关于高中物理常用实验仪器的使用

——转自“滁州教研网”

一、基本仪器的使用

（一）测量长度的仪器

1．刻度尺（米尺）：最小分度值为1mm，量程不等。常用于测量的刻度尺有：钢板尺、钢卷尺、木直尺等。测量时要估读至毫米以下一位，如：L1=1．3700m，L2=23．65cm

用刻度尺测量时应注意以下几点：

（1）要使刻度尺的刻度线紧贴被测物，眼睛应正对刻度线读数，以避免视差；

（2）用零刻度线在端头的刻度尺测量时，为了防止因端头磨损产生误差，常选择刻度尺的某一刻度线为测量起点，测量的长度等于被测物体的两个端点在刻度尺上读数之差。

2．游标卡尺：根据游标上的分度格数，常把游标卡尺分为10分度、20分度、50分度三种。它们的精度（游标上的最小分度值）分别为0．1 mm、0．05mm、0．02mm。譬如，50分度游标尺上50个分度只有49mm长，比主尺上的50个分度短1mm，则游标上的每个分度比主尺上的每个分度短1/50mm=0．02mn，即它的测量精度为0．02 mm

游标卡尺按下列规则读数：

（1）以游标零刻线位置为准，在主尺上读取整毫米数；

（2）看游标上哪条刻线与主尺上的某一刻线（不用管是第几条刻线）对齐，由游标上读出毫米以下的小数；

（3）总的读数为毫米整数加上毫米小数。

3．螺旋测微器（千分尺）：螺丝测微器量程一般为0~25mm，最小分度是0．01mm

螺旋测微器按下列规则读数：

（1）以鼓轮边缘为准在固定刻度上读出整毫米数；

（2）从可动刻度上读出毫米以下的小数；

（3）测量长度为上述二者求和。

注意（1）在测微螺杆快要接近被测物体时，要改旋拧螺肇柄后端的微调旋钮（棘轮），以免将待测物夹得太紧使测量结果不准确，或损坏螺旋测微器内的精密螺纹；

（2）读数时要注意固定刻度尺上表示毫米的刻线是否已经露出；

（3）由螺旋测微器读数时必须估读一位，即估读到0．001mm这一位上。

（二）测量质量的仪器
1．天平使用方法：称量前应按下述步骤进行调整（1）调水平：调天平底座上的两个调平旋钮，使重锤线的小重锤尖端与底座上的小锥体的尖端对齐；（2）调平衡：用镊子把横梁上游码拨到左边零位，然后通过调节横梁两端的平衡螺丝，使天平指针能在中央刻线两侧等幅摆动。

注意：

（1）被物体的质量不能超过天平的最大称量；

（2）待测物体和砝码的放置应为“左物右码”；

（3）取放待测物或加减砝码时使天平止动；

（4）待测物体的质量等于砝码的总质量加上游码所示读数。

（三）测量时间的仪器

1．秒表：机械秒表的长针是秒针，转一周是30s。因为机械秒表采用的齿轮传动，指针不可能停留在两小格之间，所以不能估读出比0．1s更短的时间。位于秒表上部中间的小圆圈里面的短针是分针，表针走一圈15min，每小格为0．5min．

秒表的读数方法是： t=短针读数（t1）+ 长针读数（t2）

2．打点计时器：接4-6V低压交流电源，当交变电流的频率为50Hz时，打点周期为0．02s

注意：

（1）为使打点的频率比较稳定，要求打点计时器振动片的固有频率也是50Hz，使之发生共振现象，振动片的长度可在一定范围内调节，通过改变振动片的长度可调节它的固有频率；

（2）实验前要检查打点的清晰情况，必要对应调整振针的高度，且不能让它松动，否则将会出现漏点、双点等现象，还会对纸带产生过大的阻力。

（四）测力的仪器

1．弹簧秤（弹簧测力计）：量程一般为0~5N，最小分度值为0．1N
注意：

（1）所测力不要超过弹簧秤量程；

（2）使用前应检查弹簧秤是否需要调零。方法是将弹簧秤竖直挂起，如其指针不指零位，就需要调零，一般是通过移动指针来调零。

（3）若弹簧秤零点准确，但挂上钩码检查时，示值误差随钩码的增大而增大，此时应调整弹簧圈数来解决，示值小于钩码重力应增加弹簧圈数；示值大于钩码重力时，应减少弹簧的圈数。

二．关于测量数据估计值的读取

游标卡尺、螺旋测微器、电流表、电压表的读数问题，在历年高考题中出现的频率较高，另外像弹簧秤、欧姆表的读数问题也时有涉及，应为复习重点．凡涉及需要估读数的仪器，怎样估读、估读到哪一位数字，应是难点所在。

常用测量工具的最小刻度有三种：

①最小刻度为基本单位：如毫米刻度尺，最小刻度1cm3的量筒等，这类测量工具直接读到最小刻度的1/10即可．

②最小刻度为基本单位一半：如钢皮尺前端0~5cm部分，最小刻度为0．5cm游标卡尺和最小刻度为5cm3的量筒等。这种测量工具在测量中只能读到最小刻度的1/5．

③最小刻度为基本单位的1/5：如测力计的最小刻度为0．2N，对于这类测量工具，应采用半格估读读取数据，测量时只能读出2．1N或2．2N，绝不能读出2．15N的测量记录．

