长度与密度测量实验.pdf

大学物理实验大学物理实验 长度长度与与密度密度测量测量 海南大学 大学物理实验室 1 掌握游标卡尺和螺旋测微器的测量原理 一 实验目的一 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 掌握测量不确定的数据处理方法 游标卡尺 游标卡尺 0 02mm0 02mm 螺旋测微器螺旋测微器 0 01mm 0 01mm 物理天平物理天平 土字形工件土字形工件 小钢球小钢球 二 实验二 实验仪器仪器 4 游标卡尺是由游标卡尺是由毫米分度值的主尺毫米分度值的主尺和一段和一段能滑动的游能滑动的游 标副尺标副尺构成 通过对主尺的最小分度值再进行分度 构成 通过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 可以把主尺上估读的部分精确地读出来 1 游标卡尺 游标卡尺 5 游标卡尺的结构游标卡尺的结构 外量爪 深度尺 主尺 游标尺 最小分度 紧固螺钉 内量爪 推把 A 6 当拉动尺框时 两个量爪做相对移动而分离 其距离大小的当拉动尺框时 两个量爪做相对移动而分离 其距离大小的 数值可从主尺和游标尺上读出数值可从主尺和游标尺上读出 外量爪外量爪用于测量各种用于测量各种外尺寸 外尺寸 如如长度 圆筒的外径 长度 圆筒的外径 内量爪内量爪用于各种用于各种内尺寸 内尺寸 如如圆筒的内径 圆筒的内径 深度尺深度尺用于测量各种用于测量各种深度尺寸深度尺寸 如 如孔深 孔深 测量时 主尺的测量时 主尺的 端面端面A A是测定定位基准 是测定定位基准 7 我们用我们用量程量程和和分度值分度值表示测量仪器的规格 表示测量仪器的规格 量程是指量程是指测量范围测量范围 分度值是分度值是仪器所标示的最小量度单位仪器所标示的最小量度单位 分度值的大分度值的大 小反映仪器的准确程度 小反映仪器的准确程度 测量前应先弄清所使用的游标卡尺的测量前应先弄清所使用的游标卡尺的分度值分度值 8 游标分度值 游标分度值 主尺一格 两条相邻刻线间的距离 主尺一格 两条相邻刻线间的距离 的宽度与游标尺一格的宽度之差 的宽度与游标尺一格的宽度之差 游标尺上有n个分格 若 n 10 称为10分游标卡尺 n 20 称为20分游标卡尺 n 50 称为50分游标卡尺 游标分度值分别为 游标分度值分别为 9 10分游标 分游标 把游标尺等分为把游标尺等分为10个分格个分格 读数原理示意图 读数原理示意图 游标上有游标上有10个分格 其总长正好等个分格 其总长正好等 于主尺的于主尺的 9个分格 主尺上一个分格是个分格 主尺上一个分格是 1 mm 因此 因此 游标上游标上10个分格的总长等于个分格的总长等于 9 mm 它一个分格长度 它一个分格长度 是是 0 9 mm 与主尺一格的宽度之差 游标分度值 与主尺一格的宽度之差 游标分度值 为为 0 10 mm 10分游标的主尺与游标尺分游标的主尺与游标尺 10 分度值 分度值 0 1mm分度值 分度值 0 02mm分度值 分度值 0 05mm 游标尺上有游标尺上有n个分格 则游标卡尺的分度值为个分格 则游标卡尺的分度值为1 n mm 一般取游标卡尺的最小分度值为其仪器误差 一般取游标卡尺的最小分度值为其仪器误差 11 游标卡尺的读数 图中整数是图中整数是 132 mm 因为主尺的第 因为主尺的第 132 根刻度线挨近游根刻度线挨近游 标尺的 标尺的 0 线的左边 线的左边 整数值整数值 游标尺的 游标尺的 0 线是读毫米的基准 主尺上接近游线是读毫米的基准 主尺上接近游 标 标 0 线左边最近的那根刻线的数字就是主尺的毫米值 