实验一基本力学量的测量.docx

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实验一基本力学量的测量

实验一基本力学量-的-测-量

实验一基本力学量的测量

长度是最基本的物理量。

在各种各样的长度测量仪器中，它们的外观虽然不同，但其标度大都是以一定的长度来划分的。

对许多物理量的测量都可以归为对长度的测量，因此，长度的测量是实验测量的基础。

在进行长度的测量中，我们不仅要求能够正确使用测量仪器，还要能够根据对长度测量的不同精度要求，合理选择仪器，以及根据测量对象和测量条件采用适当的测量手段。

密度是表征物体特征的重要物理量，因而密度的测量对物体性质的研究起着重要的作用。

对于规则的物体，用物理天平测出其质量，用测量长度的方法测出其体积，即可测量出物质的密度。

练习一长度的测量

实验目的：

1.分别用游标卡尺及螺旋测微计测量长方体、球体等试样的尺寸，并求长方体、球体的体积；

2.多次等精度测量误差的运算，求绝对误差和相对误差。

实验仪器

游标卡尺，螺旋测微器，待测物体

实验原理

一、游标卡尺

游标卡尺主要由主尺和游标两部分组成。

游标是在主尺上附加一个能滑动的有刻度的小尺。

读数时，主尺上直接读出主尺最小刻度以上的整数部分；游标上读出主尺最小刻度以下的数值。

游标上ｎ个分格的总长度与主尺上（ｎ－１）个分格的总长度相等，以ｘ，ｙ分别表示游标与主尺上的每一格的长度，因此

。

如图１-１所示是游标上ｎ＝10的情形。





图1-1游标卡尺原理示意图

主尺与游标上每个分格之差为：

σ＝ｙ－ｘ＝

ｙ

称为游标的精度（亦叫测量的准确度），是游标卡尺的最小读数值，它可以准确地读到主尺最小分格值的

。

常用游标的分格值有1/10、1/20、1/50几种，相应的分度值为0.1mm、、。

测量时，根据游标“0”线所对主尺的位置，可在主尺上读出物体长度以毫米为单位的整数部分，毫米以下的长度部分由游标读出，用游标卡尺测量长度L的一般表达式为：

式中K是游标的“0”线所在处主尺上的整毫米数，a主尺的最小分度值，n是游标的第n条线与主尺的某一条线对齐（或最靠近）。

是游标卡尺的准确度，第二项n

就是从游标上读出的毫米以下的长度部分。

如图1-2中游标卡尺：

分度值为，游标的第9格与主尺的某一条线对齐，所以读数为4mm+*9=4.45mm。

图1-2游标卡尺的读数

二、螺旋测微计（千分尺）

螺旋测微计是比游标卡尺更精密的长度测量仪器。

它的量程是25mm，分度值是。

螺旋测微计结构的主要部分是微动螺旋杆，相邻螺纹距是0.5mm。

因此，当螺旋杆旋转一周时，它沿轴线方向只前进。

螺旋杆是和螺旋柄相连的，在柄上附有沿圆周的刻度（微分筒）共有50个等分格。

当螺旋柄上的刻度转过一个分格时，螺旋杆沿轴线方向前进0.5/50mm，即。

螺旋测微计的读数可分为三步：

首先读出主尺上的刻线部分；其次读出套筒上的整刻度数；最后估计套筒最小刻度以下部分的数值。

如图1-3（a）和（b）中螺旋测微计的读数就是采用这种规则读出来的，它们的读数分别为4.905mm和6.030mm。

图1-3螺旋测微计的读数

实验步骤：

（一）清点主要仪器

1.游标卡尺（）2.螺旋测微计（）3.待测长方块,圆球（）

（二）测量

1.游标卡尺测物体的长度：

①读出游标卡尺零点误差；

②用游标卡尺分别测出长方块的长、宽、高，分别测5次，将数据填入表①；

2.用螺旋测微计测圆球直径：

①读出螺旋测微计零点误差；

②用螺旋测微计测圆球直径10次，将所测数据填入表②中。

（三）列数据表格

表①、用游标卡尺测长方块的长、宽、高。

零点误差：

次数

测量值

1

2

3

4

5

平均值

长a（cm）

宽b（cm）

高c（cm）

表②、用螺旋测微计测圆球直径。

零点误差：

次数

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

平均值

直径D（cm）

数据处理要求

1.求出长方体的体积并求不确定度:

a）算术平均值最大误差:

;

b）标准误差:

；

∵

;

∴

;

2.求出小球的体积及不确定度:

;

;

3所有数据先用肖帷涅准则进行取舍一次,（当n=10,常数cn.）再计算标准误差。

4.结果表达式中的平均值=测量值的平均值-零点误差。

注意事项

１.使用游标卡尺时，量爪要卡正物体，手的推力要轻，以免尺框产生倾斜现象；读数时要仔细寻找主尺与游标对齐的刻线，同时读数时尽量正视尺身刻度，避免视差。

２.螺旋测微计在使用前，应先将两测量面合拢，读取零点误差，并分清是正误差还是负误差，最后用以修正测量值。

测量时，当测砧与测杆（或待测物）距离较大时，可以旋动微分筒使螺杆前进，当测量面与待测物体快要接触时，应轻轻转动测力装置，当听到“喀、喀”的打滑声后，就可以停止转动开始读数。

