3.5 科学测量：长度的测量及测量工具的选用（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第三册（鲁科版2019）

第5节　科学测量：长度的测量及测量工具的选用 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 知道游标卡尺和螺旋测微器的原理及读数方法 注意提升实验器材的选择和使用能力、测量数据的读取能力 能设计实验方案与实验步骤，能选用游标卡尺、螺旋测微器等实验器材进行实验；能记录并分析实验数据，测得相关长度；能撰写完整的实验报告，能进行反思与交流 能认识物理测量的精度依赖于实验器材、测量是有误差的，能主动应用科学知识帮助他人解决问题 [对应学生用书P77] 知识点一 游标卡尺的测量原理及使用 1.游标卡尺的测量原理 (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❶ 常见的游标尺上通常有10个、20个、50个分格，其规格见下表： 刻度格数(分度) 刻度总长度 1 mm与每小格的差值 精确度(可精确到) 10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm 20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm 50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm 2.游标卡尺的读数❷ 若用n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(n＋k×精确度)mm。 3．游标卡尺的使用及注意事项 (1)用游标卡尺测量零件时，右手拿主尺，大拇指移动游标尺，左手拿待测物体，当其与测量爪相贴时，即可锁定螺钉，读取数据。 (2)游标卡尺是比较精密的测量工具，要轻拿轻放，不得碰撞或跌落地下。 (3)用游标卡尺测量零件时，不允许过分地施加压力，所用压力应使两个测量爪刚好接触零件表面。 (4)游标卡尺没有估读数。 知识点二 螺旋测微器的测量原理及使用 1.螺旋测微器的测量原理 (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0.5mm，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0.01mm，即螺旋测微器的精确度为0.01mm。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。 2．螺旋测微器的读数❸ (1)测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出。 (2)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)。 3．螺旋测微器的使用及注意事项 (1)在使用螺旋测微器之前，首先应检查零点。 (2)测量时，用左手拿尺架，右手转动粗调旋钮，在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用粗调旋钮，而改用微调旋钮，直至棘轮发出声音，随即拨动止动旋钮使测微螺杆固定，然后读数。这样既能使测量结果精确，又可避免产生过大的压力使螺旋测微器受损。 (3)在读数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。 知识点三 长度测量工具的选用 1.根据测量所需要的精度来选择测量工具。例如，一个机器零件的加工尺寸要求误差不大于0.02 mm，如果用精度为1 mm的米尺来测量，显然无法达到测量要求，这时我们可选择游标卡尺进行测量。 2．根据对被测对象估计值的大小选择量程合适的测量工具。例如，测量一本书的长度，可用米尺，而不宜用游标卡尺或螺旋测微器。 3．符合测量的经济性。在保证测量精度的前提下，应全面考虑测量工具的成本、耐磨性、测量效率等因素，选择比较经济、测量效率较高的测量工具。 知识点四 实验：长度的测量 1.实验目的 (1)测量空心圆筒的外径、内径和深度及大头针中间位置附近的直径。 (2)学会使用游标卡尺和螺旋测微器，能根据实际需要选择合适的测量工具。 2．实验器材 游标卡尺、螺旋测微器、空心圆筒、大头针。 3．实验原理 (1)游标卡尺实验原理 ①游标卡尺能将一微小量加以放大，然后进行读数。 ②常用的游标卡尺可以精确到0.1 mm，有的可以精确到0.05 mm和0.02 mm。 ③用它可以测量物体的厚度或外径、孔的内径或槽宽、容器的深度。 (2)螺旋测微器实验原理 ①螺旋测微器又叫千分尺，它比游标卡尺更精密。 ②精度可达0.01 mm。 ③主要测量对物体有精细要求的情况，或对细小物体进行测量。 4．实验步骤❹ (1)用游标卡尺测量空心圆筒不同位置的内径三次，填入表格。 (2)用游标卡尺测量空心圆筒不同位置的外径三次，填入表格。 (3)用游标卡尺测量空心圆筒不同位置的深度三次，填入表格。 (4)用螺旋测微器测量大头针不同位置的直径三次，填入表格。 5．数据处理 表格一　用游标卡尺测量空心圆筒的内径、外径和深度 空心圆筒 内径 外径 深度 1 2 3 平均值 批注❶：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。 批注❷： (1)某同学在一次长度测量时，他所用的测量仪器是10分度游标卡尺，游标尺上的每一小格为________mm；它的测量结果如图所示，则被测物体的长度为________mm。 答案：0.9　29.8 解析：10分度游标卡尺，游标尺上把9 mm长度分成10小格，则每一小格为0.9 mm，被测物体的长度为29 mm＋0.1 mm×8＝29.8 mm。 (2)用游标卡尺测量某些工件的外径时，示数如图所示，则读数为________mm。 答案：29.30 解析：读数为29 mm＋6×0.05 mm＝29.30 mm。 (3)用游标50分度的卡尺测定某圆柱的直径时，卡尺上的示数为________mm。 答案：42.10 解析：读数为4.2×10 mm＋5×0.02 mm＝42.10 mm。 批注❸：实验中用螺旋测微器测量一金属丝的直径，如图所示，则该金属丝的直径为________mm。 答案：1.880(1.880～1.882) 解析：螺旋测微器的转动刻度共50格，精度为0.01 mm，直径为d＝1.5 mm＋38.0×0.01 mm＝1.880mm。 