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1、力学基本测量,物理实验教学中心,实验背景,长度测量、质量称量是物理实验中必不可少的一个重要部分，游标卡尺、千分尺是长度测量中较精密的仪器，物理天平则是物理实验称量中的主要工具，这些测量工具的使用是我们完成大学物理实验必须具备的最基本的能力。,1889年巴黎世博会世界计量大会确定的“米原器”和“千克原器”,实验目的,学习掌握游标卡尺、螺旋测微计、物理天平的原理和使用方法。 练习实验工作中正确读数、记录有效数字及处理初步误差和数据。,实验仪器,金属圆柱杯、细铜丝。,游标卡尺,螺旋测微计,物理天平及砝码,实验原理,1. 游标卡尺,由主尺（Z）和可沿主尺滑动的游尺（U）组成。游尺上的刻度称为游标。钳口
2、（C）和刀口（E）与主尺连在一起，固定不动。钳口（D）和刀口（F）及深度尺（G）与游尺连在一起，可随游尺一起滑动。钳口C、D可以夹住待测物体，用来测量物体的外部尺寸，故称为外卡。刀口E、F用来测量孔的内径，故称为内卡。深度尺（G）用来测量孔的深度。推把（W）用来推动游尺。游尺紧固螺钉（K）在测量结束时用来固定游尺的位置，以便于读数。,游标卡尺的读数原理：游标副尺上有n个分格，它和主尺上的（n-1）个分格的总长度相等，一般主尺上每一分格的长度为1mm,设游标上每一个分格的长度为x,则有nx=n-1,主尺上每一分格与游标上每一分格的差值为1-x=1/m(mm)，因而1/m(mm)是游标卡尺的最小读
3、数，即游标卡尺的分度值。若游标上有20个分格，则该游标卡尺的分度值为1/20=0.05mm,这种游标卡尺称为20分游标卡尺；若游标上有50个分格，其分度值为1/50=0.02mm，称这种游标卡尺为50分游标卡尺。,2. 螺旋测微计,依据螺旋放大的原理制成的，主要部分为一个螺距为.mm的微动螺杆在固定螺母中旋转，当微动螺杆旋转时，带有刻度的螺帽也跟随螺杆一起转动，螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离。因此，沿轴线方向的微小移动距离，就能用旋转螺帽上的读数表示出来。螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm，旋转螺帽有50个等分刻度，因此旋转螺帽每旋转一小格，相当于测微螺杆前进或后退这0.5
4、/50=0.01mm。可见，转动螺帽的每一小格表示0.01mm，所以用螺旋测微器可准确到0.01mm。由于还能再估读一位，可读到毫米的千分位。,螺旋测微计的读数原理： 当用螺旋测微器测量好物体时我们要读出所显示的示数，这时所测物体的长度可表示为：L=n*0.1+k*0.01mm 注：L为物体的长度，n表示主尺所显示的刻度数(注意半刻度)，k 为与准线对齐的付尺读数(在这里k要估读)。,3. 物理天平,天平的原理是利用等臂杠杆水平平衡，将被测质量与标准质量砝码直接比较。国家标准规定：天平分为10个精度等级，砝码分为5个精度等级，不同级别的天平配用一定级别的砝码。精度较低的天平称物理天平，配用4、
5、5级砝码；精度较高的天平称精密天平或分析天平。天平的使用操作要求严格，分析天平要求最高。,主要参数有： 最大称量值：它是天平允许称衡的最大质量。 分度值：是指天平的指针从标尺的中间位置偏离一小格时，天平上两称盘的质量差。,物理天平的操作步骤如下：,调整底座水平：旋转天平的底脚螺丝，使底座水平仪中气泡处于中位置。 调节零点：调节横梁两端螺母，使得称量前指针达到刻度零点位置。 称量：先制动天平，将待测物体放在左盘，砝码放在右盘，再稍微启动天平，观察指针是否在中央，如不在中央，应先制动天平，反复调整砝码和游标码，直至天平平衡为止。这时被称物体的质量就等于所放砝码和移动游码所读的总质量。,1水平调节螺
