长度与固体密度测量实验报告.docx
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长度与固体密度测量实验报告
长度与密度测量实验
一、实验简介
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。
二、实验原理
1.游标卡尺构造及读数原理
游标卡尺主要由两部分构成,如(图1)所示:
在一毫米为单位的主尺上附加一个能够滑动的有刻度的小尺(副尺),叫游标,利用它可以把主尺估读的那位数值较为准确地读出来。
游标卡尺在构造上的主要特点是:
游标上N个分度格的总长度与主尺上(N-1)个分度格的长度相同,若主尺上最小分度为a,游标上最小分度值为b,则有
Nb=(N-1)a
(1)
那么主尺与游标上每个分格的差值(游标的精度值或游标的最小分度值)是:
𝑁−11
δ=a−b=a−a=𝑎
𝑁𝑁
(2)
常用的游标是五十分游标(N=50。
另有10分度的、20分度的、50分度游标卡尺),即主尺上49mm与游标上50格相当,见图2。
五十分游标的精度值δ=0.02mm.游标上刻有0、l、2、3、…、9,以便于读数。
毫米以上的读数要从游标“0”刻度线在主尺上的位置读出,毫米以下的数由游标(副尺)读出。
即:
先从游标卡尺“0”刻度线在主尺的位置读出毫米的整数位,再从游标上读出毫米的小数位。
游标卡尺测量长度l的普遍表达式为
l=kα+nδ
(3)
式中,K是游标的“0”刻度线所在处主尺刻度的整刻度(毫米)数,n是游标的第n条线与主尺的某一条线重合,α=1mm。
图3所示的情况,即l=21.58mm。
在用游标卡尺测量之前,应先把量爪A、B合拢,检查游标的“0”刻度线是否与主尺的“0”刻度线重合。
如不重合,应记下零点读数,加以修正,即待测量l=l1-l0。
其中,l1为未作零点修正前的读数值,l0为零点读数。
l0可以正,也可以负。
使用游标卡尺时,可一手拿物体,另一手持尺,如图4所示。
要特别注意保护量爪不被磨损。
使用时轻轻把物体卡住即可读数。
游标卡尺使用注意事项
(1)使用前,首先要弄清其规格
(2)根据被测对象情况,决定使用外测量爪、内测量爪、尾尺。
(3)校正零点读数。
若量爪A、B接触时,游标0线与主线不重合,应找出修正量,然后再使用。
(4)注意保护量爪,预防卡口磨损。
为此测量时不应将待测物卡得太紧。
(5)用毕将其固定螺丝松开,然后将游标卡尺放入包装盒。
2.螺旋测微器(千分尺)
常见的螺旋测微器如下图所示。
它的量程是25mm,分度值是0.01mm。
螺旋测微器结构的主要部分是一个微螺旋杆。
螺距是0.5mm。
因此,当螺
旋杆旋一周时,它沿轴线方向只前进0.5mm。
1.尺架2.测砧3.测微螺杆4.锁紧装置
5.固定套筒6.微分筒7.棘轮8.螺母套管9.被测物
螺旋柄圆周上,等分为50格,螺旋杆沿轴线方向前进0.01mm时螺旋柄圆周上的刻度转过一个分格,这就是所谓机械放大原理。
测量物体长度时,应轻轻转动螺旋柄后端的棘轮旋柄,推动螺旋杆,把待测物体刚好夹住时读数,可以从固定标尺上读出整格数(每格0.5mm)。
螺旋测微计的读数方法:
(1)测量前后应进行零点校正,即以后要从测量读数中减去零点读数。
零点读数时顺刻度序列记为正值,反之为负值。
(2)读数时由主尺读整刻度值,0.5mm以下由微分套筒读出,并估读到
0.001mm量级。
(3)要特别注意主尺上半毫米刻线,如果它露出到套筒边缘,主尺上就要读出0.5mm的数。
螺旋测微器使用注意事项:
(1)使用前,首先要弄清其规格,选用合适的量程。
(2)校正零点读数。
(3)先用粗测旋钮使测头小砧接近被测物,后用微调旋钮使测头小砧接触
被测物。
听到“喀”、“喀”止动声后停止旋转。
否则易损伤测微螺杆。
(4)读数时要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。
(5)测量完毕应使测微螺杆与测砧之间留有空隙,以防因热膨胀损坏螺纹。
3.读数显微镜
读数显微镜是用来测量微小距离或微小距离变化的。
其构造分为观察被测物体的显微镜和读数的螺旋测微装置。
读数显微镜的量程一般为50mm,分度值是0.01mm,可估读到0.001mm。
读数显微镜的使用:
1.
将读数显微镜适当安装,对准待测物;
2.调节显微镜的目镜,以清楚地看到叉丝(或标尺);
3.
