[理化生]力学实验.doc

实验一 长度的测量 长度测量是最基本的测量，各种各样的物理测量仪器外观虽然不同，但其标度大都是按照一定的长度划分的。测量长度的方法和仪器有多种多样，最基本的测量工具是米尺、游标卡尺和螺旋测微器。这3种量具测量长度的范围和准确度各不相同，需视测量的对象和条件进行选用。当长度在10－３cm以下时，需用更精密的长度测量仪器(如比长仪)，或者采用其他的方法(如利用光的干涉或衍射等)来测量。这些将在后面的有关实验中再介绍。 目的 1.掌握游标和螺旋测微装置的原理，学会游标卡尺和螺旋测微器的正确使用。 2.学习数据记录;掌握等精度测量中误差的估算方法和有效数字的基本运算。 原理 1.游标卡尺 ⑴结构 游标卡尺的构造如图2-1所示。主尺D是一根具有毫米分度的直尺，主尺头上有钳口A和刀口A′。D上套有一个滑框，其上装有钳口B和刀口B′及尾尺C，滑框上刻有附尺E，又称游标。当钳口A与B靠拢时，游标的0线刚好与主尺上的0线对齐，这时读数是0。测量物体的外部尺寸时，可将物体放在A、B之间，用钳口夹住物体，这时游标0线在主尺上的示数，就是被测物体的长度。同理，测量物体的内径时，可用A′B′刀口；测孔眼深度和键槽深度时可用尾尺C。 ⑵读数原理 利用游标和主尺配合，至少可以直接较准确读出毫米以下1位或2位小数。在10分度的游标中，10个分度的总长度刚好与主尺上9个最小分度的总长度相等，这样每个分度的长是0.9 mm，每个游标分度比主尺的最小分度短0.1 mm。当游标0线对在主尺上某一位置时，如图2-2所示，毫米以上的整数部分y可以从主尺上直接读出，y =11 mm;读毫米以下的小数部分Δｘ时，应细心寻找游标与主尺上的刻线对得最齐的那一条线，图2-2中，游标上第6条线对得最齐，要读的Δｘ就是6个主尺分度与6个游标分度之差。因6个主尺分度之长是6 mm，6个游标分度之长是6×0.9 mm故 Δｘ＝6－6×0.9＝6×(1－0.9)＝0.6(mm) 从而总长=y＋Δｘ=11＋0.6=11.6(mm) 为了读数精确，还可用20分度和50分度的游标，他们的原理和读数方法都相同。如果用a表示主尺上最小分度的长度，b表示游标上最小分度的长度，用n表示游标的分度数，并且取n个游标分度与主尺(n－1)个最小分度的总长相等，则每一个游标分度的长度为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2-1) 这样，主尺最小分度与游标分度的长度差值为 　　　　　　　　　　　　　 (2-2) 测量时，如果游标第k条刻线与主尺上的刻线对齐，那么游标0线与主尺上左边相邻刻线的距离Δｘ＝ka－kb＝k（a－b）＝k 　　　　　　　　　　　　　 (2-3) 根据上面的关系，对于任何一种游标，只要弄清它的分度数与主尺最小分度的长度，就可以直接利用它来读数。例如，主尺最小分度是1mm，游标分度为20，当游标0刻线在52 mm右边，如图2-3所示，游标第9条刻线与主尺某一刻线对齐，则待测长度 = y＋Δｘ ＝52＋9×＝52.45(mm) Δｘ＝kａ－kｂ＝9×0.05＝0.45(mm) 在图2-2中所示物体的长度为11.6mm，0.6mm是比较准确地测出的。测量中有时游标与主尺上的2条线不能完全重合，而只能判定相邻的2条游标线中，哪一条与主尺刻线更接近，因此最后1位可估读数的误差不大于1 / 2 (a－b)。当游标为20分度时，它们的估读误差不大于1/2 (a－b)=1/2×0.05=0.025（mm）。由误差理论可认为误差在1/100位上。因此，图2-3所示的物体长度52.45 mm后面不再加0。而对1/10游标，读数后可加一个“0”。同理，对50分度的游标读数最后1位也只能写到1/100（mm）位上。另外，在一些可以相对旋转的仪器部分上附有弯游标(或称角游标)，可以较准确地读出1/100度的角度数，其原理与游标尺相同。 ⑶使用注意事项 使用时应注意以下事项。 ①游标卡尺使用前，首先要校正0点。若钳口A、B接触时，游标0线与主尺0线不重合，应找出修正量，然后再使用。②测量过程中，要特别注意保护钳口和刀口，只能轻轻地将被测物卡住。不能测量粗糙的物体，不准将物体在钳口内来回移动。 2.螺旋测微器 ⑴结构与读数原理 螺旋测微器是比游标卡尺更精密的测量仪器，常见的一种如图2-4所示，其准确度至少可达到0.01 mm，它的主要部分是测微螺旋。测微螺旋是由一根精密的测微螺杆和螺母套管(其螺距是0.5 mm)组成。测微螺杆的后端还带有一个50分度的微分筒，相对于螺母套管转过一周后，测微螺杆就会在螺母套管内沿轴线方向前进或后退0.5 mm。同理，当微分筒转过一个分度时，测微杆就会前进或后退×0.5=0.01（mm）。为了精确读出测微杆移动的数值，在固定套筒上刻有毫米分度标尺，水平横线上、