测量工具的识别

初中物理中测量工具

物理学是一门实验科学，实验离不开测量，而测量需要测量工具，所以学会测量工具的使用是学习物理的开始，是打开物理学之门的钥匙.初步了解和掌握一些基本测量工具的测量原理和测量方法，对初中学生而言不仅是必要的，而且也是重要的.本文专门谈谈初中范围内所涉及到的要求测量的物理量及其所对应测 量工具的三个特征.

一、初中物理中要求直接测量的物理量及对应的测量工具

在华东版初中物理教材范围内，对物理量的测量可分为三类：第一类是用初中学生所学过并掌握的测量工具无法直接测，但可用物理公式计算出的物理量，这一类属于间接测量量.如电阻Ｒ必须在直接测出电流Ｉ和电压Ｕ后用Ｒ＝Ｕ／Ｉ算出，属于这一类的物理量还有压强、密度、电功率、速度等.第二类是用初中学生所学过的测量工具可直接测量但学生实验及作业中均未出现过的，如液体密度的测量和大气压的测量.第三类是能直接测量，并要求学生掌握的，属于要求直接测量量.这一类是本文要主要讨论的.将这类物理量及对应的测量工具列表如下：

被测

测量

工具 长度 刻度 尺 体积 Ｖ 量筒、量杯 质量 ｍ 天平 时间 ｔ 秒表 温度 ｔ 温度

计 电流 Ｉ 电流 表 电压 Ｕ 电压 表 电功 Ｗ 电能 表 力 Ｆ 测力 计 物理量 Ｌ

二、测量工具的三个特征

不管使用哪一种测量工具测量都必须首先弄清该工具的三个特征，否则必然导致测量错误 .测量工具的三个特征分别是：零刻度线、最小分度值和量程.

1零刻度线

（1）零刻度线的位置

图1

零刻度线是读取测量数据的起点，是基准点.在不同测量工具上的零刻度线的位置往往不同.如图1、图2所示，刻度尺和天平横梁标尺上的零刻度线均在左端；量筒和量杯的零刻度线在其最下端；弹簧称上的零刻度线在称的上端；对于以摄氏度为单位的温度计，零刻度线往往在温度计的中下部.因此读数要细心，当温度计内的水银面在零刻度线上方，读数时应从零刻度开始往上读且读数为正；若温度计内

图2

的水银面在零刻度线下方，读数时应从零刻度线开始往下读且读数为负.如图2（ａ）所示， 图示数为8℃，图2（ｂ）所示数为－8℃而不是12℃.如图3所示电流表和电压表的零刻度线在表盘中间偏左处；灵敏电流计的零刻度线在表盘正中处；秒表的零刻度线，在表盘上方正中处.

（2）零刻度线也是校零线

①什么叫校零

有些测量工具是靠指针指示的刻度来读被测量值的.如弹簧称、电流表、电压表、秒表的读数和天平横梁标尺上游码的读数.在未测量时，这些仪器的指针理应指在零刻度线上，但是由于各种原因，往

图3

往出现未测量时指针已指在其他刻度线上的现象，这时就要人为地移动指针的位置使之对准零刻度线，这一过程叫校零.

②校零的方法

电流表、电压表的校零方法是旋转表盘上的专用螺丝，这种方法叫机械调零.学生用弹簧称可用手直接或上或下地移动指针的位置来校零.天平横梁标尺的校零是先将游码移到零刻度线上，然后调节横梁两端的平衡螺母使横梁平衡.

（3）零刻度线的自行定义

有些测量工具上的零刻度线在需要重新定义时，可自行定义.如刻度尺长期使用若造成零刻度线处磨损，刻度线模糊不清时，可在刻度清楚的地方自选一条刻度线为零刻度线，后面刻度线上的数字依次类推为1、2、3„„等等.

需要指出的是，天平横梁标尺上零线的重新定义的方法是将游码移到重新定义的零刻度线上后，要调整横梁两端的平衡螺母使天平平衡，到此才完成零刻度线的重新定义.需要说明的是，并不是所有测量工具上的零线都能自行定义.如以摄氏温度为单位的温度计零刻度规定为“标准状态下纯净的冰水混合物的温度”，因而不能再重新定义零刻度.量筒和量杯是以底部内表面为零刻度线，因而也不能重新定义.初中阶段要求掌握的测量工具，除上面两种外，其余均可自行定义新的零刻度线.

2最小分度值

（1）什么是最小分度值

测量工具上的刻度线从长度上看有长短之分，两条相邻长线间的间隔叫一大格，长线上所标数字表明一大格表示多大的物理量.两条相邻短线间的间隔叫一小格，最小分度值指的就是每一小格表示多大的物理量.如图2中的弹簧称一大格表示1牛，一小格表示0.2牛，此弹簧称的最小分度值为0.2牛.

