中學物理實驗報告一基本儀器的認識和使用

1、中學物理實驗報告 基本儀器的認識和使用學 院 數(shù)理信息工程學院 班 級 姓 名 學 號 時 間 2011-3-14 1、 實驗目的：1、 熟悉儀器的使用，熟練基本儀器的操作2、 參與實驗過程，獲得實驗體會3、 明確原理，掌握要領4、 探討物理教學方法，提高教學技能 二、 基本儀器的名稱以及用途：實驗儀器所測物理量刻度尺游標卡尺螺旋測微器長度，其中游標卡尺不需要估讀。秒表打點計時器電火花計時器時間天平電子秤彈簧秤質量電流表電壓表多用電表電學量滑動變阻器電阻箱調(diào)節(jié)儀器改變接入電路的電阻值彈簧秤力附儀器圖片如下： 三、測量的物理量以及的一般方法： 1、長度的測量： 儀器 ：游標卡尺、螺旋測微器、米尺

2、游標卡尺 刻度原理：游標卡尺的精度是以游標上的分度相對于主尺上最小分度的大小來確定的如圖。 1）精度是0.1mm的游標卡尺(常稱為10分游標)，主尺的最小分度是1mm，游標上10個等分刻度的總長度等于9mm，游標上每一分度比主尺的一分度少0.1mm。則游標刻度總長度為（11/10）×10=9mm；2）精度是0.05mm的游標卡尺(常稱為20分游標)，主尺的最小分度是1mm，游標上20個等分刻度的總長度等于19mm，游標上每一分度比主尺的一分度少0.02mm。則游標刻度總長度為（11/20）×20=19mm；3）精度是0.02mm的游標卡尺(常稱為50分游標)，主尺的最小分度

3、是1mm，游標上10個等分刻度的總長度等于49mm，游標上每一分度比主尺的一分度少0.02mm。則游標刻度總長度為（11/50）×50=49mm。三種游標尺比較游標尺(mm)精度(mm)測量結果(游標尺上第n個格與主尺上的刻度線對正時)(mm)刻度格數(shù)刻度總長度每小格與1mm差1090.10.1主尺上讀的毫米數(shù) + 0.1n20190.050.05主尺上讀的毫米數(shù) + 0.05n50490.020.02主尺上讀的毫米數(shù) + 0.02n螺旋測微器 1）、刻度原理： 螺旋測微器又叫千分尺如下圖，它是一種比游標卡尺更精密的測量長度的儀器。用它測量長度可以準確到0.01mm。螺旋測微器的螺距

4、等于0.5mm，每轉一周長，螺桿前進或后退0.5mm。把周長分為50等份，每一小格表示0.01mm。 2）、讀數(shù)方法測量時被測物長度的整毫米數(shù)由固定刻度上讀出，小數(shù)部分由可動刻度讀出。讀數(shù)時，要注意固定刻度上表示半毫米刻度線是否已經(jīng)露出。 用米尺測量長度 以米制標示分度的尺子叫米尺如下圖。米尺的分度值為1毫米，量程不等。常用的有木直尺、鋼板尺和鋼卷尺。米尺也常用作儀器的附屬標尺。在用米尺測量時，可以精確到毫米量級，讀數(shù)到十分之一毫米。如：L1 =15.37厘米，L2=7.85厘米，最后的一位7和5是估讀的。 (3)游標尺的正確使用及注意事項 游標卡尺如圖所示，用它可以測量物體的長度和內(nèi)、外直徑

5、。測長度或外徑時，將物體卡在外卡腳之間，測內(nèi)徑時，使用內(nèi)卡腳。不測量時，應將卡腳閉合，游標的零線這時與主尺零線是對齊的。螺旋測微器的正確使用及注意事項 螺旋測微器的使用方法很簡單，只要將被測物夾在測桿 和砧臺 之間，擰動尾端的棘輪裝置 ，使測桿移動，當測桿與被測物接觸后壓力達到某一數(shù)值時，棘輪將滑動而發(fā)生咔、咔的響聲，活動套筒不再轉動，測桿也停止前進，這時就可以讀數(shù)了。1 測量前，可先校對螺旋測微器的零位。校對時應使兩測量面接觸，若零位不準可使用專用板手，插入固定套管小孔，板轉固定套管，使其縱刻線與微分筒上零線對準。（也可不進行調(diào)整而在讀數(shù)時進行零點修正） 使用時不能直接手持活動套筒去卡被測物

