实验一用游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜测量长度

实验一用游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜测量长度【学习重点】游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜的测量原理和使用方法一般仪器的读数规则；实验数据处理方法。［仪器用具］游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜、待测铁环、小钢珠等。【引言】物理实验中常用的长度测量仪器米尺、游标卡尺、螺旋测微器（千分尺）、读数显微镜（比长尺）等。通常用量程和分度值表示这些仪器的规格。量程是测量范围；分度值是仪器所标示的最小分划单位。分度值的大小反映仪器的精密程度。一般来说，分度值越小，仪器越精密，仪器本身的“允许误差”（尺寸偏差）相应也越小。学习使用这些仪器，要注意掌握它们的构造特点、规格性能、读数原理、使用方法以及维护知识等，并注意要以后的实验中恰当地选择使用。长度是一个基本物理量，许多其他的物理量也常常化为长度量进行测量；许多测量仪器的长度或角度等读数部分也常常用米尺刻度或根据游标、螺旋测微等原理制成；这些仪器的读数规则以及读数时要尺量避免视差，要注意检查或校准零点等，要实验中都是具有普遍意义的。（1）游标卡尺为了使测量更准一些，在米尺上附加一个能够滑动的有刻度的小尺，叫做游标，利用它可以把米尺估读的那位准确地读出来。游标卡尺主要由两部分构成（图1-1）：与量爪A、A‘相联的主尺D（主尺按米尺刻度）以及与量爪B、B'及深度尺C相联的游标E。游标可紧贴着主尺滑动。量爪A、B用来测量厚度和外径，量爪A‘、B'用来测量内径，深度尺C用来测量槽的深度。它们的读数值，都是由游标的0线与主尺的0线之间的距离表示出来，F为固定螺钉。图1-1游标卡尺下面介绍游标卡尺的读数原理。游标卡尺在构造上的主要特点是：游标上p个分格的总长与主要尺上（p-1）个分尺的总长相等。设y代表主尺上一个分格的长度。x代表游标上一个分格的长度。则有：px二(p-1)y(1.1)那么，主尺与游标上每分格的差值是：18x=y一x=y（1.2）p以p=10的游标卡尺例，主尺上一分格长是1mm,那么游标上10分格的总长等于9mm,这样游标上一个分格的长度是0.9mm,8x二y-x二0.1mm。当量爪合拢时，游标上的“0”线与主尺“0”线重合，这时，游标上第一条刻线在主尺第一条刻线的左边0.1mm处，游标上第二条刻线在主尺第二刻线的左边0.2mm处，……，依此类推。这就是提供了利用游标进行测量的依据。如果在量爪A、B间放进一张厚度为0.1mm的纸片，那么，与量爪B相联的游标就要向右移动0.1mm，这时游标的第一条线就与主尺的第一条线相重合，而游标上所有其他各条线都不与主尺上任一条刻度线相重合；如果纸片厚0.2mm,那么，游标就要向右移动0.2mm，游标的第二条线就与主尺的第二条线相重合，•依此类推。反过来讲,如果游标上第二条线就与主尺的刻度线重合，那么纸片的厚度就是0.2mm•这种把游标等分为10个分格（即p=10）的游标卡尺叫做“十分游标”“十分游标”的8x二0.1mm，这是由主尺的刻度值和游标尺刻度之差给出的。因此，8x不是估读的。它是游标卡尺能读准的最小数值，即是游标卡尺的分度值。测量纸片厚度的读数1，由于用了游标，毫米以下这一数是准确的。因此，根据仪器读数的一般规则，读数的最后一位应该是读数误差所在的一位，应该写为：l=0.20mm=0.020cm。最后加一个“0”表示读数误差出现最后这一位上。如果不能判定游标上相邻的两条刻度线哪一条与主尺重合或更相近些，则最后一位可估读“5”，即如图1-5，可读为l=0.55mm=0.055cm。由此可见，使用游标可以提高读数的准确程度。游标卡尺的估读误差不大于0.58x（为什么？）