学生实验第二课时教学设计

探究游标卡尺设计原理及读数规则

教学设计 物理

选修3-1

授课教师：吴俊龙

河北省魏县第一中学

1 高中物理

高中物理

探究游标卡尺的设计原理及读数规则

[实验目的] 1.了解游标卡尺的构造及原理。

2.学会使用游标卡尺及掌握读数方法。

[实验器材] 游标卡尺，金属长方体，金属圆管，金属小球。

[仪器介绍] 游标卡尺是一种比较精密的测量长度的量具。常用的游标卡尺共有三种，读数分别精确到0.1毫米，0.05毫米, 0.02毫米。常用它测物体的厚度或外径、孔的内径或槽宽、凹槽的深度。

图1-1所示是常用的游标卡尺，它由尺身、主尺、游标尺、内测量爪、外测量爪、深度尺、紧固螺丝组成。其主尺上刻度与一般毫米刻度尺相同，主尺上标注的数字为厘米数，最小刻度为1毫米。游标尺可沿主尺滑动，游标上有均匀的刻度。外测量爪用于测量物体的长度或外径，内测量爪用于测量孔的内径，深度尺用于测量凹槽的深度，固定螺钉是固定游标尺的。游标卡尺为什么能读出不足1毫米的微

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小量呢？其实它的测量原理是将一微小量加以放大，然后进行读数。（错位放大法）

我们以10分度的游标卡尺为例，精确到0.1毫米的游标卡尺，其游标尺上的10个等分刻度的总长与主尺上的9个毫米相对，每个等分为0.9毫米，与主尺上最小刻度1毫米相差0.1毫米。当游标卡尺两测脚并拢时，游标尺上的“0”刻度线正好与主尺上的“0”刻度线对齐，“10”刻度线与主尺上9毫米刻度线对齐，而其余刻度线与主尺刻度线皆不重合，相差依次为0.1毫米、0.2毫米、0.3毫米等等，如图1-2所示。

游

尺身

标厘米

图

1－2 测量时，将被测物体夹在主尺和游标尺的两测量爪中间，物体长度恰好等于游标尺在主尺上向右移动的距离，即是游标尺的“0”刻度线与主尺“0”刻度线之间的距离。如果被测物体厚度为0.1毫米，则游标尺向右移动了0.1毫米，这时游标尺“0”刻度线与主尺“0”刻度线已不对齐，而是第一条刻度线与主尺的1毫米刻度线对齐，其余刻度线与主尺的刻度线皆不重合，读数为0.1毫米。同理如果被测物体厚度为0.2毫米，如图1－3所示游标尺上第2条刻度线与主尺上第2条刻度线对齐，其余刻度线不对齐，读数为0.2毫米，所以被测物体的厚度不超过1毫米时，游标尺上的第几条刻度线与主尺的某一刻度线对齐，就表示被测物体厚度为零点几毫米。

图1－3 3

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在测量大于1毫米的长度时，整的毫米数直接从主尺上读出，而小于1毫米的读数则从游标尺上读出。如图1-4所示，先从主尺上读出被测物体长度的毫米数为25毫米，再从游标尺上读出十分之几毫米的数值为0.8毫米，则被测物体实测长度为两数之和为25.8毫米。小数部分也可以用主尺上8毫米与游标尺上8刻线实际宽度0.72毫米作差，也是0.8毫米。这样读数分三步走：第一步在主尺上读出

整的毫米数，第二步读出游标尺上的小数部分，第三步求两数之和。实际上也可一步到位法：游标尺上的 8刻线与主尺上33 刻线对齐，结果可以表示为主尺上33毫米宽度减去游标尺上8刻线实际宽度0.72毫米得出结果为25.8毫米。同理20分度、50分度的游标卡尺同上。

图1－4

三种游标卡尺的设计原理及读数规则

游标卡尺

精度（毫米）

刻度总长度（毫刻度格数

米）

10格

20格

50格

4 测量结果

每小格与1毫米差（毫米）

0.1 0.05 0.02 0.1 0.05 0.02

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[实验指导] 1. 游标卡尺的正确手持方法见图1-5，即右手正面握尺，用拇指推动游标，左手持物。在实际使用时，要先松开游标上的固定螺丝，使游标能在主尺上自由滑动。

图1－5 2. 和其它测量工具一样，测量前要先检查零点，推动游标，使固定测爪与游标活动测爪并拢，检查主尺上零刻度线与游标上零刻度线两者是否对齐，如不对齐，说明该尺存在零误差，需要另换一把卡尺。

3.为了测量时能迅速正确地读取数据，实际测量前要认真观察主尺刻度和游标刻度，弄清读数方法。读数时，应以毫米为单位，先读主尺整毫米数，后读游标尺毫米以下数值，两者相加，遇到整毫米读数时，要注意有效数字的位数。

4. 游标卡尺是比较精密的测量工具，使用时要十分注意保护测爪不被磨损，因此不允许测表面粗硬的物体。测量时，测爪应与被测物体轻微接触，不能压得太紧，防止物体变形或损伤测量爪。读数时，一般被测物体应停留在测量爪之间, 如果改变物体测量方位, 应先使测量爪离开物体后,再移动物体。

[实验步骤] 1. 观察游标卡尺各部分，特别是游标尺上的刻度，松开游标固定螺丝，手持卡尺、移动游标，检查零点，了解读数方法。

2. 测金属长方体块的长、宽和高，把不同部位测得的数据填入表格（各测三次），

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求出长、宽、高的平均值。

3. 测金属圆管的外径和内径，把测得的数据填入表格内（各测三次），求出外径和内径的平均值。

4. 测金属小球的直径，在不同部位测三次，将数据填入表格内，求出直径的平均值。

5.巩固练习

游标卡尺的读数应注意事项：

1、看清精确度

2、主尺上的单位为厘米和结果给的单位

3、区分零刻度与标尺最前端

4、使用时注意零点误差。

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