螺旋測微器和游標(biāo)卡尺的使用.doc

螺旋測微器和游標(biāo)卡尺的使用長度、質(zhì)量測量是最基本的測量之一，科學(xué)實驗和生產(chǎn)實踐中許多測量都與長度、質(zhì)量測量有關(guān)。不少定量的物理儀器，其標(biāo)度均按一定長度來劃分，比如，用溫度計測溫度和用電流表或電壓表測電流或電壓時，就是準(zhǔn)確觀測水銀柱在溫度標(biāo)尺上的距離和電表指針在表頭標(biāo)尺上的距離來量度的。長度測量的儀器和方法有多種多樣，最基本的測量工具要算米尺、游標(biāo)卡尺和螺旋測微計。如果所要測量的物體無法直接接觸測量或物體的線度很小且測量要求準(zhǔn)確度很高，則可用其它更精密的儀器（如讀數(shù)顯微鏡）或其它更適合的測量方法。測量物體質(zhì)量的種類很多，但大多數(shù)是以杠桿原理為基礎(chǔ)而設(shè)計的，如物理天平、分析天平、精密天平等，也有一些測量微小變化力的秤，根據(jù)胡克定律制作，如焦利秤、扭秤等?！緦嶒?zāi)康摹浚?）掌握游標(biāo)卡尺、螺旋測微計和天平的使用方法。（2）測量物體的密度。（3）鞏固有關(guān)誤差、實驗結(jié)果不確定度和有效數(shù)字的知識， 熟悉數(shù)據(jù)記錄、處理及測量結(jié)果表示的方法。【實驗原理】1. 游標(biāo)原理及讀數(shù)方法 游標(biāo)卡尺是一種能準(zhǔn)確到0.1mm以上的較精密量具，用它可以測量物體的長、寬、高、深及工件的內(nèi)、外直徑等。它主要由按米尺刻度的主尺和一個可沿主尺移動的游標(biāo)（又稱副尺）組成。常用的一種游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。D為主尺，E為副尺，主尺和副尺上有測量鉗口AB和AB，鉗口AB用來測量物體內(nèi)徑，尾尺C在背面與副尺相連，移動副尺時尾尺也隨之移動，可用來測量孔徑深度，F(xiàn)為鎖緊螺釘，旋緊它，副尺就與主尺固定了。圖1-1 游標(biāo)卡尺構(gòu)造圖游標(biāo)卡尺的分度原理：如果用表示主尺最小分度值，用表示游標(biāo)分度數(shù)。通常設(shè)計個游標(biāo)分格的長度與主尺上（）個分格的總長度相等，利用倍主尺最小刻度值（）與游標(biāo)上最小刻度值之差來提高測量的精度。游標(biāo)上最小刻度值為，則有其差值為 倍數(shù)稱為游標(biāo)系數(shù)，通常取1或2。由此可知，a一定時，越大，其差值（）越小，測量時讀數(shù)的準(zhǔn)確度越高。該差值通常稱為游標(biāo)的分度值或精度，這就是游標(biāo)分度原理。不同型號和規(guī)格的游標(biāo)卡尺，其游標(biāo)的長度和分度數(shù)可以不同，但其游標(biāo)的基本原理均圖1-2 主尺與游標(biāo)尺相同。本實驗室所用的是游標(biāo)系數(shù)為1的50分度游標(biāo)卡尺。=50，=1mm，分度值為=0.02mm，此值正是測量時能讀到的最小讀數(shù)（也是儀器的示值誤差）。如圖1-2所示。讀數(shù)時，待測物的長度可分為兩部分讀出后再相加。先在主尺上與游標(biāo)“0”線對齊的位置讀出毫米以上的整數(shù)部分，再在游標(biāo)上讀出不足1mm的小數(shù)部分，則。mm, k為游標(biāo)上與主尺某刻線對得最齊的那條刻線的序數(shù)。例如圖1-3所示的游標(biāo)尺讀數(shù)為，。所以。