长度测量基本仪器的使用.docVIP

第章 实验 长度测量基本仪器实验目的1．熟悉游标卡尺、螺旋测微计、测量显微镜的构造、测量原理及使用方法2．学习有效数字和不确定度的计算，掌握误差理论与数据处理方法． 实验仪器游标卡尺螺旋测微计测量显微镜球体圆柱等． 1．游标原理 普通米尺最小刻度是1mm，因此使用米尺只能准确地测量到1mm，为更准确地测量长度，人们采用了游标装置． 游标尺有主尺（米尺）和副尺（标有N个刻度的游标）两部分构成．由于主尺上标出的相应长度与副尺上标出的相应刻度均相差一个小量，，（常见的有三种，，，．当副尺上标有N个刻度时，游标上这N个刻度恰好能等分主尺上的1mm，使读数可精确到．可见，游标原理可用四个字来概括——等差细分．游标读数的方法也叫差示法． 例如：游标（也叫十分游标）．游标上每个刻度与主尺相应刻度均差，当测量某物体长度时，先将被测物体一端和主尺的零刻线对齐，而另一端落在主尺的第k和k+1个刻度之间（k=6，k+1=7），则物体长度为物体另一端距离第k个刻度的距离．由于游标刻度与主尺刻度存在差值，两排刻度经对比，必然可找到游标上某个刻度（设为第n个）与主尺上某刻度重合或最为接近，如图中n=处与主尺最为接近，即 而 一般而言，当游标上第n个刻度与主尺上某一刻度重合时，主尺第k个刻度与游标零刻线间距离为，待测物体长度由两部分读数构成①游标零刻线指示部分，即主尺上第k个刻度所标示的长度，这部分可从主尺上读出，②游标刻线与主尺刻线重合部分所标示的长度，即，这部分可从游标上读出（目前使用的游标上的刻度不是n的值，而是n与相乘后的结果）．即 的游标也叫“二十分游标”，游标上有20个刻度，如图1-3（a）所示，游标上每个刻度与主尺的1mm刻度相差．游标上的刻度值0，25，50，75，就是的数值． 的游标如图1-3（b）所示，其具体含义仿前述讨论，可以自行总结． 2．游标卡尺 游标卡尺的构造如图所示，卡钳和同刻有毫米的主尺相连，游标框上附有游标以及卡钳和，推动游标框可使游标连同卡钳、沿主尺滑动．当两对钳口与，与紧靠时，游标的零点（即零刻度线）与主尺的零点相重合．用游标卡尺测定物体长度时，用卡钳或卡着被测物体，显然此时游标零点与主尺零点间距离恰好等于卡钳、间或卡钳、的距离，所以从游标零点在主尺上的位置，根据游标原理就可测出物体的长度（卡钳部分是用来测量物体的内部尺寸，如管的内径等）．图中螺钉C是用来固定油标框的，防止游标框在主尺上滑动以便于读数．卡钳、，为未作零点校正的测量值，为零点读数．可以正，也可以负． 3．螺旋测微计（又称千分尺）螺旋测微螺旋测微计是比游标卡尺更精密的量具，实验室中常用它来测量金属丝的直径或金属薄片的厚度等，其最小刻度为1/100(mm)外形如图所示 螺旋测微计主要部分内部有一很精密的丝杠和螺母（图中未画出），螺旋测微计螺旋测微计螺旋测微计 螺旋测微计4．测量显微镜 测量长度时，如果被测物体较小，常用光学仪器来进行测量，其中最常用的就是测量显微镜，它可用来测量刻线距离、刻线宽度、圆孔直径、圆孔间距离，还可检查表面质量等，用途较广．测量显微镜的外观如图所示．目镜1安插在棱镜座2的目镜套管内，棱镜座能够转动，物镜4直接在镜筒3上，组合成显微镜．转动调焦手轮15能使显微镜上下升降进行调焦，紧固在立柱的适当位置上． 测量时，旋转测微鼓轮，测量沿水平方向移动．测微鼓轮边上刻线100等分，每格相当移动量0.01mm，读数方法与螺旋测微计相同． 图 测量显微镜1—目镜；2棱镜座；3镜筒；4物镜；5调焦手轮 使用时，先将被测物体牢靠安置在上，然后转动调焦手轮，求得清晰视场．（此时被测物体由物镜放大经转向棱镜形成实像的分划板上，目镜将实像再放大一次，形成一个放大虚像观察者眼睛的明视距离处）．如测量一圆孔直径，使目镜中十字分划线与圆孔的一侧相切（如图中实圆位置）记下测量初读数，再旋转测微鼓轮，使视场移动到十字分划线与圆孔另一侧相切（如图中虚圆位置）．记下测量读数，前后读数差值即为圆孔直径．使用中应注意：显微镜调焦时，先将镜筒下降使物镜接近被测件表面，然后逐渐上升，直到出现清晰表面，防止碰损物镜．显微镜支架在立柱上必须用固紧，以免使用时不慎下降而损坏仪器．如被测件属透明物体或物体体积甚小未能充满视场，在其边缘处进行测量时，可随光源方向转动反光镜，以取得适当亮度的视场． （1-1） 式中、分别为圆柱体的直径和高度，均属直接测量量，用游标卡尺进行测量． 由于直接测量量存在误差，故间接测量量也会有误差．由误差理论可知，一个量的测量误差对于总误差的贡献，不仅取决于其本身误差的大小，还取决于误差传递系数．其体积的标准偏差为 （1