实验一 基本测量 第三章 基础性实验 Chapter 3 Fundamental physics experiment 实验一 基本测量 Experiment 1 Fundamental technology of measuring 大连民族学院大学物理实验教学中心

实验目的 Experimental purpose 掌握游标卡尺、外径千分尺、天平的测量原理和使用方法。 掌握用流体静力称衡法测量形状不规则物体密度的测量原理及使用方法。 掌握实验数据的处理方法，正确写出测量结果表达式。 大连民族学院大学物理实验教学中心

实验仪器Experimental device 1、游标卡尺 vernier caliper 我们用量程和分度值表示测量仪器的规格。 量程是指测量范围。 分度值是仪器所标示的最小分度单位。分度值的大小反映仪器的精密程度，也称精度。 游标卡尺的精度有0.02mm,0.05mm,0.10mm三种。 大连民族学院大学物理实验教学中心

三用游标卡尺示意图 大连民族学院大学物理实验教学中心

精度：S=0.1mm 零误差：S0＝0 精度：S=0.05mm 零误差：S0＝0 精度：S=0.02mm 零误差：S0＝0 Nb=(n-1)a 精度：S=0.1mm 零误差：S0＝0 精度：S=0.05mm 零误差：S0＝0 精度：S=0.02mm 零误差：S0＝0 大连民族学院大学物理实验教学中心

原理 principle 游标卡尺比一般毫米尺要准确。常用的卡尺有10、20和50分度．现以10分度游标卡尺为例说明其原理和读数方法，其余类推。 如图示，设主尺分度值为a,一般a=1mm，则游标总长L为9a，将其等分为10份，记n=10，设游标上刻线的间距为b，则 大连民族学院大学物理实验教学中心

设主尺与游标刻线的间距差为i i是游标卡尺读数的最小单位，称为卡尺的分度值，或者说它是卡尺能准确量度的最小单位。 根据游标刻度的设计方法可知，游标的刻线间距比主尺的最小分度短0.1mm，如果游标的第1，第2，…，第9刻线分别与主尺的某刻线对齐，则测量值在游标上的读数分别是0.1mm， 0.2mm, …，0.9mm 大连民族学院大学物理实验教学中心

读数方法 reading method 1.由游标“0”线在主尺上的位置读出整毫米数k 2.若游标上的第m根刻线与主尺上某刻线对齐， 则从游标上读出毫米以下小数部分的值为： (n为游标卡尺的精度） 3.求出待测物尺寸为： 大连民族学院大学物理实验教学中心

练习1 Y=100mm+8x0.1mm=100.8mm 大连民族学院大学物理实验教学中心

练习2 Y=100mm+37x0.02mm=100.74mm 大连民族学院大学物理实验教学中心

练习3 Y=100mm+15x0.05mm=100.75mm 大连民族学院大学物理实验教学中心

测量步骤 measure of steps 检查零误差，熟悉卡尺精度及刻度状态 松开制动螺母，拉开游标卡尺，夹住被测物 锁住制动螺母 读数 复原 大连民族学院大学物理实验教学中心

注意事项 cautions 测量前检查游标卡尺。应将量爪间的脏物、灰尘和油污等擦干净。 工件的被测表面也应擦干净，并检查表面有无毛刺、损伤等缺陷，以免刮伤游标卡尺的量爪和刀口，影响测量结果。 测量时，用左手拿零件，右手拿卡尺进行测量，对比较长的零件要多测几个位置。 大连民族学院大学物理实验教学中心

2、外径千分尺（螺旋测微计） micrometer screw 千分尺又称螺旋测微计，是一种测量长度的仪器。 大连民族学院大学物理实验教学中心

原理principle 上图所示是一种常见的螺旋测微计，它的测量精度可以达到0.01mm，精密螺纹的螺距为0.5mm。即D每旋转一周，F前进或后退0.5mm,可动刻度E上的刻度为50等分，每个刻度为0.01mm，即精度为0.01mm。 大连民族学院大学物理实验教学中心

读数方法 reading method 被测物的长度的整数部分由固定刻度读出，小数部分由可动刻度E读出，但是要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出。 测量值=固定刻度读数+（可动刻度格子数x精度） 注意：用螺旋测微计测量长度时要估读 大连民族学院大学物理实验教学中心

练习1 大连民族学院大学物理实验教学中心

练习2 大连民族学院大学物理实验教学中心

练习3 大连民族学院大学物理实验教学中心

练习4 大连民族学院大学物理实验教学中心

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3、物理天平 physical balance 大连民族学院大学物理实验教学中心