调节显微镜物镜焦距,使被测物体成像清晰;
4.旋转测微手轮,使叉丝竖线与被测物体的两端面相切;
5.分别读出相切时标尺所对应的读数L1和L2,两者读数之差△L=L1-L2即被测物体的长度。
读数显微镜使用注意事项:
(1)测量时,显微镜移动方向与待测长度平行。
(2)同次测量中,测微手轮须恒定向一个方向旋转,避免产生空程误差。
。
三、实验仪器
实验仪器有:
螺旋测微器、游标卡尺、读数显微镜。
1.螺旋测微器
螺旋测微器实物图
螺旋测微器仿真图鼠标左键点击双击仪器可以打开仪器大视图。
(1)鼠标左键点击开始测量按钮,可以进行测量铁丝的直径;
(2)鼠标左键或右键点击微分筒可以粗调减小或增大当前测量距离;
(3)鼠标左键或右键点击微分筒可以细调减小或增大当前测量距离;
2.游标卡尺
游标卡尺实物图
游标卡尺仿真图
鼠标左键双击可以打开仪器的大视图,大视图中可以对仪器进行操作。
(1)鼠标左键点击开始测量按钮,可以分别进行测量空心圆柱的外径、内径、高度;
(2)鼠标左键点击可以拖动游标从而改变当前所测得距离;
3.读数显微镜
读数显微镜实物图读数显微镜仿真图
鼠标左键双击主场景中仪器视图可以打开仪器大视图,大视图中可以进行操作。
(1)鼠标点击反射镜旋钮可以调节目镜视野明亮度;
(2)鼠标点击物镜旋钮可以改变物镜镜筒的高度,从而改变被测物体在目镜中的清晰度;
(3)鼠标左键点击目镜镜筒紧固旋钮可以解锁螺丝,从而改变目镜镜筒的方位,右击锁紧;
(4)鼠标点击目镜调焦旋钮可以改变目镜视野中叉丝的清晰度;
(5)鼠标左键点击放置金属丝按钮可以将金属丝放置在显微镜台上,从而进行测量;
四、实验内容
1.用游标卡尺测量空心圆柱体的体积。
2.用螺旋测微器测量铁丝直径。
3.用读数显微镜测量金属丝的直径。
五、实验指导
1.实验重点、难点
(1)游标卡尺、螺旋测微器的使用,及零点误差的记录。
(2)读读显微镜的调节及使用。
(3)实验数据的处理;
2.辅助功能介绍
实验项目:
显示实验名称和实验内容信息(多个实验内容依次列出);可以通过单击实验内容进行实验内容之间的切换。
切换至新的实验内容后,实验桌上的仪器会重新按照当前实验内容进行初始化。
实验仪器栏:
存放实验所需的仪器,可以点击其中的仪器拖放至桌面,鼠标触及到仪器,实验仪器栏会显示仪器的相关信息;仪器使用完后,则不允许拖动仪器栏中的仪器了。
工具箱:
各种使用工具,如计算器等。
数据记录:
打开实验数据记录表格。
帮助按钮:
帮助按钮可以打开帮助文件。
提示信息栏:
显示实验过程中的仪器信息,实验内容信息,仪器功能按钮信息等相关信息,按F1键可以获得更多帮助信息。
3.实验操作方法
(1)主窗口介绍
成功进入实验场景窗体,实验场景的主窗体如下图所示:
(2)测量铁丝的直径
长度与密度测量实验主场景视图
鼠标左键双击打开螺旋测微器大视图,点击开始测量按钮,对铁丝直径进行测量;
(3)测量空心圆柱体的外径、内径、高度。
鼠标左键双击打开游标卡尺大视图,点击开始测量按钮,分别对空心圆柱体
的外径进行测量:
内径进行测量:
高度进行测量:
(4)测量金属丝直径
鼠标左键双击打开读数显微镜大视图,点击放置金属丝按钮,将金属丝放置显微镜镜筒下方;
鼠标左键点击金属丝模块中的左右和旋转箭头,将金属丝移动到目镜视野之中;
鼠标点击反射镜旋钮调节目镜最明亮,点击物镜调焦旋钮改变镜筒高度直至物体最清晰;
鼠标点击打开目镜镜筒紧固螺丝,点击目镜镜筒调节目镜中叉丝的角度水平竖直,点击目镜调焦旋钮至叉丝清晰可见;
鼠标左键点击改变金属丝的角度至与叉丝一边相切;
朝着一个方向一定显微镜镜筒的位置,直到叉丝与物体相切,记下第一个切点的位置;
相同方向移动至另一个相切的位置,记下位置读数;
六、思考题
1.螺旋测微器与游标卡尺的精度分别是多少?
2.何时需要使用到螺旋测微器,何时需要使用到游标卡尺?
3.用读数显微镜测量物体宽度时,若物体未与显微镜镜筒移动的方向相垂直,会对测得的数值造成何种影响?
七、参考资料
1.何志巍,朱世秋,徐艳月.大学物理实验教学.北京:
机械工业出版社.2017.
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