許多游標(biāo)卡尺的游標(biāo)上常標(biāo)有數(shù)值，可以直接由游標(biāo)上讀出。如圖1-3，可以從游標(biāo)上直接讀出為。2. 螺旋測微計原理 螺旋測微計是螺旋測微量具中的一種，其它還有讀數(shù)顯微鏡、光學(xué)測微目鏡及邁克爾孫干涉儀的讀數(shù)部分也都是利用螺旋測微原理而制成的。 螺旋測微計是一種較游標(biāo)卡尺更精密的量具，常用來測量線度小且準(zhǔn)確度要求較高的物體的長度。較常見的一種螺旋測微計的構(gòu)造如圖1-4所示。圖1-4螺旋測微計構(gòu)造圖1-尺架2-固定測砧3-待測物體4-測微螺桿5-螺母套管6-固定套管7-測分筒8-棘輪9-鎖緊裝置 該量具的核心部分主要由測微螺桿和螺母套管所組成，是利用螺旋推進(jìn)原理而設(shè)計的。測微螺桿的后端連著圓周上刻有N分格的微分筒，測微螺桿可隨微分筒的轉(zhuǎn)動而進(jìn)、退。螺母套管的螺距一般取.5mm，當(dāng)微分筒相對于螺母套管轉(zhuǎn)一周時，測微螺桿就沿軸線方向前進(jìn)或后退.5mm；當(dāng)微分筒轉(zhuǎn)過一小格時，測微螺桿則相應(yīng)地移動mm距離?？梢?，測量時沿軸線的微小長度均能在微分筒圓周上準(zhǔn)確地反映出來。比如=50,則能準(zhǔn)確讀到0.5/50=0.01mm，再估讀一位，則可讀到0.001mm，這正是稱螺旋測微計為千分尺的緣故。實驗室常用的千分尺的示值誤差為0.004mm。讀數(shù)時，先在螺母套管的標(biāo)尺上讀出0.5mm以上的讀數(shù)，再由微分筒圓周上與螺母套管橫線對齊的位置上讀出不足0.5mm的數(shù)值，再估讀一位，則三者之和即為待測物的長度。如圖1-5所示。（a）L=5+0.5+0.150=5.650 mm（b）L=5+0.150=5.150mm3. 物體的密度如果物體的質(zhì)量為，體積為，則物體的密度為：只要測出物體的質(zhì)量和體積，根據(jù)公式就可以算出物體的密度?！緦嶒瀮x器】普通游標(biāo)卡尺、數(shù)字式游標(biāo)卡尺、普通螺旋測微計、數(shù)字式螺旋測微計、數(shù)字式天平及待測物?！緦嶒瀮?nèi)容】 1用游標(biāo)卡尺測量圓管的體積 （1）測量前，先核準(zhǔn)游標(biāo)卡尺的零點。將量爪合攏，檢查游標(biāo)的“0”線是否與主尺的“0”線對齊，如未對齊，則需記下零點讀數(shù)，以便進(jìn)行修正。 （2）測量時，用外量爪測外徑D1和高H，用內(nèi)量爪測內(nèi)徑D2。左手拿待測物，右手持尺，大拇指輕轉(zhuǎn)小輪，使待測物輕輕卡住即可讀數(shù)，不要使物體在被卡住時用力移動，以免損壞量爪。（3）重復(fù)測量圓管的內(nèi)徑、外徑和高各5次，并記下讀數(shù)，同時也記下游標(biāo)卡尺的示值誤差示。2用螺旋測微計測量小球的體積（1）測量前，進(jìn)行“零”點核準(zhǔn)。在測砧與測桿之間未放物體（小球）時，輕輕轉(zhuǎn)動棘輪，待聽到發(fā)出“軋、軋”之聲時即停止轉(zhuǎn)動。然后觀察微分筒“0”線與螺母套管的橫線是否對齊。若未對齊，則此時的讀數(shù)為零讀數(shù)。零讀數(shù)有正、負(fù)，測量結(jié)果需予以修正。如圖1-6所示。（a）D0=0.021mm（b）D0=-0.029mm （2）測量時，將待測物放于測砧與測桿之間，轉(zhuǎn)動微分筒，當(dāng)測桿與待測物快要接觸時，再輕轉(zhuǎn)棘輪，聽到“軋、軋”聲音時停止轉(zhuǎn)動，進(jìn)行讀數(shù)。 （3）重復(fù)測小球直徑5次，記下每次的讀數(shù)及螺旋測微計的示值誤差。（4）測量完畢后，要使測砧與測桿之間留有一定的空隙，以免受熱膨脹時兩接觸面因擠壓而被損壞。3用數(shù)字式游標(biāo)卡尺、數(shù)字式螺旋測微計測量銅棒的體積（1）銅棒長度的測量。測量前，先核準(zhǔn)數(shù)字式游標(biāo)卡尺的零點。將數(shù)字式游標(biāo)卡尺量爪合攏，打開數(shù)字式游標(biāo)卡尺的電源（按“mm/in”鍵），按置零“0”鍵，數(shù)字表顯示“0.00mm”或“0.000in”。按“mm/in ”鍵，選擇數(shù)字表顯示“0.00mm”。測量銅棒長度L。（2）銅棒直徑的測量。測量前，先核準(zhǔn)數(shù)字式螺旋測微計的零點。將數(shù)字式螺旋測微計合攏，打開數(shù)字式螺旋測微計的電源（按“mm/in ”鍵），按置零“0”鍵，數(shù)字表顯示“0.00mm”或“0.000in”。按“mm/in ”鍵，選擇數(shù)字表顯示“0.00mm”。測量銅棒直徑D。4. 用數(shù)字式天平稱圓管、小球、銅棒的質(zhì)量打開DT500數(shù)字式天平電源，穩(wěn)定后，數(shù)碼顯示“0.0”，按“TARE”鍵校零。校零后就可以稱被測物體的質(zhì)量了。如在使用過程中，誤按了“CAL”鍵，則關(guān)閉數(shù)字式天平，需重新啟動?！緮?shù)據(jù)與結(jié)果】1測量數(shù)據(jù)記錄表（1） 用普通游標(biāo)卡尺測圓管的內(nèi)、外直徑和高（見表1-1）。表1-1 數(shù)據(jù)表 零點讀數(shù)： ；示值誤差： ；單位： 項目 N外徑D1內(nèi)徑D2高度H12345（2） 用普通螺旋測微計測小球的直徑（見表1-2）。表1-2 數(shù)據(jù)表 零點讀數(shù)D0： ；示值誤差： ；單位： 項目 ND讀D=D讀-D012345（3）用數(shù)字式游標(biāo)卡尺、數(shù)字式螺旋測微計測量銅棒長度、直徑，見表1-3。表1-3 數(shù)據(jù)表 項目 N長度直徑D123452數(shù)據(jù)處理 （1）對多次直接測量結(jié)果的總不確定度的估計：先求各直接測量的最佳值（平均值）： 然后求實驗結(jié)果總不確定度其中 總不確定度為 最后把測量結(jié)果表示為 （單位） （2）間接測量結(jié)果的計算及合成不確定度的確定。圓管的體積：結(jié)果記為（單位）鋼球的體積：結(jié)果記為 （單位） 銅棒的體積：3圓管、鋼球、銅棒的密度4實驗結(jié)果的分析和討論【思考題】（1）游標(biāo)卡尺的測量準(zhǔn)確度為0.01mm，其主尺的最小分度的長度為0.5mm，試問游標(biāo)的分度數(shù)（格數(shù)）為多少？以毫米作單位，游標(biāo)的總長度可能取哪些值？（2）如圖1-7的這些游標(biāo)卡尺主尺最小刻度值是多少？游標(biāo)的分度數(shù)V是多少？ 游標(biāo)卡尺的分度值是多少？它們的讀數(shù)是多少？（在這些圖中，第一把尺是為了確定分度值，第二把尺為了讀數(shù)）把答案填入表1-4內(nèi)。圖1-7 游標(biāo)卡尺表1-4 數(shù)據(jù)表圖 號主尺最小刻度值（mm）游標(biāo)分度數(shù)N游標(biāo)尺