师:同学们,今天我们来学习高中物理必修3第三章第三节测量金属丝的电阻率第一课时。如何测量金属丝的电阻率呢?电阻率没有直接测量工具,我们只能通过公式间接测量。有同学可能想到前面学过的电阻定律,将电阻定律$R = \rho\frac{l}{S}$进行变形,就能得到电阻率的表达式$\rho = \frac{RS}{l}$ 。如果能测出金属丝的电阻、横截面积和长度,代入公式就可求出金属丝的电阻率。

  金属丝的长度我们可以用毫米刻度尺测量,金属丝电阻的测量是下节课内容,那金属丝的横截面积要如何测量呢?有同学想到,测出金属丝的直径$d$,然后根据$S = \pi(\frac{d}{2})^2$就能求出横截面积。那又如何测出金属丝的直径呢?有同学想到,可以把金属丝缠绕在铅笔上,紧密缠绕10圈,测出总宽度,除以10就得到金属丝的直径。那有没有直接测量金属丝直径的方法呢?这就是我们这节课要学习的——长度的测量工具。

  首先介绍螺旋测微器,它是一种比较精密的测量长度的仪器。我们来看螺旋测微器的结构,它由框架、小针固定、刻度锁紧装置、测微螺杆、可调刻度、粗调旋钮、微调旋钮共同组成。那螺旋测微器的原理是什么呢?看这幅图,红色部分连接在一起,与固定刻度相连;蓝色部分也连在一起,与可动刻度相连。当把被测物体放在小针和测微螺杆之间,固定刻度和可动刻度就共同显示待测物体的长度。这里红色部分的固定刻度相当于螺母,蓝色部分的可动刻度相当于螺杆。当螺杆在螺母中旋转一周,螺杆便沿轴线方向前进或后退一个螺距的距离,沿轴线方向移动的微小距离就能用圆周上的读数表示出来。所以螺旋测微器的原理实际上是螺旋放大原理,就好比在盘山公路上行驶,沿盘山路走上一圈,就在竖直高度上升了一个距离。

  螺旋测微器精密螺纹的螺距是0.5毫米,可调刻度有50个等分刻度。可调刻度旋转一周,测微螺杆前进或后退0.5毫米,所以旋转每个小分度相当于测微螺杆前进或后退$0.5÷50 = 0.01$毫米。可见可调刻度每一个小分度显示的就是0.01毫米,因此螺旋测微器可精确到0.01毫米。由于还能再估读一位,所以可以读到毫米的千分位,所以螺旋测微器也叫千分尺。下面学习螺旋测微器的读数。

  我们先认识固定刻度和可调刻度。下方有数字的是固定刻度的整刻度线,上方没有数字的是固定刻度的半刻度线,要注意,整刻度线有时会在固定刻度上方。右边是可调刻度,50等分主尺上的0.5毫米,每等分就是0.01毫米。因此螺旋测微器的测量值$d$等于固定刻度读数,一般读毫米数,加上可调刻度读数乘以精确度0.01毫米。

  下面一起来读这个读数。可以看到固定刻度的整刻度线1露出了,半刻度线也露出了,所以固定刻度读数就是2.5毫米。再看可调刻度读数,应该是46.0,注意要估读一位,所以这个读数就是$d = 2.5$毫米 + $46.0×0.01$毫米 = 2.960毫米,大家学会了吗?接下来练习一下,看书本上这个图,来读读数。可以发现整刻度线1没露出来,半刻度线露出来了,所以固定刻度读数是0.5毫米。可动刻度读数是多少呢?可动刻度25对齐了中线,但要估读一位,所以是25.0,加起来就是0.5毫米 + $25.0×0.01$毫米 = 0.750毫米,大家读对了吗?接下来说说螺旋测微器读数的注意事项。

  第一,读数时要注意固定刻度上的半毫米刻度线是否露出;第二,可动刻度上的读数要估读一位;第三,最后读数,如果以毫米为单位,应该到小数点后三位数,所以螺旋测微器又叫千分尺。接下来说说使用方法及注意事项,看这个操作图。使用螺旋测微器前,应先检查零点,左手拿住尺架,右手移动粗测旋钮。当测微螺杆接近小砧时,缓慢转动微调旋钮,使测微螺杆和小砧接触至棘轮发出咔咔声为止。此时可动刻度上的0刻度线应和固定刻度上的中间线对齐,否则就有零点误差,读数后需进行修正,看这幅图,就是调0准确的图。测量时,还是左手拿尺架,右手先转动粗测旋钮,后转动微调旋钮,直至棘轮发出咔咔声,随即拨动止动旋钮,使测微螺杆固定,然后读数。测量时,测微螺杆快接近被测物体时,应改用微调旋钮,这样既能使测量结果精准,又可避免产生过大压力使螺旋测微器受损。

  第二个要介绍的是游标卡尺的结构,如图所示。它由外测量爪,可用来测量待测工件外径;内侧两爪,可测量待测工件内径;深度尺,可测量待测工件深度;以及主尺、游标尺、紧固螺钉共同构成。当把游标卡尺打开,会发现游标尺跟主尺移开一个距离时,深度尺同时伸出,此时内测量爪和外测量爪也同时张开。那内测量爪、外测量爪和深度尺之间的距离有什么关系呢?不难发现,游标卡尺的内测量爪、外测量爪和深度尺的长度一样,都等于游标尺的0刻度线和主尺的0刻度线之间的间距。下面以10分度的游标卡尺为例,讲讲游标卡尺的读数原理。

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《物理 选择性必修3 第3章 第三节 测量金属丝的电阻率第1课时 逐字稿-3,864字 第5版》.docx
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