批注❹：(1)实验步骤 ①用游标卡尺测量空心圆筒的外径、内径和深度：右手拿游标卡尺的尺身，大拇指移动游标，左手取空心圆筒，当其与量爪相贴时，即可锁定螺钉，读取数据，并记录数据。 ②检查螺旋测微器的零点：用左手拿尺架，右手缓缓移动微调旋钮，使测微螺杆和测砧接触，至棘轮发出声音为止，此时可动刻度上的零刻度线应和固定刻度上的零刻度线对齐，否则就有零点误差。 ③用螺旋测微器测量大头针中央附近的直径：左手拿尺架，右手转动粗调旋钮，使测微螺杆与测砧间距稍大于被测物。放入大头针，转动微调旋钮到夹住大头针，直到棘轮发出声音，随即拨动止动旋钮使测微螺杆固定，然后读数，并记录数据。 (2)测量、操作不够准确造成偶然误差 ①游标卡尺误差分析 a．用游标卡尺测量前，没有先检查并校对零位。 b．测量时，移动游标并使量爪与工件被测表面保持良好接触，取得尺寸后没有把紧固螺钉旋紧后再读数，使得读数不准确。 c．游标卡尺测量力太大会造成尺框倾斜，产生测量误差；测量力太小，游标卡尺与工件接触不良，使测量尺寸不准确。 ②螺旋测微器误差分析 a．在使用螺旋测微器前没有校对零位。 b．测量时，没有用到微调旋钮，使测量结果误差较大。 c．读数时，没有注意到固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出，导致读数出错。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表格二　用螺旋测微器测量大头针中间位置附近的直径 大头针 1 2 3 平均值 直径 1．偶然误差是由仪器结构缺陷、实验方法不完善造成的。(　×　) 2．多次测量求平均值可减小系统误差。(　×　) 3．0.0334 m、20.0 mm、6.85×103 km中的有效数字的位数均为三位。(　√　) 4．用螺旋测微器测量合金丝的直径，示数如图所示，则合金丝的直径为0.700 mm。(　√　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P80] 探究点一　实验原理和实验操作　(科学探究之结论) ►对点例练 (2022·浙江金华高一检测)用游标卡尺测量某一零件的内径时，应选用图中的____(选填“A”“B”或“C”)部位来测量；正确操作后，读取读数前，为防止游标尺滑动，应转动图中的________(选填“D”“E”)旋钮。 答案：A　D 解析：用游标卡尺测量某一零件的内径时应使用内爪，故应选用图中的A部位来测量；正确操作后，读取读数前，为防止游标尺滑动，应转动紧固旋钮固定，即图中的D旋钮。 [练1]某同学用螺旋测微器测量某合金丝的直径。 (1)对照实物图，以下操作正确的是______。 A.在把合金丝置于测砧与测微螺杆间之前，应先旋松“B”部件，再旋松“C”部件 B．在把合金丝置于测砧与测微螺杆间之前，应先旋松“B”部件，再旋松“D”部件 C．在把合金丝置于测砧与测微螺杆间之后，先旋紧“C”部件到一定程度，再旋紧“D”部件 D．在把合金丝置于测砧与测微螺杆间之后，先旋紧“D”部件到一定程度，再旋紧“C”部件 E．为了防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧“B”部件 (2)在测量过程中，此同学在合金丝的不同部位进行了多次测量取平均值的目的是______________________。 答案：(1)ACE　(2)减小实验的偶然误差 解析：(1)实物图中“B”部件能起到固定测微螺杆的作用，平时能固定住测微螺杆，所以在使用螺旋测微器前，要先松开“B”部件，再旋松粗调旋钮“C”部件，故A正确，B错误；在把合金丝置于测砧与测微螺杆间之后，先旋紧粗调旋钮“C”部件到一定程度，再旋紧微调旋钮“D”部件，故C正确，D错误；为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧止动旋钮“B”，故E正确。 (2)选取不同的位置进行多次测量取平均值的目的是减小实验的偶然误差。 探究点二　实验数据处理　(科学探究之结论) ►对点例练 (2022·湖北荆州高一期末)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________mm，高度为________mm。 答案：50.15　4.700 解析：游标卡尺主尺的读数为5 cm，游标尺的读数为3× mm＝0.15 mm，故工件的直径为5 cm＋0.15 mm＝50.15 mm；螺旋测微器固定尺的读数为4.5 mm，可动尺的读数为0.200 mm，故工件的高度为4.5 mm＋0.200 mm＝4.700 mm。 [练2](1)某同学用游标卡尺测量某工件的外径时，示数如图所示(乙图是甲图的放大图)，则此工件的外径为________mm。 (2)用螺旋测微器测量某电阻丝的直径如图丙所示，则此电阻丝的直径为________mm。 答案：19.40　1.568(1.567～1.569) 解析：(1)游标卡尺的读数为19 mm＋20×0.02 mm＝19.40 mm； (2)螺旋测微器固定刻度读数为1.5 mm，可动部分的读数范围为0.067 mm～0.069 mm，故读数范围为1.567 mm～1.569 mm。 游标卡尺的读数方法是主尺读数加上游标尺读数，不需要估读。螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在可动刻度读数时需估读。 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) [练3](创新情境)某同学在使用螺旋测微器测量某工件的直径时，螺旋测微器的示数为5.670 mm，如图所示(图中固定刻度省略了部分长度)。刻度线旁边方框A内的数值应为________，方框B内的数值应为________。 答案：5　15 解析：由于螺旋测微器的精确度为0.01 mm，固定刻度露出了半毫米线，示数可分解为5.5 mm＋17.0×0.01 mm，故方框A内的数值应为5，方框B内的数值应为15。 [练4](实验情境)(2022·河北石家庄高一检测)用螺旋测微器测量金属丝直径如图甲所示，则金属丝直径d＝________mm，用游标卡尺测量金属小球直径如图乙所示，小球直径D＝________cm。 答案：1.775(1.774～1.776)　2.26 解析：螺旋测微器读数为1.5 mm＋27.5×0.01 mm＝1.775 mm；游标卡尺读数为22 mm＋6×0.1 mm＝22.6 mm＝2.26 cm。 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