01第一二章中学实验的基础知识.docx

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1、01第一二章中学实验的基础知识第一章 物理实验的基础知识 实验是物理学的基础，进行实验既是中学物理教学的重点内容，也是学习物理的重要手段。同时，实验能力也是高考对物理学科要求的五项能力之一。高考对学生实验能力的要求是从两方面给出的，一是从物理学科角度，二是从理科综合的角度。 在高考物理“考核内容与要求”中，对考生的实验能力作出了如下的要求：能独立完成“知识内容表”中所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件；会使用仪器、会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论。能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题。 另外，在理科综合科目的“考试目标”中

2、，要求考生具备“设计和完成实验的能力”。它除了要求考生具备物理学科所要求的能力外，还具体要求考生：(1)能解释实验现象和结果，能通过分析和推理得出实验结论；(2)根据要求设计简单的实验方案。 可以肯定的说，高考中物理学科与理科综合对实验的要求是统一的，从总体上讲，高考对物理学科实验能力的考核可简化为“三会一理解”，即：能在理解的基础上独立完成课本内要求学生独立完成的实验(包括明确实验目的，理解和控制实验条件)；会用在这些实验中学过的实验方法；会正确使用在这些实验中用过的仪器；会观察、分析实验现象、处理实验数据，并得出结论。 从上面这些要求可以看出，考试说明对考生的能力提出的具体要求，也是中学物

3、理常规教学中对实验能力的要求。正因为如此，几乎所有的教师在教学中都要反复强调中学阶段物理实验的重要性，注重培养学生的实验能力。然而，受到学习环境与实验条件的限制，很多学生对实验的操作与学习只停留在一个浅表的层次上，对实验要求掌握的内容、方法与思想领会不深，掌握不牢，对物理实验的内涵与外延分析不透，因此在进行实验答题时，很多同学在解答实验试题时，只是对做过的实验进行简单的回忆与再认，很难适应目前实验题型的变化，缺乏将课程内的物理实验与生活实际相联系的能力。对于那些富于想象与具有创新意识的实验习题，许多同学更是束手无策，无法应对。因此，上好实验课，完成好实验操作，对于学生的全面提高是有着不可替代的

4、作用的。 一、误差及误差分析 中学物理中只要求初步了解绝对误差与相对误差、偶然误差与系统误差的概念，能定性分析一些产生实验误差的主要原因。 1、误差 物理量在规定的时间和空间的客观大小是物理量的真实值，在实验中，真实值是得不到的，通常是用多次测量的算术平均值来代替，且测量次数越多，平均值就越接近真实值。由测量仪器直接读出的物理量的数值或将测量数据直接代入公式计算出来的物理量的数值称为测量值。 测量值与真实值之间的差异称为误差误差存在于一切测量之中，而且贯穿测量过程的始终实验中，误差是不可避免的，但可以减小 2、绝对误差与相对误差 - 1 - 设某物理量的真实值是A0，测量值为A，则该测量的绝对

5、误差为测量值与真实值的差，即D=A-A0。相对误差为绝对误差与待测量的真实值之比，即DA0=A-A0A0，相对误差又叫百分误差。 绝对误差的大小是不能比较测量的准确程度的，而相对误差的大小则可用来比较测量的准确程度。如测100m跑道的长度，误差为4cm，测高度约为2m的跳高横杆的误差为1cm，决不能根据4cm1cm而认为测跑道的准确程度低，只能根据相对误差来比较测量的准确程度：测跑道的相对误差为：0.04100=0.04%，而测横杆的相对误差为：0.012=0.5%，显然，测跑道的准确度比测横杆的准确度高。 3、系统误差与偶然误差 如果测量总是有规律地朝着某一方向偏离真实值(总是偏大或总是偏小

6、，不会出现几次偏大而另一次偏小的情况)的误差，称为系统误差。系统误差主要来源： a仪器误差：由于仪器本身的缺陷，如弹簧秤的零刻线不准、天平砝码的标称质量不准、秒表秒针转轴O与表盘中心O不重合等等 b理论误差：实验所依据的理论或实验方法本身不完善，如用伏安法测电阻时，没有考虑电表的内阻对实验结果的影响等 c环境误差：实验时没有考虑外界环境的影响，如在温度为15环境中使用20条件下标定的标准定值电阻 d人身误差：测量者自身原因的影响，如使用秒表时，按表常常提前或滞后 系统误差不能用多次测量求平均值的方法消除或减小，只能通过校准仪器、或对读数作修正、改进实验方法和用设计原理上更完善的实验来减小这种误

