1、中学物理实验报告一基本仪器的认识和使用中学物理实验报告基本仪器的认识和使用学院数理信息工程学院班级姓名学号时间2011-3-141、实验目的：1、熟悉仪器的使用，熟练基本仪器的操作2、参与实验过程，获得实验体会3、明确原理，掌握要领4、探讨物理教学方法，提高教学技能二、基本仪器的名称以及用途：实验仪器所测物理量刻度尺游标卡尺螺旋测微器长度，其中游标卡尺不需要估读。秒表打点计时器电火花计时器时间天平电子秤弹簧秤质量电流表电压表多用电表电学量滑动变阻器电阻箱调节仪器改变接入电路的电阻值弹簧秤力附仪器图片如下：三、测量的物理量以及的一般方法：1、长度的测量：仪器：游标卡尺、螺旋测微器、米尺游标卡尺刻
2、度原理：游标卡尺的精度是以游标上的分度相对于主尺上最小分度的大小来确定的如图。1）精度是0.1mm的游标卡尺(常称为10分游标)，主尺的最小分度是1mm，游标上10个等分刻度的总长度等于9mm，游标上每一分度比主尺的一分度少0.1mm。则游标刻度总长度为（11/10）10=9mm；2）精度是0.05mm的游标卡尺(常称为20分游标)，主尺的最小分度是1mm，游标上20个等分刻度的总长度等于19mm，游标上每一分度比主尺的一分度少0.02mm。则游标刻度总长度为（11/20）20=19mm；3）精度是0.02mm的游标卡尺(常称为50分游标)，主尺的最小分度是1mm，游标上10个等分刻度的总长度
3、等于49mm，游标上每一分度比主尺的一分度少0.02mm。则游标刻度总长度为（11/50）50=49mm。三种游标尺比较游标尺(mm)精度(mm)测量结果(游标尺上第n个格与主尺上的刻度线对正时)(mm)刻度格数刻度总长度每小格与1mm差1090.10.1主尺上读的毫米数+0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数+0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数+0.02n螺旋测微器1）、刻度原理：螺旋测微器又叫千分尺如下图，它是一种比游标卡尺更精密的测量长度的仪器。用它测量长度可以准确到0.01mm。螺旋测微器的螺距等于0.5mm，每转一周长，螺杆前进或后退0.5mm。把周长分为5
4、0等份，每一小格表示0.01mm。2）、读数方法测量时被测物长度的整毫米数由固定刻度上读出，小数部分由可动刻度读出。读数时，要注意固定刻度上表示半毫米刻度线是否已经露出。用米尺测量长度以米制标示分度的尺子叫米尺如下图。米尺的分度值为1毫米，量程不等。常用的有木直尺、钢板尺和钢卷尺。米尺也常用作仪器的附属标尺。在用米尺测量时，可以精确到毫米量级，读数到十分之一毫米。如：L1=15.37厘米，L2=7.85厘米，最后的一位7和5是估读的。(3)游标尺的正确使用及注意事项游标卡尺如图所示，用它可以测量物体的长度和内、外直径。测长度或外径时，将物体卡在外卡脚之间，测内径时，使用内卡脚。不测量时，应将卡
5、脚闭合，游标的零线这时与主尺零线是对齐的。螺旋测微器的正确使用及注意事项螺旋测微器的使用方法很简单，只要将被测物夹在测杆和砧台之间，拧动尾端的棘轮装置，使测杆移动，当测杆与被测物接触后压力达到某一数值时，棘轮将滑动而发生咔、咔的响声，活动套筒不再转动，测杆也停止前进，这时就可以读数了。1测量前，可先校对螺旋测微器的零位。校对时应使两测量面接触，若零位不准可使用专用板手，插入固定套管小孔，板转固定套管，使其纵刻线与微分筒上零线对准。（也可不进行调整而在读数时进行零点修正）使用时不能直接手持活动套筒去卡被测物体，特别当测杆和砧台快要夹紧被测物时，避免被测物受到压力过大而发生明显形变。否则会加快螺纹
