不同方法测量金属细丝直径的精确度比较

不同方法测量金属细丝直径的精确度比较（实验者：秦佳蕾 同组实验者：杨莹 指导教师：竺江峰）（A09 生科 090103133 652506， A09 生科 090103127 652514）摘要：分别用螺旋测微器法，缠绕法，劈尖干涉法测漆包线的直径，然后比较三种方法所测得结果的准确性以及它们的优缺点。结果表明：缠绕法所测结果误差最大，劈尖干涉法所测结果误差最小。关键词：螺旋测微器法 缠绕法 劈尖干涉法 准确性 优缺点1、 引言：目前，测细金属丝直径的方法有很多种，但是，并不是每一种都很精确，每一种都存在一定的误差。所以在本实验中，我们将采用三种我们平时就熟悉的三种方法: 螺旋测微器法，缠绕法，劈尖干涉法来测细金属丝的直径，用三个结果分别与理论值来进行比较，从而来得出三种方法的准确性；同时得出它们的优缺点。本次实验中所采用的细金属丝是漆包线。2、 设计原理及方法：2.1 原理2.1.1 用螺旋测微器法：用螺旋测微器直接测量出细金属丝的直径 .1d2.1.2 用缠绕法测：(L 为 N 圈细金属丝的宽度 )LdN2.1.3 用劈尖干涉法测：干涉和衍射是光的波动性的具体表现。等厚干涉又是光的干涉中的重要物理实验。把直径为d的细金属丝垫进两片光学玻璃之间的一端，在两玻璃片之间形成的空气薄膜称为劈尖，两玻璃的交线称为棱边。平行于棱边的线上，劈尖空气薄膜厚度相等。如图2（a）所示，当平行单色光垂直入射到玻面上时，从空气薄膜上、下表面反射的光就在薄膜表面附近相遇而发生干涉。因此观察介质表面就会看到明暗相间的直线干涉条纹，如图2（b）所示。图2（a） 图2（b）两束光的光程差： (11)e当 （k=1，2，）是为亮条纹； （k=1，2，）是为暗条纹。两相邻暗纹（或亮纹）对应的劈尖厚度之差为：（12）12kke若两暗纹之间的距离为 ，则夹角为 ：l（13）tgl设细金属丝至棱边的距离为L，则细金属丝的直径为;（14） 2Ldtl2.2 实验方法（包括仪器、步骤）2.2.1 实验仪器读数显微镜 螺旋测微器 游标卡尺 漆包线 笔杆 劈尖2.2.2 实验步骤（1） 、用螺旋测微器测：在漆包线上取 4 个不同的点，用螺旋测微器分别量出其直径，并记录到表格。（2） 、用缠绕法测：先在笔杆上细密、均匀地绕上 10 圈漆包线，在用游标卡尺量出 10 圈漆包线的长度，并记录到表格。用同样的方法在测出 15,20,25,30 圈的长度，并计算漆包线的直径。（3） 、用劈尖干涉法测：按读数显微镜的使用说明调整好显微镜，并打开钠灯, 进行预热。调整光路，使显微镜中的视场明亮均匀。调节显微镜的目镜，使叉丝清晰。组装好劈尖，并放到读数显微镜下。在读数显微镜下，使单色光垂直照射到劈尖上，使其产生干涉。在显微镜下调整劈尖玻璃及目镜，使目镜中的标尺“+”于一条暗条纹相重和，读数记为 ，同一方向转动测微鼓轮数到左侧第5条暗条纹时，在记录读数 。1x 2x以此类推，直到测出 。记录到表格，并计算漆包线的直径。在每次测量时，10注意鼓轮应沿同一个方向转动，中途不可倒转。（4） 、比较三种方法所测直径的精确度，以及优缺点。 （实验中所用的漆包线为同一根，为避免误差， ）3、实验结果与分析3.1 实验数据与处理3.1.1 实验数据 （1） 、用螺旋测微器测：()md2()3()md4()（mm1d）(mm)1(%)1E0.149 0.149 0.149 0.149 0.149 0.149.50.67%（2） 、用缠绕法测：N 10 15 20 25 30 （m2dm）（mm）2（%2E）D(mm) 1.50 2.25 3.00 3.74 4.50（mmd）0.150 0150 0.150 0.149 0.150 0.150 0.15.31.4%（3） 、用劈尖干涉法测：i1 2 3 4 5 6 7 8 9 103E(%)n 