答 案 练习1 大连民族学院大学物理实验教学中心

500.54 g 练习1 大连民族学院大学物理实验教学中心

答 案 练习2 大连民族学院大学物理实验教学中心

200.44 g 练习2 大连民族学院大学物理实验教学中心

操作规程 programme of operation 1.检查和调整(按顺序进行) (1)检查：看各部件位置是否正确，标有“1”的吊耳、称盘托、称盘在左边，标有“2”的在右边；吊耳在刀口上挂好，游码移至横梁左端零刻线位置。 (2)调水平：观察水准气泡，用底脚螺钉调气泡至中心圆内，使支柱为竖直状态。 (3)调零点：空载时转动制动旋钮起动天平，由指针观察横梁是否平衡，随即止动。根据指针在标盘上的偏移调节平衡螺母，再起动，再观察，再止动,直到调平为止。 大连民族学院大学物理实验教学中心

2.称衡 被测物放左盘，砝码放右盘,为保护刀口，在称衡过程中注意： (1)加减砝码、调节游码时都要先把天平止动，不准天平在起动状态操作。远离平衡时，只要稍微起动即能判断出是该加或是该减砝码，不必过分托高横梁。 (2)加砝码按从大到小的顺序；当加减最小砝码不能使天平平衡 时，就移动游码(仍须止动天平来调)。 3.记录结果 称衡完毕先止动天平，再记录测量结果，注意游码读数以左边缘位置为准，若位于两刻线之间则应估读； 4.复原(天平复原；摘下吊耳、砝码放回中） 大连民族学院大学物理实验教学中心

★ 对于比较灵敏的天平，很难使指针停在标尺中点处，所以一 般要观察指针的停点和标尺的中点相差不超过0.5格。 ★ 对于比较灵敏的天平，很难使指针停在标尺中点处，所以一 般要观察指针的停点和标尺的中点相差不超过0.5格。 常用的称量方法一般有直接称量法和交换称量法。 直接称量法的公式为 m1是砝码的质量;s是荷载灵敏度； a是停点；a0是空载时的停点 交换称量法的公式为 m左,a左分别是物体放在左盘时的砝码的质量和停点； m右,a右分别是物体放在右盘时的砝码的质量和停点。 大连民族学院大学物理实验教学中心

实验任务Experimental assignment 1、用游标卡尺测量圆柱体的直径D1和高度H1，各测6次，记入数据表格中；进而由圆柱体的体积 ,写出 V柱 测量结果的表达式，用天平测量圆柱体的质量M，进而计算圆柱体的密度。 2、练习用外径千分尺测量细铜丝的直径D，各测6次；记入数据表格中 3、用流体静力称衡法测量不规则物体铜柱的密度 4、用流体静力称衡法测量不规则物体石腊的密度 大连民族学院大学物理实验教学中心

用流体静力称衡法测量不规则物体的密度 1、不规则铜柱密度的测量 在空气中测得物体的质量为 m1 ，将它全部浸入水中称得物体质量为 m2 ，则它在水中所受的浮力为： 结合公式： 又因为： 由于物体浸没在水中，有： 测读水温，查表记录该温度下水的密度ρ0；计算ρ 大连民族学院大学物理实验教学中心

将待测物、重物分别处于液面的的上、下，即只将重物浸没在液体中，此时称衡，相应的质量为m4； 2、不规则石腊密度的测量 待测物体的密度小于液体的密度时，采用在待测物体下拴挂重物的方法进行测量： 首先测出待测物在空气中的质量m3； 将待测物、重物分别处于液面的的上、下，即只将重物浸没在液体中，此时称衡，相应的质量为m4； 再将待测物和重物全部浸入液体中称衡，相应的砝码质量为m5； 根据 求出待测物的密度。 测出水温，由表中查出ρ0， 计算ρ′ 大连民族学院大学物理实验教学中心 基本测量

数据记录与处理data recording and processing 例 用游标卡尺测量圆柱体举例： 大连民族学院大学物理实验教学中心

量具： ，量程： mm，Δins=0.02mm，零点读数： 数据记录表格 量具： ，量程： mm，Δins=0.02mm，零点读数： 项目 读数值 次 数 D1(mm) H1(mm) 1 34.70 30.10 2 30.12 3 34.68 4 5 6 34.69 30.11 S 0.010 4.2×10-3 4.4×10-3 ΔA 0.01 ΔB 0.02 大连民族学院大学物理实验教学中心

平均值： 样本的标准偏差： 平均值的标准偏差： A类不确定度： 大连民族学院大学物理实验教学中心

B类不确定度： 直接测量的总不确定度： 间接测量值的不确定度： 最后要写出结果表达式 大连民族学院大学物理实验教学中心

（2）测量结果表达式 =34.69±0.02(mm)=3.469±0.002(cm) ① =34.69±0.02(mm)=3.469±0.002(cm) =30.11±0.02(mm)=3.011±0.002(cm) ∴ ② ∵ ≈28458.32(mm3) ≈1.3×10-3=0.13% 大连民族学院大学物理实验教学中心

(mm3)（因为 只取1位 有效数字） 这样 末位与 取齐， =2846×10(mm3)。圆柱体体积的结果表达式为 V1=(2846±4)×10mm3=28.46±0.04cm3 大连民族学院大学物理实验教学中心