2020-2021學(xué)年高中物理 第3章 恒定電流 5 科學(xué)測(cè)量長(zhǎng)度的測(cè)量及測(cè)量工具的選用學(xué)案 魯科版必修3

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第3章 恒定電流 5 科學(xué)測(cè)量長(zhǎng)度的測(cè)量及測(cè)量工具的選用學(xué)案 魯科版必修32020-2021學(xué)年高中物理 第3章 恒定電流 5 科學(xué)測(cè)量長(zhǎng)度的測(cè)量及測(cè)量工具的選用學(xué)案 魯科版必修3年級(jí)：姓名：- 12 -第5節(jié)科學(xué)測(cè)量:長(zhǎng)度的測(cè)量及測(cè)量工具的選用新 課 程 標(biāo) 準(zhǔn)學(xué) 業(yè) 質(zhì) 量 目 標(biāo)1.了解兩種精度較高的長(zhǎng)度測(cè)量工具游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器。2.理解兩種測(cè)量工具的原理并會(huì)讀數(shù)。合格性考試1.認(rèn)識(shí)長(zhǎng)度測(cè)量工具游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器的結(jié)構(gòu)。2.通過(guò)他人的幫助,會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟,能選用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3.可以使用實(shí)驗(yàn)器材獲得數(shù)據(jù),并形成初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。實(shí)驗(yàn)屬性

2、學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)選擇性考試1.可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)形成結(jié)論,嘗試分析導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差的原因。2.初步撰寫(xiě)一篇實(shí)驗(yàn)報(bào)告,并與他人交流探究過(guò)程和結(jié)果。實(shí)驗(yàn)必備自主學(xué)習(xí)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)量空心圓筒的外徑、內(nèi)徑和深度及大頭針中央附近的直徑。2.學(xué)會(huì)使用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器,能根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的測(cè)量工具。二、實(shí)驗(yàn)器材游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、大頭針、空心圓管。游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器在讀數(shù)方面有什么不同點(diǎn)?提示:游標(biāo)卡尺的讀數(shù)不需要估讀,螺旋測(cè)微器的讀數(shù)需要估讀。三、實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)1.游標(biāo)卡尺:(1)構(gòu)造:主尺,游標(biāo)尺(主尺和游標(biāo)尺上各有一個(gè)內(nèi)、外測(cè)量爪),游標(biāo)尺上還有一個(gè)深度尺(如圖所示)。(2)用途:測(cè)量厚度、長(zhǎng)度

3、、深度、內(nèi)徑、外徑。(3)原理:利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成。不管游標(biāo)尺上有多少個(gè)小等分刻度,它的刻度部分的總長(zhǎng)度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1 mm。(4)分類(lèi):常見(jiàn)的游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格的,其讀數(shù)見(jiàn)表格:刻度格數(shù)(分度)刻度總長(zhǎng)度每小格與1 mm的差值精確度(可準(zhǔn)確到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm(5)讀數(shù):若用x表示從主尺上讀出的整毫米數(shù),k表示從游標(biāo)尺上讀出與主尺上某一刻線對(duì)齊的游標(biāo)的格數(shù),則記錄結(jié)果表示為(x+k精確度)mm。需要注意的是

4、,不管是哪種卡尺,k值均不需要向后估讀一位。2.螺旋測(cè)微器的原理及應(yīng)用:(1)結(jié)構(gòu):如圖所示,固定小砧a和固定刻度b固定在尺架上,可動(dòng)刻度e、旋鈕d、微調(diào)旋鈕d、測(cè)微螺桿f是連在一起的,通過(guò)精密螺紋套在b上。(2)測(cè)量原理:精密螺紋的螺距為0.5 mm,即d每旋轉(zhuǎn)一周,f前進(jìn)或后退0.5 mm,可動(dòng)刻度e上的刻度為50等份,每一小格表示0.01 mm。因此用它測(cè)量長(zhǎng)度可以準(zhǔn)確到0.01 mm,測(cè)量時(shí)被測(cè)長(zhǎng)度的整毫米數(shù)或半毫米數(shù)(若表示半毫米的刻線已露出)從固定刻度上讀出,小于0.5 mm 的部分從可動(dòng)刻度e讀出。(3)使用方法:把被測(cè)物體放入a、f之間夾縫中,再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕d,當(dāng)f快要接觸待