7、差。 由于偶然因素的影响，造成测量的不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，多次测量偏大与偏小的机会相同。因此，多次测量取平均值可减小偶然误差。 实验中误差是不可避免的，但可以减小。而用不正确的方法造成有结果则是错误，错误是可以而且是应该避免的。 二、测量的精密度、准确度、精确度 1、测量的精密度 测量的精密度是指对某一量测量时，各次测量的数据大小彼此接近的程度如果多次测量的数据比较集中，比较接近，说明测量的精密度高，测量的

8、偶然误差较小但它不能反映系统误差对测量结果的影响 2、测量的准确度 测量的准确度是指测量数据的平均值偏离真实值的程度如果测量的平均值与真实值偏离较小，说明测量的准确度高，测量的系统误差较小但它不能反映偶然误差的大小 - 2 - 3、测量的精确度 测量精确度是指测量数据集中于真实值附近的程度如果测量的平均值接近真实值，且各次测量的数据又比较集中，说明测量得既准确又精密，称之为测量的精确度高，测量的系统误差和偶然误差都比较小因此精确度是对测量的系统误差和偶然误差的综合评价 三、中学实验的主要思想方法 在中学物理实验中涉及的主要实验方法有： 1、等效法 等效法是物理研究的重要方法，也是物理实验中常用

9、的方法。如“碰撞中的动量定恒”实验中，用小球的水平位移代替小球的水平速度；画电场中的等势线的分布时用电流场模拟静电场；验证牛顿第二定律时调节木板倾角用重力的分力抵消摩擦力的影响，等效于小车不受阻力。等等。 2、累积法 把某些难以直接测量的微小量累积后进行测量，以提高测量的精确程度。如测量单摆振动的周期，应测量单摆多次全振动的时间，然后再除以全振动的次数，以减小个人反应时间造成的误差影响。在初中物理课中也学过用累积法测量细线的直径。 3、控制变量法 在诸多因素的实验中，可以先控制一些量不变，依次研究某一因素的影响。如验证牛顿第二定律的实验中，可以先保持质量不变，研究加速度和力的关系；再保持力一定

10、，研究加速度和质量的关系。 4、留迹法 把实验过程中瞬息即逝的现象(位置、轨迹、图象等)记录下来，对记录下来的结果进行分析。如通过纸带上打出的点记录小车的位置；用描迹法画出平抛物体的运动轨迹；用沙摆漏出的沙来显示单摆振动的图象。 四、物理实验的一般原则 虽然各个物理实验的原理、方法、使用的器材不相同，但实验仍有一些共同的原则。分析找出实验的一般原则，有利于掌握实验的思想、方法，提高对实验的认识。现分作四个方面分别谈实验应遵循的一般原则。 1、选择仪器 根据实验的原理和实验室条件选择仪器是正确进行测量的前提。对实验仪器的选择一般遵循以下三个原则： 可行性原则 要能够根据实验要求和客观条件选用合适

11、有仪器，使实验切实可行，能达到预期的目的。譬如，当要求测量一个电阻器的阻值时，就要根据要求测量的精度、实验室的条件、本人已有的理论知识，确定是采用多用电表直接测量还是采用伏安法，当采用伏安法时，还要根据电阻的规格(额定功率)选择合适的电流表和电压表，在合理选择电流表和电压表的基础上，还要选择电流表是用内接法还是外接法，供电电路是分压式电路还是限流式电路。 - 3 - 准确性原则 根据实验的需要，选择精度合适的测量工具。但对某个实验来讲，精度程度够用即可，并不是精度越高越好。正如称一吨煤，用磅秤即可，用不着去用天平来称量；如在测定金属丝的电阻率的实验中，为保证测量结果的有效数字的位数合适(23位

12、)，测量金属丝的直径时要用螺旋测微器，而测金属丝的长度用毫米刻度尺即可。 操作性原则 实验时应保证调节方便方便、便于操作。如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验中的操作是否产生影响。 2、仪器放置 按规定放置好仪器是保证测量结果和实验是否便捷的前提。 放置规范 不同的实验仪器有不同的放置要求。如多用电表要平卧；学生用的电流表和电压表斜置；水银气压计要竖直悬挂；平抛实验用的斜槽末端要水平等等。 操作顺手 仪器摆放要便于操作，防止实验中手忙脚乱。如开关、变阻器要放在便于操作的位置上；使用天平要“左物右码”。 便于读数

