1、物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验长度和密度的测量长度和密度的测量物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验1 1、掌握游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜测量长度的原理与掌握游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜测量长度的原理与使用方法。使用方法。2 2、掌握游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜的仪器误差及消除、掌握游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜的仪器误差及消除测量误差的一般方法。测量误差的一般方法。3 3、掌握有效数字的概念和测量结果不确定度的计算、掌握有效数字的概念和测量结果不确定度的计算。实验目的实验目的实验一、长度的测量实验一、长度的测量物理学实验教学
2、示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验实验内容实验内容1用螺旋测微器测量金属片的厚度D 10次，并计算平均值和不确定度。2用读数显微镜测量口型遮光片的缝宽L 10次，并计算平均值。3分别用游标卡尺测量圆柱筒内径D1、外径D2和高H各10次，计算出各平均值和圆柱筒体积V。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验 由最小分度为毫米的主尺由最小分度为毫米的主尺D和套在主尺上可以滑动的游标和套在主尺上可以滑动的游标E两部分两部分组成，组成，根据游标上的分度格数，常把游标卡尺分为根据游标上的分度格数，常把游标卡尺分为10分度的、分度的、20分度分度的、的、50分度。分度。如如
3、50分度尺：最小分度是分度尺：最小分度是0.02mm,仪器最大允许误差为仪器最大允许误差为0.02mm。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验游标卡尺读数规则游标卡尺读数规则（1）看清卡尺精确度）看清卡尺精确度(分度值）。分度值）。（2）以游标零刻线位置为准，在主尺上读取整毫米数。）以游标零刻线位置为准，在主尺上读取整毫米数。（3）看游标上哪条刻线与主尺上的某一刻线（不用管是第）看游标上哪条刻线与主尺上的某一刻线（不用管是第几条刻线）对齐，由游标上读出毫米以下的小数。几条刻线）对齐，由游标上读出毫米以下的小数。（4）总的读数为主尺毫米整数加上游标毫米小数。）总的读数为主尺
4、毫米整数加上游标毫米小数。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验 游标卡尺使用注意事项游标卡尺使用注意事项（）（）使用前，首先要弄清其使用前，首先要弄清其规格（最小分度值）规格（最小分度值）（）根据被测对象情况，决定使用外（）根据被测对象情况，决定使用外测量爪测量爪、内测量爪、尾、内测量爪、尾尺。尺。（）（）校正零点校正零点读数。若量爪读数。若量爪A、接触时，游标线与主线、接触时，游标线与主线不重合，应找出修正量，然后再使用。不重合，应找出修正量，然后再使用。（）注意保护量爪，预防卡口磨损。为此测量时不应将待测（）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、。物卡得太紧。（）用毕将其固定螺丝松开，然后将游标卡尺放入包装盒。（）用毕将其固定螺丝松开，然后将游标卡尺放入包装盒。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验主尺整毫米数+游标毫米下数：20mm+20*0.02=20.40mm52mm+9*0.05=52.45mm物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验2.2.螺旋测微器（千分尺）螺旋测微器（千分尺）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 螺旋测微器是利用螺旋推进原理而设计的：若微分套筒圆周上刻有N个分度，螺距为a，则微分套筒每转动一个
6、分度，螺杆移动的距离为a/N。量程为量程为25mm,最小分度是最小分度是0.01mm,仪器最大允许误差为仪器最大允许误差为0.004mm。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验螺旋测微器读数规则螺旋测微器读数规则(1)首先从主尺上读出整刻度数（每刻度首先从主尺上读出整刻度数（每刻度0.5mm）；）；(2)以主尺的水平横线为基准，从副尺上读出以主尺的水平横线为基准，从副尺上读出0.5 mm 以下的以下的数值，估计读数到最小分度的数值，估计读数到最小分度的1/10。(3)测量长度为上述二者之和。测量长度为上述二者之和。6.50.365=6.865（mm）物理学实验教学示范中心