6、體，特別當測桿和砧臺快要夾緊被測物時，避免被測物受到壓力過大而發(fā)生明顯形變。否則會加快螺紋的變形和磨損，降低儀器的準確度。 螺旋測微器的測量軸的中心線要與被測物的被測長度方向相一致，不要歪斜。 要注意防止讀錯整圈數(shù)。在固定套筒上表示整圈數(shù)的刻線有上下交錯的兩排，每排相鄰的兩條刻線之間相差兩圈，上、下兩排間的兩條刻線之間是一圈。如上例中n 應為9，常有人會錯誤地讀成8。 調(diào)節(jié)測桿時要慢慢轉動微分筒和棘輪裝置，不要握住微分筒揮動或搖動尺架，以免精密的測微螺桿變形。 一般不能進行動態(tài)測量。（在某些場合，待測物體運動得較慢，測量者的測試技術不僅熟練而且動作迅速敏捷、從事快速測量有足夠豐富的經(jīng)驗，那么用

7、螺旋測微器作動態(tài)測量也是可以的。）2、測量質量儀器名稱：天平原理用托盤天平稱質量：天平有兩個重要技術指標：稱量表示最大測量值；感量為指針從平衡位置偏轉到標尺 1 分度所需的最大質量。感量與靈敏度成反比，感量越小，靈敏度越高。托盤天平靈敏度較低，有稱量1000.0g，感量1g；稱量500.00g，感量0.5g；稱量200.00g，感量0.2g等規(guī)格。托盤天平的結構如圖。 配用：五等砝碼，標稱質量為50mg-500g，允許誤差為±5mg-±120mg。測量方法1.放：把天平放在水平臺上（整個使用過程中不能移動位置）。2.調(diào)：把游碼撥至標尺左端零刻線處，然后調(diào)節(jié)平衡螺母使指針指到

8、分度盤的中線。3.稱：左盤放待測物體，在右盤增減砝碼并利用游碼使指針再次指到分度盤的中線。此時砝碼總質量加上游碼在標尺上所對刻度值即為被測物體的質量。操作時的注意事項：為防止天平生銹或腐蝕，應注意：不將潮濕物品或化學藥品直接放在天平盤里；不要用手摸天平。取放砝碼或移動砝碼要有鑷子，稱量完畢后砝碼要直接放回砝碼盒中原來位置，把游碼移回到標尺零刻度處。每架天平都有一定的稱量范圍，加在天平上的物體質量不得超過它的稱量范圍。3、時間的測量：1）用機械停表測量時間停表（秒表）是測量時間的常用儀表。機械停表表盤上有長的秒針和短的分針如圖，秒針轉一圈的時間通常有 30 秒和 60 秒兩種。常用的停表最小分度

9、值也有兩種，一種是 0.2 秒，另一種是 0.1 秒。停表上端的按鈕是用來旋緊發(fā)條和控制表針轉動的。停表使用方法： 用手握緊停表，大拇指按在按鈕上，按停表分三步：第一次按下時，表針開始轉動（啟動），第二次按，表針停止轉動（停止），第三次按下，表針彈回零點（回表）。使用停表的注意事項：(1)使用前先上緊發(fā)條，但不宜過緊，以免損壞發(fā)條；(2)按表不要用力過猛，以免損壞機件；通常按鈕先向下按到秒表即將產(chǎn)生動作的位置，當需要產(chǎn)生動作時立即再下按，以提高計時的準確性。(3)回表后，如秒針不指零，應記下其數(shù)值（零點讀數(shù)，指針過零點其值為正，指針不到零點其值為負），實驗后從測量值中將其減去。(4)要注意防止

10、摔碰停表，不使用時應將其放回盒內(nèi)。并讓其繼續(xù)走動，以放松發(fā)條。有的停表在按左側有一個弧形的制動裝置，把這個裝置往上推，表針就停止，再往下推，表針又繼續(xù)走動。這樣可以直接測出幾次時間的累加數(shù)值。用停表計時，誤差主要來源有三個：(1)秒針的初時刻不在0.0秒的位置。(2)操作時，手按按鈕有超前和滯后情況。(3)當被測對象為運動物體時，判斷位置時有誤差。比如測量單擺的周期，對平衡點的位置判斷有誤。測量時對第1種情況，只要在讀數(shù)時減去初讀數(shù)即可，而對第2、3種情況應特別注意，需通過反復訓練、多次測量才能有效地減小這種偶然誤差。 2）用電磁打點計時器測量時間 電磁打點記時器。它是由底座、通電線圈、振動片