6、的变形和磨损，降低仪器的准确度。螺旋测微器的测量轴的中心线要与被测物的被测长度方向相一致，不要歪斜。要注意防止读错整圈数。在固定套筒上表示整圈数的刻线有上下交错的两排，每排相邻的两条刻线之间相差两圈，上、下两排间的两条刻线之间是一圈。如上例中n应为9，常有人会错误地读成8。调节测杆时要慢慢转动微分筒和棘轮装置，不要握住微分筒挥动或摇动尺架，以免精密的测微螺杆变形。一般不能进行动态测量。（在某些场合，待测物体运动得较慢，测量者的测试技术不仅熟练而且动作迅速敏捷、从事快速测量有足够丰富的经验，那么用螺旋测微器作动态测量也是可以的。）2、测量质量仪器名称：天平原理用托盘天平称质量：天平有两个重要技术
7、指标：称量表示最大测量值；感量为指针从平衡位置偏转到标尺1分度所需的最大质量。感量与灵敏度成反比，感量越小，灵敏度越高。托盘天平灵敏度较低，有称量1000.0g，感量1g；称量500.00g，感量0.5g；称量200.00g，感量0.2g等规格。托盘天平的结构如图。配用：五等砝码，标称质量为50mg-500g，允许误差为5mg-120mg。测量方法1.放：把天平放在水平台上（整个使用过程中不能移动位置）。2.调：把游码拨至标尺左端零刻线处，然后调节平衡螺母使指针指到分度盘的中线。3.称：左盘放待测物体，在右盘增减砝码并利用游码使指针再次指到分度盘的中线。此时砝码总质量加上游码在标尺上所对刻度值
8、即为被测物体的质量。操作时的注意事项：为防止天平生锈或腐蚀，应注意：不将潮湿物品或化学药品直接放在天平盘里；不要用手摸天平。取放砝码或移动砝码要有镊子，称量完毕后砝码要直接放回砝码盒中原来位置，把游码移回到标尺零刻度处。每架天平都有一定的称量范围，加在天平上的物体质量不得超过它的称量范围。3、时间的测量：1）用机械停表测量时间停表（秒表）是测量时间的常用仪表。机械停表表盘上有长的秒针和短的分针如图，秒针转一圈的时间通常有30秒和60秒两种。常用的停表最小分度值也有两种，一种是0.2秒，另一种是0.1秒。停表上端的按钮是用来旋紧发条和控制表针转动的。停表使用方法：用手握紧停表，大拇指按在按钮上，
9、按停表分三步：第一次按下时，表针开始转动（启动），第二次按，表针停止转动（停止），第三次按下，表针弹回零点（回表）。使用停表的注意事项：(1)使用前先上紧发条，但不宜过紧，以免损坏发条；(2)按表不要用力过猛，以免损坏机件；通常按钮先向下按到秒表即将产生动作的位置，当需要产生动作时立即再下按，以提高计时的准确性。(3)回表后，如秒针不指零，应记下其数值（零点读数，指针过零点其值为正，指针不到零点其值为负），实验后从测量值中将其减去。(4)要注意防止摔碰停表，不使用时应将其放回盒内。并让其继续走动，以放松发条。有的停表在按左侧有一个弧形的制动装置，把这个装置往上推，表针就停止，再往下推，表针又继
10、续走动。这样可以直接测出几次时间的累加数值。用停表计时，误差主要来源有三个：(1)秒针的初时刻不在0.0秒的位置。(2)操作时，手按按钮有超前和滞后情况。(3)当被测对象为运动物体时，判断位置时有误差。比如测量单摆的周期，对平衡点的位置判断有误。测量时对第1种情况，只要在读数时减去初读数即可，而对第2、3种情况应特别注意，需通过反复训练、多次测量才能有效地减小这种偶然误差。2）用电磁打点计时器测量时间电磁打点记时器。它是由底座、通电线圈、振动片、振针、永久磁铁、垫板及限位孔等组成。测量时还需附有夹具、17.5mm电报纸带和复写纸等。电磁打点计时器振动打点的形式有两种。如J0203型电磁打点计时
11、器的振动片及振针，是在交变磁场和永磁场的共同作用下振动打点的；而J0203-1型电磁打点计时器，则是在脉动直流电的磁场作用下振动打点的。当电源频率为50赫时，电磁打点计时器的计时精度为0.020秒。测量方法：(1)安装调整将纸带的一端固定在运动物体（实验小车、重锤）上，另一端通过电磁打点计时器导带槽，从振针下面的复写纸下面穿过。复写纸呈圆形，复印面向下，在纸带移动时，上面的复写纸能随之转动。接通电源，（J0203型用交流46V50Hz，J02031型，用交流220V50Hx）。调整振动片的紧固螺丝，使振动片稳定地振动，再调节振针，以刚好能在纸带上打出点为好，尽量减少打点针与纸带的接触时间，以减
