邓毅
湖南省邵阳市第二中学 422000
摘要：高中物理是高中阶段理科课程中非常重要的一部分，其中物理实验课程在整体教学内容中也占有非常高的比重，做好实验课的教学，对于提升学生的物理学习效果有着重要的作用。游标卡尺是一个基础的物理测量工具，在高一物理教材中也有着一节专门的实验课《游标卡尺的使用》，这也是高考试题中的热点知识之一。游标卡尺本身在使用上有着一定的复杂度，如何更好地创新教学方式提高实验课的教学质量，让学生尽快的掌握游标卡尺的正确用法，是广大高中物理教师在高中物理教学中需要非常重视的一点。
关键词：高中物理；实验教学；游标卡尺
游标卡尺是一种精度较高的长度测量仪器，也是高中阶段物理实验最常用的基本测量工具之一，其与千分尺的操作、应用一直是高中物理考试中的重点和难点。与千分尺相比，游标卡尺更为复杂。千分尺只拥有0.01mm一个精度单位，而游标卡尺0.02mm,0.05mm和0.1mm三种精度等级，即使是同一精度的游标卡尺，其标度也有可能不同，这些特点都使得游标卡尺类别的考题得分率十分低下。为了能够让学生更好的掌握游标卡尺这一工具，教师应当有选择的列出教学重点，进行合理的实验教学。
一、首先为学生明晰游标卡尺的原理，使学生用拥有正确的概念
游标测微原理是游标卡尺的基础原理之一，常见的游标卡尺都是依照这个原理进行设计的。所谓游标测微，就是利用主尺的度量刻度与游标尺的度量刻度之间的差异进行累积，从而进行对比，判断读数。这个原理也广泛的应用在水银气压计，高度和深度尺、分光仪、经纬仪、微分天平等测量器材中。图一就是一个简单的游标卡尺示意图。在这个图中，上方的是游标尺，下方的为主尺，当游标卡尺的左右量角靠在一起后，主尺和游标尺的零刻线对齐，此时就代表被测量物体长度为0，将游标尺右移，则两尺的零刻线的间距代表着被测量物体的长度。我们可以看到根据图中标度，游标尺上的十个分格对应的是主尺的九个分格，也就是说，游标尺上的一个分格，其所代表的长度为主尺的十分之九。使用游标尺和主尺结合测量，可以将被测量对象的长度精确到主尺标度的十分之一的级别。举例来说，如果被测量对象的长度位于主尺的第五和第六分格之间，而将游标尺零刻线与被测量物的末端相接时，游标尺上的第七条刻线与主尺刻线对齐，则可以计算出被测量物超出五个主尺分格的部分长为0.7主尺格，所以被测量物的总长度就是5.7主尺格。这时候只要知道每一个主尺分格的长度，就可以很容易的得出被测量物的长度了。
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图1：游标卡尺示意
二、解释游标卡尺的制作意义，使学生了解游标卡尺不需要进行估读
对于测量仪器来说，有一个通用的读数规则：测量中的误差会出现在哪一位，进行测量时，测量读数就截止在那一位。对于游标卡尺来说，在制造时就已经确认制造公差大于游标卡尺本身的测量精度，因此在使用游标卡尺测量期间，对于读数没有必要进行估读，估读这一行为是没有意义的。而在实际的测量过程中，学生也会发现，事实上一旦游标卡尺本身的精度值比较高，在判断游标卡尺本身的读数时，分辨刻度线已经十分困难，需要进行多次对比和判断才可以进行最终的确认，在这样的情况下也没有办法进行对于测量值的估读。虽然在之后的高阶课程中，确实有涉及到游标卡尺估读的相应知识，但是对于高中阶段的物理教学来说，这些知识内容并没有被提及，因此教师可以对学生进行不予估读的明确要求，以免学生自行添加估读数据。在此环节要注意的是，如果使用了比较老旧的游标卡尺，则卡尺本身可能会存在误差，在测量中要用实际测量值=测量末读数-测量初读数来计算[1]。
三、透过现象看本质，帮助学生意识到游标卡尺的读数方法的不同