线左边最近的那根刻线的数字就是主尺的毫米值 读数方法读数方法 测量值 主尺读数测量值 主尺读数 毫米整数毫米整数 游标对齐刻度线游标对齐刻度线 分度值 分度值 毫米小数毫米小数 无估读位 无估读位 12 游标卡尺的读数 读数方法读数方法 测量值 主尺读数测量值 主尺读数 毫米整数毫米整数 游标对齐刻度线游标对齐刻度线 分度值 分度值 毫米小数毫米小数 无估读位 无估读位 小数是小数是 0 05 mm 9 0 45 mm 因为游标尺的第 因为游标尺的第 9 根刻根刻 度线与主尺上的一根刻度线对齐度线与主尺上的一根刻度线对齐 小数值 小数值 游标尺游标尺上哪一根线与上哪一根线与主尺主尺上的刻线上的刻线对齐对齐 将该线 将该线 的序号乘游标分度值 也可在游标尺上直接读出 的序号乘游标分度值 也可在游标尺上直接读出 13 游标卡尺的读数 读数方法读数方法 测量值 主尺读数测量值 主尺读数 毫米整数毫米整数 游标对齐刻度线游标对齐刻度线 分度值 分度值 毫米小数毫米小数 无估读位 无估读位 测量值 测量值 将整数和小数相加上直接读出 将整数和小数相加上直接读出 故两次读数之和为故两次读数之和为 132 45 mm 14 Y 100mm 8x0 1mm 100 8mm 练习练习1 1 15 Y 100mm 15x0 05mm 100 75mm 练习练习2 2 16 熟悉卡尺分度值及刻度状态熟悉卡尺分度值及刻度状态 松开紧固螺钉 拉开游标卡尺 夹住被测物松开紧固螺钉 拉开游标卡尺 夹住被测物 锁住紧固螺钉锁住紧固螺钉 读数读数 复原复原 测量步骤测量步骤 17 测量时 用左手拿零件 右手拿卡尺进行测量 测量时 用左手拿零件 右手拿卡尺进行测量 对比较长的零件要多测几个位置 对比较长的零件要多测几个位置 卡住被测物时 松紧要适当 不要用力过大 卡住被测物时 松紧要适当 不要用力过大 注意保护游标卡尺的刀口 注意保护游标卡尺的刀口 推动游标时要先旋松紧固螺钉推动游标时要先旋松紧固螺钉 切忌用力过大 切忌用力过大 而引入测量误差 而引入测量误差 测量完毕要先松开量爪 再取出被测物 测量完毕要先松开量爪 再取出被测物 以免以免 弄伤内量爪的刀口 外量爪的钳口 弄伤内量爪的刀口 外量爪的钳口 注意事项注意事项 螺旋测微器的结构螺旋测微器的结构 螺旋套筒螺旋套筒 砧台砧台 固定套筒固定套筒 尺架尺架 测杆测杆 旋钮旋钮 棘轮棘轮 止动扳钮止动扳钮 2 螺旋测微器的测量原理与使用方法 螺旋测微器螺旋测微器 外径千分尺 外径千分尺 微调旋钮 微调旋钮 螺旋测微器的测量原理螺旋测微器的测量原理 主尺的最小分度值是主尺的最小分度值是0 5mm0 5mm 微分筒每旋转一周 测微螺杆微分筒每旋转一周 测微螺杆 将沿轴线方向移动将沿轴线方向移动0 5mm0 5mm 微分筒上的刻度为微分筒上的刻度为5050等分 微等分 微 分筒每旋转一格 一个分度 分筒每旋转一格 一个分度 相当于测微螺杆沿轴线移动 相当于测微螺杆沿轴线移动 1 0 5mm 0 01mm 50 螺旋测微器可准确地测出毫米的百分位 由于还螺旋测微器可准确地测出毫米的百分位 由于还 能再估读一位 可能再估读一位 可估读估读到毫米的千分位 到毫米的千分位 分度值 分度值 x 0 01 mm 得名千分尺得名千分尺 20 固定套筒读数时 应固定套筒读数时 应 注意观察固定刻度上注意观察固定刻度上 表示表示半毫米的刻度线半毫米的刻度线 是否已经露出是否已经露出 螺旋套筒读数时 注螺旋套筒读数时 注 意要意要有估读位有估读位 估读 估读 到到0 001mm0 001mm 螺旋测微器的读数方法螺旋测微器的读数方法 