遊標卡尺原理與讀數方法解析

遊標卡尺是高中物理教學大綱要求掌握的長度測量儀器之一；它的測微原理應用很廣，如實驗室用分光儀、雙縫幹涉實驗的測量等，工廠用的高度尺、深度尺，經緯儀上使用角度遊標、微分天平的讀數等也使用遊標刻度來讀取微小的值。並且在近幾年的高考中多次進行了考查，得分並不理想。同時在部分資料上出現了遊標卡尺的反讀試題，讓沒有真正掌握遊標卡尺的原理的學生感到難以下手，因此結合個人在教學中的實踐，整理總結出遊標卡尺的兩種讀數方法，以饗讀者。

一、 遊標卡尺的工作原理：

⑴遊標卡尺的構造： 主要由主尺和一條可以沿主尺滑動的遊標尺組成，具體結構可參考新課標物理選修3-1教材附錄：遊標卡尺（P104頁）

⑵測量原理：遊標卡尺的主尺的最小刻度為1mm，遊標尺的最小刻度由精確度來確定。

以10分度卡尺為例：

10分度遊標卡尺：遊標尺上共有10個等分刻度，全長為9mm，也就是每個刻度為0.9mm，比主尺上刻度小0.1mm。其遊標尺上10格只相當於主尺上9格，由此，當遊標上某一刻度與主尺上某一刻度相對齊時，則表明遊標尺上第一刻度(即零刻度)與主尺上相鄰前一刻度相距為遊標尺對齊刻度讀數乘以0.1mm，則很容易得出遊標卡尺的讀數規律為：

遊標卡尺讀數=主尺刻度讀數+遊標尺對齊刻度讀數×精確度

（3）遊標卡尺分類，常用有10分度、20分度和50分度三種，其工作原理是相同的， 但精確度不同，10分度精確度為0.1mm，20分度精確度0.05 mm，50分度精確度0.02 mm，每種卡尺的精確度就是其分度值的倒數。

一、 遊標卡尺讀數方法

遊標卡尺讀數=主尺刻度讀數（整mm）+遊標尺對齊刻度格數×精確度（mm以下）

或：遊標卡尺讀數=主尺刻度讀數（整mm）+遊標尺對齊刻度格數/分度值（mm以下）

[注意]

1、遊標卡尺不用估讀，其讀數的有效位與精確度相同。

2、讀數時要注意遊標卡尺的類型（即分度值）。

具體讀數技巧如下：

1） 「數格法」：像上述讀數公式一樣，主尺讀數取遊標尺零刻度前相鄰的整的毫米數，遊標尺讀數取遊標尺上與主尺對齊的刻度的格數（即數遊標尺上第幾格與主尺某刻度對齊），然後代入上述讀數公式計算可得所測物體的尺寸。用公式表示如下：

主尺讀數若取5mm則遊標尺讀數只能取0；主尺讀數若取4mm，則遊標尺讀數應取10。

為了方便，取遊標尺的零刻度對齊讀數，但要注意在此小數點後面的零是有意義的，不可不寫。上述規律對20分度和50分度同樣適用。

2） 「直接讀數法」。主尺讀數方法不變，主要看遊標尺，特別適用於20分度和50分度的卡尺。

如圖50分度卡尺，它遊標尺上的數字1就是第5格，對應的讀數應為5×0.02mm=0.1mm，同理2對應就是0.2mm，依次類推；而每兩個數字之間相當於十等分，共分五小格，而每一小格相當於二個等分，（即如下圖0.4mm~0.5mm之間，有十等分，每一小格相當於0.02mm），然後讀數時直接從刻度

上直接讀出，所以遊標尺讀數為0.42mm。則測量物體尺寸為：9+0.42=9.42mm。

這樣，我們在讀50分度（或20分度）遊標尺的讀數時不用再數格數，直接從數字上讀出遊尺的讀數。

二、求主尺與遊標尺相對齊的刻度的「反讀法」

如下試題，如用10分度遊標卡尺測得某物體長為3.6mm，則主尺上的第 刻度與遊標尺上的第 刻度相對齊。

我們從測量原理的介紹可知，主尺讀數與遊標尺零刻度相距正好是遊標尺刻度×精確度，而遊標尺上每一小格正好比主尺上每一小格相差為其精確度，由此將公式反轉推出，對齊的主尺刻度=讀數整數+讀數小數除以其精確度(單位mm)。如上例，讀數為3.6mm則主尺對齊刻度應為3+0.6/0.1=9，即主尺上第9mm刻度與遊標對齊；同理，遊標上對齊的刻度為讀數小數除以精確度即0.6/0.1=6，即遊標上第6個刻度與主尺對齊。

由此我們推出：(注意單位取mm)

主尺對齊刻度=遊標卡尺讀數的整數部分+讀數的小數部分/精確度

遊標尺對齊刻度=讀數的小數部分/精確度

此公式同樣適用於20分度和50分度的遊標卡尺。

綜上所述，我們可以看到，遊標卡尺的讀數和常規測量工具基本類似，只要掌握了遊標卡尺的原理，不管什麼樣的命題都會迎刃而解，所以在學習中要注重觀察，注重實驗，從中挖掘技巧方法。