11、、振針、永久磁鐵、墊板及限位孔等組成。測量時還需附有夾具、17.5mm電報紙帶和復寫紙等。 電磁打點計時器振動打點的形式有兩種。如 J0203 型電磁打點計時器的振動片及振針，是在交變磁場和永磁場的共同作用下振動打點的；而 J0203-1 型電磁打點計時器，則是在脈動直流電的磁場作用下振動打點的。當電源頻率為50赫時，電磁打點計時器的計時精度為0.020秒。 測量方法：(1)安裝調(diào)整 將紙帶的一端固定在運動物體（實驗小車、重錘）上，另一端通過電磁打點計時器導帶槽，從振針下面的復寫紙下面穿過。復寫紙呈圓形，復印面向下，在紙帶移動時，上面的復寫紙能隨之轉動。接通電源，（J0203 型用交流 46V

12、50Hz，J02031 型，用交流220V50Hx）。調(diào)整振動片的緊固螺絲，使振動片穩(wěn)定地振動，再調(diào)節(jié)振針，以剛好能在紙帶上打出點為好，盡量減少打點針與紙帶的接觸時間，以減小運動物體因打點而受到的阻力。(2)打點讓打點計時器開始穩(wěn)定地打點后，釋放運動物體，紙帶上就可得到一連串的小點。(3)測定時間打點計時器打點頻率f=50赫，即每隔0.020秒打一個點。因此，紙帶上任意相鄰的兩點（除第一、二點以外）間所表示的時間間隔就是打點計時器的打點周期T ，T =1/f=0.020秒。如果紙帶上任意兩個點之間有n個打點周期，則這兩點間的時間t=nT 。注意事項：(1)用電磁打點計時器測量時間時，整條紙帶與

13、打點計時器的導槽一定要盡量放平。(2)由于打點計時器沒有同步裝置，紙帶上第一點與第二點間所表示的時間間隔不一定是一個打點周期，在處理紙帶時，一般都避開用第一點。4、電學量的測量：測量電學量的一般方法1）用靈敏電流計檢測微弱電流、微小電位差的大小和方向靈敏電流計的一般技術數(shù)據(jù)測量量限 300A，表頭靈敏度（滿刻度電流值）300A，內(nèi)部電阻 約9.5，動圈內(nèi)阻 9210。靈敏電流計的結構：以杭州電表廠JDB2XA型為例，表頭為磁電式。外形如圖。指針在標尺中部指零。兩接線柱分別標有“+”，“”符號。表內(nèi)設有附加測量路，調(diào)零旋鈕在讀數(shù)窗下面（可用小旋鑿調(diào)節(jié)）。該電表是一種低內(nèi)阻檢流計。測量方法：調(diào)零

14、將表座放平，觀察指針是否對準零位。若有偏差，可用小旋鑿旋動調(diào)零，把指針調(diào)至位。檢測微弱電流大小和方向 把檢流計串聯(lián)在被測電路中，以指針是否偏轉來判電路中有無電流通過。若指針向右擺動，說明電流方向從接線柱正端到負端；若指針左擺，則電流方向是從接線柱負端到正端。電流大小由刻度讀出。檢測微小電位差的大小和方向 把檢流計并聯(lián)在被測電路的兩端，電壓方向判與電流方向判斷方法相同，電壓讀數(shù)應將電流讀數(shù)乘上電表內(nèi)阻值，即Ug Ig rg 。使用注意事項：檢流計使用時，指針偏轉不能超過滿刻度。若超過滿刻度，應立即切斷電源，以防撞壞指針或燒壞動圈。搬運時需將接線柱短路，使電磁阻尼加強，以免因擺動過大而碰壞指針。靈

15、敏電流計動圈的簡易過載保護：用兩只2CZ54二極管反向并聯(lián)后，并聯(lián)到動圈的兩個引線端上，見下圖。因為常用靈敏電流計的滿刻度電壓Ug Ig rg 均不超過 30mV，而在此電壓下，正向偏置的二極管2CZ54處于截止狀態(tài)，兩管的分流作用可忽略不計。當表頭超載時，正向偏置的二極管即處于飽和導通狀態(tài)，電流絕大部分由二極管分流。所以表頭短時間超載時，表頭動圈一般不會燒毀。2）用直流安培表測量直流電流 學生常用的直流安培表為，0-0.6A，0-3A雙量限，2.5級。以杭州電表廠的JDB XA4型為例，表頭靈敏度為3mA，動圈內(nèi)阻為8。結構：JDB XA 外型如圖。指針在標尺左邊置零。標尺有上下兩種刻度，分

