《大学物理实验长度测量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理实验长度测量（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、长度的测量和基本数据处理【实验目的】1、理解游标卡尺、螺旋测微计和读数显微镜的原理，掌握它们的使用方法；2、练习有效数字运算和误差处理的方法。【实验仪器和用品】游标卡尺(0125mm, 0.02mm)、螺旋测微计(025mm, 0.01mm)、读数显微镜(JCD3, 0.01mm)、 空心圆管、小钢球等。【实验原理】1、游标卡尺的构造原理及读数方法游标卡尺分主尺和游标(副尺)两部分。主尺上刻有标准刻度125mm。游标上均匀刻有50个分度，总长度为49mm，游标上50个分度比标准的50mm短1 mm， 1个分度比标准的1mm1短50mm，即0.02mm，这0.02mm就是游标卡尺的最小分度值(即
2、精度)。游标卡尺的卡口合 并时，游标零线与主尺零线恰好对齐。卡口间放上被测物时，以游标零线为起点往前看，观察主尺上的读数是多少。假设读数是xmm多一点，这“多一点”肯定不足1mm，要从游标上 读。此时，从游标上找出与主尺上某刻度最对齐的一条刻度线，设是第n条，则这“多一点” 的长度应等于0.02nmm，被测物的总长度应为L=(x+0.02n)mm。用这种规格的游标卡尺测量 物体的长度时，以“mm”为单位，小数点后必有两位，且末位数必为偶数。游标上每5小格 标明为1大格，每小格读数作0.02mm，每大格就应读作0.10mm。从游标零线起往后，依次读作0.02mm， 0.04mm， 0.06mm，
3、直至第5小格即第1大格读作0.10mm。再往后， 依次读作 0.12mm， 0.14mm，0.16mm, 直至第2大格读作0.20mm。后面 的读数依此类推。游标卡尺不需往下估读。如图 1-5 应读作 61.36mm 或 6.136cm2、螺旋测微器的构造原理及读数方法图 1-5主尺|-| I I I I | I I I 1|0345游标螺旋测微计主要由弓形体、固定套筒和活动套筒(微分套筒)三部分构成。螺旋测微计 的测微原理是机械放大法。固定套筒上有一条水平拱线叫读数基线。基线上边是毫米刻度线， 下边是半毫米刻度线。螺旋测微计的螺距是0.5mm，活动套筒每转动一周，螺杆就前进或者 后退0.5m
4、m。活动套筒的边缘上均匀刻有50个分度，每转动一个分度，螺杆就前进或者后0.5退乔mm即0.01mm。这0.01mm就是螺旋测微计的最小分度值(即精度)。实际测量时，分 度线不一定正好与读数基线对齐，因此还必须往下估读到0.001mm。可见，用螺旋测微计测量物体的长度时，以“mm”为单位，小数点后必有三位。读数时，先从固定套筒上读出大于 半毫米的大数部分，再从活动套筒的边缘上读出小于半毫米的部分，二者之和就是被测物体 的总长度。这其中一定要注意观察半毫米刻度线是否露出来了。如图l-6(a)应读作5.272mm,图 1-6(b)应读作 5.772mm.微分套筒微分套筒使用螺旋测微计之前，必须先检
5、查零点读数。先转动大棘轮使螺杆前进，当螺杆快要接触测砧时就应转动后面的小棘轮，听到“嗒嗒”声立即停止。如果此时活动套筒上的零线正好对齐读数基线，零点读数就记作0.000mm，如果零线在读数基线以上，零点读数记作负,反之为正。每一次测量的直 接读数减去零点读数才是真 正的测量值，即测量值=直接 读数一零点读数。例如零点 读数是-0.002mm，直接读数 是5.272mm，则测量值 =5.272- ( -0.002 ) =5.274 (mm)。3、读数显微镜的构造原移测显徴镜读数方法-怙读到0. 001M图1-7 (a)主刻度尺读数 图1-7 (b)测微鼓轮读数理及读数方法读数显微镜是将显微镜与螺
6、旋测微计结合起来的长度精密测量仪器。其测微原理是光学放大法和机械放大法的综合。活动螺杆与显微镜筒通过螺旋相互啮合，转动活动螺杆右端的鼓轮，就可以使显微镜左右平移。测微螺旋的螺距为1mm，鼓轮边缘上均匀刻有100个分度, 每转动一个分度镜筒就向左或向右平移0.01mm。所以读数显微镜的最小分度值也是0.01mm,读数时也要往下估读到0.001mm。具体测量步骤是：(1)调节目镜，看到清晰的十字叉丝，并将叉丝调正；(2)将被测物平放到载物台上，并在镜筒的正下方，使被测长度的方向与镜筒平移的方向平行，然后调节镜筒升降旋钮，使镜筒缓慢的上升或下降，进行调焦，直到看 清物体的像，无视差；(3)转动鼓轮，
