大学物理实验长度测量.doc

长度得测量与基本数据处理
【实验目得】
1、理解游标卡尺、螺旋测微计与读数显微镜得原理，掌握它们得使用方法；
2、练习有效数字运算与误差处理得方法。
【实验仪器与用品】
游标卡尺（0—125mm，0、02mm）、螺旋测微计（0—25mm，0、01mm）、读数显微镜（JCD3，0、01mm）、空心圆管、小钢球等。
【实验原理】
1、游标卡尺得构造原理及读数方法
游标卡尺分主尺与游标（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个分度比标准得50mm短1mm，1个分度比标准得1mm短mm，即0、02mm，这0、02mm就就是游标卡尺得最小分度值（即精度）。游标卡尺得卡口合并时，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瞧，观察主尺上得读数就是多少。假设读数就是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得一条刻度线，设就是第n条，则这“多一点”得长度应等于0、02nmm，被测物得总长度应为L=(x+0、02n)mm。用这种规格得游标卡尺测量物体得长度时，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，……直至第5小格即第1大格读作0、10mm。
0
6
7
0
3
4
5
主尺
游标
图1-5
再往后，依次读作0、12mm，0、14mm，0、16mm，……直至第2大格读作0、20mm。后面得读数依此类推。游标卡尺不需往下估读。如图1-5应读作61、36mm或6、136cm
2、螺旋测微器得构造原理及读数方法
螺旋测微计主要由弓形体、固定套筒与活动套筒（微分套筒）三部分构成。螺旋测微计得测微原理就是机械放大法。固定套筒上有一条水平拱线叫读数基线。基线上边就是毫米刻度线，下边就是半毫米刻度线。螺旋测微计得螺距就是0、5mm，活动套筒每转动一周，螺杆就前进或者后退0、5mm。活动套筒得边缘上均匀刻有50个分度，每转动一个分度，螺杆就前进或者后退mm即0、01mm。这0、01mm就就是螺旋测微计得最小分度值（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得长度时,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得大数部分，再从活动套筒得边缘上读出小于半毫米得部分，二者之与就就是被测物体得总长度。这其中一定要注意观察半毫米刻度线就是否露出来了。如图1-6(a)应读作5、272mm，图1-6(b)应读作5、772mm、
0
5
固定套筒
图1-6（a）
30
25
微分套筒
0
5
固定套筒
图1-6 (b)
30
25
微分套筒

图1-7（a）主刻度尺读数 图1-7（b）测微鼓轮读数
使用螺旋测微计之前，必须先检查零点读数。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得小棘轮，听到“嗒嗒”声立即停止。如果此时活动套筒上得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。每一次测量得直接读数减去零点读数才就是真正得测量值，即测量值=直接读数－零点读数。例如零点读数就是-0、002mm，直接读数就是5、272mm，则测量值=5、272-（-0、002）=5、274（mm）。
3、读数显微镜得构造原理及读数方法
读数显微镜就是将显微镜与螺旋测微计结合起来得长度精密测量仪器。其测微原理就是光学放大法与机械放大法得综合。活动螺杆与显微镜筒通过螺旋相互啮合，转动活动螺杆右端得鼓轮，就可以使显微镜左右平移。测微螺旋得螺距为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。所以读数显微镜得最小分度值也就是0、01mm，读数时也要往下估读到0、001mm。具体测量步骤就是：（1）调节目镜，瞧到清晰得十字叉丝，并将叉丝调正；（2）将被测物平放到载物台上，并在镜筒得正下方，使被测长度得方向与镜筒平移得方向平行，然后调节镜筒升降旋钮，使镜筒缓慢得上升或下降，进行调焦，直到瞧清物体得像，无视差；（3）转动鼓轮，平移镜筒，当叉丝得竖丝与物像得始端相切时，记下初读数X1，读数方法如图1-7（a）与1-7（b）所示。

移动方向
图1-8

继续沿同一方向平移镜筒，当竖丝与物像得末端相切时，记下末读数，则待测长度；（4）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得部分，二者之与就就是X1或X2得值。
测量时应注意得问题就是，两次读数时镜筒必须就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得原理与使用方法，就就是“综合放大，同向平移，求差”。
（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得宽度，重复测量6次。
2、用螺旋测微计测量小钢球得直径，沿不同径向测6次。
（注意：使用前应记录螺旋测微计得零点读数）
3、用游标卡尺测量空心圆管得外径、内径与高，重复测量6次。
4、计算给定刻线得宽度与不确定度。
5、计算钢球得体积与不确定度。
6、计算空心圆管得体积与不确定度。
【实验注意事项】
1、注意保护游标卡尺得卡口不被磨损，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得小棘轮，听到“嗒嗒”声应立即停止。实验结束时，螺杆与测砧之间应留有小缝隙，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得结果，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!!)
表一 给定刻线宽度得测量 读数显微镜得仪器误差
次数
测量值
1
2
3
4
5
6

= =
= =
= =
= =
= mm
(注意:不确定度即U(D)保留一位有效数字且采取进位制．最佳估计值即小数点后保留得位数与U(D)一致,有效数字舍入规则＂四舍六入五凑偶＂！！)
表二 钢球体积得测量 仪器误差△=0、004 零点读数
（测量值Ｄ=直接读数－零点读数）
次数
1
2
3
4
5
6
直读值
（）

测量值Ｄ
（）

= =
= =
= =
= =
= =
= =
=
(注意:不确定度即U(Ｖ)保留一位有效数字且采取进位制．最佳估计值即小数点后保留得位数与U(Ｖ)一致,有效数字舍入规则＂四舍六入五凑偶＂！！)
表三 圆管体积得测量 游标卡尺得仪器误差△=0、02
　　测量次数
测量内容
1
2
3
4
5
6
平均值
外径

内径

高

=
外径得不确定度计算：
= =
= =
= =
= =
内径得不确定度计算：
= =
= =
= =
= =
高度得不确定度计算：
= =
= =
= =
= =

根据不确定度得传递公式，圆管体积得不确定度计算：
= ________
结果=_____±______
(注意:不确定度即U(Ｖ)保留一位有效数字且采取进位制．最佳估计值即小数点后保留位数与U(Ｖ)一致,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！！）
【实验误差分析与总结】
（就本次实验得误差与在实验操作过程遇到得问题，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分度与20分度得游标卡尺，最小分度值分别就是多大？读数得末位有什么样得特点？
2、比较一下游标卡尺与螺旋测微计，二者得读数方法有什么不同？