大学物理实验-长度与密度测量

1海南大学材料与化工学院材料系大学物理实验—长度测量21.掌握游标卡尺和螺旋测微器的测量原理。一、实验目的2.正确使用游标卡尺和螺旋测微器。3.熟练掌握天平的操作方法4.掌握液体静力衡量法测量固体的密度5.学习用列表法处理实验数据。3游标卡尺（0.02mm）螺旋测微器(0.01mm)物理天平（0.5g）土字形工件小钢球二、实验仪器4主尺：钢制的毫米分度尺副尺：可以沿主尺移动，对主尺的最小分度值再进行分度，可以把主尺上估读的部分精确地读出来。分度值：最小格所代表的被测尺寸的数值叫分度值。1.游标卡尺的结构：5游标卡尺的正确使用6螺旋测微器的结构螺旋套筒砧台固定套筒尺架测杆旋钮棘轮止动扳钮7螺旋测微器的正确使用8天平1.调水平2.调零点3.称衡实验仪器图3物理天平1-调节螺母2-称盘3-托架4-支架5-挂钩6-游码7-游码标尺8-刀口、刀垫9-平衡螺母10-感量调节器11-读数指针12-支柱13-底座14-水准仪15-起动旋钮16-指针标尺91.游标卡尺的原理：(1)读数原理：利用两尺的差主尺上的度值游标上的分度值游标上n个分格的总长与主尺上n-1个分格的总长相等，即则ab(1)nbnaaabn游标卡尺的最小分度值其中n为游标的分格的格数，n为多少就是多少分度例如：10分度的游标，最小分度值是20分度和50分度的游标，最小分度值分别是0.05mm和0.02mm。10.110mmmm游标卡尺的最小分度值一般标在游标卡尺的副尺（游标）上。三、实验原理积累放大法10以常见的50分度游标卡尺为例主尺与游标上每个分格的差值是0.02mm11a.先弄清所使用的游标卡尺的最小分度值；b.先从主尺上读出毫米为单位的整毫米数，即游标零线刚越过的那条主尺刻度的值；c.再从游标上读出毫米为单位的小数部分，即从游标上数出与主尺上的某刻线对得最齐的那条刻线，；d.物体的长度等于整数部分加上小数部分，；e.将结果的毫米单位换算为所要求的单位。0LkLLLL0k(2)读数方法：测量值＝主尺读数(毫米整数)+游标对齐刻度线×0.02mm(毫米小数)（无估读位）12例如（50分度）主尺与游标上每个分格的差值是0.02mm三、实验原理x=0+12×0.02=0.24mmx=0.30mm13游标卡尺使用注意事项：(1)推动游标时要先旋松紧固螺钉，切忌用力过大而引入测量误差；(2)测量完了要先松开量爪，再取出被测物，以免弄伤内量爪的刀口、外量爪的钳口和量尺的尖端；(3)用完后应立即放回盒内，不能放在潮湿的地方。142.螺旋测微器的测量原理主尺的最小分度值是0.5mm微分筒每旋转一周，测微螺杆将沿轴线方向移动0.5mm微分筒每旋转一格（一个分度），相当于测微螺杆沿轴线移动1×0.5mm=0.01mm50螺旋测微器可准确地测出毫米的百分位，并可估读到毫米的千分位。分度值：△x=0.01mm机械放大法得名千分尺15螺旋测微器的读数方法测量值＝固定套筒读数(半毫米以上)+螺旋套筒对齐的刻度线×0.01mm，注意要有估读位，估读到0.001mm。x=4+18.4×0.01=4.184mmx=4.5+18.4×0.01=4.684mm16螺旋测微器的零点读数δ零点读数：转动棘轮，使测微螺杆和测砧刚好接触，固定套管上的准线在螺旋套筒筒上的示值，即为零点读数δ。测量值=读数值-零点读数17零点读数的修正值：2.80.010.028mm修正值5.272(0.028)5.300xmm实际结果2.00.010.020mm修正值5.2720.0205.252xmm实际结果18螺旋测微器使用注意事项：(1)测量前应先检查零点读数；(2)测量面A、B和被测物体之间的接触压力应当微小且恒定。