12、小运动物体因打点而受到的阻力。(2)打点让打点计时器开始稳定地打点后，释放运动物体，纸带上就可得到一连串的小点。(3)测定时间打点计时器打点频率f=50赫，即每隔0.020秒打一个点。因此，纸带上任意相邻的两点（除第一、二点以外）间所表示的时间间隔就是打点计时器的打点周期T，T=1/f=0.020秒。如果纸带上任意两个点之间有n个打点周期，则这两点间的时间t=nT。注意事项：(1)用电磁打点计时器测量时间时，整条纸带与打点计时器的导槽一定要尽量放平。(2)由于打点计时器没有同步装置，纸带上第一点与第二点间所表示的时间间隔不一定是一个打点周期，在处理纸带时，一般都避开用第一点。4、电学量的测量：
13、测量电学量的一般方法1）用灵敏电流计检测微弱电流、微小电位差的大小和方向灵敏电流计的一般技术数据测量量限300A，表头灵敏度（满刻度电流值）300A，内部电阻约9.5，动圈内阻9210。灵敏电流计的结构：以杭州电表厂JDB2XA型为例，表头为磁电式。外形如图。指针在标尺中部指零。两接线柱分别标有“+”，“”符号。表内设有附加测量路，调零旋钮在读数窗下面（可用小旋凿调节）。该电表是一种低内阻检流计。测量方法：调零将表座放平，观察指针是否对准零位。若有偏差，可用小旋凿旋动调零，把指针调至位。检测微弱电流大小和方向把检流计串联在被测电路中，以指针是否偏转来判电路中有无电流通过。若指针向右摆动，说明电
14、流方向从接线柱正端到负端；若指针左摆，则电流方向是从接线柱负端到正端。电流大小由刻度读出。检测微小电位差的大小和方向把检流计并联在被测电路的两端，电压方向判与电流方向判断方法相同，电压读数应将电流读数乘上电表内阻值，即UgIgrg。使用注意事项：检流计使用时，指针偏转不能超过满刻度。若超过满刻度，应立即切断电源，以防撞坏指针或烧坏动圈。搬运时需将接线柱短路，使电磁阻尼加强，以免因摆动过大而碰坏指针。灵敏电流计动圈的简易过载保护：用两只2CZ54二极管反向并联后，并联到动圈的两个引线端上，见下图。因为常用灵敏电流计的满刻度电压UgIgrg均不超过30mV，而在此电压下，正向偏置的二极管2CZ54
15、处于截止状态，两管的分流作用可忽略不计。当表头超载时，正向偏置的二极管即处于饱和导通状态，电流绝大部分由二极管分流。所以表头短时间超载时，表头动圈一般不会烧毁。2）用直流安培表测量直流电流学生常用的直流安培表为，0-0.6A，0-3A双量限，2.5级。以杭州电表厂的JDBXA4型为例，表头灵敏度为3mA，动圈内阻为8。结构：JDBXA外型如图。指针在标尺左边置零。标尺有上下两种刻度，分别为40-3A和0-0.6A。调零器在读数窗口正下方，接线柱分别标有“”，“0.6”、“3”标记，其中“”接线柱为公共端。表头为磁电式。测量原理：安培表测量电路是由表头和附加电阻组成。表头内阻r0，附加电阻r，r
16、1，r2组成环形分流电路。当被测电流I由“0.6”端流入，从“”端流出时（见图），(r0+r)IN与(r1+r2)并联。当电流从“3”端流入，从“”端流出时，(r0+r+r2)与r1并联（见图）。电路中的r是温度补偿电阻，可减小因温度变化引起的误差。因为动圈的漆包线和游丝温度系数都较大，而康铜丝制成的r1，r2温度系数极小。在温度变化不大时，r1，r2阻值的变化近于零。但表头内阻却有较大的变化。这样，就会使通过表头的电流发生较大变化而引起示值的较大误差。为减小这一误差，在表头上串联一个温度系数比r1，r2更小（或相同）的较大电阻r后，当温度变化时，虽然r0变，但r0，r1，r2不变，这样，R0
