长度与固体密度测量实验报告材料带大数据.docx
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长度与固体密度测量实验报告材料带大数据
曲阜师大学实验报告
实验日期：
2020.5.17实验时间：
8：
30-12：
00
：
方小柒学号：
**********
实验题目：
长度与固体密度测量实验
一、实验目的：
1．了解游标卡尺、螺旋测微器的构造，掌握它们的原理，正确读数和使用方法。
2．学会直接测量、间接测量的不确定度的计算与数据处理。
3．学会物理天平的使用。
4．掌握测定固体密度的方法。
二、实验仪器：
螺旋测微器、游标卡尺、读数显微镜、读数显微镜
三、实验容：
1.用游标卡尺测量空心圆柱体的体积。
2.用螺旋测微器测量铁丝直径。
3.用读数显微镜测量金属丝的直径。
四、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。
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
Nb=（N-1）a
（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：
（2）
常用的游标是五十分游标（N=50。
另有10分度的、 20分度的、 50分度游标卡尺），即主尺上49mm与游标上50格相当，见图2。
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l的普遍表达式为
（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，α=1mm。
图3所示的情况，即l=21.58mm。
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。
游标卡尺使用注意事项
（1）使用前，首先要弄清其规格
（2）根据被测对象情况，决定使用外测量爪、测量爪、尾尺。
（3）校正零点读数。
若量爪A、Ｂ接触时，游标0线与主线不重合，应找出修正量，然后再使用。
（4）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）用毕将其固定螺丝松开，然后将游标卡尺放入包装盒。
2. 螺旋测微器（千分尺）
常见的螺旋测微器如下图所示。
它的量程是25mm，分度值是0.01mm。
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。
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）。
螺旋测微计的读数方法：
（1）测量前后应进行零点校正，即以后要从测量读数中减去零点读数。
零点读数时顺刻度序列记为正值，反之为负值。
（2）读数时由主尺读整刻度值，0.5mm以下由微分套筒读出，并估读到0.001mm量级。
（3）要特别注意主尺上半毫米刻线，如果它露出到套筒边缘，主尺上就要读出0.5mm的数。
螺旋测微器使用注意事项：
（1）使用前，首先要弄清其规格，选用合适的量程。
（2）校正零点读数。
（3）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“喀”、“喀”止动声后停止旋转。
否则易损伤测微螺杆。
（4）读数时要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。
（5）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。
3. 读数显微镜
读数显微镜是用来测量微小距离或微小距离变化的。
其构造分为观察被测物体的显微镜和读数的螺旋测微装置。
读数显微镜的量程一般为50mm，分度值是0.01mm,可估读到0.001mm。
读数显微镜的使用：
1.将读数显微镜适当安装，对准待测物；
2.调节显微镜的目镜，以清楚地看到叉丝（或标尺）；
3.调节显微镜物镜焦距，使被测物体成像清晰；
4.旋转测微手轮，使叉丝竖线与被测物体的两端面相切；
5.分别读出相切时标尺所对应的读数L1和 L2，两者读数之差△L=L1-L2即被测物体的长度。
读数显微镜使用注意事项：
（1） 测量时，显微镜移动方向与待测长度平行。
（2） 同次测量中，测微手轮须恒定向一个方向旋转，避免产生空程误差。
。
五、实验步骤：
Ⅰ、流程简述
1. 用游标卡尺测量空心圆柱体的体积。
2. 用螺旋测微器测量铁丝直径。
3. 用读数显微镜测量金属丝的直径。
Ⅱ、线上操作
（1） 主窗口介绍
成功进入实验场景窗体，实验场景的主窗体如下图所示：
长度与密度测量实验主场景视图
（2） 测量铁丝的直径
鼠标左键双击打开螺旋测微器大视图，点击开始测量按钮，对铁丝直径进行测量；
（3） 测量空心圆柱体的外径、径、高度。
鼠标左键双击打开游标卡尺大视图，点击开始测量按钮，分别对空心圆柱体的外径进行测量：
径进行测量：
高度进行测量：
（4） 测量金属丝直径
鼠标左键双击打开读数显微镜大视图，点击放置金属丝按钮，将金属丝放置显微镜镜筒下方；
鼠标左键点击金属丝模块中的左右和旋转箭头，将金属丝移动到目镜视野之中；
鼠标点击反射镜旋钮调节目镜最明亮，点击物镜调焦旋钮改变镜筒高度直至物体最清晰；
鼠标点击打开目镜镜筒紧固螺丝，点击目镜镜筒调节目镜中叉丝的角度水平竖直，点击目镜调焦旋钮至叉丝清晰可见；
鼠标左键点击改变金属丝的角度至与叉丝一边相切；
朝着一个方向一定显微镜镜筒的位置，直到叉丝与物体相切，记下第一个切点的位置；
相同方向移动至另一个相切的位置，记下位置读数；
六、实验数据：
游标卡尺仪实验参数：
B类不确定度Ub=U仪=0.02mm.