7、平移镜筒，当叉丝的竖丝与物像的始端相切时，记下 初读数X,读数方法如图1-7 (a)和1-7 (b)所示。图1-8继续沿同一方向平移镜筒，当 竖丝与物像的末端相切时，记下末读 数x，则待测长度d = |x -x I； （4）2 2 1 读数时，从固定刻度上读出大于 1mm 部分，从鼓轮边缘上读出小于 1mm 的 部分，二者之和就是X1或X2的值。测量时应注意的问题是，两次读数时镜筒必须是向同一个方向平移，不得移过了头又移 回来，这样会产生空程误差。如果不小心移过了头，必须多往回退一些距离，再重新沿原方 向平移，对准被测点。如果简单地概括读数显微镜的原理和使用方法，就是“综合放大，同向平移，求差
8、”。（注意：有关实验数据处理参考绪论课相关内容！）实验内容与要求】1、用读数显微镜测量给定刻线的宽度，重复测量6 次。2、用螺旋测微计测量小钢球的直径，沿不同径向测6次。 （注意：使用前应记录螺旋测微计的零点读数）3、用游标卡尺测量空心圆管的外径、内径和高，重复测量6 次4、计算给定刻线的宽度和不确定度。5、计算钢球的体积和不确定度。6、计算空心圆管的体积和不确定度。实验注意事项】1、注意保护游标卡尺的卡口不被磨损，轻轻卡住即可读数，不能将被测物在卡口内移 动，不能跌。2、使用螺旋测微计时，当螺杆与被测物相距较近时就要转动尾部的小棘轮，听到“嗒 嗒”声应立即停止。实验结束时，螺杆和测砧之间应留
9、有小缝隙，不能拧死，以防热膨胀压 坏精密螺丝。3、使用读数显微镜时，同一组读数应为沿同一方向平移读得的结果，否则会产生空程 误差。镜头不能用手触摸。调焦时上、下移动筒一定缓慢，千万不能压坏物镜或被测物。数据记录与处理】（注意:数据处理时要求书写出中间计算步骤!）、次数测量值123456x (mm)x (mm)D =1 x - x 1 (mm)1 2表一 给定刻线宽度的测量读数显微镜的仪器误差A = 0.005mmD = -(D + D + D + D + D + D ) =mm6123456=mm=S (D) 丁(D D)2 =mm6 x (6 -1)U (D) =、:U 2 + U 2 =m
10、mA Bmm(注意:不确定度即U(D)保留一位有效数字且采取进位制.最佳估计值即D小数点后保留的位数与U (D)一致，有效数字舍入规则”四舍六入五凑偶!)表二 钢球体积的测量仪器误差厶=0.004 mm零点读数D0 =mm(测量值D二直接读数一零点读数)次数123456直读值(mm )测量值D(mm )D = L(D + D + D + D + D + D ) =mm6123456=mmU(D) = S (D) =-=a6 x (6 -1)-=mmU (D) = U 2 + U 2 二二mmV A B1 - 1 -V =兀 D3 n V =兀 D3 =cm36 6dV11 -AV =AD =兀
11、 D2AD n U (V)=兀 D2U (D) = cm3dD22V = V 土 U (V) =土cm3(注意:不确定度即U(V)保留一位有效数字且采取进位制.最佳估计值即V小数点后保留 的位数与U(V) 致，有效数字舍入规则四舍六入五凑偶！)表三圆管体积的测量游标卡尺的仪器误差=0.02 mm测量次数 测量内容123456平均值外径D(mm)内径d (mm)高 h( mm)兀 兀 V = (D2 一d2)h n V = (D2 一d2)h =cm344外径D(mm)的不确定度计算：=mmD = -(D + D + D + D + D + D )=6123456=S (D) = f =6 x
12、(6 -1)=mmA=mmU (D) =、U 2 + U 2 =mmA B内径d(mm)的不确定度计算:1d = (d + d + d + d + d + d )=6123456=mm=S (d)=工(d 一 di=6 x (6 -1)=mm=mmmmmmU = S (h)=A工(h - h)2 i=6 x (6 -1)mmU (d) = JU 2 + U 2 =A B高度h(mm)的不确定度计算:-1h = 一 (h + h + h + h + h + h )=6123456U (h) = 1U 2 + U 2 =V ABavavAD +Ad +aDadAVUB = =(DHU (D)+(d
13、hU (d) +U (h)丿cm3结果 v = V 土 u (v) =土cm3mmmmav兀兀兀Ah = DhAD + (- dh)Ad +(D2 -d2) -Ahah224根据不确定度的传递公式，圆管体积的不确定度计算:U (V)aVU (d) J + lad丿(注意:不确定度即u(v)保留一位有效数字且采取进位制.最佳估计值即v小数点后保 留位数与U(V) 致，有效数字舍入规则四舍六入五凑偶!)【实验步骤】(实验操作完成后，简述本次实验步骤，在实验报告续写!) 【实验误差分析和总结】(就本次实验的误差和在实验操作过程遇到的问题，进行分析总结实验操作 完成后，在实验报告续写!)【思考题】1、10分度和20分度的游标卡尺，最小分度值分别是多大？读数的末位有什么样的特 点？2、比较一下游标卡尺和螺旋测微计，二者的读数方法有什么不同？