13、实验人员要面对仪器、仪表的刻度，视线尽量保证与刻度线垂直。 实验时能否有条理地把各种仪器正确放置好，也是实验素养高低的重要体现。 3、初始状态的设置 测量前先设置好仪器仪表的初始状态，否则将有可能损坏仪器，甚至会造成事故。 连接电路时，电路开关要处于断开状态；开关闭合前变阻器滑片的位置要合理(限流时阻值要大，分压阻值要小)；仪表要先调零，再选好档位(不好确定时要先选高档位) 4、操作程序设计 实验操作程序的安排要科学合理。譬如，在“力的合成”实验中，要先用两只弹簧秤互成角度地把结点拉至某点，再用一只弹簧秤拉至同一点；使用打点计时器做“验证机械能定恒定律”的实验中，要先接通电源，再放开纸带；电路

14、连线时，应从电源正极开始，先连干路再连支路，使用多用电表测电阻时，应先“机械调零”，再“欧姆调零”等等。程序混乱将会导致测量困难或实验错误。 五、有效数字简介 在任何一个物理量的测量中，无论使用多么精密的实验仪器，无论用什么合理的方法，所测量的结果总是与真实值有一定的差别的，是近似的。如当用毫米刻度尺测量书本的边长时，量得长度为184.2mm，结果的最后一位数字2是估计出来的，是不可靠的，但它仍然是有意义的，因此仍要写出来，这种带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。 在有效数字中，2.7、2.70、2.700的含义是不相同的它们分别代表二位、三位、四位有效数字，数2.7表示最后一位数字7

15、是不可靠的，而数2.70、2.700则表示最后一位数字0是不可靠的。因此，小数最后的零是有意义的，不能随便舍去或添加。但是，小数的第一个非为零数字前面的零是用来表示小数点位置的，不是有效数字。例如，0.92，0.085，0.0063，都是两位有效数字。大的数目，如365000，如果不全是有效数字，就不要这样写，可以写成有一位整数的小数和10的乘方的积的形式，如果是三位有效数字，就写成3.65105 ，如果是四位有效数字，就写成3.650105。同时，有效数字的位数与小- 4 - 数点的位置及单位无关。 许多物理量是从直接测量结果计算出来的。测量结果既然是用有效数字表示的，在计算中就要遵循有效数

16、字的计算规则(这一规则在中学阶段只作了解，不必刻意去掌握)： (1)不可靠的数字和别的数字相加减，相乘除，所得的结果也是不可靠的。 (2)计算结果只能保留一位不可靠数字，但在计算中可以保留两位不可靠数字，最后再四舍五入。 应该注意的是，物体的个数，实验的次数等是准确的数，如3个苹果的“3”，5.4元人民币的“5.6”都是准确数，它们与近似数相乘或相除时，有效数字的位数应等于原来近似数的有效数字的位数。例如，8个相同的小球共重92.8g，每个小球重11.6g，商数要取三位有效数字。如果误认为8 是一位有效数字因此结果也取一位有效数字，那就错了。 严格地说，有效数字的规则是相当复杂的，中学阶段的物

17、理习题中，如果没有特别的要求，不必严格按照有效数字的规则去做，通常只是根据题目给定的要求保留有效数字的位数即可。但对物理实验中的测量结果的表达，则要严格地按照测量仪器的精度，体现相应的有效数字的位数 六、实验数据的处理 数据处理是对原始实验记录的科学加工，通过对数字的处理，往往可以从一堆表面上难以察觉的、似乎毫无关系的数据中找出内在的规律，在中学物理中只要求掌握数据处理中最简单的方法。 1、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地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)必须交

18、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。 2、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。用作图法处理实验数据的优点是直观、简便。有取平均的效果。由图线的斜率、截距、所包围的面积及对图象的内插与外推等可以研究物理量之间的变化关系，找出相应的规律。作图的规则是： (1)实验作图应用坐标纸。坐标纸的大小要根据测量数据有效数字的多少和结果的需要来定。 (2)要标明坐标轴所表示的物理量及单位，在轴上每隔一定相等的距离按要求标明数字。 (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

19、数据点，而要使数据点在线的两侧合理地分布。 (4)在图上求直线的斜率时，要选取直线上相距较远的两点，不一定要选取原来测定的数据点。 (5)作图时常使图线线性化，即“将曲改直”。例如，在验证牛顿第二定律的实验中，- 5 - 将am图象改画成a1/m图象后，就可将不易看出的二者关系的曲线变成了关系明朗的直线。 3、代数法 代数法也是处理实验数据时较为常见的方法之一，其通常的要求是导出不可知量的数学表达式，式中的物理量必须有直接测量的数据结果，如用单摆测重力加速度的实验中g=4pnlt222，其中n、l、t都是测量量。 4、平均值法 现行教材中只介绍了算术平均法，即把测定的若干组数求和，再除以测量次

