2021版江苏高考物理一轮复习讲义：第8章实验10　长度的测量及其测量工具的选用

实验十　长度的测量及其测量工具的选用

1．实验目的

(1)正确使用刻度尺、游标卡尺和螺旋测微器。

(2)掌握误差和有效数字的概念，能够对各种长度测量仪器进行准确读数。

2．实验原理

(1)刻度尺

①仪器构造：在木板、塑料或金属上每隔1 mm等间隔地刻一条线，如图所示。

②设计原理：常用的刻度尺的最小分度一般为1 mm，使用时估读到毫米的下一位。

(2)游标卡尺

①构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺，如图所示。

②用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。

③原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。

不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，其规格见下表：

④读数：若用x表示从主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(x＋K×精确度)mm。

(3)螺旋测微器

①构造：如图所示，B为固定刻度，E为可动刻度。

②原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm。读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。

③读数：测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)。

如图所示，固定刻度示数为2.0 mm，半毫米刻度线未露出，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。

3．实验器材

毫米刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、电流表、电压表。

4．读数方法

(1)游标卡尺读数

①游标卡尺的读数＝主尺读数＋游标尺读数。

②游标卡尺的读数方法：“三看”

a．第一看→精确度。

b．第二看→游标尺上的0刻度线位置，区分零刻度与标尺最前端(如图所示)。

c．第三看→游标尺的哪条(第N条)刻度线与主尺上的刻度线对齐。

(2)螺旋测微器读数

螺旋测微器读数＝固定刻度部分读数(mm)＋可动刻度部分读数×精确度(mm)。注意估读，以及半刻度线是否已露出。

(3)电压表和电流表读数

①0～3 V的电压表和0～3 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V或0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位。

②对于0～15 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V。

③对于0～0.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A。

5．注意事项

(1)使用刻度尺时应注意的两点：

①正确放置的关键是做到：尺边对齐被测对象，必须放正重合，不能歪斜；尺的有刻度的面必须紧贴被测对象，不能“悬空”。

②正确观察的关键是视线在终端刻度线的正前方，视线与刻度面垂直，看清大格数及小格数。

(2)使用游标卡尺的注意事项：

①游标卡尺都是根据刻度线对齐来读数的，所以都不再往下一位估读，有效数字的末位与游标卡尺的精度对齐。

②测量物不可在钳口间移动或压得太紧，以免磨损钳口或损坏工件。

③使用游标卡尺时先松动固定游标的坚固螺钉，轻推游标尺。

④测量物上被测距离的连线必须平行于主尺。

⑤读数时，先将游标尺固定，取下被测物体再进行读数。

⑥不能用游标卡尺测表面粗糙物体，也不允许被测物体在测爪间滑动，防止摩擦。

(3)使用螺旋测微器的注意事项：

①旋钮旋转两周测微螺杆才前进1 mm。因此，在可动刻度上读数前，先要判断可动刻度的左边缘的位置，看它是在固定刻度尺0.5 mm刻度线的左侧还是右侧，两种情况下的读数是不一样的。

②螺旋测微器读数时必须估读到0.001 mm这一位置上。

③当测砧和测微螺杆并拢时，可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合，将出现零误差，应加以修正，即在最后测长度的读数上去掉零误差的数值。

④测量完毕后，要使测砧与测微螺杆之间留有一定的空隙，以免受热膨胀时两接触面因挤压而被损坏。

1．(2019·海口市高三模拟)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图甲和乙所示。该工件的直径为________cm，高度为________mm。

甲

乙

[解析]　游标卡尺的主尺读数为1.2 cm，游标尺上第4个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为4×0.05 mm＝0.20 mm＝0.020 cm，所以最终读数为：1.2 cm＋0.020 cm＝1.220 cm。

螺旋测微器的固定刻度为6.5 mm，可动刻度为36.0×0.01 mm＝0.360 mm，所以最终读数为6.5 mm＋0.360 mm＝6.860 mm。

[答案]　1.220　6.860(6.858～6.862均正确)

2．有一种新式游标卡尺，它的刻度与传统的游标卡尺明显不同。新式游标卡尺的刻线看起来很“稀疏”，使得读数显得清晰明了，便于使用者正确读取数据。通常游标卡尺的刻度有10分度、20分度、50分度三种规格；新式游标卡尺也有相应的三种，但刻度却是：19 mm等分成10份，39 mm等分成20份，99 mm等分成50份，以“39 mm等分成20份”的新式游标卡尺为例，如图所示。

