ;若选择开关处于10 V挡，其读数为“X 1挡；其读数【答案】：(1)AD【解析】：多用电表测量电阻时，更换倍率后都必须重新进行欧姆调零，选项A正确；测量电流前需要进行机械调零，更换量程时不需要进行再次调零，选项B错误；在测量未知电阻时，要先用中等倍率的挡位试测，看指针偏角情况后再换用恰当倍率挡测量，故选项C错误；在测量未知电流时，必须选择电流最大量程进行试测，避免电表烧坏，故选项D正确.(2)若选择开关处于 “ 10 V挡，则电表的最小刻度为 0.2 V ,此时读数为5.

32、4 V ;若选择开关处于“X 1挡，根据表盘刻盘 左密右疏"可知，此时指针指示虽未知但小于 15,所以读数应该小于 150 Q故小于200 Q.8.(2019开封一模)某同学为了将一量程为 3 V的电压表改装成可测量电阻的仪表一欧姆表(1)先用如图a所示电路测量该电压表的内阻，图中电源内阻可忽略不计，闭合开关，将电阻箱阻值调到 3 k Q时，电压表恰好满偏；将电阻箱阻值调到12 kQ时，电压表指针指在如图b所示的位置，则电压表的读数V。由以上数据可得电压表的内阻Rv=k Q(2)将图a的电路稍作改变，在电压表两端接上两个表笔，就改装成了一个可测量电阻的简易欧姆表，如图c所示，为将表盘的电压刻度转换为电阻刻度，进行了如下操作：将两表笔断开，闭合开关，调节电阻箱，使指针指在