不同分度的游标卡尺在进行数据的读取时，所用的方式都是一样的。首先，要由主尺读取测量值中的整数部分，也就是油标尺的零刻线左侧的最近的一条主尺刻度，该刻度线就是整数部分的值。其次，读取小数部分。游标尺的与主尺的刻度线对齐的那条刻度线的数值与游标卡尺的精度相乘，就是测量值的小数部分。也就是说，实际测量值=主尺测量读数+游标尺对齐刻度精度。这里比较好的方法是“加法”读数和“减法”读数相结合，比如：图2由于遮挡，只能看到游标的后半部分，则图中游标卡尺的读数用“加法”读数为，用“减法”读数为，
图2
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要注意的是，由于游标卡尺还具有比较高的精度级别，在进行测量数据读取时，很容易数错刻度线。这时要灵活的借助于游标尺上的刻度上标注的数字，根据数字确定小数部分的第一位，然后通过计算确认第二位，确保读取数据的准确，也降低读取的难度[2]。
四、讲解游标卡尺的图示，使学生能够将实物游标卡尺与图示相对应
在实际的考试当中，学生经常会遇到游标卡尺的图示与实际的游标卡尺工具有所区别，导致读数失误的问题。比如有一种新式游标卡尺，游标卡尺的刻度与传统的旧式游标卡尺明显不同，新式游标卡尺的刻度线看起来很“稀疏”，使得读数时显得清晰明了，方便使用者正确地读取数据．通常游标卡尺的刻度有10分度，20分度，50分度三种规格，新式游标卡尺也有相应的三种，但游标尺刻度却是：19 mm等分成10份，39 mm等分成20份，99 mm等分成50份．如图3是用39 mm等分成20份的新式游标卡尺测量某一物体的厚度，测量时游标卡尺的示数如下图所示，其读数是多少呢？我们可以发现游标尺上每一分度的长度为，与主尺的两分度短0.05mm，故其精度是0.05mm，因此其厚度.
图3
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从本质上来说，不论是何种精度的游标卡尺，其读取测量数据的方法和技巧都是一样的，即首先明确游标卡尺精度，也就是主尺和游标尺的每一分格所代表的长度，其次，按照图示仔细确认对齐位置，读出主尺和游标尺上测量数据的整数部分和小数部分的刻度，并根据计算公式进行计算，将结果相加，得出最终测量数值。以下图4为例，这个图示中的游标卡尺就与常规游标卡尺以及游标卡尺实物有着一定的区别，但只要认真的观察图示，就可以发现图中的游标卡尺也是一个十分度的游标卡尺，他的主尺精度是0.5mm，游标尺的总长度则是4.5mm，所以可以计算得出精度是0.05mm，因此图中的测量值读数正确答案应为1.35mm。在答题时除了仔细观察图例进行分析，也一定要注意题目中涉及的计量单位，比如是厘米还是毫米，进行准确的换算，以免出现失误[3]。
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图4：图示示例
结束语：
综上所述，游标卡尺是高中物理实验教学中的一个重点内容，教师一定要从创新教学的角度引导学生明确概念和测量本质入手，笔者在教学过程中为了让学生更好的理解游标尺和主尺最小分度的微小差值的积累过程，特意用硬纸板自制了主尺和游标尺，通过移动让学生看到这种微小长度积累的变化，学生很快就弄懂了游标卡尺的原理，取得了不错的教学效果。
参考文献：
[1]魏琦. 以游标卡尺为例谈实验器材的教学思考[J]. 中学物理教学参考,2020,49(02).
[2]冯翔. 以专利申请带动高中物理学科学生创造力的培养[J]. 新课程评论,2020,(Z1).
[3]冯平. 新课改视野下的高中物理实验教学[J]. 新课程(中学),2019,(04).