5、測(cè)物時(shí),改用微調(diào)旋鈕d,這樣就不至于在f和被測(cè)物之間產(chǎn)生過(guò)大的壓力,既能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性,又可以保護(hù)儀器。(4)讀數(shù)方法:固定刻度b上的整毫米數(shù)+0.5 mm(判斷半毫米刻度線是否露出)+0.01 mm對(duì)齊格數(shù)(估讀)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程探究學(xué)習(xí) 實(shí)驗(yàn)步驟 1.用游標(biāo)卡尺測(cè)量空心圓筒的外徑、內(nèi)徑和深度:右手拿游標(biāo)卡尺的尺身,大拇指移動(dòng)游標(biāo),左手取空心圓筒,當(dāng)其與量爪相貼時(shí),即可鎖定螺釘,讀取數(shù)據(jù),并記錄數(shù)據(jù)。2.檢查螺旋測(cè)微器的零點(diǎn):用左手拿尺架,右手緩緩移動(dòng)微調(diào)旋鈕,使測(cè)微螺桿和測(cè)砧接觸,至棘輪發(fā)出聲音為止,此時(shí)可動(dòng)刻度上的零刻度線應(yīng)和固定刻度上的零刻度線對(duì)齊,否則就有零點(diǎn)誤差。3.用螺旋測(cè)微器測(cè)

6、量大頭針中央附近的直徑:左手拿尺架,右手轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)旋鈕,使測(cè)微螺桿與測(cè)砧間距稍大于被測(cè)物。放入大頭針,轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)旋鈕到夾住大頭針,直到棘輪發(fā)出聲音,隨即撥動(dòng)止動(dòng)旋鈕使測(cè)微螺桿固定,然后讀數(shù),并記錄數(shù)據(jù)。若測(cè)量小鋼球的直徑,應(yīng)選用哪種測(cè)量工具?請(qǐng)簡(jiǎn)述理由。提示:選用游標(biāo)卡尺來(lái)測(cè)量小鋼球的直徑。螺旋測(cè)微器操作的過(guò)程當(dāng)中有一步是微調(diào),我們通過(guò)聲音判斷的誤差要大一些,不能確定測(cè)量的是否是直徑,有可能偏離直徑。 數(shù)據(jù)收集與分析 1.列空心圓筒的外徑r、內(nèi)徑r和深度d數(shù)據(jù)收集表:次數(shù)123平均值rrd2.列大頭針直徑d數(shù)據(jù)收集表:次數(shù)123平均值d若要估測(cè)金屬絲的直徑,是否必須要通過(guò)螺旋測(cè)微器來(lái)測(cè)量?如果不是

7、,請(qǐng)列舉另外一種方法。提示:不是。若只是估測(cè),我們可以將金屬絲在鉛筆上緊密纏繞n圈,每一圈之間不能有空隙,而且不能重疊。然后用刻度尺測(cè)出n圈的長(zhǎng)度,就可以估算金屬絲的直徑。 誤差分析 測(cè)量、操作不夠準(zhǔn)確造成偶然誤差1.游標(biāo)卡尺誤差分析:(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量前,沒(méi)有先檢查并校對(duì)零位。(2)測(cè)量時(shí),移動(dòng)游標(biāo)并使量爪與工件被測(cè)表面保持良好接觸,取得尺寸后沒(méi)有把螺釘旋緊后再讀數(shù),使得讀數(shù)不準(zhǔn)確。(3)游標(biāo)卡尺測(cè)量力太大會(huì)造成尺框傾斜,產(chǎn)生測(cè)量誤差;測(cè)量力太小,游標(biāo)卡尺與工件接觸不良,使測(cè)量尺寸不準(zhǔn)確。2.螺旋測(cè)微器誤差分析:(1)在使用螺旋測(cè)微器前沒(méi)有校對(duì)零位。(2)測(cè)量時(shí),沒(méi)有用到微調(diào)旋鈕,使測(cè)量結(jié)

