【物理进阶】游标卡尺与螺旋测微器：初中到高中物理长度测量技能的关键转换

初中层面，测量长度的工具是刻度尺。刻度尺的用途是直接测量长度（包括宽度、间距、厚度、高度、直径和半径等）。

刻度尺的测量精度是由刻度尺的最小分度（最小分度是指相邻两刻度线间的长度值)决定的。对一个毫米刻度尺来说，它的最小分度是1mm，所以用毫米刻度尺测量长度时，我们只能准确地读到毫米，毫米以下的数据是我们目测估读的。

当测量的精确程度要求较高时，可用游标卡尺（精确程度可达到0.02mm）或螺旋测微器（也叫千分尺，精确程度可达到0.01mm)，这就是高中阶段要学习的长度测量工具。

1.游标卡尺

（1）用途：一般用来测量物体的厚度、长度、深度、外径、内径。

（2）构造：如图所示是游标卡尺的示意图。1是主尺；2是游标，它是套在主尺上的一个可移动的部件；3是外测量爪，用来测量宽度、厚度或外径；4是内测量爪，用来测量槽的宽度或内径；5是可随游标一起移动的测深尺，用来测量槽或孔的深度；6是固定主尺和游标的锁紧螺钉。

（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1mm。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：

以下图为例，主尺的最小分度是1mm。

游标上10个等分刻度的总长为9mm，所以游标的最小分度为0.9mm。也就是说，游标上每格的长度比主尺每格的长度少0.1mm。当游标的第零条刻度线和主尺0刻度线对齐时，游标的最后一条刻度线和主尺上9mm的刻度线对齐，其他刻度线都与主尺上的刻度线不对齐。游标第一条刻度线与主尺上1mm刻度线相差0.1mm，第二条刻度线与主尺上2mm刻度线相差0.2mm…依次类推。

现在我们将游标向右移动0.1mm，如下图所示，你发现了什么？

游标上的第一条刻度线与主尺1mm刻度线对齐了，这时第零条刻度线与主尺0刻度线相差0.1mm。

让我们再将游标向右移动0.1mm，如下图所示，你会得出什么结论呢？

结论是：游标上的第二条刻度线与主尺2mm刻度线对齐了，这时第零条刻度线与主尺0刻度线相差0.2mm。

现在请你对上述两段分析作个小结，然后再与下面的结论加以对比。

结论：如下图所示，假若游标上的第六条刻度线与主尺上的某一刻度线对齐，则说明游标上的第零条刻度线与主尺上其左侧相邻最近的刻度线相差6×0.1mm=0.6mm。

（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。

例：如下图所示，主尺上读出的整毫米数是13（读到游标尺上的零刻度线为止），游标尺上第2格与主尺上某一刻度线对齐，所以读数的结果为(13+2×0.1)mm=13.2mm。

2.螺旋测微器（千分尺)

（1）用途：用于精度要求更高的长度测量，用它测量的准确程度可以达到0.01m。常用来测量细金属丝的直径，薄板的厚度等。

（2）构造：如上图所示，螺旋测微器由固定部分和可动部分组成。固定部分：弓架F、固定卡脚A、固定刻度S。可动部分：活动卡脚B和可动刻度K(它们连在一起并通过螺纹套在S上)、K'为保护旋钮。L是止动旋钮，用来控制可动刻度K。

（3）测量原理：螺旋测微器固定刻度S的最小分度是毫米(mm)，在最小分度的上方有一组半毫米的刻度线。将螺旋测微器的可动刻度K转动一周时，可动刻度K在固定刻度S上沿轴线方向移动（前进或后退）0.5mm(即可动刻度K在固定刻度S上移动了一个螺距)。

可动刻度K分成50个均匀的分度格。这样可动刻度K转动一个分度格，活动卡脚就在固定刻度S上移动了0.01mm(0.5mm的1/50)。所以螺旋测微器测量的准确程度可以达到0.01mm。

（4）操作与读数：

操作：测量前要校对零点：右旋可动刻度K使A、B靠近，当A、B接近时改用保护旋钮K'，当听到“哒哒”的响声后停止微调。看此时可动刻度的零刻度线与固定刻度S的零刻度线是否在S的轴向线处对齐。如果不对齐就要修正误差。

测量时先左旋可动刻度K，使A、B间距大于被测物体的长度，将被测物体置于A、B之间。再右旋可动刻度K使A、B靠近，当A、B接近被测物体时，改用保护旋钮K'，当听到“哒哒”的响声后停止微调。

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)。

例如下图中，固定刻度示数为5.5mm(半毫米刻度线已露出)，而从可动刻度上读的示数为17.4，最后的读数为：5.5mm+17.4×0.01mm=5.674mm。

测量结果由准确值和估测值组成，数据记录到0.001mm位，因此螺旋测微器又称为千分尺。

练一练

1.如图所示为用游标卡尺测量某一物体长度时，主尺和游标刻度的部分放大示意图，被测物体长为      mm。

2.如图所示是千分尺测某圆柱体直径时刻度的部分放大示意图，该圆柱体直径为      mm。

3.有一根横截面为正方形的薄壁管（如图1所示），用游标为20分度的游标卡尺测量其外部的边长l的情况如图2所示；用螺旋测微器测得其壁厚d的情况如图3所示。则此管外部边长的测量值为l=      cm；管壁厚度的测量值为d=      mm。

答案：1.34.6；2.6.755；3.2.230~2.240   1.037~1.039