大学物理实验教案4--长度测量

大学物理实验教案大学物理实验教案 实验名称实验名称长度测量长度测量 教学时数教学时数2 2 学时学时 教学目的教学目的 和要求和要求 1 掌握游标卡尺 螺旋测微计和移测显微镜的测量原理和使用方 法 2 学会正确记录原始数据 3 掌握直接测量和间接测量的数据处理方法 并用不确定度报告 测量结果 教学重点教学重点 1 游标卡尺 螺旋测微计和移测显微镜的测量原理和使用方法 2 游标卡尺 螺旋测微计的读数规则以及有效数字运算规则 3 实验数据的规范记录 4 数据处理方法 不确定度的估计方法和不确定度的规范表示 教学难点教学难点 1 实验数据的规范记录 2 不确定度的规范表示 教学内容教学内容 1 游标卡尺 螺旋测微计和移测显微镜的测量原理和使用方法 2 用螺旋测微计测滚珠的直径 3 用游标卡尺测圆管的体积 4 用移测显微镜测毛细管的内直径 5 测铝块的体积 教学方法教学方法先讲授 然后实际演示操作要点 教学手段教学手段 学生操作 随堂检查操作情况 根据学生的操作情况将容易犯 错的问题做重点提示 学生可以根据操作中遇到的具体问题个别提 问 时间分配时间分配讲授 30 分钟 学生操作 70 分钟 板书设计板书设计实验目的 测量关系式 数据记录表格 主要参主要参 考资料考资料 1 杨述武等 普通物理实验 第四版 M 北京 高等教育出 版社 2007 2 郑庚兴 大学物理实验 M 上海 上海科学技术文献出版 社 2004 3 黄水平 大学物理实验 M 北京 机械工业出版社 2012 4 徐扬子 丁益民 大学物理实验 M 北京 科学出版社 2006 实验目的 实验目的 1 掌握游标卡尺 螺旋测微计和移测显微镜的测量原理和使用方法 2 根据仪器的精度和有效数字的定义 正确记录原始数据 3 掌握直接测量和间接测量的数据处理方法 并用不确定度报告测量结果 实验仪器 实验仪器 游标卡尺 螺旋测微计 移测显微镜 滚珠 圆管 毛细管 铝块 实验原理 实验原理 1 1 游标卡尺游标卡尺 普通测长度的尺子其准确度有一定的局限性 主要是由于其分度值 即仪器能准确鉴 别的最小量值 较大 例如米尺的分度值为 1mm 而不能更小 否则 刻度线太密将无法 区分 为此 在主尺上装一个能够沿主尺滑动的带有刻度的副尺 称为游标 这样的装置 称为游标卡尺 游标卡尺的结构如图 1 所示 主尺 D 是一根钢制的毫米分度尺 主尺头上附有钳口 A 和刀口 A 游标 E 上附有钳口 B 刀口 B 和尾尺 C 可沿主尺滑动 螺丝 F 可 将游标固定在主尺上 当钳口 AB 密接时 则刀口 A B 对齐 尾尺 C 和主尺尾部也对 齐 主尺上的 0 线与游标上的 0 线重合 图 1 游标卡尺 钳口 AB 用来测物体的长度及外径 刀口 A B 用来测物体的内径 而尾尺 C 则用 来测物体的深度 它们的读数值 都是表示游标的 0 线与主尺的 0 线之间的距离 游标卡尺的规格有多种 其精密程度各不相同 但不论哪一种 它的原理和读数方法 都是一样的 常用游标尺的设计 在游标尺上刻有 m 个分格 游标上 m 个分格的总长 正 好与主尺上 m 1 个分格的总长相等 如果用 y 表示主尺上最小分格的长度 x 表示 游标上每一小格的长度 则 m 1 y mx 所以 主尺与游标上每个分格长度的差值是 m y xy 这个量就是游标卡尺的分度值 通常主尺最小分格 y 都为 1mm 因此 游标的分格数越多 分度值就越小 卡尺的精密度就越高 常用的游标卡尺的分度值有 0 1mm 0 05mm 0 02mm 三种 利用游标卡尺测物体的长度时 把物体放于钳口之间 游标右移 游标 0 线对准主尺上某 一位置 毫米以上整数部分 l0可以从主尺上直接读出 毫米以下部分 l 从副尺上读出 2 2 螺旋测微计螺旋测微计 螺旋测微计 千分尺 是比游标卡尺更精密的长度测量仪器 多用于测量小球和金属 丝的直径或平板厚度 常用的一种螺旋测微计测量范围 0 25mm 分度值 0 01mm 螺旋 测微计的结构如图 2 所示 主要部分是在固定套管上有一个微动螺杆 螺距 0 5mm 因此 当螺杆旋转一周时 它沿轴线方向前进或后退 0 5mm 此距离在固定套管的标尺 即主尺 上显示为一个分格 螺旋杆是和 螺旋柄相连 柄上附有沿圆周的 刻度 微分筒 即副尺 共有 50 个等分格 当微分简上的刻 度转过一分格时 螺旋杆沿轴线 前进或后退的距离为 图 2 螺旋测微计 格 格 mm mm 01 0 50 5 0 因此 螺旋测微计的分度值是 0 01mm 读数时 从固定标尺 主尺 上读出整格数 每格 0 5mm 0 5mm 以下的读数则由 微分筒 副尺 上的刻度读出 可估测到 0 001mm 位上 3 移测显微镜移测显微镜 移测显微镜是将测微螺旋和显微镜组合起来用于精确测量微小长度的专用显微镜 图 3 是实验室常用的移测显微镜之一 测微鼓轮 A 的周边上刻有 100 个分格 鼓轮旋转一周 显微镜筒水平移动 1mm 每转一分格 显微镜筒将移动 0 01mm 它的量程一般是 50mm 水平移动的距离 毫米数 由水平标尺上读出 小于 1mm 的数 由测微鼓轮读出 两者 之和就是此时移测显微镜的位置坐标值 图 3 b 是移测显微镜的螺旋测微装置 它包括 标尺 读数准线 E1和 E2 测微鼓轮 A 移测显微镜使用方法 1 调整目镜 C 看清十字叉丝 2 将待测物安放在测量工作台上 转动反光镜 H 以得到适当亮度的视场 3 旋动调焦手轮 D 使镜筒 B 下降到接近物体的表面 然后逐渐上升 看清待测 物 4 转动测微鼓轮 A 使叉丝交点和被测物上的一点 或一条线 对准 记下读数 继续转动鼓轮 使叉丝交点对准另一点 再记下读数 两次读数之差即为所测两点间的长 度 实验内容实验内容 1 用螺旋测微计测滚珠的直径 用螺旋测微计测滚珠的直径 10 次 2 用游标卡尺测圆管的体积 用游标尺测圆管外径 内径和高 各 6 次 3 测铝块的体积 测铝块长 宽和高 各 6 次 图 3 移测显微镜 实验数据记录 实验数据记录 1 用螺旋测微计测滚珠的直径 分度值 mm 仪器误差限 mm 零点读数 mm 测量次数 n12345678910 直径