(3)测量完毕，应使测量面A、B间留出适当间隙，以避免因热胀冷缩而损坏螺纹。19实验原理1.液体静力衡量法1）固体密度的测量①待测物体的密度大于纯水的密度gmmWWF)(11待测物体的质量为m此物浸没在纯水中，测出砝码的平衡质量为1mgF0V01mmV01mmm1m图1静力称衡法测密度20②待测物体的密度小于纯水的密度小密度值的测定023'mmm21四、实验内容1、用游标卡尺测“土”工件体积2、用螺旋测微器测小球体积3、用物理天平测“土”工件的密度221.用游标卡尺测土字形工件的体积22221122334411114444Vdhdhdhdh五、实验数据记录表格23表1用游标卡尺测量小工件的体积单位：mm242.用螺旋测微器测小钢球的体积R3334413326DVRD25表2用螺旋测微器测量小钢球的体积单位：mm263、物理天平测“土”工件密度测量次数123mm1备注水温：C01mmm表3液体静力衡量法测其密度单位：g271.用游标卡尺测量土字形工件各部位的直径和高五、实验步骤(1)校准仪器，看是否有零误差。(本实验为0.00mm)即测量前，先将外量爪合拢，检查游标的0刻线是否与主尺0刻线重合，如果重合了就可开始测量；如没有重合则说明有零误差，应记下零点读数并加以修正。零误差可负可正，当游标的0刻度线在主尺0刻度线的左侧则记为负值，叫做负零误差，反之记为正值叫做正零误差。(2)每个直接测量分别测量6次，并记下相应的测量值。(1)校准仪器，读取零点读数δ。(2)分别从不同方向测量金属球直径6次，并记下相应的测量值。2.用螺旋测微器测小钢球的体积283、液体静力衡量法测“土”工件密度（1）物理天平调整调水平；调零点（2）称量“土”工件质量，读数注：请各位老师在结束实验时检查砝码是否完整，方可让学生离开！思考题：p36-4;p40-329数据处理方法()()1)-n(n)d-d(=S1=S=u∑n1=i2iAdndiddn()1-n)d-d(=∑n1=i2idS（1）每一个直接测量量平均值（2）平均值的标准偏差（3）A类不确定度分量30数据处理方法3=uB仪22+=BAuuuu±d=d（4）B类不确定度分量（5）合成不确定度（6）直接测量量结果（4）B类不确定度分量（5）合成不确定度（6）直接测量量结果311.本实验的原理指的是游标卡尺和螺旋测微器的读数原理和读数方法，流体静力秤衡法测密度的原理2.注意有效数字的正确书写；3.写出各物理量的计算过程；4.给出体积、密度的完整表达结果。实验报告要求321.直接测量量的不确定度参照教材P15例12.各圆柱体体积的不确定度参照建材P18例43.土字形工件体积的不确定度2222123422()cciiiiiiuVuVuVuVuVVVuVuhudhd或实验数据处理要求4.小钢球体积的不确定度()cdVuVuDdD335、密度的不确定度212)()(1mmumumu341.测量前进行零点校正，测量值=读数值-零点读数。2.读数时，视线与刻度面垂直。3.游标卡尺的测量爪必须紧靠待测物体，但不能将待测物在量爪间来回滑动。4.使用螺旋测微器时，首先转动螺旋套筒接近待测物（测砧间留有空隙），再转动棘轮接触物体(听到轻微的咔咔声即可），切勿直接转动螺旋套筒使物体与测砧接触。6.测量完毕，量爪之间、测砧面之间应留有空隙。7.注意事项351.何谓仪器分度值?米尺、20分度游标卡尺和螺旋测微器的分度值各为多少?2.有一角游标，主尺29度(29分格)对应于游标30个分格，问这个角游标的分度值是多少?有效数字最后1位应读到哪一位?3.读数时估计的数位越多，测量值会越准确吗？思考题