还有一种常见的游标是“二十游标”，即将主尺上的19mm等分为游标上的二十格,或者将主尺的等分为游标上的二十格。这样它们的分度值为：398x=1.0-=0.05mm或8x=2.0-=0.05mm20因在这种情况下，主尺上两格（2mm）与游标上一格相当，二十分游标常在游标上刻0、25、50、75、100等标度，以便于直接读数。如游标上第5根刻线（标示25）与主尺对齐，1则读数的尾数为5x8x二0.25mm，即可直接读出。二十分游标的估读误差（＜㊁8x）可认为要要百分之一毫米这一位置上。因此，如l=0.55mm,不再在后面加“0”。另一种常用的游标是五十分游标（p=50）,即主尺上49mm与游标上50格相当，见图1-8。五十分游标的分度值8x二0.02mm。游标上刻有0、1、2、……、9,以便于读数，五十分游标的读数结果也写到百分之一毫米这一位上。综上所述，游标卡尺的分度值是由尺与游标尺刻度的差值决定的，亦即是由游标分度数目决定的；各种常用游标卡尺的读数都写到百分之一毫米这一位上。需要提醒的是，游标只给出毫米以下的读数，毫米以上的读数要从游标“0”线在主尺有位置读出。当测量大于1mm的长度时，应先从游标尺“0”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。即用游标尺测量长度l的普遍表达式为：l=ky+n6x（1.3）p是游标“0”线所在处主尺上刻度的整毫米数，n是游标的第n条与主尺的第一条线重合，y=1mm图1-9所示的情况，即l=21.44mm=2.144cm。用游标卡尺测量之前，应先把量爪A、B合拢，检查游标尺的“0”线和主尺的“0”线是否重合，如不重合，应记下零点读数，加以修正。待测量l=l1-l0,l1为未作零点修正前的读数值，10为零点读数，10可以正，也可以负。往后，在使用各种测量仪器时，一般都有要注意校准零点或作零点修正。使用游标卡尺时，可一手拿物体，加一手持尺，如图1-10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行读数。不允许用来测量粗糙的物体，并切忌把被夹紧的物体在卡内挪动。（2）螺旋测微器（千分尺）螺旋测微器是比游标卡尺更精密的长度测量仪器。常见的一种如图1-11所示。它的量程是25mm,分度值是0.01mm。螺旋测微器结构的主要是一个微动螺旋杆。螺距是0.5mm。因此，当螺旋杆旋转一周时，它沿轴线方向只前进0.5mm。螺旋杆是和螺旋连着的。在柄上附有沿圆的刻度（微分筒），共有50个等分格。当螺旋杆沿轴线方向前进05mm（即0.01mm）时，螺旋柄上的刻度转过一分格。这就是所谓机械放大原理。图1-11螺旋测微计测量物体长度时，应轻轻转动螺旋柄后端的棘轮旋柄，推动螺旋杆，把待测物体刚夹住。读数时，可从固定标尺上读出整数格数（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l-12(a)和(b),其读数分别为5.650mm(0.5650cm)和5.150mm(0.5150cm)。使用时注意：记录零点读数，并对测量数据作零点修正。螺旋测微器的零点可以调整，各种牌号的螺旋测微器调零点的不同，可见仪器说明书。记录零点即将夹着待测物体测量时，应轻轻转动棘轮旋柄推进螺杆，不要直接拧转螺杆，以夹得太紧测量时，应轻轻转动棘轮旋柄推进螺杆，不要直接拧转螺杆，以夹得太紧影响测量结果及损坏仪器，只要听到转动小棘轮时发出喀、喀的声音，就不要再推进螺杆而进行读数了。用读数显微镜(测距显微镜，比长仪)测量玻璃的折射率。读数显微镜是用来测量微小距离或微小距离变化的。其构造分为机械部分和光具部分是一个长焦显微镜，装在一个由丝杆带动的滑动如上，这个滑动台连同显微镜可以按不同方向安装。可以对准前方、上下、左右移动；或对准下方，左右移动。滑动台安装在一个大底座上。(图1-13)读数显微镜的量程一般为几个厘米，分度值为0.001厘米。常见的一种读数显微镜的机械部分是根据螺旋测微器原理制造的，一个与螺距为1毫米的丝杆联动的刻度圆盘上有关100个等分格。