螺旋测微器实验参数：
B类不确定度Ub=U仪=0.004mm.
读数显微镜实验参数：
B类不确定度Ub=U仪=0.004mm.
1.螺旋测微器测铁丝直径
（1）螺旋测微器零点读数（mm）:
0.021
（2）相关数据
测量次数
1
2
3
4
5
6
直径d（mm）
4.214
4.210
4.215
4.211
4.216
4.212
（3）铁丝直径平均值d=4.213mm
（4）铁丝直径的不确定度Ud=0.005
（5）铁丝直径表达式:
d=（d±Ud）=4.213±0.005
（6）铁丝直径的相对不确定度Ud/d（%）=0.005/4.213=0.12%
2.游标卡尺测空心圆柱径高度
（1）游标卡尺零点读数（mm）=0.14
（2）相关数据
测量次数
1
2
3
4
5
6
高h（mm）
82.06
82.08
82.08
82.10
82.06
82.04
径d（mm）
12.72
12.72
12.74
12.72
12.70
12.74
外径D（mm）
14.86
14.90
14.88
14.88
14.86
14.88
V1=3801.97V2=3879.60V3=3808.42
V4=3842.16V5=3834.72V6=3806.56
（3）计算确定的值
项目
高度
径
外径
平均度（mm）
82.07
12.72
14.88
不确定度（mm）
0.02
0.02
0.02
（4）计算空心圆柱体积V（mm^3）=
（5）计算体积相对不确定度UV/V=0.013
（6）计算体积的不确定度UV=50.45
（7）圆柱体积表达式：
V=
±Uv=3840.76±0.013
3.读数显微镜测量金属丝读数d
（1）相关数据
1
2
3
4
5
6
左读数d1（mm）
25.915
25.869
25.865
25.863
25.873
25.862
右读数d2（mm）
26.628
26.620
26.620
26.626
26.634
26.617
直径d=|d1-d2|
0.713
0.751
0.755
0.763
0.761
0.755
（2）金属丝直径平均值d=0.750
（3）金属丝直径的A类不确定度UA（mm）=0.02
（4）金属丝直径的不确定度U（mm）=0.02
（5）金属丝直径表达式：
0.750±0.02
（6）金属丝直径的相对不确定度E（%）=0.02/0.750×100%=2.7%
七、思考题：
1.螺旋测微器与游标卡尺的精度分别是多少？
答：
螺旋测微器：
0.001mm
游标卡尺：
0.02mm
2.何时需要使用到螺旋测微器，何时需要使用到游标卡尺？
答：
螺旋测微器测量数值不太大，精度要求较高的物体长度
游标卡尺测量长度、外径、深度
3.用读数显微镜测量物体宽度时，若物体未与显微镜镜筒移动的方向相垂直，会对测得的数值造成何种影响？
答：
会造成测量值偏大，造成实验误差
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