测量值 固定套筒读数测量值 固定套筒读数 半毫米以上半毫米以上 固定套筒轴线对齐螺旋套筒的刻度线 固定套筒轴线对齐螺旋套筒的刻度线 0 01mm 0 01mm 21 练习练习 22 1 螺旋套筒的 螺旋套筒的 0 线在线在固定固定 套筒上的轴线的套筒上的轴线的下方下方 即待测物 即待测物 长度为零时 而螺旋测微器读数长度为零时 而螺旋测微器读数 不为零 此时初读数记为不为零 此时初读数记为正值正值 螺旋测微计的零点读数螺旋测微计的零点读数 零点读数 零点读数 转动棘轮 使测微螺杆和测砧刚好接触 固转动棘轮 使测微螺杆和测砧刚好接触 固 定套管上的轴线在螺旋筒上的示值 即为零点读数定套管上的轴线在螺旋筒上的示值 即为零点读数 23 螺旋测微计的零点读数螺旋测微计的零点读数 零点读数 零点读数 转动棘轮 使测微螺杆和测砧刚好接触 固转动棘轮 使测微螺杆和测砧刚好接触 固 定套管上的轴线在微分筒上的示值 即为零点读数定套管上的轴线在微分筒上的示值 即为零点读数 2 螺旋套筒的 螺旋套筒的 0 线在固定线在固定 套管上的轴线的套管上的轴线的上方上方 即待测物 即待测物 长度为零时 螺旋测微器读数为长度为零时 螺旋测微器读数为 一一负值负值 零点读数的修正值 零点读数的修正值 2 8 0 010 028mm 修正值修正值 5 272 0 028 5 300 xmm 实际结果实际结果 2 0 0 010 020mm 修正值修正值5 2720 0205 252xmm 实际结果实际结果 螺旋测微器使用注意事项 螺旋测微器使用注意事项 1 1 测量前应先检查测量前应先检查零点读数 零点读数 在使用螺旋测微计测量在使用螺旋测微计测量 物体长度前必须读取初读数 物体长度前必须读取初读数 2 2 使用螺旋测微器时 首先转动螺旋套筒接近待测物使用螺旋测微器时 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 测砧间留有空隙 再转动棘轮接触物体 听到轻听到轻 微的微的 喀 喀喀 喀 声即可 声即可 切勿直接转动微分筒使切勿直接转动微分筒使 物体与测砧接触 物体与测砧接触 这样操作 即不至于把待测物夹得过紧或过松 影这样操作 即不至于把待测物夹得过紧或过松 影 响测量结果 也不会压坏测微螺杆的螺纹 响测量结果 也不会压坏测微螺杆的螺纹 螺旋测微计能否保持测量结果的准确 关键是能否螺旋测微计能否保持测量结果的准确 关键是能否 保护好测微螺杆的螺纹 保护好测微螺杆的螺纹 3 3 测量完毕 测量完毕 应使砧台和测杆间留出适当间隙 应使砧台和测杆间留出适当间隙 以避以避 免因热胀冷缩而损坏螺纹 免因热胀冷缩而损坏螺纹 2 天平感量天平感量 感量就是指天平平衡时 为使指针偏转一格所需感量就是指天平平衡时 为使指针偏转一格所需 增加或减少的最大质量 所以感量又做 分度值 增加或减少的最大质量 所以感量又做 分度值 常以 毫克 常以 毫克 mg 为单位 为单位 表示天平性能的指标表示天平性能的指标 物理天平的规格由物理天平的规格由最大称量值最大称量值和和天平感量天平感量来表示 来表示 1 最大称量值最大称量值 天平允许称量的最大质量值 满载值 天平允许称量的最大质量值 满载值 常以克 常以克 g 为单位表示 为单位表示 天平感量反映了天平的灵敏程度 感量越小灵敏度就越高 天平感量反映了天平的灵敏程度 感量越小灵敏度就越高 3 3 物理天平物理天平 刀口 原理 原理 等臂杠杆等臂杠杆 结构 结构 横梁横梁 刀口和支架刀口和支架 平衡螺母平衡螺母 刀口 横梁 平衡 螺母 刀口 称盘称盘 指针指针 指针 游码游码 砝码砝码 