(1)它的准确度是________  mm。

(2)用它测量某物体的厚度，示数如图所示，正确的读数是________  cm。

[解析]　(1)39 mm等分成20份的新式游标卡尺，其每一小格的长度为1.95 mm，故准确度为2.00 mm－1.95 mm＝0.05 mm。

(2)主尺刻度为31 mm，游尺刻度为0.05×6＝0.30 mm，故物体的厚度为31 mm＋0.30 mm＝31.30 mm＝3.130 cm。

[答案]　(1)0.05　(2)3.130

3．(1)如图甲所示的电表使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________A；当使用3 A量程时，对应刻度盘中每一小格代表______A，图中表针示数为________A。

甲　　　　　　　　　乙

(2)如图乙所示的电表使用较小量程时，每小格表示________V，图中表针的示数为________V。若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示________V，图中表针示数为________V。

丙

(3)旋钮式电阻箱如图丙所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为________Ω，今欲将接入电路的电阻改为2 087 Ω，最简单的操作方法是_______________________________。

若用两个这样的电阻箱，即可得到的电阻值范围为________。

[解析]　(1)使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，表针示数为0.44 A；当使用3 A量程时，每一小格为0.1 A，表针示数为2.20 A。

(2)电压表使用3 V量程时，每小格表示0.1 V，表针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格表示0.5 V，表针示数为8.5 V。

(3)接入电路的电阻为1 987 Ω，最简单的操作方法是将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0。每个电阻箱的最大阻值是9 999 Ω，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9 999 Ω＝19 998 Ω。故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻值范围为0～19 998 Ω。

[答案]　(1)0.02　0.44　0.1　2.20　(2)0.1　1.70　0.5　8.5　(3)1 987　将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0　0～19 998 Ω

4．某同学在测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ时：

甲　　　　　　乙

丙　　　　　　　丁

(1)用游标为20分度的卡尺测量其长度如图甲所示，由图可知其长度为________ cm。

(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，由图可知其直径为________ mm。

(3)用电压表和电流表分别测量其两端的电压和流过其中的电流如图丙、丁所示，由图可知电压为________ V，电流为________ A。

 [解析]　(1)题中为20分度游标卡尺，其读数为：50 mm＋3×0.05 mm＝50.15 mm＝5.015 cm。

(2)螺旋测微器的读数为：4.5 mm＋20.0×0.01 mm＝4.700 mm。

(3)电压表的分度值为0.1 V，要估读到下一位，故其读数为2.19 V(2.16～2.20 V均可)；电流表选择的是0～0.6 A量程，分度值为0.02 A，，应进行估读，即估读到0.01 A，故其读数为0.45 A(或0.44 A)

[答案]　(1)5.015　(2)4.700　(3)2.19(2.16～2.20均可)　0.45(或0.44)

5．在“测定金属丝电阻率”的实验中，需要测量的物理量有U、I、d、l。

甲　　　　　　乙

丙　　　　　　　　丁

(1)用螺旋测微器测金属丝直径时读数如图甲所示，则金属丝的直径为________ mm。

(2)若用图乙测金属丝的电阻，则测量结果将比真实值________(选填“偏大”或“偏小”)。

(3)用电压表和电流表测金属丝的电压和电流时读数如图丙、丁所示，则电压表的读数为________ V，电流表的读数为________ A。

 [解析]　(1)由图甲所示螺旋测微器可知，固定刻度示数为0.5 mm，可动刻度示数为19.7×0.01 mm＝0.197 mm，螺旋测微器示数为0.5 mm＋0.197 mm＝0.697 mm(0.695～0.698均正确)。

(2)由图示电路图可知，电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，所测电流偏大，由欧姆定律可知，电阻测量值小于真实值。

(3)由图丙所示电压表可知，其量程为3 V，分度值为0.1 V，示数为2.60 V；由图示电流表可知，其量程为0.6 A，分度值为0.02 A，示数为0.52 A。

[答案]　(1)0.697(0.695～0.698均正确)　(2)偏小　(3)2.60　0.52