7、物理学实验教学示范中心力热实验力热实验螺旋测微器使用注意事项螺旋测微器使用注意事项（1 1）使用前，首先要弄清其规格。）使用前，首先要弄清其规格。（2 2）校正零点读数。（）校正零点读数。（零点偏差，已定系统误差）零点偏差，已定系统误差）（3 3）先用粗测旋钮使测头小砧接近被测物，后用微调旋钮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。听到使测头小砧接触被测物。听到“喀喀”、“喀喀”止动声止动声 后停止旋转。否则易损伤测微螺杆。后停止旋转。否则易损伤测微螺杆。（4 4）读数时要注意固定刻度尺上）读数时要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线表示半毫米的刻线是否已是否已 经露
8、出。经露出。（5 5）测量完毕应使测微螺杆与测砧之间留有空隙，以防因测量完毕应使测微螺杆与测砧之间留有空隙，以防因 热膨胀损坏螺纹热膨胀损坏螺纹。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验3.3.读数显微镜读数显微镜 读数显微镜是用于读数显微镜是用于精确测量长度用的仪器，精确测量长度用的仪器，主要用来测主要用来测微小的或不微小的或不能用夹持能用夹持仪器（如游标仪器（如游标卡尺或千分尺）测量的卡尺或千分尺）测量的对象，如狭逢，干涉条对象，如狭逢，干涉条纹的宽度等。纹的宽度等。仪器最大允许误差为仪器最大允许误差为0.02mm0.02mm图2116 测量显微镜1.目镜 2.锁紧圈
9、3.调焦手轮 4.镜筒支架 5.物镜 6.压紧片 7.台面玻璃 8.手轮 9.平面镜 10.底座 11.支架 12.测微手轮 13.标尺指示 14.标尺15.测微指示物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验读数显微镜读数显微镜使用方法：使用方法：（1）调节显微镜）调节显微镜目镜目镜，看清，看清十字叉丝；十字叉丝；（2）调节显微镜）调节显微镜物物距距，使被测物体成像清晰，并且，使被测物体成像清晰，并且无无视差视差；（3）旋转测微）旋转测微手轮手轮，使叉丝竖线与被测物体的两端面，使叉丝竖线与被测物体的两端面相切；相切；（4）分别读出相切时标尺所对应的读数）分别读出相切时标尺所对
10、应的读数L1和和L2，读数，读数方法类似于螺旋测微器，两者读数之差方法类似于螺旋测微器，两者读数之差L即被测物即被测物体的长度。体的长度。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验读数显微镜使用读数显微镜使用注意事项注意事项：(1)(1)测量时，显微镜移动方向与待测长度测量时，显微镜移动方向与待测长度平行平行。(2)2)同次测量中，测微手轮须恒定向一个方向旋转，同次测量中，测微手轮须恒定向一个方向旋转，避免产生避免产生空程误差空程误差。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验数据处理数据处理学会不确定度的处理（P=0.68）误差随机误差系统误差2()(1)
11、iADDDUnnn=10（A类）（B类）仪器误差已定误差/3BU:仪器最大允许误差零点校正定22UABUU总不确定度：DD-定（）U 测量结果：直接测量误差直接测量误差tptp物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验u间接测量值的不确度的计算间接测量值的不确度的计算ixiiCiUxxfU2)(),.3,2,1()(ixfXi体积的最终表达式：体积的最终表达式：222VUDdHVVVUUUDdHVVVU（P=0.68）物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验实验二实验二 密度的测量密度的测量物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验一、实
12、验目的一、实验目的1、了解物理天平的构造，学会正确调节和使用物理 天平。2、掌握用流体静力称衡法和比重瓶法测定不规则物 体和液体的密度的方法。3、进一步掌握排除测量误差及测量不确定度的计算。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验二、实验仪器二、实验仪器物理天平、温度计、比重瓶、玻璃烧杯、待测物体物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验三、实验原理三、实验原理 若一物体的质量为m,体积为V，密度为，则有 (1)测定上式中的m及V，就可以得到。Vm物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验1 1、流体静力称衡法测不规则形状物体的密度、流体