称盘 称盘 支架 游码 支架 实验仪器实验仪器 物理天平物理天平 平衡 螺母 横梁的中点和两端共横梁的中点和两端共 有三个刀口 有三个刀口 三个刀口 中间的刀口中间的刀口作为支点作为支点 启动旋钮 实验前应将称盘悬挂在副刀口实验前应将称盘悬挂在副刀口 上 上 实验后将称盘从副刀口上取下实验后将称盘从副刀口上取下 置于横梁两端置于横梁两端 两端的刀口两端的刀口悬挂称盘悬挂称盘 NoTe 横梁放下时应落在两个支架上 横梁放下时应落在两个支架上 随时制动 随时制动 仅在判断天平是否平衡时才将横梁抬起 仅在判断天平是否平衡时才将横梁抬起 99 时间横梁是放下来的时间横梁是放下来的 物理天平物理天平 1 1 调水平调水平 2 调零点调零点 3 称衡称衡 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 实验前应检查称盘是否悬挂在实验前应检查称盘是否悬挂在副刀口副刀口上 上 1 1 调水平 调水平 将天平放在水平工作台上 调节将天平放在水平工作台上 调节 调节螺母调节螺母 使水准仪中的水泡位于正中间 使水准仪中的水泡位于正中间 2 2 调零点 调零点 a a 将游码移至标尺左端的 将游码移至标尺左端的 0 0 刻度线处刻度线处 b b 调节横梁两端的平衡螺母 使指针对准分度盘中央调节横梁两端的平衡螺母 使指针对准分度盘中央 的刻度线的刻度线 或左右摆动幅度相同 或左右摆动幅度相同 3 3 左物右码左物右码 先估计被测物体的质量 然后将物体放在天平 先估计被测物体的质量 然后将物体放在天平 左盘中 用左盘中 用镊子镊子从大到小从大到小向右盘里加减砝码向右盘里加减砝码 4 4 移动游码移动游码 加到最小砝码不能平衡时 在标尺上移动游 加到最小砝码不能平衡时 在标尺上移动游 码 使天平平衡 码 使天平平衡 5 5 读数方法 读数方法 右盘中砝码的总质量与游码读数 以游码右盘中砝码的总质量与游码读数 以游码左边左边 缘缘对应示数为准 之和 即等于被测物体的质量 对应示数为准 之和 即等于被测物体的质量 做完实验后要将做完实验后要将横梁放下横梁放下 并将称盘 并将称盘摘离副刀口摘离副刀口 Note 任何触动天平的操作前 包括取放待测物 砝码 调节任何触动天平的操作前 包括取放待测物 砝码 调节天天 平底座水平 调节游标 调节平衡螺母等 都必须将天平平底座水平 调节游标 调节平衡螺母等 都必须将天平 横梁放下进行 横梁放下进行 仅在判断天平是否平衡时才将横梁抬起 仅在判断天平是否平衡时才将横梁抬起 32 V m m 三 实验原理三 实验原理 某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度 对对 一密度均匀的物体一密度均匀的物体 若其质量为若其质量为m 体积为体积为V 则该则该 物体的密度物体的密度 实验中 测出物体的实验中 测出物体的质量质量m和和体积体积V 由上式可求出样品的密度由上式可求出样品的密度 四四 实验内容 实验内容 1 1 用游标卡尺测 土 工件体积 用游标卡尺测 土 工件体积 2 2 用螺旋测微器测小球体积 用螺旋测微器测小球体积 3 3 用物理天平测 土 工件的质量 用物理天平测 土 工件的质量 计算出密度计算出密度 34 1 1 用游标卡尺测土字形工件的体积 用游标卡尺测土字形工件的体积 2222 11223344 1111 4444 Vd hd hd hd h 用游标卡尺测量用游标卡尺测量土字形工件土字形工件各部位的直径各部位的直径 和高 每个量均应从不同方向测量和高 每个量均应从不同方向测量3 3次 次 