大学物理实验教案4长度测量

大学物理实验教案
实验目的：
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。

实验仪器：
游标卡尺、螺旋测微计、移测显微镜、滚珠、圆管、毛细管、铝块。

实验原理：
1． 游标卡尺
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，否则，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 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，则刀口 A ′B ′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 A ′B ′用来测物体的内径，而尾尺C 则用来测物体的深度。

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，但不论哪一种，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 个分格的总长，正好与主尺上（m –1）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，则
(m –1)y = mx 所以，主尺与游标上每个分格长度的差值是
m
y
x y =
- 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，毫米以上整数部分l 0可以从主尺上直接读出，毫米以下部分△l 从副尺上读出。

2． 螺旋测微计
螺旋测微计（千分尺）是比游标卡尺更精密的长度测量仪器，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0~25mm ，分度值0.01mm 。

螺旋测微计的结构如图2 所示，主要部分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：
格格
mm mm
01.0505.0 图2 螺旋测微计 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0.5mm ），0.5mm 以下的读数则由微分筒（副尺）上的刻度读出，可估测到0.001mm 位上。

3.移测显微镜
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E 1和E 2、测微鼓轮A 。

移测显微镜使用方法：
（1）调整目镜C ，看清十字叉丝；
（2）将待测物安放在测量工作台上，转动反光镜H ，以得到适当亮度的视场；
（3）旋动调焦手轮D ，使镜筒B 下降到接近物体的表面，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。

实验内容：
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
实验数据记录：
1、用螺旋测微计测滚珠的直径
分度值：mm 仪器误差限：mm零点读数：mm
2、用游标卡尺测圆管的体积
分度值：mm 仪器误差限：mm 零点读数：mm
3、测铝块的体积
分度值：mm 仪器误差限：mm 零点读数：mm。