20、数。在实验中，我们还介绍了逐差法。逐差法是将列表和代数法结合起来处理数据的一种特殊方法，中学阶段对逐差法用得较多的实验是利用打点计时器打出的纸带求匀变速运动的加速度。 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。 - 6 - 第二章 基本仪器的使用 测量是实验的基础。在各种物理实验的过程中，我们不可避免地要使用一些测量仪器。要做好物理实验，提高实验能力，首先必须认识基本的实验测量仪器，了解所用仪器的特点与性能，掌握基本仪器的使用方法及操作规程，在一定程度了解仪器工作的原理，并能在作用过程中对仪器进行相应的保养。本章我们着重介绍中学物理实验中必须掌握的一些基本实验仪器。 在

21、讲解实验仪器的使用前，我们有必要知道什么是仪器的灵敏度、精密度和准确度。 仪器的灵敏度：灵敏度是指仪器测量最小被测量的能力所测的最小量越小，该仪器的灵敏度就越高如天平的灵敏度越高，每格毫克数就越小，即使天平指针从平衡位置偏转刻度盘的一分度所需的最大质量就越小又如多用表盘上标的数字“20k/V”就是指的灵敏度，它的物理意义是：在电表两端加1V电压时，使指针满偏所要求电表的总内阻RV(表头内阻与附加电阻之和)为20k这个数字越大，灵敏度越高这是因为U=IgRV，即RVU=1Ig，显然，若RVU越大，说明满偏电流Ig越小，即该表所能测量的最小电流越小，灵敏度便越高 仪器的灵敏度也不是越高越好，因为灵

22、敏度过高，测量时的稳定性就差，甚至不易测量，即准确度就差故应在保证测量准确性的前提下，仪器的灵敏度尽量高 灵敏度一般是对天平和电气仪表而言，对直尺、卡尺、螺旋测微器则无所谓灵敏度。 仪器的精密度：仪器的精密度，又简称精度，一般是指仪器的分度值，如米尺的分度值为l mm，其精度就是l mm，水银温度计的分度值为0.2，其精度就是0.2仪器的分度值越小，其精度就越高，灵敏度也就越高 在正常使用情况下，仪器的精度高，准确度也就高这表明仪器的精度是一定准确度的前提，有什么样的准确度，也就要求有什么样的精度与之相适应，这也正是用精度来描述仪器准确度的原因但精度与准确度又是有区别的 仪器的准确度：仪器的准

23、确度一般是以准确度等级来表示的如电表的准确度等级是指在规定条件下测量时当它指针满偏时出现的最大相对误差的百分比值如某电表的准确度为2.5级，其意义是指相对误差不超过满偏度的2.5%，即仪器绝对误差=最大量程准确度如最大量程为0.6A的直流电流表，其最大绝对误差=0.6A2.5%=0.015A 显然，用同一电表的不同量程测同一被测量时，其最大绝对误差是不相同的因此使用仪表时，不同的被测量，要选择适当量程挡位准确度一般是对电气仪表而言 一、长度的测量刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器 1、刻度尺(米尺) 刻度尺是我们最常见的测量仪器，它的最小分度值为1mm，量程不等，常用于测量的刻度尺有钢板尺、钢卷尺、

24、木直尺、带刻度的三角板等。使用刻度尺测量时，应注意如下几点： (1)测量时米尺的刻度线要紧贴待测物，以避免视差，如使用厚刻度尺，要照图1那- 7 - 样放置，使刻度尺的刻度线接近被测量的物体，这样才能看准确被测物体的边缘与刻度尺的哪条刻度线对齐另外刻度尺在被测量的物体上的位置绝对不能歪斜 (2)使用前注意观察刻度尺的量程和最小分度值 (3)测量起点不一定选在“0”刻度线，应使操作尽量简便 (4)读数时视线要与尺面垂直，且使被测物体的边缘线、刻度尺的刻度线、视线重合在一起，以减少视差测量精度要求较高时，要进行重复测量后取平均值 (5)毫米以下的数值靠目测估读一位，估计至最小刻度值的十分之一 (6

25、)当测量微小物体(即测量工具的最小分度值比待测物的尺寸大得多)时，常常采用累积法处理就是将待测物的若干个相同的微小量累积起来测出其总长度或总厚度，然后计算出每一个被测物的微小长度例如测一张纸的厚度时，可以将相同的白纸叠成一沓，用刻度尺测出整沓纸的厚度，再求出一张白纸的厚度 2、游标卡尺 游标卡尺是比较精密的测量仪器，常用的有可以精确到0.1mm、0.05mm、0.02mm三种。 (1)构造及用途 游标卡尺的构造如图2所示，其主要部分为一根主尺和一个套在主尺上可以沿着主尺滑动的游标尺。主尺类似于一般的钢尺，其上面的刻度和毫米刻度尺相同；游标尺是一个辅助的测量装置，其作用是：一方面便于准确地观察刻