放入待测物体时，要使螺杆中心线跟待测物的被测长度方向一致，读数时要注意防止读错整圈数。

3、在松开每个锁紧螺丝时，必须用手托住相应部分，以免其坠落和受冲击：

4、注意防止回程误差，由于螺丝和螺母不可能完全密合，螺旋转动方向改变时它的接触状态也改变，两次读数将不同，由此产生的误差叫回程误差。

为防止此误差，测量时应向同一方向转动。

思考讨论

1.说明在用游标卡尺和螺旋测微计测量时,可能出现哪些误差？

2.简述游标卡尺、螺旋测微计的读数原理

练习二固体密度的测定

实验目的：

1.掌握物理天平的调整和使用方法；

2.用流体静力称衡法测固体的密度；

实验仪器

天平，待测物体，细线，烧杯，水

实验装置

物理天平

1．使用介绍

物理天平的构造如图1－4所示，在横梁上装有三角刀口A、F1、F2，中间刀口A置于支柱顶端的玛瑙刀口垫上，作为横梁的支点。

两边刀口各有秤盘P1、P2，横梁上升或下降，当横梁下降时，制动架就会把它托住，以免刀口磨损。

横梁两端各有一平衡螺母B1、B2，用于空载调节平衡。

横梁上装有游动砝码D，用于1g以下的称量。

物理天平的规格由最大称量值和感量（或灵敏度）来表示。

最大称量值是天平允许称量的最大质量。

感量就是天平的指针从标牌上零点平衡位置转过一格，天平两盘上的质量差，灵敏度是感量的倒数，感量越小灵敏度就越高。

物理天平的操作步骤：

（1）水平调节：

使用天平时，首先调节天平底座下两个螺钉L1、L2，使水准仪中的气泡位于圆圈线的中央位置；

（2）零点调节：

天平空载时，将游动砝码拨到左端点，与0刻度线对齐。

两端秤盘悬挂在刀口上顺时针方向旋转制动旋钮Q，启动天平，观察天平是否平衡。

当指针在刻度尺S上来回摆动，左右摆幅近似相等，便可认为天平达到了平衡。

如果不平衡，反时针方向旋转制动旋钮Q，使天平制动，调节横梁两端的平衡螺母B1、B2，再用前面的方法判断天平是否处于平衡状态，直至达到空载平衡为止；

（3）称量：

把待测物体放在左盘中，右砝码盘中放置砝码，轻轻右旋制动旋钮使天平启动，观察天平向哪边倾斜，立即反向旋转制动旋钮，使天平制动，酌情增减砝码，再启动，观察天平倾斜情况。

如此反复调整，直到天平能够左右对称摆动。

然后调节游动砝码，使天平达到平衡，此时游动砝码的质量就是待测物体的质量。

称量时选择砝码应由大到小，逐个试用，直到最后利用游动砝码使天平平衡。

2．维护方法

（1）天平的负载量不得超过其最大称量值，以免损坏刀口或横梁；

（2）为了避免刀口受冲击而损坏，在取放物体、取放砝码、调节平衡螺母以及不使用天平时，都必须使天平制动。

只有在判断天平是否平衡时才将天平启动。

天平启动或制动时，旋转制动旋钮动作要轻；

（3）砝码不能用手直接取拿，只能用镊子间接挟取。

从秤盘上取下后应立即放入砝码盒中；

（4）天平的各部分以及砝码都要防锈、防腐蚀，高温物体以及有腐蚀性的化学药品不得直接放在盘内称量；

（5）称量完毕将制动旋钮左旋转，放下横梁，保护刀口。

实验原理

一、测定规则形状固体的密度

设用天平测出固体质量为m，用长度测量仪器测出长度求出体积为V，则该固体的密度即可求出为

。

二、测定不规则形状固体的密度

对于密度大于水且不溶于水的不规则形状固体，其体积可用天平来测定，但要用流体静力称衡法来确定。

方法如下：

用天平称出物体在空气中的质量m，然后用一根细线把物体拴好浸入水中（如图1-5），用天平称出物体悬浮在水中的质量为m1，则物体在水中受到的浮力为

根据阿基米德原理：

浮力的大小等于物体排开同体积水的重量，即

联立上两式，得物体体积为

由此可得物体的密度

式中

为水在t℃时的密度，见附录。

实验步骤

（一）清点主要仪器

1.物理天平（）2.烧杯（）

3.待测金属块4.温度计（）

（二）测量

1.调节物理天平：

2.测定规则形状固体的密度:

将待测长方体体放在左盘上，在右盘上加砝码，称出待测物质量m;练习一已测出体积V,代入公式即可求出该固体密度。

3.用流体静力称衡法测不规则形状固体的密度：

①将待测物体放在左盘上，在右盘上加砝码，称出待测物质量m。

②将烧杯装上水，放在木托盘上，待测物用细线悬吊在水中，称出待测物在水中的质量m1；

③用温度计测出水的温度；

④将数据填入表一中。

（三）列数据表格

表一.用流体静力称衡法测固体的密度

不规则形状固体

测量值

偏差

空气中质量m

浸入水中时质量m1

数据处理要求

1、水的密度由水温根据书后附表1查出。

2、误差传递公式：

；可令

。

注意事项

使用物理天平称衡物体质量时，称衡前要进行调整。

称衡时，被称物体放在左盘，砝码放在右盘，加减砝码，必须使用镊子。

放取物体和砝码时，移动游码或调节水平时，都要将横梁止动，以免损坏刀口。

砝码用后要及时放回原位，以免丢失或污损。

问题讨论

1．使用物理天平应注意哪几点？

怎样消除天平两臂不等而造成的系统误差？

2．分析造成本实验误差的主要原因有哪些？

3、设计一种测量微小颗粒状固体密度的方案。