8、果誤差較大。(3)讀數(shù)時(shí),沒(méi)有注意到固定刻度尺上表示半毫米的刻線是否已經(jīng)露出,導(dǎo)致讀數(shù)出錯(cuò)。本實(shí)驗(yàn)中,為了減小誤差,實(shí)驗(yàn)過(guò)程應(yīng)注意什么問(wèn)題?提示:(1)游標(biāo)卡尺使用的注意事項(xiàng):用游標(biāo)卡尺測(cè)量前,先檢查并校對(duì)零位。測(cè)量時(shí),移動(dòng)游標(biāo)并使量爪與工件被測(cè)表面保持良好接觸,取得尺寸后把螺釘旋緊后再讀數(shù)。游標(biāo)卡尺測(cè)量力要適當(dāng)。(2)螺旋測(cè)微器使用的注意事項(xiàng):在使用螺旋測(cè)微器前校對(duì)零位。測(cè)量時(shí),在測(cè)微螺桿快靠近被測(cè)物體時(shí)應(yīng)停止使用旋鈕,而改用微調(diào)旋鈕,避免產(chǎn)生過(guò)大的壓力,既可使測(cè)量結(jié)果精確,又能保護(hù)螺旋測(cè)微器。在讀數(shù)時(shí),要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻線是否已經(jīng)露出。讀數(shù)時(shí),千分位要有一位估讀數(shù)字,即使固定

9、刻度的零點(diǎn)正好與可動(dòng)刻度的某一刻線對(duì)齊,千分位上也應(yīng)讀取為“0”。實(shí)驗(yàn)研析創(chuàng)新學(xué)習(xí)類(lèi)型一教材原型實(shí)驗(yàn)角度1實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作【典例1】某同學(xué)用螺旋測(cè)微器測(cè)量某合金絲的直徑。(1)對(duì)照實(shí)物圖,以下操作正確的是()a.在把合金絲置于測(cè)砧與測(cè)微螺桿間之前,應(yīng)先旋松“b”部件,再旋松“c”部件b.在把合金絲置于測(cè)砧與測(cè)微螺桿間之前,應(yīng)先旋松“b”部件,再旋松“d”部件c.在把合金絲置于測(cè)砧與測(cè)微螺桿間之后,先旋緊“c”部件到一定程度,再旋緊“d”部件d.在把合金絲置于測(cè)砧與測(cè)微螺桿間之后,先旋緊“d”部件到一定程度,再旋緊“c”部件e.為了防止讀數(shù)時(shí)測(cè)微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),讀數(shù)前應(yīng)先旋緊“b”部件(2)在測(cè)

10、量過(guò)程中,此同學(xué)在合金絲的不同部位進(jìn)行了多次測(cè)量取平均值的目的是?！窘馕觥?1)選a、c、e。實(shí)物圖中b部件能起到固定測(cè)微螺桿的作用,平時(shí)能固定住測(cè)微螺桿,所以在使用螺旋測(cè)微器前,要先松開(kāi)“b”部件,再旋松粗調(diào)旋鈕“c”部件,故a正確,b錯(cuò)誤。在把合金絲置于測(cè)砧與測(cè)微螺桿間之后,先旋緊粗調(diào)旋鈕“c”部件到一定程度,再旋緊微調(diào)旋鈕“d”部件,故c正確,d錯(cuò)誤。為防止讀數(shù)時(shí)測(cè)微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),讀數(shù)前應(yīng)先旋緊止動(dòng)旋鈕b,故e正確。(2)選取不同的位置進(jìn)行多次測(cè)量取平均值的目的是減小實(shí)驗(yàn)的偶然誤差。答案:(1)a、c、e(2)減小實(shí)驗(yàn)的偶然誤差角度2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理【典例2】如圖甲、乙所示的游標(biāo)卡尺的讀數(shù)分

11、別為:mm、mm;使用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑,示數(shù)如圖丙所示,則金屬絲的直徑是mm?！窘馕觥考讏D中游標(biāo)尺長(zhǎng)9 mm,10等分,精確度為0.1 mm,游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為17 mm,游標(biāo)尺的第5個(gè)刻度與上邊的刻度對(duì)齊,讀數(shù)為0.15 mm=0.5 mm,所以最終讀數(shù)為17.5 mm;乙圖中游標(biāo)尺長(zhǎng)19 mm,20等分,精確度為0.05 mm,游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為23 mm,游標(biāo)尺第7個(gè)刻度與上邊的刻度對(duì)齊,讀數(shù)為0.057 mm=0.35 mm,所以最終讀數(shù)為23.35 mm;螺旋測(cè)微器的固定刻度示數(shù)是2 mm,可動(dòng)刻度示數(shù)為14.00.01 mm=0.140 mm,金屬絲直徑為2 mm+0

