實(shí)驗(yàn)1力學(xué)基本測(cè)量

1、 長(zhǎng)度測(cè)量、質(zhì)量稱量是物理實(shí)驗(yàn)中必不可少的一個(gè)重要部分，游標(biāo)卡尺、千分尺是長(zhǎng)度測(cè)量中較精密的儀器，物理天平則是物理實(shí)驗(yàn)稱量中的主要工具，這些測(cè)量工具的使用是我們完成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)必須具備的最基本的能力。1889年巴黎世博會(huì)世界計(jì)量大會(huì)確定的“米原器”和“千克原器”學(xué)習(xí)掌握游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微計(jì)、物理天平的原理和使用方法。練習(xí)實(shí)驗(yàn)工作中正確讀數(shù)、記錄有效數(shù)字及處理初步誤差和數(shù)據(jù)。金屬圓柱杯、細(xì)銅絲。游標(biāo)卡尺螺旋測(cè)微計(jì)物理天平及砝碼1. 游標(biāo)卡尺 由主尺（Z）和可沿主尺滑動(dòng)的游尺（U）組成。游尺上的刻度稱為游標(biāo)。鉗口（C）和刀口（E）與主尺連在一起，固定不動(dòng)。鉗口（D）和刀口（F）及深度尺（G）與游尺

2、連在一起，可隨游尺一起滑動(dòng)。鉗口C、D可以夾住待測(cè)物體，用來測(cè)量物體的外部尺寸，故稱為外卡。刀口E、F用來測(cè)量孔的內(nèi)徑，故稱為內(nèi)卡。深度尺（G）用來測(cè)量孔的深度。推把（W）用來推動(dòng)游尺。游尺緊固螺釘（K）在測(cè)量結(jié)束時(shí)用來固定游尺的位置，以便于讀數(shù)。游標(biāo)卡尺的讀數(shù)原理：游標(biāo)副尺上有n個(gè)分格，它和主尺上的（n-1）個(gè)分格的總長(zhǎng)度相等，一般主尺上每一分格的長(zhǎng)度為1mm,設(shè)游標(biāo)上每一個(gè)分格的長(zhǎng)度為x,則有nx=n-1,主尺上每一分格與游標(biāo)上每一分格的差值為1-x=1/m(mm)，因而1/m(mm)是游標(biāo)卡尺的最小讀數(shù)，即游標(biāo)卡尺的分度值。若游標(biāo)上有20個(gè)分格，則該游標(biāo)卡尺的分度值為1/20=0.05m

3、m,這種游標(biāo)卡尺稱為20分游標(biāo)卡尺；若游標(biāo)上有50個(gè)分格，其分度值為1/50=0.02mm，稱這種游標(biāo)卡尺為50分游標(biāo)卡尺。 2. 螺旋測(cè)微計(jì)依據(jù)螺旋放大的原理制成的，主要部分為一個(gè)螺距為.mm的微動(dòng)螺桿在固定螺母中旋轉(zhuǎn)，當(dāng)微動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶有刻度的螺帽也跟隨螺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿便沿著旋轉(zhuǎn)軸線方向前進(jìn)或后退一個(gè)螺距的距離。因此，沿軸線方向的微小移動(dòng)距離，就能用旋轉(zhuǎn)螺帽上的讀數(shù)表示出來。螺旋測(cè)微器的精密螺紋的螺距是0.5mm，旋轉(zhuǎn)螺帽有50個(gè)等分刻度，因此旋轉(zhuǎn)螺帽每旋轉(zhuǎn)一小格，相當(dāng)于測(cè)微螺桿前進(jìn)或后退這0.5/50=0.01mm?？梢?，轉(zhuǎn)動(dòng)螺帽的每一小格表示0.01mm，所以用螺旋測(cè)微器可準(zhǔn)確到0

4、.01mm。由于還能再估讀一位，可讀到毫米的千分位。 螺旋測(cè)微計(jì)的讀數(shù)原理：當(dāng)用螺旋測(cè)微器測(cè)量好物體時(shí)我們要讀出所顯示的示數(shù)，這時(shí)所測(cè)物體的長(zhǎng)度可表示為：L=n*0.1+k*0.01mm注：L為物體的長(zhǎng)度，n表示主尺所顯示的刻度數(shù)(注意半刻度)，k 為與準(zhǔn)線對(duì)齊的付尺讀數(shù)(在這里k要估讀)。3. 物理天平 天平的原理是利用等臂杠桿水平平衡，將被測(cè)質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量砝碼直接比較。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：天平分為10個(gè)精度等級(jí)，砝碼分為5個(gè)精度等級(jí)，不同級(jí)別的天平配用一定級(jí)別的砝碼。精度較低的天平稱物理天平，配用4、5級(jí)砝碼；精度較高的天平稱精密天平或分析天平。天平的使用操作要求嚴(yán)格，分析天平要求最高。主要參數(shù)

5、有：最大稱量值：它是天平允許稱衡的最大質(zhì)量。分度值：是指天平的指針從標(biāo)尺的中間位置偏離一小格時(shí)，天平上兩稱盤的質(zhì)量差。 物理天平的操作步驟如下：調(diào)整底座水平：旋轉(zhuǎn)天平的底腳螺絲，使底座水平儀中氣泡處于中位置。調(diào)節(jié)零點(diǎn)：調(diào)節(jié)橫梁兩端螺母，使得稱量前指針達(dá)到刻度零點(diǎn)位置。稱量：先制動(dòng)天平，將待測(cè)物體放在左盤，砝碼放在右盤，再稍微啟動(dòng)天平，觀察指針是否在中央，如不在中央，應(yīng)先制動(dòng)天平，反復(fù)調(diào)整砝碼和游標(biāo)碼，直至天平平衡為止。這時(shí)被稱物體的質(zhì)量就等于所放砝碼和移動(dòng)游碼所讀的總質(zhì)量。1水平調(diào)節(jié)螺絲 2底座 3托架 4橫梁支架 5吊耳 6游碼 7橫梁 8平衡螺母 9平衡指針 10感量調(diào)節(jié)器 11立柱 12