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45（ixmm）20.13020.53620.94321.34921.76022.16822.58823.00123.44123.8235ii（mm）2.038 2.052 2.067 2.092 2.0633d(mm）0.148 3d(mm)0.1480.006 200%3.1.2 数据处理（1） 、用螺旋测微器测：112341()(0.9.40.19.4)0.19()4dd m21221 )0.5() ()30.5.0().149()niixdxd XmSm仪 仪1.7.148.67%0（2） 、用缠绕法测： 1.50.1()DdmN同理2 234 50.15()0.1()9dmdm则 2212342().()2212222 ()(0.149.5)0.() 0.1()0.3)153()niixdxd XmS mm 仪 仪214801.4%（3） 、 用劈尖干涉法测：161272 383494 51051234.80.12.()5()2.67().092.63.0()MxmMx m .06.8()5l m.()仪 2222221.0386)(.50)(.67)(.096)(.30).()4nimMS m222.3xl m仪634135890.148()0.Ldl2()2l3.148.6dm30.148.10%3.2 实验结果分析在本次实验中通过螺旋测微器法，缠绕法，劈尖干涉法测得漆包线的直径分别为：0.149mm、0.150mm、0.148mm，把它们与理论值比较，发现它们的不确定分别为0.67%、 1.4%、 0%，都在在5%以内，准确率都比较较高，但是劈尖干涉法为0%，这说明在实验中所采取的三种方法测细金属丝直径，劈尖干涉法最为精确。而结果的值由于小数位数的限制，故导致 0%的出现，但若用 mm 来计算，结果为 0.34%，30.1485d远小于 0.67%，这也足以说明劈尖干涉法测细金属丝直径是这三种方法中最为精确的。但是由于操作起来相对来说比较麻烦，并且在数干涉条纹时容易眼花，数错。同时，缠绕法对测细金属丝直径误差较大，并且在缠绕的过程中不易控制使细金属丝绕得细密、均匀，在要求测得较精确结果的实验中并不适合用此方法。而螺旋测微器法相对而言比较精确，操作也简单，是一种测细金属丝直径简单而又较精确的好方法。4、 结束语或结论4.1 实验研究结论在螺旋测微器法，缠绕法，劈尖干涉法三中方法中，缠绕法所测结果误差最大，劈尖干涉法所测结果误差最小最为精确。但是缠绕法，劈尖干涉法操作起来要较螺旋测微器法来的麻烦。4.2 客观评价本方案的优缺点本实验方案所选取的三种测量方法都比较常见，各种 方法的概念相对来说都比较容易懂，并且实验器材都是我们在以往的实验中都已遇到过，操作起来就比较容易，而且实验结果易于比较。但是由于劈尖干涉时所需的细金属丝的直径想多来说很细，较粗的金属丝就会使干涉条纹不明显，导致不容易观察，使实验结果不准确。4.3 心得、展望由于在准备实验材料的时候没有特别注意细金属丝的直径对干涉条纹宽度的影响，以至于在实验的开始，在读数显微镜下一直找不到干涉条纹，所以浪费了很多宝贵的时间，直到后来在同学的提醒下才反应过来，重新找到细的漆包线，来进行实验。但又由于漆包线的直径并不是非常理想，在读数显微镜下的干涉条纹并不是很宽，这也增加了实验数据的误差。而且，在本次实验中我们选取的三种方法都比较简单，测细金属丝直径的方法还有很多，比如衍射法，电桥法，还有可以通过测其电阻来得出直径等方法，希望有机会可以在老师的指导下再次进行实验，更加全面的来比较不同方法测细金属丝直径的准确性。同时，在这次实验中，是和另外一名同学合作完成的，从中也体验到了合作的好处和乐趣。并且也在此过程过程中，老师也帮我们分析、解决实验中所遇到的各种问题，通过该实验让我们更进一步的接触了实验创新的实质，提高了动手能力、创新能力以及处理实际问题的能力，开拓了我们的思维，为以后设计创新实验打下了基础。5、 参考文献 1