12、.140 mm=2.140 mm。答案:17.523.352.140游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則(1)10分度卡尺,讀數(shù)的末位可以是09中的數(shù)字;(2)20分度卡尺,讀數(shù)的末位只能是0或5;(3)50分度卡尺,讀數(shù)的末位可以是0、2、4、6、8中的數(shù)字。類(lèi)型二創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)【典例3】(1)有一種在工廠實(shí)際使用的游標(biāo)卡尺如圖(1)所示,它是普通游標(biāo)卡尺的變形。它把普通游標(biāo)卡尺兩個(gè)卡腳改成了斜的,兩個(gè)斜卡腳與主尺都成1265212 (圖中的dac=ebc=1265212,已知tan632606=2.000),其他部分未作改動(dòng),這種卡尺專(zhuān)門(mén)用來(lái)測(cè)量圓柱形或球形工件的外徑。兩個(gè)斜腳之間不放被測(cè)工件時(shí),游標(biāo)尺的“0”

13、刻線恰與主尺的“0”刻線對(duì)齊,兩個(gè)斜腳之間放上被測(cè)圓柱形或球形工件,使工件與主尺、兩斜腳都相切,即共有三個(gè)切點(diǎn),如圖(1)中的d、c、e。如圖(1)所示的被測(cè)圓形工件的直徑為mm。(2)如果用螺旋測(cè)微器測(cè)一圓形工件的讀數(shù)如圖(2)所示,讀數(shù)為mm?！窘馕觥?1)如圖所示,tan=tan632606=2.000,所以r=2d=ab。20分度游標(biāo)卡尺的示數(shù)ab為12.30 mm,所以被測(cè)圓形工件的直徑2r為24.60 mm。(2)螺旋測(cè)微器的固定刻度為4.5 mm,可動(dòng)刻度為0.0110.0 mm=0.100 mm,所以最終讀數(shù)為4.600 mm。答案:(1)24.60(2)4.600【創(chuàng)新評(píng)價(jià)】

14、創(chuàng)新角度創(chuàng)新方案實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新兩平行卡腳改成兩傾斜固定角度的卡腳實(shí)驗(yàn)測(cè)量的創(chuàng)新通過(guò)圓形工件同時(shí)與主尺和傾斜卡腳相切,間接測(cè)量直徑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新通過(guò)游標(biāo)卡尺的直接讀數(shù),改進(jìn)為通過(guò)相切的弦長(zhǎng)與角度的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算【創(chuàng)新探究】 (1)本典例的實(shí)驗(yàn)原理與教材實(shí)驗(yàn)的原理是否相同?若是,它們分別怎樣測(cè)量圓形工件的直徑?提示:相同。教材中直接用平行卡腳來(lái)測(cè)量圓形工件的直徑;本典例中通過(guò)圓形工件同時(shí)與主尺和傾斜卡腳相切,如圖所示,通過(guò)ab的長(zhǎng)度間接計(jì)算圓形工件的直徑。(2)本實(shí)驗(yàn)與教材實(shí)驗(yàn)相比,本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是什么?提示:用平行卡腳所測(cè)量的直徑不一定是圓形工件的直徑,很有可能有偏差。本實(shí)驗(yàn)中,圓形工件同時(shí)與主