26、度，另一方面也提高了游标量度的精度游标尺上有一个止动螺丝，读数时，为防止游标尺的挪动，旋紧可使游标尺固定在主尺上主尺和游标尺都附有测脚，左测脚固定在主尺上，并与主尺垂直右测脚与左测脚平行，固定在游标尺上，可以随游标尺一起沿主尺滑动：利用上边的一对测脚，可测量槽的宽度和管的内径，故称为内测角；利用下面的一对测角，可测量零件的厚度和管的外径，故称为外测角主尺的背后嵌着一根窄片，固定在游标尺上，用来测量槽、孔和筒的深度，该窄片也称为深度尺 (2)测量原理 游标卡尺的主尺的最小分度值是1mm，游标尺有不同的规格，常见的三种规格如下： 10分度的游标卡尺：如图3所示，游标尺上共有10个分度，总长度为9m

27、m，因- 8 - 此每个分度的距离为0.9mm，比主尺上最小分度的长度小0.1mm当左右两个测脚并合时，游标尺上的零刻度线与主尺的零刻度线重合，游标尺上的第十条刻度线应与主尺上的9mm刻度线重合，其余的刻度线都不重合其中游标尺上的第一条刻线与主尺上的第一条刻线相差0.1mm，游标尺上的第二条刻线与主尺上的第二条刻线相差0.2mm，游标尺上的第三条刻线与主尺上的第三条刻线相差0.3mm如果在卡尺的两测脚间放一张厚度为0.1mm的纸片，游标尺就向右移动0.1mm，此时游标尺上的第一条刻线与主尺上的第一条刻线重合，其余的刻度线都不重合同样，如果在卡尺的两测脚间放一张厚度为0.5mm的物体，则游标尺上

28、的第五条刻线与主尺上的第五条刻线重合由此就可以测量出小于1mm的长度若被测量的物体大于lmm，比如1.1mm，则在lmm时，恰好游标尺上的零刻线与主尺上lmm的刻线对齐，然后只需将游标尺再向右移动0.1mm，此时游标尺上的第一条刻线与主尺上的第二条刻线重合，依此类推，这说明测量结果的整毫米数可从主尺上读出，不足毫米数的部分可从游标尺上读出，这两个读数之和即为被测物体的长度 20分度的游标卡尺：如图4所示，游标尺上共有20个分度，总长度为19mm，因此每个分度的距离为0.95mm，比主尺上最小分度的长度小0.05mm读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出毫米以下的数值：游标的第几条刻

29、线跟主尺上某一条刻线对齐，毫米以下的读数就是几乘0.05毫米其读数准确到0.05mm 50分度的游标卡尺：如图5所示，游标尺上共有50个分度，总长度为49mm，因此每个分度的距离为0.98mm，比主尺上最小分度的长度小0.02mm这种卡尺的刻度还有一个特殊点，游标上的刻度值，就是毫米以下的读数这种卡尺的读数可以准确到0.02mm (3)注意事项 对游标卡尺的末位数不要求估读，如遇游标尺上的刻线与主尺刻线未对齐的情况，应选择游标尺的某条刻线与主尺一条刻线靠得最近的一条线读数有效数字的末位与游标卡尺的准确度对齐，不需要在有效数字末位补“0”表示游标卡尺的分度值 被测物不可在钳口间移动或压得太紧，以

30、免损坏钳口 被测物上测量距离的连线必须平行于主尺，以减小不必要的误差 读数时，在测脚夹住待测物后应适当旋紧固定螺丝，以免游标尺在主尺上移动 使用游标卡尺应防止撞击，不允许测量污物或毛坯工件，以免损伤测脚 (4)读数规则 游标卡尺的读数一般可以分为三步： 先读整数部分：整数部分由主尺上读得，即读出游标尺的零刻线所指主尺刻度的整数部分，即以毫米为单位表示的整数部分，如读数为L。 - 9 - 再读小数部分：小数部分由游标尺上第几条刻度线与主尺上某一刻度线对齐后读出，如读数为n则游标卡尺的精度k(k=0.1mm，0.05mm，0.02mm)n=读出的小数部分 测量值为上述两部分读数之和：s=L+kn

