"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
Измерительный прибор помогает сравнить физическую величину с принятой единицей и получить её числовое значение. Линейка измеряет длину, мензурка — объём, термометр — температуру, а весы — массу. У каждого прибора есть шкала, цена деления и предел измерения. Чтобы результат был надёжным, нужно правильно выбрать прибор, определить цену деления и расположить глаз напротив указателя или уровня жидкости.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Измерительный прибор — устройство для измерения физической величины. Например, линейкой измеряют длину, термометром — температуру, а весами — массу. Это понятие нужно, чтобы отличать приборы по тому, какую именно величину они показывают.
Шкала прибора — нанесённые на прибор деления и числовые значения, по которым считывают результат. По шкале можно определить положение указателя или уровень жидкости. Она связывает видимое положение отметки с числом и единицей измерения.
Цена деления — значение разности между соседними подписанными делениями шкалы, делённое на число промежутков между ними. Она показывает, чему соответствует один маленький промежуток шкалы. Зная цену деления, можно прочитать и неподписанные отметки.
Предел измерения — наибольшее значение величины, которое можно измерить данным прибором. Например, линейка до 20 см не подходит для прямого измерения предмета длиной 30 см. Предел помогает выбрать прибор, который не выйдет за границы шкалы.
Для каждой физической величины используют свой прибор, потому что разные величины сравнивают с разными единицами и измеряют разными способами. Линейка имеет деления длины, а термометр реагирует на изменение температуры. Поэтому прибор должен соответствовать величине: весами нельзя измерить время, а секундомером — объём жидкости.
Шкала состоит из отметок и промежутков между ними. Числовая отметка — это нанесённое значение, например 10 см, а деление обычно называют самим промежутком между соседними отметками. Различие нужно для того, чтобы не перепутать число на шкале с расстоянием между рисками.
Цену деления находят по двум соседним подписанным значениям, между которыми могут быть маленькие неподписанные риски. Сначала из большего значения вычитают меньшее, затем считают число равных промежутков и делят разность на это число. Например, между 50 мл и 100 мл десять промежутков: (100 − 50) : 10 = 5 мл.
Показание считывают по указателю прибора, верхнему краю стрелки или уровню жидкости. Глаз располагают прямо напротив указателя, потому что при взгляде сбоку его положение кажется смещённым: это ошибка параллакса. В мензурке глаз также держат на уровне жидкости, а отсчёт обычно ведут по нижней части мениска.
Прибор выбирают сразу по двум свойствам: пределу измерения и цене деления. Предел должен быть не меньше предполагаемого значения, иначе измеряемая величина выйдет за шкалу. Цена деления должна быть достаточно маленькой, чтобы различать нужные изменения, но чрезмерно чувствительный прибор не всегда удобен и может иметь слишком малый предел.
В таблице собраны основные характеристики распространённых школьных приборов. Предел и цена деления зависят от конкретной модели, поэтому перед работой их нужно проверить на шкале. Способ считывания показывает, что именно наблюдают: конец предмета, стрелку, цифры или уровень жидкости.
| Прибор | Измеряемая величина | Единица измерения | Предел измерения | Цена деления | Способ считывания показания |
|---|---|---|---|---|---|
| Линейка | Длина | см, мм | 20 см | 1 мм | По отметкам у концов предмета |
| Мензурка | Объём | мл, см³ | 100 мл | 5 мл | По уровню жидкости и шкале |
| Термометр | Температура | °C | 100 °C | 1 °C | По столбику жидкости или указателю |
| Секундомер | Время | с | 60 мин | 0,1 с | По цифровому экрану или стрелке |
| Весы | Масса | г, кг | 5 кг | 100 г | По положению стрелки или дисплею |
Сначала найдите в таблице нужную физическую величину и подходящий прибор. Затем сравните измеряемое значение с пределом и оцените, достаточно ли мала цена деления для требуемой точности.
Условие. По линейке с делениями от 0 до 10 см концы отрезка находятся у отметок 2,4 см и 7,8 см. Требуется найти длину отрезка, а не положение его конца относительно нулевой отметки.
Ответ: длина отрезка равна 5,4 см. Разность нужна потому, что отрезок начинается не у нулевой отметки.
Условие. Между отметками 50 мл и 100 мл расположено 10 равных промежутков. Уровень жидкости совпадает с третьей отметкой после 50 мл. Нужно определить цену деления и объём жидкости.
Ответ: цена деления равна 5 мл, объём жидкости — 65 мл. Считать нужно именно промежутки, а не только число видимых рисок.
Условие. Нужно измерить массу тела около 2 кг и массу крупинки около 0,02 г. Есть приборы с разными пределами измерения и ценами деления, поэтому одного универсального выбора для обеих задач нет.
Ответ: тело измеряют весами с пределом не менее 2 кг, а крупинку — чувствительными весами с малой ценой деления. При выборе одновременно проверяют и диапазон, и точность.
Некоторые считают цену деления равной разности соседних подписанных чисел. Ошибка возникает, когда забывают о промежуточных промежутках шкалы. Проверьте себя: посчитайте именно расстояния между отметками и разделите разность значений на их число.
При измерении длины иногда начинают отсчёт с нуля, даже если предмет расположен у другой отметки, или вычитают числа в неправильном порядке. Тогда получают координату конца или отрицательное значение вместо длины. Проверьте себя формулой: длина равна большему показанию минус меньшему.
Можно выбрать прибор с мелкими делениями, но слишком маленьким пределом измерения. Такой прибор кажется точным, однако нужное значение не помещается на его шкале. Сначала сравните предполагаемое значение с пределом, а уже потом оценивайте цену деления.
Показание иногда считывают, глядя на шкалу сбоку. Из-за параллакса указатель или уровень жидкости кажутся смещёнными относительно делений. Чтобы проверить себя, поставьте глаз напротив указателя или мениска и повторите отсчёт.
До этой темы нужно знать физические величины, их единицы и правила перевода единиц. Например, длину можно выразить в сантиметрах или миллиметрах, а объём — в миллилитрах или кубических сантиметрах.
Навык работы со шкалой понадобится в лабораторных работах по измерению длины, массы, объёма, времени и температуры. Точность отсчёта влияет на запись результата эксперимента.
Дальше измеренные величины будут входить в формулы. Поэтому правильный выбор прибора и оценка точности нужны для верных вычислений и выводов.
Чем цена деления отличается от одного деления шкалы?
Деление — это промежуток между соседними отметками шкалы. Цена деления показывает, какое значение физической величины соответствует этому промежутку, поэтому её выражают в единицах измеряемой величины.
Как определить цену деления, если подписаны не все отметки?
Нужно взять два соседних подписанных значения и найти их разность. Затем эту разность делят на число равных промежутков между данными отметками, даже если промежуточные отметки не подписаны.
Почему нельзя измерять большой предмет линейкой с маленьким пределом измерения?
Часть предмета окажется за пределом шкалы, поэтому длину нельзя будет определить одним правильным отсчётом. Можно получить неверный результат или повредить прибор, если пытаться измерять с натяжением.
Как правильно считывать уровень жидкости в мензурке?
Мензурку ставят вертикально на ровную поверхность, а глаз располагают на уровне жидкости. Обычно отсчёт проводят по нижней части вогнутой поверхности жидкости — мениску, если это указано для данного опыта.
Можно ли получить абсолютно точный результат с помощью школьного измерительного прибора?
Нет, любой прибор имеет ограниченную цену деления, а измерение сопровождается погрешностью. Можно получить достаточно точный результат, если выбрать подходящий прибор и правильно считать его показания.
2. Измерительные приборы