15、尺和傾斜卡腳相切,所計(jì)算的直徑確實(shí)是圓形工件的直徑,使測(cè)量的數(shù)據(jù)誤差減小。課堂檢測(cè)素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.小華用如圖所示的游標(biāo)卡尺對(duì)金屬圓筒進(jìn)行測(cè)量,下列操作中正確的是()a.用內(nèi)測(cè)量爪cd測(cè)量圓筒的外徑b.用外測(cè)量爪ab測(cè)量圓筒的內(nèi)徑c.用深度尺ef測(cè)量圓筒的深度d.用內(nèi)測(cè)量爪cd測(cè)量圓筒壁的厚度【解析】選c。用內(nèi)測(cè)量爪cd測(cè)量圓筒的內(nèi)徑,故a錯(cuò)誤。用外測(cè)量爪ab測(cè)量圓筒的外徑,也可以測(cè)量圓筒壁的厚度,故b、d錯(cuò)誤;用深度尺ef測(cè)量圓筒的深度,故c正確。2.某同學(xué)分別用毫米刻度尺和游標(biāo)卡尺測(cè)定一金屬桿的長(zhǎng)度和直徑,示數(shù)如圖所示,則該金屬桿的長(zhǎng)度和直徑分別為cm和mm。【解析】刻度尺在讀數(shù)的時(shí)候要估讀一位

16、,所以金屬桿的長(zhǎng)度為60.10 cm。游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為:4 mm,游標(biāo)尺上第10個(gè)刻度和主尺上某一刻度對(duì)齊,所以游標(biāo)尺讀數(shù)為100.02 mm=0.20 mm,所以最終讀數(shù)為:4 mm+0.20 mm=4.20 mm。答案:60.104.203.(1)如圖1所示的螺旋測(cè)微器的讀數(shù)是mm。(2)如圖2所示是實(shí)驗(yàn)室使用的螺旋測(cè)微器,也叫千分尺,它是用來(lái)測(cè)量物體長(zhǎng)度的儀器,下列關(guān)于螺旋測(cè)微器的操作正確的是。a.測(cè)量時(shí),先順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕d,在螺桿f快要靠近被測(cè)物體時(shí),應(yīng)改用微調(diào)旋鈕h,直至棘輪發(fā)出咔咔聲時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)b.測(cè)量時(shí),先逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕d,在螺桿f快要靠近被測(cè)物體時(shí),應(yīng)改用微調(diào)旋鈕h,直至棘輪

17、發(fā)出咔咔聲時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)c.當(dāng)棘輪發(fā)出咔咔聲時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)旋鈕h,此時(shí)應(yīng)撥動(dòng)止動(dòng)旋鈕g,使測(cè)桿固定后才可讀數(shù)d.旋鈕d每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,就帶動(dòng)測(cè)微螺桿f前進(jìn)或后退0.1 mm【解析】(1)固定部分讀數(shù)為5.5 mm,轉(zhuǎn)動(dòng)部分讀數(shù)為35.00.01 mm=0.350 mm;故讀數(shù)為:(5.5+0.350) mm=5.850 mm。(2)選a、c。用螺旋測(cè)微器測(cè)物體的長(zhǎng)度時(shí),先順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)旋鈕d使測(cè)微螺桿f接近被測(cè)物體,再轉(zhuǎn)到微調(diào)旋鈕h,夾住被測(cè)物,直到棘輪發(fā)出聲音為止,撥動(dòng)止動(dòng)旋鈕g,使f固定后讀數(shù),故a、c正確,b錯(cuò)誤。旋鈕d每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,就帶動(dòng)測(cè)微螺桿f前進(jìn)或后退0.5 mm,故d錯(cuò)誤。答案:(1)5

18、.850(2)a、c【加固訓(xùn)練】用螺旋測(cè)微器測(cè)一合金棒的直徑時(shí),螺旋測(cè)微器上的示數(shù)如圖(a)所示,(a)的讀數(shù)是mm;用游標(biāo)卡尺測(cè)量合金棒的長(zhǎng)度時(shí),游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖(b)所示(圖中游標(biāo)尺上有20個(gè)等分刻度),(b)的讀數(shù)是cm?！窘馕觥?a)螺旋測(cè)微器的固定刻度為8.0 mm,可動(dòng)刻度為47.00.01 mm=0.470 mm,所以最終讀數(shù)為8.0 mm+0.470 mm=8.470 mm;(b)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為99 mm,游標(biāo)尺上第8個(gè)刻度和主尺上某一刻度對(duì)齊,所以游標(biāo)尺讀數(shù)為80.05 mm=0.40 mm,所以最終讀數(shù)為:99 mm+0.40 mm=99.40 mm=9.940 cm。答案:8.4709