13、静力称衡法测不规则形状物体的密度待测物体天平挂钩排开液体的体积（物体的体排开液体的体积（物体的体积）积）阿基米德原理阿基米德原理浸没在水中的物体受到的浮力浸没在水中的物体受到的浮力(用天平测量）用天平测量）物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验 先用天平称被测物体在空气中质量先用天平称被测物体在空气中质量m m1 1，然后将物体浸入水中，称出，然后将物体浸入水中，称出其水中的质量其水中的质量m m2 2 ，则物体在水中受到的浮力为，则物体在水中受到的浮力为 F F (m m1 1m m2 2)g g （2 2）根据阿基米德原理，浸没在液体中的物体所受浮力的大小等于根据阿基
14、米德原理，浸没在液体中的物体所受浮力的大小等于物体所排开液体的重量。因此，可以推出物体所排开液体的重量。因此，可以推出 F F0 0Vg Vg （3 3）其中其中0 0为液体的密度（本实验中采用的液体为水）；为液体的密度（本实验中采用的液体为水）；V V是排开液是排开液体的体积亦即物体的体积。联立体的体积亦即物体的体积。联立(1)(1)、（、（2 2）和（）和（3 3）式可以得）式可以得 （4）0211mmm物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验2 2、用比重瓶法测定小颗粒状固体的密度、用比重瓶法测定小颗粒状固体的密度对于不规则的颗粒状固体，不可能用流体静力“称衡法”来逐
15、一称其质量。因此，可采用“比重瓶法”测固体小颗粒的密度：测出细小固体的质量m2；测出盛满水后比重瓶及水的质量m1；测出比重瓶、水及待测固体的总质量m3。03212mmmm物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验四、实验内容实验内容(一)物理天平的调节；(二)用流体静力称衡法测不规则物体的密度；(三)用比重瓶法测定金属小颗粒的密度；物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验一、物理天平的使用一、物理天平的使用1、检查：、检查：检查天平挂钩托盘是否对码；检查天平挂钩托盘是否对码；检查天平横梁是否正确支撑，挂钩是否挂上。检查天平横梁是否正确支撑，挂钩是否挂上。物
16、理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验 调节底盘水平；调节底盘水平；看沿锤与底座锥体是否对准 调节横梁平衡（或称调零点）。调节横梁平衡（或称调零点）。把游码D移到横梁刻度“0”处，把秤盘吊钩挂在两端刀口上，启动天平，观察天平是否平衡，如不平衡，先将天平止动，调节配重螺母E和E，再启动天平，如此反复直至天平平衡.调节灵敏度调节灵敏度2、调节：、调节：物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验 天平灵敏度的定义为：天平的指针尖端沿着标牌的线位移与在任一称盘里所添加的小砝码的质量之比。检查天平灵敏度以判断该天平是否处于正常使用状态。检查灵敏度方法：在调好天平水平
17、和平衡后，以天平指针左右连续摆动两次读数e01、e02的平均值求出e0，移动横梁上的游码一个分度值，再测天平指针左右连续摆动两次读数e11、e12的平均值求出停点e1，则根据灵敏度定义求出灵敏度S。（注：分度值等于1/S。）测量天平灵敏度：测量天平灵敏度：（与标牌所标数值不一致）若所测分度值偏大，应将感量（与标牌所标数值不一致）若所测分度值偏大，应将感量调节器上移，偏小则反之。调节器上移，偏小则反之。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验用复称法消除天平横梁不等臂误差：用复称法消除天平横梁不等臂误差：复称法是对物体既进行左称又进行右称，而以其几何平均值准确表示测量结果的方
18、法。21 112 2mlmlmlm l12mm m物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验（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。天平维护方法天平维护
19、方法物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验水的密度水的密度 单位：单位：g/cm3温度温度012345678900.999870.999900.999940.999960.999970.999960.999940.999910.999880.99981100.999730.999630.999520.999400.999270.999130.998970.998800.998620.99843200.998230.998020.997800.997570.997330.997060.996810.996540.996260.99597300.995680.995370.995050.994730.994400.994060.993710.993360.992990.99262实验室中实验室中铜块密度铜块密度 8.933 g/cm3铅粒密度铅粒密度 11.34 g/cm3物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心力热实验力热实验谢 谢！
