高考物理一轮复习考点题型演练专题40 实验基本理论及仪器的使用与读数（解析版）

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 10 9 0.1 0.1 主尺上读的毫米数＋0.1n 20 19 0.05 0.05 主尺上读的毫米数＋0.05n 50 49 0.02 0.02 主尺上读的毫米数＋0.02n 2.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 V 0.02 s 电火花计时器 交流50 Hz,220 V 0.02 s 2.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 cm。 (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 (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