（2）最小分度值的确定

确定测量工具上最小分度值的方法是根据大格上所标的数字及单位，先读出一大格表示的 物理量的大小，然后仔细数一数一大格分成了多少个小格，将一大格表示的物理量除以小格 数，便是该测量工具的最小分度值.

如图3所示的电流表，当选用0～0.6安量程时，看表盘下面的一排数字，一大格表示0.2安，而一大格被分成10小格，将0.2安除以10，那么最小分度值是0.02安.

要注意在双量程电流表和电压表中，同一小格在电表的不同量程中表示的最小分度值不同 .如上述电流表使用0～0.6安量程时，一小格表示0.02安，若改用0～3安量程时，同一小格却表示0.1安.

（3）最小分度值的作用

①用于正确的读数

读被测量时，只要从零刻度开始数该测量工具上所用的小格数，再乘以此仪器的最小分度值，然后再加上估读的一位估计值便是该量的测量数据.由此可见，若最小分度值确定错了，则导致读数错误. ②表示测量工具的准确程度

最小分度值越小的测量工具，其准确程度越高.因为测量数据中的准确值是由工具的最小分度值决定的.如最小分度值为1厘米的刻度尺，只能准确读出多少个厘米，小于1厘米的长度部分只有靠估计，因为此刻度尺上没有小于1厘米的刻度.同理若用最小分度值为1毫米的刻度尺便能准确到1毫米，因而比厘米刻度尺准确程度高.若用千分尺则能读准1／100毫米，准确程度更高.

（4）最小分度值不是物理单位

不能把最小分度值简单理解为物理单位，最小分度值指测量工具上的一小格表示多大的物理量，如图2中的量筒最小分度值为2毫升，而不是毫升.

3量程

（1）什么是量程

测量工具的量程指使用工具时在一次读出被测量的条件下所能测量的范围.如用一米长的米尺，一次就能读出的被测量的长度不超过1米.超过1米的长度用此尺也能测出，但是不能一次读出.由此可见，测量工具上的量程，实际上就是该工具的最小刻度值到最大刻度值的范围.如米尺最小刻度值是零，最大刻度值是1米，那么量程就是0～1米.体温计的最小刻度值是35℃，最大刻度值是42℃，那么量程就是35～42℃.电压表表盘上的上面一排数字最小刻度值是0伏，最大刻度是15伏，那么量程是0～15伏.而下面一排数字量程为0～3伏.

（2）有关量程的说明

①有些测量工具要求被测量绝对不能超过量程，否则轻者是测不出来，重者造成仪器的损坏.如体温计的量程是35～42℃，若用该体温计测低于35℃的温度会测不出，测超过42℃的温度体温计中的液体有可能把体温计胀破，电流表、电压表若超量程使用会使电表指针被打弯或烧坏电表，如果弹簧称超量程使用，可能会造成弹簧不能恢复原状.

②并不是所有超量程的量都测不出.如果被测量能分解测量时，超量程的量仍可测.如果量程为0～50毫升的量筒测一桶水的体积，可用该量筒一筒筒的将一桶水分解测量，最后把每次测量数据加在一起便是这桶水的体积.

③并不是所有在量程内的量都能测量，若被测量小于测量工具的最小分度值就测不出.这样的量虽然在测量工具的量程内，但不能用此工具测量.如最小分度值为1毫米、量程为0～20厘米的刻度尺，用来测一张纸的厚度，未超量程，但一般的方法不能测.因为一张纸的厚度是微米级的，而此刻度尺没有微米刻度，所以，读数时无准确值.故不能测.

有些小于测量工具最小分度值的量，采用特殊方法也可测量.如上例测一张纸的厚度，若采用“累积法”就能测量，方法是将ｎ张相同的纸叠放在一起测总厚度，然后将总厚度除以ｎ，便得一张纸的厚度. 凡能被分解的量都能采用“累积法”测量，不能被分解的量不能用此法测量.

（3）选择量程的原则

一般说来，同一类型的测量工具，量程小的最小分度值也小.如图3所示的双量程电流表，小量程的最小分度值为0.02安，而较大量程的最小分度值为0.1安.最小分度值决定读数的准确程度，故在被测量不超量程的前提下，选择量程的原则是“宜小不宜大”，即为提高测量的精确度，能选小量程来测量的量，绝不选大量程测.如测约0.4安的电流，该电流虽然均在双量程电表的两个量程内，但应选0～0.6安的小量程来测量.