因此，它的分度值是0.001厘米。还有一种类型是用带0.01毫米标尺的测量目镜来测量微小位移。读数显微镜的操作步骤：将读数显微镜适当安装，对准待测物；调节显微镜的目镜，以清楚地看到叉丝(或标尺)；调节显微镜的聚集情况或移动整个仪器，使待测物成像清楚，并消除视差，即眼睛上下移动时，看到叉丝与待测物成像清楚，并清除视差，即眼睛上下移动时，看到叉丝与待测物成的像之间无相对移动；先让叉丝对准待测物上一点(或一条线)A,记下读数；转动丝杆，对准另一点B，再记下读数，两次读数之差即AB之间的距离。注意两次读数时丝杆必须只向一个方向移动，以避免螺距差。实验原理】：如图1所示，AA'表示两种不同的介质的分界面，上下介质的折射率分别为片用n2且*1＜口2。若一光线从p发出，用显微镜在接近垂直方向进行观察。当光线射达界面AA'上的C点，其入射角为B，则入射线PQ经折射后以折射线QT进入上方介质，其折射角为i。根据光的直线传播原理，沿折射线的相反方向延长。则与法线相交于P'。为了便于说明，图中入射角尽量作得大一点。下面讨论的是特殊情况。A'NPtanp=NP。tanitanBNP。=NP—tani当入射角B很小时，则tanp~tanisinB由此可得NP。=NP.sinisinBsini1(折射定率)nn故NP。=NP1(1)n2图中P点为物体的真实位置，P。为P点的表面位置。即是说，在介质n1看介质中的n2点，“好象”位于P。点。NP叫做物体的真实深度，NP。叫做物体的表面深度，NP-NP。=PP。是其差值。这些值都可从显微镜中读出。将(1)式改写为：n_NP-NP'2NPn=(2)2NP-NP'若n1=1（空气）则可求出介质的绝对折射率。【实验步骤】先在镜台上作一记号P（已先点），用读数显微镜找出P点清晰的像，并记下显微镜标尺的读数h］（毫米）。将被测玻璃片盖上，此时显微镜中看到的是，改变镜筒的位置，直到找出清晰的像，记下显微镜此时的读数，显然：|h-h|=pp'3再在玻璃片上面作一记号点N（钢笔水）并用显微镜找出N点清楚的像，此时显微镜的读数h3，那么：将所得的数据代入（2）式，求n2。实验内容】用游标卡尺测量铁杯的含铁体积。用螺旋测微器小钢球的直径。用读数显微镜测量玻璃的折射率。计算机实验内容1的绝对误差和相对误差长度是一个基本物理量。长度测量不仅在生产和科学实验中被广泛的使用，而且许多其他物理量也常常化为长度量进行测量，除数字显示仪器外，几乎所有测量仪器最终将转换为长度进行读数。例如，水银温度计是用水银柱面的位置来读取温度的；电压表或电流表是利用指针在表面刻度盘上移过的弧长来读数的。因此，长度测量是一切测量的基础。掌握长度测量方法显得十分重要。物理实验中常用的长度测量仪器是米尺、游标卡尺、螺旋测微计（千分尺）、读数显微镜等。通常用量程和分度值表示这些仪器的规格。量程是测量范围，分度值是仪器所标示的最小分划单位，仪器的最小读数。分度值的大小反映仪器的精密程度，分度值越小，仪器越精密，仪器的误差相应也越小。学习使用这些仪器，应该掌握它们的构造原理、规格性能、读数方法、使用规则及维护知识在精度要求不太高的情况下，通常用木质米尺或塑料米尺来测量长度。米尺的分度值为lmm。因此，用米尺测量长度时，可以准确读到毫米这一位，毫米以下的一位要凭视力估计。【试验目的】学习游标卡尺、螺旋测微器和读数显微镜的测量原理与使用方法;2•了解 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 偏差S的物理意义、计算方法。【实验原理】圆柱体体积测量空心圆柱体的体积公式为式中□、口及□分(1-1)别为空心圆柱体的内外直径和高度，均属直接测量量，用游标卡尺直接测量。由于直接测量量是有误差的，故间接测量量口也会有误差。由误差理论可知,一个量的测量误差对于总误差的贡献，不仅取决于其本身误差的大小，还取决于误差传递系数。其体积的标准偏差为偏差口。钢球体积测量钢球的体积公式为：1（1-5）式中D为钢球直径，用螺旋测微器测量。