6、丝 2底座 3托架 4横梁支架 5吊耳 6游码 7横梁 8平衡螺母 9平衡指针 10感量调节器 11立柱 12秤盘架 13秤盘 14水平仪 15启动旋钮 16平衡标尺,实验内容与步骤,1.用螺旋测微计测铜丝的直径,查明并记录千分尺的量程和允许（基本）误差；打开锁紧手柄，检查零点，记录零点误差。 把被测金属丝自由伸直，放在千分尺测头与测砧之间。缓慢转动棘轮，使测头与测砧恰好夹持住金属丝，棘轮发出“喀、喀”示警声，此时读出千分尺的示值。在金属丝的不同位置重复上述测量5次。把各次读数记入预先画好的数据表中。 测量完毕，按存放注意事项把千分尺放回盒中。 修正各次读数所含的零点误差。然后计算直径测量值的
7、平均值 、偏差 及标准误差 。 按正确格式表示测量结果。,2用游标卡尺和天平测金属圆柱杯的密度,将金属圆柱杯样品视为理想的几何体，其密度可由下式进行间接测量。,查明并记录游标卡尺的量程和允许（基本）误差，打开游标紧固螺钉，检查并记录零点误差。 用内量爪测量圆柱杯内径d。用外量爪测量其外径D和高度H。用深度尺测量杯的深度h。每个量都在样品上取5个不同位置重复测量。把它们的各次测量值记入预先画好的数据表中。 测量完毕，把游标卡尺放回盒中。 查明并记录天平的型号、精度级别和最大量程，检查天平安装情况。先调整天平底座，使其严格水平，用专用镊子把游码置于游码尺零线，再调整天平横梁空载平衡。调整完毕，使天
8、平回到止动状态，才可进行称量。 在天平止动状态下，把圆柱杯放在秤盘中央。依由大到小的顺序给砝码盘放置砝码。每加一个砝码，用启动旋钮轻轻抬起横梁。若看到天平明显不平衡，就不要再继续抬高横梁，应立即止动。然后根据横梁倾斜的方向，判断应添加下一个较小的砝码还是取下本次所添的砝码另换一个较小的砝码。当加至或换至砝码盒中最小的砝码时天平仍不能水平平衡，方可使用游码。最后，用平衡指针是否在中点处来判断天平是否达到严格的水平平衡。操作完毕，立即止动天平。,读取游码尺示值。由码盒中的空位计算所用砝码总质量，再将所用砝码依由大到小的顺序放回砝码盒，同时核对所用砝码总质量。质量的测量值所用砝码总质量游码尺示值。
9、取下圆柱杯，重新调整天平。然后再按上述步骤，进行第二次称衡，共重复测量5次，把质量的各次测量值记入数据表中。 计算各直接测量值的平均值。 计算圆柱杯密度的平均值 ，并估算密度测量的标准误差及相对误差。 按正确表示格式，写出密度测量结果。,注意事项,使用游标卡尺的注意事项：,测量之前应检查游标卡尺的零点读数，看主副尺的零刻度线是否对齐，若没有对齐，须记下零点读数，以便对测量值进行修正。 游标卡尺不要求估读，如游标上没有哪个刻度与主尺刻度线对齐的情况，则选择最近的一根读数，有效数字要与精度对齐。 卡住被测物时，松紧要适当，不要用力过大，注意保护游标卡尺的刀口。 测量圆筒内径时，要调整刀口位置，以便
10、测出的是直径而不是弦长。,使用天平的注意事项：,使用天平前，应先了解天平的最大称量值，常用物理天平的最大称量值为500或1000g，负载量不得超过最大称量值。 为保护天平的刀口，在取放物体、砝码、调节平衡时，要制动天平，只有在观察天平是否平衡时才将天平启动。 不要用手直接拿取砝码，要用镊子夹取，以保护砝码的准确度。,思考题,设主尺的最小分格为0.5mm，游尺分度值为0.01mm。试问，游标分度数为多少？游标的最小分格可取为多长？ 螺距为1mm，微分套筒圆周分度数为50等份，主尺分度值为0.5mm，该螺旋测微计的分度值等于多少？ 使用游标卡尺和千分尺时应注意哪些问题？为什么？ 为什么调整天平、给秤盘加减重物与砝码等操作都必须在横梁止动状态下进行？,