16、別為40-3A 和 0-0.6A。調(diào)零器在讀數(shù)窗口正下方，接線柱分別標有“”，“0.6”、“3”標記，其中“”接線柱為公共端。表頭為磁電式。測量原理： 安培表測量電路是由表頭和附加電阻組成。表頭內(nèi)阻r0，附加電阻r，r1 ，r2 組成環(huán)形分流電路。當被測電流I 由“0.6”端流入，從“”端流出時（見圖），(r0 +r)IN 與(r1 +r2)并聯(lián)。當電流從“3”端流入，從“”端流出時，(r0+r +r2 )與 r1 并聯(lián)（見圖）。 電路中的r是溫度補償電阻，可減小因溫度變化引起的誤差。因為動圈的漆包線和游絲溫度系數(shù)都較大，而康銅絲制成的r1 ，r2 溫度系數(shù)極小。在溫度變化不大時，r1 ，r2

17、 阻值的變化近于零。但表頭內(nèi)阻卻有較大的變化。這樣，就會使通過表頭的電流發(fā)生較大變化而引起示值的較大誤差。為減小這一誤差，在表頭上串聯(lián)一個溫度系數(shù)比 r1 ，r2 更?。ɑ蛳嗤┑妮^大電阻r后，當溫度變化時，雖然r0變，但r0，r1 ，r2 不變，這樣，R0 /Rf的值變化就減小了。通過表頭的電流變化也就減少了，因而起到減小誤差的作用。從理論上講，r值越大，R0 /Rf 就越穩(wěn)定。但r 值過大會使通過表頭的電流過小，并使電表總電阻增大。通常r為r0， 的1.52倍。測量方法：(1)調(diào)零和接線 將安培表安放在水平位置，調(diào)零后，將其串聯(lián)入電路中，注意使電流由“3”（或“0.6”）端流入，從“”端流

18、出。(2)選擇量限 接線前應先估計待測電流大小，選擇適當量限?？捎?即將“3”接線柱引線觸接 被測電路流入端。指針偏轉小于0.6A，則改用0.針偏轉在0.63A之間，則用3A量限。(3)讀數(shù) 用0.6A量限，標尺每小格為0.02A；3A量限，標尺每小格(4)不允許將安培表與交直流電源短接或短路。直流安培表也不能用于流。電表的讀數(shù):凡最小分度值是2或5個單位的，有效數(shù)字的末位就是精度的同一位（含估讀數(shù)），若無估讀不需補“0”。若用00.6安量程，其精度為0.02安，說明測量時只能準確到0.02安，不可能準確到0.01安，因此誤差出現(xiàn)在安培的百分位（0.01安），讀數(shù)只能讀到安培的百分位，以估讀最

19、小分度半小格為宜，當指針指在小于半小格位置則舍去，指針正對半小格則取為0.01安，指針超過半小格時則算一小格即0.02安 5、萬用電表測量多種電學量萬用電表以測量直流電流、電壓、正弦交流電流、交流電壓、電阻為主，并可用于判斷晶體二極管的正、負極性。有的還可以測量電平、電容、電感和晶體三極管的主要直流參數(shù)。 （一）萬用表的結構：1測量機構：通常采用磁電式表頭。其表盤上有各種量程刻度，并標有相應的電量符號。圖為U-101型萬用表的面板圖。2測量電路：由直流電源、整流器、電阻等組成多量程的電阻、電流、電壓測量電路。3轉換裝置：由轉換開關（選擇測量量的種類和量程用）和標有各種符號的旋鈕、插孔組成,圖略

20、電阻的測量(1)將萬用表規(guī)定的干電池按“+”、“”標記裝入電池盒，不可反接，以防表頭指反轉。(2)調(diào)零。兩表筆短路，用零歐姆調(diào)節(jié)器使指針指在“”標尺的“0”刻度上，每換一次量程都 要重調(diào)一次。(3)倍率選擇，用兩表筆接觸電阻的兩端就可以測量電阻值，通過標有“”的標尺讀數(shù)，將基準讀數(shù)乘以所選用的量程倍率即為實測值。測量電阻時應盡量在刻度盤中間部分進行，這就要求適當選取倍率，這樣可減少測量誤差。（4）注意在測電路中的電阻時，切不可在電阻未從電路上取下時測量，那樣測得的是表筆兩端的等效電阻，若電路在工作，等效電阻兩端存有電壓有可能損壞萬用表歐姆計。多用電表的功能1）電路和原理圖：當選擇開關分別接到1