17、/Rf的值变化就减小了。通过表头的电流变化也就减少了，因而起到减小误差的作用。从理论上讲，r值越大，R0/Rf就越稳定。但r值过大会使通过表头的电流过小，并使电表总电阻增大。通常r为r0，的1.52倍。测量方法：(1)调零和接线将安培表安放在水平位置，调零后，将其串联入电路中，注意使电流由“3”（或“0.6”）端流入，从“”端流出。(2)选择量限接线前应先估计待测电流大小，选择适当量限。可用3即将“3”接线柱引线触接被测电路流入端。指针偏转小于0.6A，则改用0.针偏转在0.63A之间，则用3A量限。(3)读数用0.6A量限，标尺每小格为0.02A；3A量限，标尺每小格(4)不允许将安培表与交
18、直流电源短接或短路。直流安培表也不能用于流。电表的读数:凡最小分度值是2或5个单位的，有效数字的末位就是精度的同一位（含估读数），若无估读不需补“0”。若用00.6安量程，其精度为0.02安，说明测量时只能准确到0.02安，不可能准确到0.01安，因此误差出现在安培的百分位（0.01安），读数只能读到安培的百分位，以估读最小分度半小格为宜，当指针指在小于半小格位置则舍去，指针正对半小格则取为0.01安，指针超过半小格时则算一小格即0.02安5、万用电表测量多种电学量万用电表以测量直流电流、电压、正弦交流电流、交流电压、电阻为主，并可用于判断晶体二极管的正、负极性。有的还可以测量电平、电容、电感
19、和晶体三极管的主要直流参数。（一）万用表的结构：1测量机构：通常采用磁电式表头。其表盘上有各种量程刻度，并标有相应的电量符号。图为U-101型万用表的面板图。2测量电路：由直流电源、整流器、电阻等组成多量程的电阻、电流、电压测量电路。3转换装置：由转换开关（选择测量量的种类和量程用）和标有各种符号的旋钮、插孔组成,图略电阻的测量(1)将万用表规定的干电池按“+”、“”标记装入电池盒，不可反接，以防表头指反转。(2)调零。两表笔短路，用零欧姆调节器使指针指在“”标尺的“0”刻度上，每换一次量程都要重调一次。(3)倍率选择，用两表笔接触电阻的两端就可以测量电阻值，通过标有“”的标尺读数，将基准读数
20、乘以所选用的量程倍率即为实测值。测量电阻时应尽量在刻度盘中间部分进行，这就要求适当选取倍率，这样可减少测量误差。（4）注意在测电路中的电阻时，切不可在电阻未从电路上取下时测量，那样测得的是表笔两端的等效电阻，若电路在工作，等效电阻两端存有电压有可能损坏万用表欧姆计。多用电表的功能1）电路和原理图：当选择开关分别接到1，2，3，4时，即可测直流电流，直流电压，交流电压，电阻2）使用与读数：（1）测电流和电压时，必须使电流以红笔进，从黑笔流出（2）测电阻时，待测电阻要与电源及其它电阻断开，且不要用手接触表笔，合理选择量程，尽可能使指针在中央位置附近，否则应更换量程，每次更换量程时，都要重新调零后才
21、能测量（3）三条主要刻线：最上面是欧姆档的刻度，零刻度在右侧，且刻线不均匀第二条是电压和电流刻线，零刻线在左侧，且刻线均匀第三条是交流低压刻线，零刻线在左侧，且刻线均匀测量直流电阻部分即欧姆档是根据闭合电路欧姆定律设计的，原理如图所示：当红黑表笔短接并调节R使指针满偏时有：IgE/(r+rg+R)E/R中（1）(R中r+rg+R)当表笔接入待测电阻Rx时，Ix=E/(R中+Rx)（2）由（1）（2）两式解得：Ix/Ig=R中/(Rx+R中)（3）由（3）式可知当Rx=R中时，Ix=Ig/2，指针指在表盘刻度中心，故称R中为欧姆档的中值电阻,并可知每一个Rx都有一个对应的电流值Ix如果在刻度盘上
22、直接标出与Ix对应Rx的值，就可在表盘上读出待测电阻的阻值6、调节仪器：名称内容滑动变阻器（1）原理：R=L/S，实际接入电路的电阻丝长度L（2）两种接法：限流器电路与分压器电路，两种接法的比较限流器电路分压器电路电阻箱接入电路的初态R取最大值7、其他量的测量名称内容测力的簧秤（1）原理：胡克定律及二力平衡原理（2）校正零点，认清量程与最小刻度，正确使用与读数示波器（1）示波器可以直接观察电信号随时间变化的情况（2）示波器面板名称，功能一览（3）示波器的原理和作用四、数据处理：长度的测量游标卡尺测玻璃管外径9.25mm千分尺测小铜片厚度1.642mm内径7.15mm质量的测量物理天平测小钢球的
