长度测量实验报告

1广州大学学生实验报告院（系）名称物理系班别姓名专业名称学号实验课程名称普通物理实验I实验项目名称力学实验：长度测量实验时间实验地点实验成绩指导老师签名【实验目的】学习米尺、游标卡尺、螺旋测微计和移测显微镜的结构、工作原理和使用方法，初步掌握实验数据记录、有效数字和误差计算规则以及对测量结果的表示方法。【实验仪器】米尺、游标卡尺、螺旋测微计、移测显微镜。【实验原理】标卡尺主要由两部分构成，如(图2–1)所示：在一毫米为单位的主尺上附加一个能够滑动的有刻度的小尺（副尺），叫游标，利用它可以把主尺估读的那位数值较为准确地读出来。图2–1游标卡尺在构造上的主要特点是：游标上N个分度格的总长度与主尺上（1N）个分度格的长度相同，若主尺上最小分度为a，游标上最小分度值为b，则有aNNb)1(（2.1）那么主尺与游标上每个分格的差值（游标的精度值或游标的最小分度值）是：11NabaaaNN（2.2）图2-7常用的游标是五十分游标(N=50)，即主尺上49mm与游标上50格相当，见图2–7。五十分游标的精度值=0．02mm．游标上刻有0、l、2、3、…、9，以便于读数。2毫米以上的读数要从游标“0”刻度线在主尺上的位置读出，毫米以下的数由游标（副尺）读出。即：先从游标卡尺“0”刻度线在主尺的位置读出毫米的整数位，再从游标上读出毫米的小数位。游标卡尺测量长度l的普遍表达式为lkan（2.3）式中，k是游标的“0”刻度线所在处主尺刻度的整刻度（毫米）数，n是游标的第n条线与主尺的某一条线重合，1mma。图2–8所示的情况，即21.58mml。图2–8在用游标卡尺测量之前，应先把量爪A、B合拢，检查游标的“0”刻度线是否与主尺的“0”刻度线重合。如不重合，应记下零点读数，加以修正，即待测量10lll。其中，1l为未作零点修正前的读数值，0l为零点读数。0l可以正，也可以负。使用游标卡尺时，可一手拿物体，另一手持尺，如图2–9所示。要特别注意保护量爪不被磨损。使用时轻轻把物体卡住即可读数。图2–92、螺旋测微器(千分尺)常见的螺旋测微器如（图2–10）所示。它的量程是25mm，分度值是0.01mm。螺旋测微器结构的主要部分是一个微螺旋杆。螺距是0.5mm。因此，当螺旋杆旋一周时，它沿轴线方向只前进0.5mm。螺旋柄圆周上，等分为50格，螺旋杆沿轴线方向前进0.01mm时螺旋柄圆周上的刻度转过一个分格这就是所谓机械放大原理。测量物体长度时，应轻轻转动螺旋柄后端的棘轮旋柄，推动螺旋杆，把待测物体刚好夹住时读数，可以从固定标尺上读出整格数，（每格0.5mm）。0.5mm3以下图2–10的读数则由螺旋柄圆周上的刻度读出，估读到0.001mm这一位上。如图2–11(a)和(b)，其读数分别为5.650mm、5.150mm。(1)记录零点读数，并对测量数据作零点修正。(2)记录零点及将待测物体夹紧测量时，应轻轻转动棘轮旋柄推进螺杆，转动小棘轮时，只要听到发出喀喀的声音，即可读数。图2–11实验仪器游标卡尺：精度值：0.02mm量程：125mm螺旋测微器：分度值：0.01mm量程：25mm被测物体：小球；空心圆柱体。实验内容1．螺旋测微器测量圆球直径，不同位置测量6-8次，计算其不确定度，并写出测量结果的标准形式。2．用游标卡尺测量空心圆柱体不同部分的外径、内径、高度，各测量6-8次。计算空心圆柱体的体积及其不确定度，并写出测量结果的标准形式。①游标卡尺的工作原理游标卡尺是利用主尺和副尺的分度的微小差异来提高仪器精度的。如图2.2.1-3所示的“十分游标”，主尺上单位分度的长度为1mm，副尺的单位分度的长度为0.9mm，副尺有10条刻度，当主、副尺上的零线对齐时，主、副尺上第n(n为小于9的整数)条刻度相距为n×0.1=0.nmm，当副尺向右移动0.nmm时，则副尺上第n条刻度和主尺上某刻度对齐。由此看出，副尺移动距离等于0.1mm的n倍时都能读出，这就是“十分游标”能把仪器精度提高到0.1mm的道理。【用游标卡尺测量铜圆柱体的直径及高度】铜圆柱体直径(mm)高度(mm)13.00mm39.24mm【用游标卡尺测量细小螺母的外直径及厚度】细小螺母外直径(mm)厚度(mm)9.771mm4.431mm01cm主尺0510图2.2.1-3副尺0A图2.2.1-4B5045C4【用游标卡尺测量兵乓球的直径】兵乓球直径(mm)第一次37.700mm第二次37.680mm第三次37.560mm平均值37.65mm【用游标卡尺测量铁管内外径及高度】测量次数铁管内径d（mm）外径D(mm)高度H(mm)第1次14.00mm15.18mm87.20mm第2次14.00mm16.08mm87.10mm第3次14.00mm16.20mm87.12mm第4次14.22mm16.08mm87.20mm第5次14.22mm16.00mm87.20mm第6次平均值13.70mm16.00mm87.18mm14.02mm15.92mm87.17mm【用卷卡尺不同部分测量兵乓球的长度及用游标卡尺测量其直径】玻璃棒长度（cm）直径（mm）第一次29.50cm70.54mm第二次29.50cm70.54mm第三次29.52cm70.54mm第四次29.49cm70.54mm第五次29.51cm70.54mm第六次29.50cm70.54mm平均值29.50cm70.54mm其他类型游标卡尺的工作原理与上述相同。②螺旋测微计的工作原理如图2.2.1-4所示，A为固定在弓形支架的套筒，C是螺距为0.5mm的螺杆，B为活动套筒,它和测微螺杆连在一起。活动套筒旋转一周,螺杆移动0.5mm。活动套筒左端边缘沿圆周刻有50个分度，当它转过1分度，螺杆移动的距离δ=0.5/50=0.01mm，这样，螺杆移动0.01mm时，就能准确读出。【用螺旋测微器测量细圆薄片的环宽度及厚度】圆薄片厚度(mm)环宽度（mm）0.560mm2.240mm5【用螺旋测微器测量细小导线的直径】细小导线直径(mm)第一次1.042mm第二次1.030mm第三次1.025mm第四次1.030mm第五次1.031mm第六次1.025mm平均值1.030mm③移测显微镜移测显微镜的螺旋测微装置的结构和工作原理与螺旋测微计相似，所以能把仪器精度提高到0.01mm。由于移测显微镜能将被测物体放大，因而物体上相距很近的两点间的距离也能测出。测量玻璃毛细管内的直径d，移测显微镜量程为50mm，最小分度值Δ仪=0.01mm，序数123456平均值A类不确定度UAA(mm)65.40065.42365.42365.29765.29465.285B(mm)65.06665.06365.06564.98264.95964.963d(mm)0.3340.3600.3580.3150.3350.3220.3370.008D=│A-B│，计算A类不确定度UA也就是平均值标准偏差d。测量结果：玻璃毛细管内的直径d±UA=0.337±0.008(mm)=(0.337±0.008)×10-3(m)【实验总结】通过本实验，我明白了游标测量原理，学会了游标卡尺和螺旋测微计的使用，掌握了怎么样减少误差的方法和怎么处理数据的办法。