大学物理实验报告之长度基本测量文档格式.docx
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【实验器材】
游标卡尺、螺旋测微计、读数显微镜、待测物体（铁制圆筒、金属丝、小钢珠、毛细管各一件）。
【实验原理】
1、游标卡尺构造及读数原理
游标卡尺主要由两部分构成，如（图1）所示：
在一毫米为单位的主尺上附加一个能够滑动的有刻度的小尺（副尺），叫游标，利用它可以把主尺估读的那位数值较为准确地读出来。
图1
游标卡尺在构造上的主要特点是：
游标上N个分度格的总长度与主尺上（N-1）个分度格的长度相同，若主尺上最小分度为a，游标上最小分度值为b，则有
（式1）
那么主尺与游标上每个分格的差值（游标的精度值或游标的最小分度值）是：
（式2）
图2
常用的游标是五十分游标（N=50），即主尺上49mm与游标上50格相当，见图2–7。
五十分游标的精度值δ=0.02mm。
游标上刻有0、l、2、3、…、9，以便于读数。
毫米以上的读数要从游标“0”刻度线在主尺上的位置读出，毫米以下的数由游标（副尺）读出。
即：
先从游标卡尺“0”刻度线在主尺的位置读出毫米的整数位，再从游标上读出毫米的小数位。
游标卡尺测量长度的普遍表达式为
（式3）
式中，k是游标的“0”刻度线所在处主尺刻度的整刻度（毫米）数，n是游标的第n条线与主尺的某一条线重合，a=1mm。
图3所示的情况，即l=21.58mm。
图3
在用游标卡尺测量之前，应先把量爪A、B合拢，检查游标的“0”刻度线是否与主尺的“0”刻度线重合。
如不重合，应记下零点读数，加以修正，即待测量l=l1-l0。
其中，l1为未作零点修正前的读数值，l0为零点读数。
l0可以正，也可以负。
使用游标卡尺时，可一手拿物体，另一手持尺，如图4所示。
要特别注意保护量爪不被磨损。
使用时轻轻把物体卡住即可读数。
图4
2、螺旋测微器（千分尺）
常见的螺旋测微器如（图5）所示。
它的量程是25mm，分度值是0.01mm。
图5
螺旋测微器结构的主要部分是一个微螺旋杆。
螺距是0.5mm。
因此，当螺旋杆旋一周时，它沿轴线方向只前进0.5mm。
螺旋柄圆周上，等分为50格，螺旋杆沿轴线方向前进0.01mm时螺旋柄圆周上的刻度转过一个分格。
这就是所谓机械放大原理。
测量物体长度时，应轻轻转动螺旋柄后端的棘轮旋柄，推动螺旋杆，把待测物体刚好夹住时读数，可以从固定标尺上读出整格数，（每格0.5mm）。
0.5mm以下的读数则由螺旋柄圆周上的刻度读出，估读到0.001mm这一位上。
如图6（a）和（b），其读数分别为5.650mm、5.150mm。
图6
（1）记录零点读数，并对测量数据作零点修正。
（2）记录零点及将待测物体夹紧测量时，应轻轻转动棘轮旋柄推进螺杆，转动小棘轮时，只要听到发出喀喀的声音，即可读数。
【实验步骤】
一、游标卡尺的使用
1.先使游标卡尺的两量爪密切结合，测零点读数，若游标上的零刻线与主尺上的零刻线重合，则零点读为零。
右手握主尺，用拇指推动游标尺上小轮，使游标尺向右移动到某一任意位置，固定螺丝M后读出长度值。
在掌握操作方法和读数方法后开始测量。
2.用游标卡尺测圆筒的径、外径、深度和高度，填入表一。
注意要取不同的位置反复测五次，按表中的要求填写各项，并求出圆筒体积、绝对误差、相对误差和测量结果。
二、螺旋测微计的使用
1.掌握螺旋测微计注意事项，熟悉使用方法和读数方法后，再开始测量。
2.记下零点读数，测量小钢球和金属丝的直径各五次。
将测量值填入表二中，并求钢球的体积和金属丝的截面积以及它们的绝对误差、相对误差和测量结果。
三：
读数显微镜的使用
1.掌握读数显微镜的使用方法和注意事项。
2.用读数显微镜测小圆片的径。
将读数显微镜对准小圆片，调节物距看清管口的像，测其径。
调转小圆片，对另一边进行测量。
每端测三次。
3.将测量数据记录表中。
【数据记录与处理】
表一：
用游标卡尺测量圆管体积
游标卡尺的精密度：
mm
项目
1
2
3
4
5
平均值
绝对误差
平均绝对误差
测量结果
外径
径
高
圆筒的体积
=
相对误差
表二：
用千分尺测量钢球的直径
千分尺的精密度：
mm零点读数
直读值（
）
测量值（
钢球体积
表三：
用读数显微镜测量圆环的径
读数显微镜的精密度：
【原始实验数据粘贴处】
【思考题】
1.使用游标卡尺时应该注意什么？
1、游标卡尺是比较精密的测量工具，要轻拿轻放，不得碰撞或跌落地下。
使用时不要用来测量粗糙的物体，以免损坏量爪，避免与刃具放在一起，以免刃具划伤游标卡尺的表面，不使用时应置于干燥中性的地方，远离酸碱性物质，防止锈蚀。
2、测量前应把卡尺揩干净，检查卡尺的两个测量面和测量刃口是否平直无损，把两个量爪紧密贴合时，应无明显的间隙，同时游标和主尺的零位刻线要相互对准.这个过程称为校对游标卡尺的零位。
3、移动尺框时，活动要自如，不应有过松或过紧，更不能有晃动现象。
用固定螺钉固定尺框时，卡尺的读数不应有所改变。
在移动尺框时，不要忘记松开固定螺钉，亦不宜过松以免掉了。
4、用游标卡尺测量零件时，不允许过分地施加压力，所用压力应使两个量爪刚好接触零件表面。
如果测量压力过大，不但会使量爪弯曲或磨损，且量爪在压力作用下产生弹性变形，使测量得的尺寸不准确（外尺寸小于实际尺寸，尺寸大于实际尺寸）。
5、在游标卡尺上读数时，应把卡尺水平的拿着，朝着亮光的方向，使人的视线尽可能和卡尺的刻线表面垂直，以免由于视线的歪斜造成读数误差。
6、为了获得正确的测量结果，可以多测量几次。
即在零件的同一截面上的不同方向进行测量。
对于较长零件，则应当在全长的各个部位进行测量，务使获得一个比较正确的测量结果。
2.使用千分尺时应该注意什么？
1、千分尺是一种精密量具，使用时应小心谨慎，动作轻缓，不要让它受到打击和碰撞。
千分尺的螺纹非常精密，使用时要注意：
①旋钮和测力装置在转动时都不能过分用力；
②当转动旋钮使测微螺杆靠近待测物时，一定要改旋测力装置，不能转动旋钮使螺杆压在待测物上；
③当测微螺杆与测砧已将待测物卡住或旋紧锁紧装置的情况下，决不能强行转动旋钮。
2、有些千分尺为了防止手温使尺架膨胀引起微小的误差，在尺架上装有隔热装置。
实验时应手握隔热装置，而尽量少接触尺架的金属部分。
3、使用千分尺测同一长度时，一般应反复测量几次，取其平均值作为测量结果。
4、千分尺用毕后，应用纱布擦干净，在测砧与螺杆之间留出一点空隙，放入盒中。
如长期不用可抹上黄油或机油，放置在干燥的地方。
注意不要让它接触腐蚀性的气体。
3.使用游标卡尺时应该注意什么？
同思考题1。
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