2．特定测量工具的读法

①最小刻度为0．1s的机械秒表

读取数据时不要估读一位，因为这种表指针的走动不是连续的，而是跳跃式的，因此没有估计的可能。

②游标卡尺的读法

以十分度游标卡尺为例，游标尺上可精确到0．1mm。当主尺上的一条刻度线与游标尺上的某一刻度正对时，其两边的线是对称分布的。如果刻度线不对称时，游标尺上必有一条刻度线跟主尺某条刻度线更为接近，我们就可采用这个更接近的刻度来读数。凭眼睛已无法判断两条线之间到底差0．1mm的十分之几，因此，在中学教学范围内已没有必要再去估读一位，所以十分度的游标卡尺只能读到0．1mm．同理，20分度游标卡尺读到0．05mm，50分度游标卡尺读到0．02mm．
③天平游码的读法

天平称出的物体最小质量是由天平的感量决定的。如实验室常用J0106型托盘天平的感量为0．2g，游码的最小刻度为1g，若读到0．1g就超过天平的感量。因此，0．1g可认为是称量质量的估计值，而准确值为0．2g，也就是符合对分法的法则，所以使用这种天平时读出的最小数值为0．1g．

④关于电流表示数的读法
因为仪表测量值的有效数字不仅与仪表的最小刻度有关，而且与仪表准确度的级别有关，量程为0~0．6A的电流表测量时只能半格估读，读到如0．45A，读出0．452A是不正确的。量程为0~3A的电流表读出1．15A这样的测量值是可以的。

⑤关于机械秒表的读数

机械秒表的长针是秒针，转一周是30s．因为机械秒表采用的齿轮传动，指针不可能停留在两小格之间，所以不能估读出比0．1s更短的时间。位于秒表上部中间的小圆圈里面的短针是分针，表针走一圈15min，每小格为0．5min。

三．实验数据的处理

（一）列表法

在记录和处理数据时，常常将数据列成表格，数据列表可以简单而又明确的表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间的规律性的联系。列表的要求是：

（1）写明表的标题或加上必要的说明；

（2）交待清楚表中各符号所表示的物理量的意义，并写明单位，单位写在标题栏中；

（3）表中的数据要正确反映测量结果的有效数字。

（二）作图法

用作图法处理实验数据是物理实验中最常用的方法之一，用作图法处理数据的优点是直观、简便、有取平均的效果，由图线的斜率、截距、包围面积及对图线的内插、外推等可以研究物理量之间的变化关系，找出规律。作图的规则是：

（1）一定要用坐标系，坐标纸的大小根据测量数据有效数字的多少和结果需要来定；

（2）要标明轴名、单位，在轴上每隔一定相等的间距按有效数字位数标明数值；

（3）图上连线要用直尺（直线、折线）或曲线尺（光滑曲线），连线时不一定通过所有的数据点，而要使数据点在线的两侧合理的分布；

（4）在图上求直线的斜率时，要选取线上相距较远的两点，不一定要取原来测得数据点； 

（三）平均值法

现行教材中只介绍算术平均值，即把测定的若干组数相加求和，然后除以测量次数，必须注意，求取平均值时应该按原来测量仪器的准确度决定保留的位数．

四．实验误差的分析

（一）绝对误差与相对误差

设某物理量真值为A0，测量值为A，则绝对误差Δ=|A-A0|，相对误差为，因为真值A0是不知道的，常以公认值或理论值、多次测量的平均值代替真值。

（二）系统误差与偶然误差测量值总是有规律的朝着某一方向偏离真值（总是偏大或总是偏小）的误差，称为系统误差。系统误差主要来源仪器设备本身不够精确或实验原理、方法不够完善，由于偶然因素的影响，造成测量值的无规则的起伏称为偶然误差。偶然误差是由于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，例如，用有毫米刻度的尺子量物体的长度，毫米以下的数值只能用眼睛来估计，各次测量的结果就不一致，有时偏大，有时偏小，多次测量偏大和偏小的机会相同，因此，多次测量求平均值可减小偶然误差。五．打点计时器的使用和纸带数据的处理

（1）对位移的测量往往不直接测两计数点间的距离，而是测量各计数点到原点O的距离，以减少对位移测量的相对误差．如选取了5段位移，直接测量为d1，d2......

s1=d1，s2=d2－d1，s3=d3－d2......，

Δs1=s2－s1， Δs2=s3－s2， Δs3=s4－s3，...... 

（2）如果物体运动的速度很小，加速度也很小，打点计时器在纸带上打下的点一定很密集，由于每段的位移都很小，用刻度尺测量每段的位移时会产生较大的相对误差，采取的措施往往是以每打五个点的时间作为一个计时单位，即每隔四个点取一个计数点．这时每相邻两计数点间对应的时间为5T（T为实验用交流电的周期）。

（3）求平均值的方法是减小偶然误差的有效方法：测量数据只有少数出现在公式中，故不能有效的减小实验误差，为克服这一缺点，实际中常用“逐差法”．