23、质量94.8g电子天平测半瓶水的质量295g小钢球的质量26.95g电容的测量电容测量器电容本身标示电容实际测量电容1F+/-20%1.35F10F10.48F100F100.28F2200F2008F0.1F95.9nF电阻的测量万用表测变阻器电阻0.937K万用表测二极管的电阻5.3示波器面板上读出的相应波形的信息周期T=0.5ms电压V=0.2v五、实验体会：有效数字:从左往右数，从第一个不为零的数字起，数到右边最末一位估读数字为止，包括末位的零都是有效数字。有效数字的位数与小数点的位置无关。如21.65cm、216.5mm、0.2165m均为四位数字。乘方不是有效数学。如3.6103k
24、g，不是5位有效数学，而是2位有效数字。5400m与5.4103m所表示的有效数字位数是不同的，前者为4位有效数字，而后者为2位有效数字，所表示的意义也不相同，前者末位的“0”是估读的，后者“4”是估读的。前者所用的测量工具的最小单位为10m，后者所用的测量工具的最小单位为1000m。注意：作为有效数字“0”，无论是在数字之间，还是数字的末尾，均不能随意省略。例如：1.0cm和1.00cm的意义是不同的，1.0cm为两位有效数字，1.00cm为三位有效数字。两者的误差不同，前者厘米为准确位，毫米为估读位；后者毫米为准确位，0.1mm为估读位，因此其准确度不同。2、 知道有效数字的概念，会用有效
25、数字表达直接测量的结果间接测量的有效数字运算不作要求3、 认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道多次测量求平均值的方法减小偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差测量仪器使用常规：对于测量仪器的使用，首先要了解测量仪器的量程、精度、使用注意事项和读数方法。关于量程问题：这是保护测量仪器的一项重要参数，特别是天平、弹簧秤、温度计、电流表、电压表和多用电表等，超量程使用会损坏仪器，所以实验时要根据实验的具体情况选择量程适当的仪器。在使用电流表、电压表时，选用量程过大的仪器，采集的实验数据过小，会造成相对误差较大，应选择使测量值位于电表量程的1/
26、3以上的电表；使用多用电表测电阻时，应选择适当的档位，使欧姆表的示数在电表的中值附近。使用注意事项：一般不同的仪器在使用中都有其特殊的要求，以下几点要特别注意：天平在进行测量前应先调平衡。打点计时器所用电源要求为46V的交流电源。多用电表的欧姆档每次换档后要重新调零，被测电阻要与电路断开，使用完毕要将选择开关转至交流电压最高档或“OFF”档。滑动变阻器、电阻箱和定值电阻使用过程中要考虑其允许的最大电流。滑动变阻器采用限流接法时，滑动触片开始应位于变阻器阻值最大的位置；滑动变阻器采用分压接法时，滑动触片开始应位于分压为零的位置。电阻箱开始应处于阻值最大状态，调整电阻箱的阻值时，不能由大到小发生突
27、变，以免因为阻值过小而烧坏电阻箱。测量仪器的读数方法需要估读的仪器：在常用的测量仪器中，刻度尺、螺旋测微器、电流表、电压表、天平、弹簧秤等读数时都需要估读。因为最终的读数要以有效数字的形式给出，而有效数字的最后一位数字为估计数字，应和误差所在位置一致，在实际操作中，究竟估读到哪一位数字，应由测量仪器的精度（即最小分度值）和实验误差要求两个因素共同决定。根据仪器的最小分度可以分别采用1/2、1/5、1/10的估读方法，一般：最小分度是2的，（包括0.2、0.02等），采用1/2估读，如安培表00.6A档；最小分度是5的，（包括0.5、0.05等），采用1/5估读，如安培表015V档；最小分度是1的，（包括0.1、0.01等），采用1/10估读，如刻度尺、螺旋测微器、安培表03A档、电压表03V档等，当测量精度要求不高或仪器精度不够高时，也可采用1/2估读。
