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1、大学物理实验教案长度和质量的测量两篇大学物理实验教案长度和质量的测量两篇大学物理实验教案1掌握游标卡尺、螺旋测微计和移测显微镜的测量原理和使用方法。 2根据仪器的精度和有效数字的定义，正确记录原始数据。3掌握直接测量和间接测量的数据处理方法，并用不确定度报告测量结果。游标卡尺、螺旋测微计、移测显微镜、滚珠、圆管、毛细管、铝块。普通测长度的尺子其准确度有一定的局限性，主要是由于其分度值（即仪器能准确鉴别的最小量值）较大。例如米尺的分度值为1mm 而不能更小，否那么，刻度线太密将无法区分。为此，在主尺上装一个能够沿主尺滑动的带有刻度的副尺，称为游标，这样的装置称为游标卡尺。游标卡尺的结构如图 1
2、所示。主尺 D 是一根钢制的毫米分度尺，主尺头上附有钳口 A 和刀口 A，游标 E 上附有钳口 B、刀口B 和尾尺 C ，可沿主尺滑动。螺丝 F 可将游标固定在主尺上，当钳口 AB 密接时，那么刀口 AB对齐，尾尺 C 和主尺尾部也对齐，主尺上的 0 线与游标上的 0 线重合。图 1 游标卡尺钳口 AB 用来测物体的长度及外径，刀口 AB用来测物体的内径，而尾尺 C 那么用来测物体的深度。它们的读数值，都是表示游标的 0 线与主尺的 0 线之间的距离。游标卡尺的规格有多种，其精密程度各不相同，但不管哪一种，它的原理和读数方法都是一样的。常用游标尺的设计，在游标尺上刻有 m 个分格，游标上 m
3、个分格的总长，正好与主尺上（m1）个分格的总长相等，如果用 y 表示主尺上最小分格的长度，x表示游标上每一小格的长度，那么(m1)y = mx 所以，主尺与游标上每个分格长度的差值是y?x?ym这个量就是游标卡尺的分度值。通常主尺最小分格y 都为1mm，因此，游标的分格数越多，分度值就越小，卡尺的精密度就越高。常用的游标卡尺的分度值有 0.1mm 、0.05mm、0.02mm 三种。利用游标卡尺测物体的长度时，把物体放于钳口之间，游标右移。游标 0 线对准主尺上某一位置，毫米以上整数局部l0 可以从主尺上直接读出，毫米以下局部l 从副尺上读出。螺旋测微计（千分尺）是比游标卡尺更精密的长度测量仪
4、器，多用于测量小球和金属丝的直径或平板厚度。常用的一种螺旋测微计测量范围 025mm，分度值 0.01mm。螺旋测微计的结构如图 2 所示，主要局部是在固定套管上有一个微动螺杆，螺距0.5mm，因此，当螺杆旋转一周时，它沿轴线方向前进或后退0.5mm , 此距离在固定套管的标尺（即主尺） 上显示为一个分格。螺旋杆是和 螺旋柄相连，柄上附有沿圆周的 刻度（微分筒），即副尺，共有 50个等分格。当微分简上的刻 度转过一分格时，螺旋杆沿轴线前进或后退的距离为：0.5mm0.01m 格图 2 螺旋测微计 50 格因此，螺旋测微计的分度值是 0.01mm。读数时，从固定标尺（主尺）上读出整格数（每格0.
