1、实验一实验一 基本测量基本测量Chapter 3 Fundamental physics experiment Experiment 1 Fundamental technology of measuring大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心1.掌握游标卡尺、外径千分尺、天平的掌握游标卡尺、外径千分尺、天平的测量原理和使用方法。测量原理和使用方法。2.掌握用流体静力称衡法测量形状不规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。则物体密度的测量原理及使用方法。3.掌握实验数据的处理方法，正确写出掌握实验数据的处理方法，正确写出测量结果表达式。测量
2、结果表达式。实验目的实验目的 Experimental purpose 大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心1、游标卡尺、游标卡尺 vernier caliper 实验仪器实验仪器Experimental device 我们用量程和分度值表示测量仪器的规格。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。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。小反映仪器的精密程度，也称精度。游标卡尺的精度有游标卡尺的精度有0.02mm,0.05mm,0.10mm0.02mm,0
3、.05mm,0.10mm三种。三种。大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心三用游标卡尺示意图三用游标卡尺示意图大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心精度：S=0.1mm零误差：S00精度：S=0.02mm零误差：S00精度：S=0.05mm零误差：S00大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心游标卡尺比一般毫米尺要准确。常用的卡尺游标卡尺比一般毫米尺要准确。常用的卡尺有有1010、2020和和5050分度现以分度现以1010分度游标卡尺为分度游标卡尺为例说明其原理和读数方法，其余类推。例说明其原理和读数方法，其余类推。
4、(1)9mmLnbna如图示，设主尺分度值为如图示，设主尺分度值为a,a,一般一般a=1mma=1mm，则，则游标总长游标总长L L为为9a9a，将其等分为，将其等分为1010份，记份，记n=10n=10，设游标上刻线的间距为设游标上刻线的间距为b b，则，则0.9mmLabann原理原理 principle 大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心设主尺与游标刻线的间距差为设主尺与游标刻线的间距差为i0.1mmaiabn大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心读数方法读数方法 reading method 1.1.由游标由游标“0 0”线在主尺
5、上的位置读出整毫米数线在主尺上的位置读出整毫米数k2.2.若游标上的第若游标上的第m m根刻线与主尺上某刻线对齐，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：则从游标上读出毫米以下小数部分的值为：(n(n为游标卡尺的精度）为游标卡尺的精度）m n3.3.求出待测物尺寸为：求出待测物尺寸为：k m n 大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心Y=100mm+8x0.1mm=100.8mm练习练习1 1大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心Y=100mm+37x0.02mm=100.74mm练习练习2 2大大连连民民族族学学院院
6、大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心Y=100mm+15x0.05mm=100.75mm练习练习3 3大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心检查零误差，熟悉卡尺精度及刻度状态检查零误差，熟悉卡尺精度及刻度状态松开制动螺母，拉开游标卡尺，夹住被松开制动螺母，拉开游标卡尺，夹住被测物测物锁住制动螺母锁住制动螺母读数读数复原复原测量步骤测量步骤 measure of steps 大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心测量前检查游标卡尺。应将量爪间的脏物、灰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。尘和油污等擦干净。工件的被测表面
7、也应擦干净，并检查表面有无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。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，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。对比较长的零件要多测几个位置。注意事项注意事项 cautions 大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心2 2、外径千分尺（螺旋测微计）、外径千分尺（螺旋测微计）micrometer screw 千分尺又称螺旋测微计，是一种测量长度千分尺又称螺旋测微计，是一种测量长度的
8、仪器。的仪器。大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心上图所示是一种常见的螺旋测微计，它的测量精度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可以达到0.01mm0.01mm，精密螺纹的螺距为，精密螺纹的螺距为0.5mm0.5mm。即。即D D每每旋转一周，旋转一周，F F前进或后退前进或后退0.5mm,0.5mm,可动刻度可动刻度E E上的刻度上的刻度为为5050等分，每个刻度为等分，每个刻度为0.01mm0.01mm，即精度为，即精度为0.01mm0.01mm。原理原理principle 大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心 被测
9、物的长度的整数部分由固定刻度读出，小数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部分由可动刻度E E读出，但是要注意固定刻度上表读出，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。示半毫米的刻度线是否已经露出。测量值测量值=固定刻度读数固定刻度读数+（可动刻度格子数（可动刻度格子数x x精度）精度）注意：用螺旋测微计测量长度时要估读注意：用螺旋测微计测量长度时要估读读数方法读数方法 reading method 大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心练习练习1 1大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心练习练习2 2大大连连
10、民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心练习练习3 3大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心练习练习4 4大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心3、物理天平物理天平 physical balance 大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心答答 案案练习练习1 1大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心500.54 g练习练习1 1大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心练习练习2 2答答 案