31、注意：不管是10分度的游标卡尺还是20分度、50分度的游标卡尺，当找到游标尺与主尺对齐的刻度线后，便不需要再作估读。不过，20分度游标卡尺读数的尾数只能是0、2、4、6、8，50分度的游标卡尺读数尾数只能是0、5。 3、螺旋测微器(千分尺) (1)主要结构 螺旋测微器的主要部分为测微螺杆F、固定框架G、旋钮D、微调旋钮D、固定小砧A、固定刻度B、可动刻度E、测微螺杆F构成，微调旋钮D与可动刻度E、测微螺杆F连在一起，通过精密的螺纹套在固定刻度B上，如图6所示 (2)测量原理 由螺旋测微器的结构可知，由于精密螺纹套在固定刻度套上，如果旋转螺纹套，测微螺杆就在水平方向上做前进或后退的直线运动，精密

32、螺纹的螺距为0.5mm，螺纹套的周长分为50等份，如果螺纹套旋转一周，测微螺杆就前进或后退0.5mm，螺纹套上每一格表示0.0lmm反过来说，螺纹套圆周每旋转一个刻度，测微螺杆就前进或后退0.0lmm所以，螺旋测微器的最小刻度是0.01mm，这也就是螺旋测微器的精确度其准确位在毫米的百分位上，而估读位在毫米的千分位上，即估读到0.001mm (3)注意事项 校准零点：测量前使测微螺杆F和固定小砧A并拢，观察可动刻度E的零刻线是否跟固定刻度B的零刻线重合(对齐)，如两零刻线对齐，即零刻线校准，可进行测量若零点不能重合，即存在零误差，此时就需修正，修正方法是若并拢时，可动刻度的零刻度线在主尺固定刻

33、度的横线上方，则零误差为正值，测量结果应加上这个读数；若并拢时，可动刻度的零刻度线在主尺固定刻度的横线下方，则零误差为负值，测量结果应减去这个读数 操作方法：旋出螺杆，将被测物体置于A、F之间的夹缝中，开始旋转旋钮D，当F开始接触被测物时，应停止旋转D，而改用旋转微调旋钮D，以防止螺杆F和小砧A过分紧压待测物体，这样既保证了测量结果的准确，又保护了螺旋测微器当停止使用D改为使用D时，应轻轻转动微调旋钮D，当听到“嗒、嗒”的响声时，表明被测物刚好夹住，然后转动锁紧手柄C使F止动 (4)读数规则 螺旋测微器的读数可分为三步进行： 毫米的整数及半毫米部分在固定刻度上读出，设为L0。 半毫米以下部分在

34、可动刻度上读出，找出与水平轴线对应的可动刻度尺的刻度，并估读一位，这个刻度值n乘以0.01 则用螺旋测微器得到的被测物体的总长为L=L0+n0.01 - 10 - 二、质量的测量天平 中学物理实验中用来测量质量的仪器是天平，它是依据杠杆原理制成，其本质是一种等臂杠杆装置，在测量物体的质量时，使天平的横梁平衡在中学物理实验中一般使用的是物理天平和托盘天平 1、天平和规格 (1)最大载荷：即天平允许称量的最大质量，亦称全称量。 (2)分度值：即游码在横梁上移动一个最小分格所代表的砝码质量 (3)感量：指针从标尺上的平衡位置偏离一个最小格时，天平两盘上的质量差，其单位是“g/格”感量为0.1g的托盘

35、误差为0.1g，因此它就不能用来称量质量小于0.1g的物品，或者说，此天平称量的读数只能是一位小数 感量和分度值是不同的感量的大小随指针上重锤的位置而改变，分度值则不然感量的大小应与天平的分度值相匹配，相差不应太大 (4)灵敏度：即感量的倒数，单位“格/g”天平指针上重锤的位置越高，天平横梁的重心位置就越高，天平的灵敏度也就越高 2、天平的构造及原理 (1)物理天平的构造 构造如图7所示，天平具有一个能调节水平的金属底座，立柱固定在它的中央部位横梁刀口架在中刀托的玛瑙刀垫槽内，而中刀托则固定在升降杆的上端当旋转止动旋钮K时，升降杆能随之上下移动，带动横梁上升或下降 横梁的中间与两边镶有钢制的刀

36、刃，其刀刃即为天平的支点与受力点两端有平衡螺母EE和边刀吊架bb，载重盘(砝码盘)和载物盘则挂在两边的挂钩上 在立柱座的后面装有气泡水平水准器，调节底座前面的调平螺丝，使气泡在圆圈刻线中间位置，即天平的工作位置 指针固定在横梁下端，其末端在刻度盘上摆动指针上装有感量砣，调节其位置可使天平灵敏度改变，一般在出厂前已把位置调准，不要擅自改变它的位置 在立柱旁边有一支杆，杯托盘固定在它的上面；当把杯托盘转至载物盘中央位置时，则可在它的上面放置实验器具放入器具内的物体可用线悬挂在挂钩的下钩上，这时与用两盘称量时作用完全相同，如果把杯托盘转动到砝码盘以外则可作一般称量用 天平装有游码装置移动游码，在游码