5、5mm），0.5mm 以下的读数那么由微分筒（副尺）上的刻度读出，可估测到0.001mm 位上。移测显微镜是将测微螺旋和显微镜组合起来用于精确测量微小长度的专用显微镜，图 3 是实验室常用的移测显微镜之一。测微鼓轮 A 的周边上刻有 100 个分格，鼓轮旋转一周，显微镜筒水平移动1mm，每转一分格，显微镜筒将移动 0.01mm，它的量程一般是 50mm .水平移动的距离（毫米数）由水平标尺上读出，小于1mm 的数，由测微鼓轮读出，两者之和就是此时移测显微镜的位置坐标值。图3（b）是移测显微镜的螺旋测微装置，它包括标尺、读数准线E1 和E2、测微鼓轮 A。（1）调整目镜 C，看清十字叉丝；（3）
6、旋动调焦手轮 D，使镜筒 B 下降到接近物体的外表，然后逐渐上升，看清待测物； （4）转动测微鼓轮 A，使叉丝交点和被测物上的一点（或一条线）对准，记下读数，继续转动鼓轮，使叉丝交点对准另一点，再记下读数，两次读数之差即为所测两点间的长度。1、用螺旋测微计测滚珠的直径。用螺旋测微计测滚珠的直径10 次。2、用游标卡尺测圆管的体积。用游标尺测圆管外径、内径和高，各 6 次。3、 测铝块的体积。测铝块长、宽和高，各 6 次图 3 移测显微镜1、用螺旋测微计测滚珠的直径2、用游标卡尺测圆管的体积3 测铝块的体积【实验题目】长度和质量的测量掌握米尺、游标卡尺、螺旋测微计等几种常用测长仪器的读数原理和使
7、用方法。2. 学会物理天平的调节使用方法，掌握测质量的方法。3. 学会直接测量和间接测量数据的处理，会对实验结果的不确定度进行估算和分析，能正确地表示测量结果。【实验仪器】(应记录具体型号规格等，进实验室后按实填写)直尺(50cm)、游标卡尺(0.02mm)、螺旋测微计(025mm,0.01mm),物理天平(TW-1B 型，分度值 0.1g，灵敏度1div/100mg),被测物体一、游标卡尺 主尺分度值：x=1mm,游标卡尺分度数：n（游标的 n 个小格宽度与主尺的 n-1 小格长度相等）,游标尺分度值：n1x（50 分度卡尺为 0.98mm,20 分度的为：0.95mm）,主尺分度值与游标尺
8、 nn1xx?,即为游标卡尺的分度值。如 50 分度卡尺的分度值为：nn1/50=0.02mm,20 分度的为：1/20=0.05mm。读数原理：如图，整毫米数 L0 由主尺读取，缺乏 1 格的小数局部?l 需根据游标尺与主尺对齐的刻线数分度值的差值为：xlkxkk 和卡尺的分度值 x/n 读取：n1xxk nn读数方法（分两步）：(1)从游标零线位置读出主尺的读数.(2)根据游标尺上与主尺对齐的刻线 k 读出缺乏一分格x的小数,二者相加即为测量值.即: k,对于 50 分度卡尺：0.02;n 对 20 分度：0.05。实际读数时采取直读法读数。原理：测微螺杆的螺距为 0.5mm，微分筒上的刻
9、度通常为 50 分度。当微分筒转一周时，测微螺杆前进或后退0.5mm，而微分筒每转一格时，测微螺杆前进或后退 0.5/50=0.01mm。可见该螺旋测微器的分度值为 0.01mm，即千分之一厘米，故亦称千分尺。读数方法：先读主尺的毫米数（注意 0.5 刻度是否露出），再看微分筒上与主尺读数准线对齐的刻线（估读一位）,乖以 0.01mm,最后二者相加。天平测质量依据的是杠杆平衡原理分度值:指针产生 1 格偏转所需加的砝码质量，灵敏度是分度值的倒数，即 Sn，它表示m天平两盘中负载相差一个单位质量时，指针偏转的分格数。如果天平不等臂，会产生系统误差，消除方法：复称法，先正常称1次，再将物放在右盘、
10、左盘放砝码称 1 次(此时被测质量应为砝码质量减游码读数)，那么被测物体质量的修正值为：m?【实验内容与步骤】(实验内容及主要操作步骤)m1m2。162(dd) =0.0904mm d9.483mm，UASi61i12222仪0.004mm，UAUBS 仪=0.09mmUd0.09100%0.45% d20.040.09(mm)， Ur(d)d20.044、由表 4数据得： mm1m2?293.15293.20293.18(g)1、米尺测得*的面积为：S915.7?0.7cm2，相对不确定度：0.08%2、游标卡尺测得圆环体积为：V(4.01.13)?104(mm3)，相对不确定度：3.2%
11、3、千分尺测得圆球直径为：d20.040.09(mm)，相对不确定度：0.45% 4、复称法测得圆柱体质量为：293.18g。测量结果是可信的。面积的相对不确定度非常小，并不能说明误差非常小，因只对长、宽的一个位置进行了一次测量。游标卡尺测量误差主要对与主尺对齐的游标格线判断不准；螺旋测微器的测量误差主要对格线是否露出的判断和零点读数及估读数；从天平测量结果可以看出，复称法测出的两次质量很接近，说明天平的不等臂误差是很小的。怀 化 学 院 实 验 数 据 记 录 纸实验名称： 长度与质量的测量实验时间：表 1 米尺测量的面积数据米尺量程： 50cm 分度值： 1mm 仪器误差： 0.15mm表 2 游标卡尺测量圆环的体积数据记录表分度值： 0.02mm 仪器误差：0.02mm 零点读数：x0： 0 mm表 3 用螺旋测微器测量小球直径记录表分度值： 0.01mm 仪器误差：0.004mm 零点误差：d0： +0.012mm表 4 复称法测圆柱体质量最大称衡质量: 1000g