11、案大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心200.44 g练习练习2 2大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心操作规程操作规程 programme of operationn1.1.检查和调整检查和调整(按顺序进行按顺序进行)(1)(1)检查：检查：看各部件位置是否正确，标有看各部件位置是否正确，标有“1 1”的吊耳、的吊耳、称盘托、称盘在左边，标有称盘托、称盘在左边，标有“2 2”的在右边；吊耳的在右边；吊耳在刀口上挂好，游码移至横梁左端零刻线位置。在刀口上挂好，游码移至横梁左端零刻线位置。(2)(2)调水平调水平：观察水准气泡，用底脚螺钉调
12、气泡至中观察水准气泡，用底脚螺钉调气泡至中心圆内，使支柱为竖直状态。心圆内，使支柱为竖直状态。(3)(3)调零点：调零点：空载时转动制动旋钮起动天平，由指针空载时转动制动旋钮起动天平，由指针观察横梁是否平衡，观察横梁是否平衡，随即止动随即止动。根据指针在标盘上根据指针在标盘上的偏移调节平衡螺母，再起动，再观察，的偏移调节平衡螺母，再起动，再观察，再止动再止动,直到调平为止。直到调平为止。大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心n2.2.称衡称衡 被测物放左盘，砝码放右盘被测物放左盘，砝码放右盘,为保护刀口，在称衡过程中注意：为保护刀口，在称衡过程中注意：(1)(1)加减
13、砝码、调节游码加减砝码、调节游码时都要先把天平止动，不准天平在起动状时都要先把天平止动，不准天平在起动状态操作。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。砝码，不必过分托高横梁。(2)(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，就移动游码时，就移动游码(仍须止动天平来调仍须止动天平来调)。n3.3.记录结果记录结果 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
14、两刻线之间则应估读；边缘位置为准，若位于两刻线之间则应估读；n4.4.复原复原(天平复原；摘下吊耳、砝码放回中）天平复原；摘下吊耳、砝码放回中）大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心 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般要观察指针的停点和标尺的中点相差不超过0.50.5格。格。直接称量法的公式为直接称量法的公式为01aamms常用的称量方法一般有直接称量法和交换称量法。常用的称量方法一般有直接称量法和交换称量法。m m1 1是砝码的质量是砝码的质量;s;s是
15、荷载灵敏度；是荷载灵敏度；a a是停点；是停点；a a0 0是空载时的停点是空载时的停点交换称量法的公式为交换称量法的公式为22mmaams左右左右m m左左,a,a左左分别是物体放在左盘时的砝码的质量和停点；分别是物体放在左盘时的砝码的质量和停点；m m右右,a,a右右分别是物体放在右盘时的砝码的质量和停点。分别是物体放在右盘时的砝码的质量和停点。大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心实验任务实验任务Experimental assignment2 2、练习用外径千分尺测量细铜丝的直径、练习用外径千分尺测量细铜丝的直径D D，各测，各测6 6次；次；记入数据表格中记
16、入数据表格中1 1、用游标卡尺测量圆柱体的直径、用游标卡尺测量圆柱体的直径D D1 1和高度和高度H H1 1，各测各测6 6次，次，记入数据表格中；进而由圆柱体的体积记入数据表格中；进而由圆柱体的体积 ,写出写出 V V柱 测量结果的表达式，用天平测量圆柱体的测量结果的表达式，用天平测量圆柱体的质量质量M M，进而计算圆柱体的密度。，进而计算圆柱体的密度。2114VD H柱3 3、用流体静力称衡法用流体静力称衡法测量不规则物体铜柱的密度测量不规则物体铜柱的密度4 4、用流体静力称衡法用流体静力称衡法测量不规则物体石腊的密度测量不规则物体石腊的密度大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验
17、验教教学学中中心心用流体静力称衡法测量不规则物体的密度用流体静力称衡法测量不规则物体的密度12()Fmm g浮结合公式：结合公式：0FgV浮排120mmV排又因为：又因为：1mV由于物体浸没在水中，有：由于物体浸没在水中，有：VV排1012mmm测读水温，查表记录该温度下水的密度测读水温，查表记录该温度下水的密度0；计算；计算1、不规则铜柱密度的测量、不规则铜柱密度的测量大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心首先测出待测物在空气中的质量首先测出待测物在空气中的质量m m3 3；将待测物、重物分别处于液面的的上、下，即只将重将待测物、重物分别处于液面的的上、下，即只将重
18、物浸没在液体中，此时称衡，相应的质量为物浸没在液体中，此时称衡，相应的质量为m m4 4；再将待测物和重物全部浸入液体中称衡，相应的砝码再将待测物和重物全部浸入液体中称衡，相应的砝码质量为质量为m m5 5；根据根据 求出待测物的密度。求出待测物的密度。3045mmm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：的方法进行测量：基本测量基本测量测出水温，由表中查出测出水温，由表中查出0 0，计算计算 2、不规则石腊密度的测量、不规则石腊密度的测量大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心数据
19、记录与处理数据记录与处理data recording and processing 例例 用游标卡尺测量圆柱体举例：用游标卡尺测量圆柱体举例：大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心 项目 读数值次 数 D1(mm)H1(mm)134.7030.10234.7030.12334.6830.10434.6830.10534.7030.12634.7030.1234.6930.11S0.0100.0104.210-34.410-3A0.010.01B0.020.020.020.02数据记录表格数据记录表格量具：量具：，量程：，量程：mmmm，ins=0.02mmins=0.
20、02mm，零点读数：，零点读数：xxSxU大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心1ixxk2211()()1(1)kkiiiixxxxxxSSkk k2211()()(1)(1)kkiiiixxxxxxSSk kk k平均值：平均值：样本的标准偏差：样本的标准偏差：平均值的标准偏差：平均值的标准偏差：A A类不确定度：类不确定度：2AxS 大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心B B类不确定度：类不确定度：Bins 224insxUS11222112VDHUUUVDH柱柱直接测量的总不确定度：直接测量的总不确定度：间接测量值的不确定度：间接测
21、量值的不确定度：最后要写出结果表达式最后要写出结果表达式xxU大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心 =34.690.02(mm)=3.4690.002(cm)111DUDD =30.110.02(mm)=3.0110.002(cm)111HUHH（2）测量结果表达式）测量结果表达式12114HDV 11.3069.344421211HDV28458.32(mm3)2221212111.3002.069.3402.042111HUDUVUHDV1.310-3=0.13%大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心104%13.011VUV(mm3)（因为 只取1位有效数字）1vU 这样1vU1V末位与取齐，1V=284610(mm3)。圆柱体体积的结果表达式为 V1=(28464)10mm3=28.460.04cm3大大连连民民族族学学院院大大学学物物理理实实验验教教学学中中心心