37、尺范围内可以得到1g的称量范围 (2)托盘天平的构造 托盘天平的灵敏度较低，但结构简单，使用方便，高中物理实验中测量物体的质量常常用这种天平中学中常用的是称量最大限度为100g、200g的两种托盘天平 托盘天平的构造如图8所示：主要包括底座，固定在底座上的立柱，立柱伸出一水- 11 - 平面，横梁通过一个刀口置于上面，横梁上还有一对托盘、两个平衡螺母，标尺及游码另外，横梁的中间还固定一个指针，当天平平衡时，指针应指在分度盘的正中央每架天平都配备一盒砝码托盘天平用来粗略称量物质的质量 3、天平的使用方法 (1)物理天平的使用方法 根据一般的习惯，左盘为载物盘；右盘为载重盘，即砝码盘 调节天平底盘

38、水平：调节底板上的调平螺丝，调至铅锤与底座锥体对准(或底座水平仪中的气泡在圆圈刻线的中间位置) 调节横梁水平：把游码D移到横梁刻度的“0”处，把秤盘吊钩挂在两端刀口上，升起横梁，启动天平，当横梁静止时，指针应指在刻度盘的中线上，如果不在中线位置，则说明平衡位置不对若相差不多则先将天平止动，调节天平横梁两端的调节配重螺母E和E，再启动天平，如此反复操作，直至天平平衡，如果平衡位置相差悬殊，而调节平衡螺母又不能更正时，则应检查左右两盘和吊架的号码是否正确 称量：逆时针方向轻轻转动止动旋钮，使天平横梁搁在休息架上把被称物体轻轻放在左方载物盘上，再在右方载重盘上轻放砝码然后顺时针方向轻轻转动止动旋钮，

39、使横梁升起；观察左盘中的物体与右盘上的砝码是否平衡，如果不平衡则再使横梁搁在休息架上，适当加减砝码至横梁升起后能平衡为止当需要调节的砝码质量小于1g时，移动游码来使之平衡这样右方砝码的总的质量加上游码的示数即为物体的质量数 每次称量完毕，应将天平止动全部称量完毕后，将秤盘摘离刀口，置于刀口内侧 (2)托盘天平的使用方法 称量前先将天平放置在平整的桌面上，把游码左移至标尺的零刻度处，检查天平是否平衡如果平衡，指针摆动时先后指示的分度盘上的左、右两边的格数接近相等，指针静止时则应指在分度盘的中央攻口果天平未达到平衡，调节天平左、右的平衡螺母，使天平平衡 称量时，称量物应放在天平的左盘，砝码放在天平

40、的右盘，并尽量把物体和砝码放在托盘的中心位置砝码要用镊子夹取先加质量大的砝码，再加质量小的砝码，最后移动游码，直到天平平衡为止记录所加砝码和游码的质量称量时若被称物和砝码位置(左、右盘)放错，则：被称量物的质量=砝码的质量-游码的质量 称量完毕后，将砝码放回砝码盒中，把游码移回零处 4、注意事项 为了避免刀口受撞击而损坏，一切操作(如取放物体、取放砝码、移动游码、调节配重螺母等)都应在天平止动的状态下进行不使用天平时也应将天平止动只是在判断天平是否平衡时才将天平启动，而且启动、止动的动作要轻止动时最好在天平指针接近标尺S中间刻度时进行天平一经启动，就不能再去碰它因此，称量(包括调节横梁平衡)是

41、反复启动、止动天平的过程 天平应放在干燥、明亮、清洁的室内，并尽可能放在稳定的实验台上，在使用时- 12 - 不宜经常搬动 天平使用时要缓慢平稳地转动止动旋钮，切勿突然开启当天平摆动时，不要用手或镊子拨动砝码盘或加减砝码，以免影响天平的灵敏度 砝码不得用手拿取，只准用镊子取放从秤盘上取下砝码后应立即放回砝码盒中攻口有质量较大的砝码，用镊子夹持不便，应该用干净的软纸衬垫着拿取砝码沾上灰尘和油污时应用软毛刷清除或用软纸擦拭，切勿用手擦抹，以免手上的汗水腐蚀砝码表面 称量时应掌握加减砝码的方法：先加大砝码，后加小砝码，再拨动游码退下来的砝码不要重复选用 天平各部分以及砝码都要防锈防蚀高温物体、液体及