6、秤盤架 13秤盤 14水平儀 15啟動(dòng)旋鈕 16平衡標(biāo)尺1.用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)銅絲的直徑查明并記錄千分尺的量程和允許（基本）誤差；打開鎖緊手柄，檢查零點(diǎn)，記錄零點(diǎn)誤差。 把被測(cè)金屬絲自由伸直，放在千分尺測(cè)頭與測(cè)砧之間。緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)棘輪，使測(cè)頭與測(cè)砧恰好夾持住金屬絲，棘輪發(fā)出“喀、喀”示警聲，此時(shí)讀出千分尺的示值。在金屬絲的不同位置重復(fù)上述測(cè)量5次。把各次讀數(shù)記入預(yù)先畫好的數(shù)據(jù)表中。測(cè)量完畢，按存放注意事項(xiàng)把千分尺放回盒中。修正各次讀數(shù)所含的零點(diǎn)誤差。然后計(jì)算直徑測(cè)量值的平均值 、偏差 及標(biāo)準(zhǔn)誤差 。按正確格式表示測(cè)量結(jié)果。2用游標(biāo)卡尺和天平測(cè)金屬圓柱杯的密度將金屬圓柱杯樣品視為理想的幾何體，其密度可由

7、下式進(jìn)行間接測(cè)量。查明并記錄游標(biāo)卡尺的量程和允許（基本）誤差，打開游標(biāo)緊固螺釘，檢查并記錄零點(diǎn)誤差。用內(nèi)量爪測(cè)量圓柱杯內(nèi)徑d。用外量爪測(cè)量其外徑D和高度H。用深度尺測(cè)量杯的深度h。每個(gè)量都在樣品上取5個(gè)不同位置重復(fù)測(cè)量。把它們的各次測(cè)量值記入預(yù)先畫好的數(shù)據(jù)表中。測(cè)量完畢，把游標(biāo)卡尺放回盒中。查明并記錄天平的型號(hào)、精度級(jí)別和最大量程，檢查天平安裝情況。先調(diào)整天平底座，使其嚴(yán)格水平，用專用鑷子把游碼置于游碼尺零線，再調(diào)整天平橫梁空載平衡。調(diào)整完畢，使天平回到止動(dòng)狀態(tài)，才可進(jìn)行稱量。在天平止動(dòng)狀態(tài)下，把圓柱杯放在秤盤中央。依由大到小的順序給砝碼盤放置砝碼。每加一個(gè)砝碼，用啟動(dòng)旋鈕輕輕抬起橫梁。若看到

8、天平明顯不平衡，就不要再繼續(xù)抬高橫梁，應(yīng)立即止動(dòng)。然后根據(jù)橫梁傾斜的方向，判斷應(yīng)添加下一個(gè)較小的砝碼還是取下本次所添的砝碼另換一個(gè)較小的砝碼。當(dāng)加至或換至砝碼盒中最小的砝碼時(shí)天平仍不能水平平衡，方可使用游碼。最后，用平衡指針是否在中點(diǎn)處來判斷天平是否達(dá)到嚴(yán)格的水平平衡。操作完畢，立即止動(dòng)天平。讀取游碼尺示值。由碼盒中的空位計(jì)算所用砝碼總質(zhì)量，再將所用砝碼依由大到小的順序放回砝碼盒，同時(shí)核對(duì)所用砝碼總質(zhì)量。質(zhì)量的測(cè)量值所用砝碼總質(zhì)量游碼尺示值。取下圓柱杯，重新調(diào)整天平。然后再按上述步驟，進(jìn)行第二次稱衡，共重復(fù)測(cè)量5次，把質(zhì)量的各次測(cè)量值記入數(shù)據(jù)表中。計(jì)算各直接測(cè)量值的平均值。 計(jì)算圓柱杯密度的平

9、均值 ，并估算密度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差及相對(duì)誤差。按正確表示格式，寫出密度測(cè)量結(jié)果。測(cè)量之前應(yīng)檢查游標(biāo)卡尺的零點(diǎn)讀數(shù)，看主副尺的零刻度線是否對(duì)齊，若沒有對(duì)齊，須記下零點(diǎn)讀數(shù)，以便對(duì)測(cè)量值進(jìn)行修正。游標(biāo)卡尺不要求估讀，如游標(biāo)上沒有哪個(gè)刻度與主尺刻度線對(duì)齊的情況，則選擇最近的一根讀數(shù)，有效數(shù)字要與精度對(duì)齊。卡住被測(cè)物時(shí)，松緊要適當(dāng)，不要用力過大，注意保護(hù)游標(biāo)卡尺的刀口。測(cè)量圓筒內(nèi)徑時(shí)，要調(diào)整刀口位置，以便測(cè)出的是直徑而不是弦長(zhǎng)。使用天平前，應(yīng)先了解天平的最大稱量值，常用物理天平的最大稱量值為500或1000g，負(fù)載量不得超過最大稱量值。為保護(hù)天平的刀口，在取放物體、砝碼、調(diào)節(jié)平衡時(shí)，要制動(dòng)天平，只有在觀察天平是否平衡時(shí)才將天平啟動(dòng)。不要用手直接拿取砝碼，要用鑷子夾取，以保護(hù)砝碼的準(zhǔn)確度。設(shè)主尺的最小分格為0.5mm，