21、，2，3，4時，即可測直流電流，直流電壓，交流電壓，電阻 2）使用與讀數(shù)：（1）測電流和電壓時，必須使電流以紅筆進，從黑筆流出（2）測電阻時，待測電阻要與電源及其它電阻斷開，且不要用手接觸表筆，合理選擇量程，盡可能使指針在中央位置附近，否則應更換量程，每次更換量程時，都要重新調(diào)零后才能測量（3）三條主要刻線：最上面是歐姆檔的刻度，零刻度在右側，且刻線不均勻第二條是電壓和電流刻線，零刻線在左側，且刻線均勻第三條是交流低壓刻線，零刻線在左側，且刻線均勻測量直流電阻部分即歐姆檔是根據(jù)閉合電路歐姆定律設計的，原理如圖所示：當紅黑表筆短接并調(diào)節(jié)R使指針滿偏時有： IgE/(r+rg+ R)E/R中 （1

22、）(R中 r+rg+ R) 當表筆接入待測電阻Rx時， Ix=E/(R中+Rx) （2） 由（1）（2）兩式解得： Ix/Ig=R中/(Rx+R中) （3）由（3）式可知當Rx = R中時，Ix=Ig/ 2 ，指針指在表盤刻度中心，故稱R中為歐姆檔的中值電阻,并可知每一個Rx 都有一個對應的電流值Ix 如果在刻度盤上直接標出與Ix對應Rx的值，就可在表盤上讀出待測電阻的阻值6、調(diào)節(jié)儀器：名稱 內(nèi)容滑動變阻器（1）原理：R=L/S，實際接入電路的電阻絲長度L（2）兩種接法：限流器電路與分壓器電路，兩種接法的比較限流器電路 分壓器電路甲乙電阻箱接入電路的初態(tài)R取最大值7、其他量的測量名稱內(nèi)容測力的

23、簧秤（1）原理：胡克定律及二力平衡原理（2）校正零點，認清量程與最小刻度，正確使用與讀數(shù)示波器（1）示波器可以直接觀察電信號隨時間變化的情況（2）示波器面板名稱，功能一覽（3）示波器的原理和作用四、數(shù)據(jù)處理：長度的測量游標卡尺測玻璃管外徑9.25mm千分尺測小銅片厚度1.642mm內(nèi)徑7.15mm質量的測量物理天平測小鋼球的質量94.8g電子天平測半瓶水的質量 295g小鋼球的質量 26.95g電容的測量電容測量器電容本身標示電容實際測量電容1F+/-20%1.35F10F10.48F100F100.28F2200F2008F0.1F95.9nF電阻的測量萬用表測變阻器電阻0.937K萬用表測

24、二極管的電阻5.3示波器面板上讀出的相應波形的信息周期T=0.5ms電壓V=0.2v五、實驗體會：有效數(shù)字:從左往右數(shù)，從第一個不為零的數(shù)字起，數(shù)到右邊最末一位估讀數(shù)字為止，包括末位的零都是有效數(shù)字。有效數(shù)字的位數(shù)與小數(shù)點的位置無關。如21.65cm、216.5mm、0.2165m均為四位數(shù)字。乘方不是有效數(shù)學。如3.6×103kg，不是5位有效數(shù)學，而是2位有效數(shù)字。5400m與5.4×103m所表示的有效數(shù)字位數(shù)是不同的，前者為4位有效數(shù)字，而后者為2位有效數(shù)字，所表示的意義也不相同，前者末位的“0”是估讀的，后者“4”是估讀的。前者所用的測量工具的最小單位為10m，后

25、者所用的測量工具的最小單位為1000m。注意：作為有效數(shù)字“0”，無論是在數(shù)字之間，還是數(shù)字的末尾，均不能隨意省略。例如：1.0cm和1.00cm的意義是不同的，1.0cm為兩位有效數(shù)字，1.00cm為三位有效數(shù)字。兩者的誤差不同，前者厘米為準確位，毫米為估讀位；后者毫米為準確位，0.1mm為估讀位，因此其準確度不同。2、 知道有效數(shù)字的概念，會用有效數(shù)字表達直接測量的結果間接測量的有效數(shù)字運算不作要求3、 認識誤差問題在實驗中的重要性，了解誤差的概念，知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差；知道多次測量求平均值的方法減小偶然誤差；能在某些實驗中分析誤差的主要來源；不要求計算誤差測量儀器使用常規(guī)：對于測量儀器的使用，首先要了解測量儀器的量程、精度、使用注意事