基本仪器和测量

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1、仪器设备是物理实验的物质基础，仪器的设计蕴含着许多设计者的巧妙构思，是科 学原理和方法的具体体现。作为一名实验者要做好物理实验，必须掌握所用仪器设备的 结构、原理、性能和使用方法。力学实验基本仪器一长度测量仪器1 米尺米尺上刻线间距为1mm，钢卷尺、皮尺也属于米尺范围。紧贴、对准和正视是测量 时的要领和关键。米尺测量时读数应读到110毫米或15毫米。2. 游标卡尺 游标原理 为了提高测量的准确度，在主尺上附带一可沿主尺移动的副尺，构成游标尺。用于 测量长度的称为直游标；用于测量角度的称为弯游标。A. 直游标假设主尺上每一分格长度为a （称为主尺分度值），游标副尺上共有n个等分格（n 称为游标分

2、度数），每格长度为b （称为游标尺分度值）。制造游标时，将游标的总长度 与主尺（n -1 ）个格的总长度对齐，则有nb = （n - 1）a,（n - 1）a（_）b =n主尺每格的长度a与副尺每格长度b间差值，即Ax = a - b =-n称之为游标尺的精度，也就是游标卡尺的最小读数值。B. 弯游标利用游标原理测量角度时，制成弯游标。在分光计上使用弯游标来测量角度，就是 一个典型的例子。弯游标的精度值可用如下式子表示“0 主尺上最小分度值n 弯游标上刻度数 游标卡尺实验室中常用游标卡尺有两种，其主尺分度值均为1mm。但是，由于游标分度数n 不相同，因此游标的分度值b和读数均不相同。它们的游标

3、分度数分别为20, 50 （格）， 游标卡尺的分度值分别为0.95mm, 0.98mm，游标卡尺的精度分别为0.05mm, 0.02mm。 也就是游标卡尺示值误差： Ax = 0.05mm, Ax =0.02mm游标卡构造如图1_1所示。与主尺相联的量爪CC，和与游标相联的量爪DD，可用来测量外径、内径、厚度，与游标固定在一起的深度尺G可用来测深 度， K 为固定螺钉。使用游标卡尺测量物体时，应小心量爪被磨损，不能使物体在量爪内滑动。读数时，已知游标分度值为b,主尺分度值为a，若游标零线处于主尺第P和 （P +1）线之间，副尺上第m线与主尺某刻度线对齐，则被测长度应为：L = Pa + mAx

4、3 螺旋测微计（千分尺）螺旋测微计是比游标卡尺更精密的长度测量仪器。它是利用螺旋进退来测量长度的 仪器。其最小分度值是0.01mm。通常千分尺测量结果可估读到l/1000mm。光学测微目镜。 读数显微镜等精密测长仪器的设计也是基于同样的原理。千分尺主要结构是一个微动螺旋杆（固定套筒）和一个与活动套筒相联的测量轴， 如图 1-2 所示。固定套筒上的主尺刻有两排线，毫米刻线和半毫米刻线。活动套筒圆周 上刻有N个分度，螺距为a mm,则每旋转一周，螺杆前进（或后退）一个螺距a,而每 转动一个分度，螺杆移动的距离为a-N mm。常用螺旋测微计螺距为a = 0.5mm, N = 50个 分度，所以螺旋测

5、微计的分度值为0.550 = 0.01mm。图 1-2 旋测微计1、尺架 2、砧台 3、测量轴 4、固定套筒 5、活动套筒 6、棘轮 7、锁紧装置 8、绝热板 使用注意事项:1. 测量前须进行零点校准。转动棘轮，使测量轴与砧台刚好接触，并听到“卡、 卡、卡”三声即停止转动棘轮（棘轮作用是防止测杆对被测物产生过大压力，而导致变 形，影响测量值准确性，同时也可避免测量杆受到损坏），读取此时的示值，即作为零点 校准值（如图1-3中所示）。要注意零点校准值的正负。即得出测量结果：图 1- 32 . 在读取测量值后，应对测量值进行零点修正L =末读数-初读数读数时由主尺读整刻度值，0.5mm以下由活动套

6、筒读出分格值，并应估读到0.001mm那 一位。3. 用毕还原仪器，应将螺杆退回几转，留出空隙，以免热胀使螺杆变形。 螺旋测微计示值误差:螺旋测微计分零级和一级两类，通常实验室使用为一级。其示值误差一级为0.004mm，零级为土 0.002mm。二质量称衡仪器天平 天平是利用等臂杠杆原理和零位法，采取比较测量进行质量测定的仪器。通常根据 天平的精度分为物理天平（普通天平）和分析天平（精密天平）两类。称衡时物体放入 天平左盘，右盘放入砝码，故当天平平衡时，物体的质量就等于砝码的质量。最大称量和分度值是天平的两个重要技术指标。物理实验室常用的物理天平（见图 1-4）,其最大称量为500g，分度值为

7、0.02g。1 物理天平这是一种双盘悬挂等臂式天平。在横梁bb的中 点O和两端B, B，共装有三个钢质刀口，中间刀口O向 下，安置在支柱H顶端的玛瑙刀承上，等臂两侧B,B 处刀口朝上，各悬挂一个秤盘PP，。一指针J固定于 横梁上，当横梁摆动时，指针下端在支柱标牌前摆动。 支柱 H 上止动旋钮 K 可以使横梁升降，当横梁降下 后，支架上有两个支销托住横梁，使横梁处于制动位 置，中间刀口与刀承分离，避免刀口磕碰磨损。横梁 两端的平衡螺母E和E用于天 平空载时调平衡。横梁上有 50 个刻度和可移动游码图 1-4D，用于1克以下的称量。游码向右移动一个刻度相当于在右盘中加0.02g的砝码。支 柱左边装

8、有一个托盘A，用来托住不需称量的物体（如烧杯等）。物理天平使用及注意事项：10. 调水平。旋转天平的底脚螺丝，使立柱后的气泡移至中间，则力柱已处于铅直 向，此时水平已调好。20.调零点。游码移到横梁左端零刻度线上，转动旋钮K支起横梁，观察指针是否 停在零位或是否在零位两边对称摆动。如不是可调节平衡调节螺母E和E，直至调到天 平平衡为止。3o. 称量质量。首先调整右盘中砝码使之与左盘中重物接近平衡，再用游码细调至 完全平衡。取放物体、砝码和移动游码都应先使横梁处于制动位置。拿取砝码，须用镊 子，严禁用手。4。灵敏度调整。指针上所附配重G （称为感量铊）的位置变化，能够改变天平的灵 敏度。配重上升，灵敏度提高；配重下降，灵敏度降低。2分析天平 分析天平的构造原理与物理天平基本相同。从称衡精度来说分析天平有更精致的结 构，一般的分析天平可称准到l/10000g或2/10000g，最大称量为100g或200g。有摆动 式，空气阻尼式和光学式三种，其装置本篇不作详细介绍，请参考有关仪器说明书。