长度和体积的测量.doc

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1、实验3长度和体积的测量 【实验目的】1.学习游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜的测量原理与使用方法；2.学会正确读数与数据记录；3.掌握计算不确定度和实验结果表示的方法。【实验仪器】游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜、圆柱体、球体、细铁丝等【实验原理】一、长度测量在物理实验中长度测量具有重要地位，除了直接测量某物体的长度或距离外，很多其他物理量的测量也经常转化为长度的测量，比如温度、压力、电流和电压等等。长度的单位是米，单位符号为m，是国际单位制中七个基本单位之一。国际单位制(SI制)中，还用构成十进倍数和分数单位的词头来表示物理量单位，例如常用长度单位

2、的符号及其与“米”的关系有：1km＝103m，1cm=10－2m,1mm＝10－3m，1μm＝10－6m，1nm＝10－9m，……物理实验中常用的测量仪器有游标卡尺、螺旋测微计、读数显微镜等。下面逐个介绍．(一)游标卡尺在米尺上附加一个可滑动的、刻有若干分度的小尺(称为游标，也称副尺)就可把米尺的精度提高到0.1mm～0.02mm，甚至更高。带有游标的尺称为游标尺。副尺上刻有若干小分度，比如n格，它的长度等于主尺上n－1分度的长度，这种游标称为n分度标。一般有n等于10的十分度标，和较为精密的二十分度标，还有五十分度标。图1－2为副尺上有n个分度的n

3、分度标。其长度与主尺上n－1格的长度相等。令x为副尺上每一分度的长度，y为主尺上每分度的长度。则有nx＝（n－1）y，x＝y－y／n。这说明主尺上每一分度长度与游标上每一分度长度之差是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Δx＝y－x＝y／n，　　　　　　　　(1－1）此量称为游标的精度，它决定着游标的最大误差。十分度标的精度Δx＝(1/10)mm＝0.1mm；二十分度标的精度为(1/20)mm＝0.05mm；五十分度标的精度是（1/50）mm＝0.02mm。图1－2分度直游标下面介绍用直游标尺测量长度的方法，图1－3中，L为待测物体长度，它的A端

4、与主尺零位重合，L的另一端B处于k＝6格和k＋1＝7格之间，比6格多出的ΔL部分可用游标来确定。观察游标上哪一条线恰与主尺上刻线重合。从图1－4中看出是副尺第四条线与主尺线重合，于是ΔL就是4个y与4个x之差，即ΔＬ＝4×Δx＝4×0．1mm，于是Ｌ＝6×1mm＋0．4mm＝6．4mm。虽然这里最小读数与米尺的最小读数均为0.1mm，但这里比米尺测量得准确。推广到一般的游标原理如下：设L对应主尺上的整数格为k，游标重合线数为q，则被测L长度为Ｌ＝k·y＋q·Δx＝k·y＋q·y／n．　　　　　(1－2)图1－3十分度游标尺读数法上式说明用游标尺来测量

5、一个长度时，它等于主尺上整数分度长度ky加上游标的精度y／n乘以游标重合线数q。常用的直游标有20分度、50分度等．图1－4是游标卡尺结构图，被测物体放在下量爪5之中，除测长度外，还可用外卡5测量圆柱外径，用内卡7测量圆筒内径，用量爪1测量深度。图1－4游标卡尺结构1.测深直尺　2.尺身　3.尺框　4.紧固螺钉5.下量爪　6.游标　7.上量爪如图1－5所示，主尺的最小分度为1mm，游标上有10个小等分间隔，则被测球体的直径为29.80mm。使用游标卡尺时应注意以下几点：(1)合拢下量爪，游标“0”线与主尺“0”线是否重合。如不重合，应记下零点读数，加

6、以修正。(2)测量外尺寸时，应先把下量爪开得比被测尺寸稍大。测量内尺寸时，把上量爪张开得比被测尺寸稍小，然后慢慢推或拉尺框，使量爪轻轻地接触被测件表面。测量内尺寸时，不要使劲转动卡尺，可轻轻摆动，以便找出最大值。(3)当量爪接触被测件后，用力的大小应正好使两个量爪恰恰能接触被测件表面。如果用力过大，尺框和量爪会倾斜一个角度，这样量出的尺寸比实际尺寸小。(4)不要用游标卡尺测量粗糙物体。夹紧物体后，不要在卡口挪动物体，防止卡口被磨损。(二)螺旋测微计图1－5是螺旋测微计外形图，它是比游标卡尺更为精密的测量长度仪器。主要是用于测量(25～30）mm以下的

7、小长度的仪器。测砧7与尺架连在一起并且不动，固定套管4上的最小分度是0.5mm(注意它是上、下交错刻度的。上侧和下侧错开半个刻度)。旋转微分筒(沿筒的圆周等分50个刻度)一周，测微螺杆2就移动0.5mm。显然，当它每转过一个分度，测微螺杆就移动0.5mm／50即0.01mm。此仪器系用螺旋放大法提高精度。   图1－5螺旋测微计1.尺架　2.微动螺杆　3.锁紧装置　4.固定套管5.微分筒　6.棘轮旋柄　7.测砧测量物体长度时，应轻轻转动测力恒定装置6，使测微螺杆与被测物体接触后的压力达到某一数值时，测力恒定装置中的棘轮将产生滑动，并产生喀喀的响声。这

8、时虽可继续转动测力恒定装置，微分筒却不再转动，测微螺杆也不再前进了。读数时，先从固定标尺上读出整数格，每格1