五 实验数据记录表格五 实验数据记录表格 4 2 2 21 2 1 hdhdV 2 2 2 2 2 1 2 1 2211 hdhdV u h V u d V u h V u d V u 2 kUVV 体积的平均值 体积的平均值 体积的不确定度体积的不确定度 体积的结果体积的结果 35 表表1 1 用游标卡尺测量小工件的体积用游标卡尺测量小工件的体积 单位 单位 mm mm Note 各个物理量直接测量各个物理量直接测量 36 2 2 用螺旋测微器测小钢球的体积 用螺旋测微器测小钢球的体积 R 1 1 读取螺旋测微器零点读数 读取螺旋测微器零点读数 2 2 从不同方向测量小钢球的从不同方向测量小钢球的 直径 并计算体积 直径 并计算体积 小钢球体积小钢球体积的不确定度 的不确定度 Du D V Vu 3 33 441 3326 D VRD 3 3 物理天平测 土 工件质量 物理天平测 土 工件质量 37 表表2 2 用螺旋测微器测量小钢球的体积用螺旋测微器测量小钢球的体积 单位 单位 mmmm 表表3 3 测 土 工件质量测 土 工件质量 123 m g 备注备注铜块密度的测量铜块密度的测量 8 96g cm3 天平分度值 天平分度值 g 123 1 1 用游标卡尺测量土字形工件各部位的直径和高用游标卡尺测量土字形工件各部位的直径和高 六 实验六 实验步骤步骤 1 1 校准仪器 看是否有零误差 校准仪器 看是否有零误差 本实验为本实验为0 00mm 0 00mm 即测量前 先将外量爪合拢 检查游标的即测量前 先将外量爪合拢 检查游标的0 0刻线是否与主刻线是否与主 尺尺0 0刻线重合 如果重合了就可开始测量 如没有重合则说刻线重合 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 当游标的正 当游标的0 0刻度线在主尺刻度线在主尺0 0刻度线的左侧则记为负值 刻度线的左侧则记为负值 叫做叫做负零误差负零误差 反之记为正值叫做 反之记为正值叫做正零误差正零误差 2 2 每个直接测量分别测量每个直接测量分别测量3 3次 并记下相应的测量值 次 并记下相应的测量值 1 1 校准仪器 读取零点读数校准仪器 读取零点读数 2 2 分别从不同方向测量金属球直径分别从不同方向测量金属球直径3 3次 并记下相应的测次 并记下相应的测 量值 量值 2 2 用螺旋测微器测小钢球的体积用螺旋测微器测小钢球的体积 3 3 称量 称量 土土 工件质量工件质量 1 物理天平调整 物理天平调整 调水平 调零点调水平 调零点 2 称量 土 工件质量 读数 称量 土 工件质量 读数 1 1 本实验的原理指的是游标卡尺和螺旋测微器 物理天平本实验的原理指的是游标卡尺和螺旋测微器 物理天平 的读数原理和读数方法的读数原理和读数方法 2 2 注意有效数字的正确书写 注意有效数字的正确书写 3 3 写出各物理量的计算过程 写出各物理量的计算过程 4 4 给出给出 土字形工件土字形工件 及及 小钢球小钢球 2 2个体积的完整表达结个体积的完整表达结 果 果 5 5 利用利用m V m V 计算出密度平均值 与给定密度值比较 分析计算出密度平均值 与给定密度值比较 分析 误差原因 误差原因 3 V VVUmm 七 实验报告要求七 实验报告要求 思考题 思考题 P35 第 第1题题 P40 第 第1题题 参考教材参考教材 P15 P15 例例1 1 和 和 P18 P18 例例4 4 2k 检查 按组提交数据 并回答 按组提交数据 并回答 横梁放下 称盘摘离副刀口横梁放下 称盘摘离副刀口 砝码是否齐全 砝码是否齐全 天平最小