§ 3. Практическая работа «Измерительные приборы. Проведение измерений»

Определения и обозначения

Измерительный прибор — устройство для определения числового значения физической величины. Например, линейкой измеряют длину, а термометром — температуру. Прибор выбирают в соответствии с тем, что нужно измерить, иначе получить правильный результат невозможно.

Шкала прибора — нанесённые на прибор штрихи, отметки и числа. По положению указателя или границы измеряемого объекта относительно этих отметок находят показание. Чем понятнее расположены деления, тем легче выполнить отсчёт.

Цена деления шкалы — значение величины между двумя соседними штрихами. Чтобы её определить, находят разность значений двух подписанных штрихов и делят её на число промежутков между ними. Цена деления показывает, насколько изменяется результат при переходе от одного штриха к следующему.

Предел измерения — наибольшее значение, которое можно измерить данным прибором. Оно обычно соответствует последней отметке шкалы. Результат нельзя получать за пределами шкалы, потому что прибор не рассчитан на такие значения и его показание будет ненадёжным.

Как это устроено

Измерение начинают с выбора подходящего прибора. Его шкала должна охватывать ожидаемое значение, иначе предмет или показание не поместятся в доступном диапазоне. Цена деления тоже важна: крупные деления дают быстрый, но менее точный отсчёт, а мелкие позволяют заметить небольшие различия.

Перед измерением выясняют единицы, пределы и цену деления шкалы. Это нужно, чтобы не перепутать, например, сантиметры с миллиметрами и не превысить возможности прибора. Также проверяют начало отсчёта: первая отметка не всегда имеет значение 0.

Показание шкального прибора находят по положению указателя, концу отрезка или границе жидкости. Сначала определяют ближайшее подписанное значение, затем считают промежутки до нужного штриха и умножают их число на цену деления. Если объект находится между штрихами, записывают значение, которое соответствует его положению с учётом точности шкалы.

Шкалу рассматривают прямо, без наклона головы в сторону. При взгляде под углом штрих и указатель кажутся расположенными на разных местах, поэтому возникает ошибка параллакса. При измерении длины начало шкалы совмещают с краем предмета, а если это невозможно, измеряют координаты обоих краёв.

Результат записывают числом и единицей измерения: например, 18 см или 42 с. Число знаков в записи связано с ценой деления, потому что прибор не позволяет достоверно указать больше точности, чем есть на его шкале. При повторных измерениях результаты сравнивают и обращают внимание на их возможный разброс.

Измерительные приборы и правила работы с ними

Таблицу используют как памятку перед началом работы: сначала находят нужную физическую величину, затем проверяют диапазон и цену деления. Указанные пределы и цены могут отличаться у разных моделей, поэтому всегда смотрят именно на шкалу своего прибора. Последний столбец подсказывает, на что обратить внимание при отсчёте.

Разбор задач

Измерение длины карандаша

Условие: карандаш лежит на линейке так, что его левый край находится у отметки 3,2 см, а правый — у отметки 13,7 см. Требуется найти длину карандаша. Начинать отсчёт от нулевой отметки в такой ситуации нельзя, потому что предмет расположен не у начала шкалы.

1. Записываем координаты концов: x₁ = 3,2 см и x₂ = 13,7 см.
2. Вычитаем координату левого края из координаты правого: l = x₂ − x₁ = 13,7 − 3,2 см.
3. Проверяем единицу и точность: обе координаты измерены в сантиметрах с одинаковым числом знаков.

Ответ: длина карандаша равна 10,5 см.

Объём воды в мензурке

Условие: на мензурке отметки 40 мл и 60 мл разделены десятью равными промежутками. Уровень воды находится на третьем штрихе после 40 мл. Нужно определить объём жидкости. Сначала вычисляем цену деления, а затем отсчитываем положение уровня.

1. Находим разность подписанных значений: 60 − 40 = 20 мл.
2. Делим её на число промежутков: 20 : 10 = 2 мл, значит, цена деления равна 2 мл.
3. От отметки 40 мл прибавляем три деления: V = 40 + 3 · 2 = 46 мл.
4. Считываем уровень, глядя прямо на шкалу, чтобы не принять наклон жидкости за другой штрих.

Ответ: объём воды равен 46 мл.

Повторное измерение времени

Условие: один процесс измерили секундомером три раза и получили 12,4 с, 12,7 с и 12,5 с. Цена деления прибора равна 0,1 с. Нужно правильно сравнить результаты и оценить разброс. Небольшое различие возможно из-за неодинаковой реакции человека при запуске и остановке.

1. Проверяем записи: все результаты имеют единицу секунды и одну и ту же точность — до десятых.
2. Находим разность между наибольшим и наименьшим значениями: 12,7 − 12,4 = 0,3 с.
3. Сравниваем разброс с ценой деления: 0,3 с равны трём делениям шкалы.
4. Делаем вывод: измерения близки, но запуск и остановку нужно выполнять одинаково, чтобы уменьшить разброс.

Ответ: результаты отличаются в пределах 0,3 с; запись согласуется с ценой деления 0,1 с.

Типичные ошибки

Цена деления не равна числу у ближайшего штриха. Так ошибаются, потому что принимают подписанное значение за величину одного промежутка. Проверьте себя: возьмите два подписанных штриха, найдите их разность и разделите её на число промежутков.

Нельзя считывать показание, глядя на шкалу сбоку. Из-за такого положения указатель или уровень жидкости кажутся смещёнными, и результат получается неверным. Проверьте себя, переместив взгляд прямо напротив нужной отметки.

Иногда длину начинают отсчитывать от нуля, хотя предмет приложен к другой отметке. Ошибка появляется потому, что забывают: шкала показывает координаты концов, а не сразу длину предмета. Проверьте себя вычислением l = x₂ − x₁.

Результат без единицы или с лишними знаками записывать нельзя. Число без единицы не сообщает, что измерено, а чрезмерная точность не подтверждается шкалой. Проверьте запись по делениям прибора и добавьте нужную единицу.

Связь с другими темами

До практической работы нужно знать единицы длины, объёма, температуры и времени. Полезно уметь переводить величины в согласованные единицы, например сантиметры в метры или миллилитры в литры. Это помогает сравнивать результаты и правильно подставлять их в формулы.

Навыки измерения понадобятся при изучении массы, плотности, силы и других физических величин. В лабораторных работах важно не только получить число, но и выбрать прибор, оценить точность и правильно оформить результат. Поэтому правила отсчёта становятся основой дальнейшего практического изучения физики.

Что запомнить

• Прибор выбирают по измеряемой величине и ожидаемому диапазону значений.
• Цена деления показывает, на сколько меняется показание между соседними штрихами.
• Предел измерения — наибольшее значение на шкале прибора.
• Считывать показание нужно, глядя прямо на шкалу.
• Если отсчёт начинается не с нуля, начальное показание учитывают при вычислении результата.
• Результат измерения записывают вместе с единицей измерения.