42、带腐蚀性的化学药品不得直接放人秤盘内称量应在两个托盘上分别放一张大小相同、质量相等的纸片，然后把药品放在纸上称量潮湿的或具有腐蚀性的试剂必须放在玻璃容器(如表面皿、烧杯或称量瓶)里称量 天平称量物体的质量等于砝码总质量和游码尺上的示数之和根据游标上最小分度应估读到克的百分位被测物体的质量不可超过天平的最大载荷 称量未知物时，先将未知物放在左盘上，然后再加砝码(先大后小)，直至天平平衡若称取一定质量的被称物时，先加砝码至需要质量，然后逐渐添加被称物，使天平达到平衡若所称物为粉末或小颗粒固体，且称取量只需很少时，左手拿药匙，用右手轻拍左手手腕，小心振动药匙，加足药量即可 天平是根据力矩平衡的原理来

43、测量物体的质量的，在完全失重的环境里(如人造地球卫星内)，天平是不能使用的 5、天平的读数 (1)左盘放被测物体，右盘放砝码，称量物体的质量等于右盘砝码质量的总和再加上游码的读数即m=m砝+m游。 (2)天平读数的估读原则 感量为0.1g，应估读到克的百分位，即精度的下一位，如果没有估读，应在克的百分位上补“0”，表示克的十分位是准确的 感量为0.02g，估读数在精度的同一位 三、时间的测量秒表、打点计时器、电火花计时器 1、秒表 中学物理实验中所用到的秒表为机械秒表(有时也含普通钟表)。 (1)秒表的结构 外壳按钮：它使秒表的指针启动、停止、回零。整体结构如图9所示。 表盘刻度：秒针指示大圆

44、周的刻度，其最小分度值常见的有0.1秒、0.2秒、0.5秒；秒钟转一周历时30秒；分针指示小圆周的刻度，其最小分度值常见为0.1分或0.5分，分针转一周历时15分钟 (2)秒表的工作原理 - 13 - 机械秒表靠发条产生的驱动力矩，通过内部齿轮驱动调节器调节摆动的秒针和分针，即将发条的弹性势能转化为动能，使指针摆动。 (3)秒表的作用方法 使用前先轻轻旋动按钮，上紧发条，测量时用手握住秒表，大拇指按下按钮，第一次按压，秒表指针立即走动，计时开始；第二次按压按钮，秒表指针停止走动，指针指示出两次按压之间的时间分针沿小圆走，秒针沿大圆走不同型号的秒表转一周时间不同，第三次按压按钮时，秒针和分针都弹

45、回零点静止 (4)注意事项 秒表上发条不亦过紧。 计时中途不可随意按按钮。 防止打击和强烈震动。切勿放在磁铁附近(如收录机、电视机旁)。 (5)秒表的读数 不足30秒即秒针转不到一周时，直接读大圆周上秒针所指的黑体分度值。因为大圆周上有红、黑两种字体，黑字030、红字3160，意思是秒针转两周才60秒；同理分针所指的圆周上亦有两种字体，黑字015、红字030，表明分针转两圈才30分钟通常读数时需要将两指针所指示的对应位置进行读数，记时为两个示数之和。此外，由于秒表内部为齿轮的传动结构，指针不可能停留在两小格之间，所以，一般说来，秒表的读数不存在估读的可能性。 2、打点计时器 (1)打点计时器的

46、结构和工作原理 电磁打点计时器的构造如图10所示，当电流经接线柱进入线圈时，线圈产生的磁场将插入其中的弹簧钢片磁化，使它的一端为N极，另一端为S极若通人的电流的频率是50Hz的交流电，则磁场为交变磁场，钢片两端依次交替为N极S极，磁化了的振片与永久磁铁相互作用，做受迫振动由于使用的交流电的频率为50Hz，所以当振动系统的固有频率被调节到50Hz时(由实验室调节)，它便与电磁系统发生共振，打点计时器便能连续打点，且每两次打点的时间间隔为0.02s所以，打点计时器是通过读取打点计时器在纸带上留下的点数来间接计时的。 (2)注意事项 加在打点计时器上的电压，通常为46V，并且一定是交流电压 实验时，先启动打点计时器，待振动稳定后再让纸带运动每次打点完毕，应及时切断打点计时器的电源，不宜使打点计时器长时间空打 复写纸的油面要向下，纸带从复写纸的下面穿过，这样纸带上才能被打出点来复- 14 - 写纸转轴可前后移动，用以改变打点针