钢板尺刻度线宽度（或玻璃管的內径）的测量钢板尺刻度线宽度（或玻璃管的內径）为：【实验仪器】游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜。【仪器介绍】1.游标卡尺一般米尺的分度值为一毫米，即一个小分格的长度是一毫米。用米尺测量长度时，毫米以下的读数要凭目测估计。为了提高测量精度，就在米尺上再附加一个可以滑动的游标，这就构成了游标卡尺。图1-1游标卡尺游标卡尺主要由两部分构成，如图1-1所示，一部分是与量爪A、口相联的主尺D,另一部分是与量爪B、□及深度尺C相联的游标E。游标可紧贴着主尺滑动。量爪A、B用来测量厚度和外径，量爪匚I、□用来测量内径，深度尺C用来测量筒的深度，它们的读数值都是由游标的“0”。线与主尺的“0”线之间的距离表示出来的，F为固定螺钉。游标卡尺的读数原理：游标上的m个分格的总长度与主尺上(m—1)个分格的总长度相等。设y代表主尺上一个分格的长度，x代表游标上一分格的长度，则有那么□就是从游标尺上可以精确读出的最小数值,是游标尺的分度值。下面以厘的游标(即十分游标)为例说明这一点。』——即游标上刻有十个小分格，这十个分格的总长应等于主尺上的9个分格的长度。因为主尺上每个分格是1mm,所以游标上十个分格的总长是9mm,显然游标上每个分格的长度是0.9mm,当卡口AB合拢时，游标上的“0”线与主尺上的“0”线相重合。这时游标上的第一条刻度线必然处在主尺第一条刻度的左边，且相差0.1mm，游标上第二条刻度线在主尺第二条刻度线左边的0.2mm处……依次类推，游标上的第十条刻度线正好与主尺上第9条刻度线相对齐，如图1-2所示。图1-2图1-3如果我们在卡口AB间放一厚度为0.1m的薄片，那么，与卡口B相联的游标E就要向右移动0.1mm,这时游标的第一条刻度线就会与主尺的第一条刻度线相重合。而游标上的其它所有刻度线都不会与主尺上的任何一条刻度线相重合。如果薄片厚为0.2m,那么，游标的第二条刻度线就会与主尺上的第二条刻度线相重合（如图1-3所示），依次类推。反过来讲，如果游标上的第一条刻度线与主尺上的刻度线相重合，那么薄片的厚度就是0.1mm，如果游际上的第二条刻度线与主尺上的刻度线相重合（如图1-3所示），薄片的厚度就是0.2mm，依次类推。这说明利用游标可以精确读出毫米以下的值，而精确程度则由主尺与游标的每个分格之差口来决定。我们 实验室 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 里用得较多的游标是——的一种，即游标上的50个分格与主尺上的49mm等长。这就是五十分游标，它的分度值为：1!mm当卡口AB间的待测薄片厚度为0.02mm时，游标的第一条刻度线正好与主尺上的第一条刻度线相重合；当待测薄片的厚度为0.04mm时，游标上的第二条刻度线与主尺上的第二条刻度线相重合……反过来说，当游标上第一条刻度线与主尺刻度线相重合时，就可读出待测厚度为0.02mm，当游标上第二条刻度线与主尺刻度线相重合时，就可读出待测厚度值为0.04mm，依次类推。举例来说，当游标上的第十二条刻度线与主尺的某一刻度线相重合时，即可直接读出待测厚度为0.24mm。图1-4所示，游标上刻有0，1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,是为了便于直接读数。例如测量某一薄片，当我们判定游标上8字后面（即8的右边）第三条刻度线与主尺的刻度线相重合时，即可直接读出0.86mm,而不必数它是游标上的多少条刻度线，再读0.86mm。图1-4游标尺的读数误差：用游标尺测量结果的读数，根据游标上某一条刻度线与主尺上刻度线相重合而定，因而这种读数方法产生的误差就由游标上刻度线与主尺上刻度线两者接近的程度所决定，而两者的不重合程度又总小于口/2,所以游标尺的读数误差不会超过例如五十分游标的O=0.02mm，测量结果所记录的最小值是0.02mm，例如某一测量记录可以是18.02mm或18.04mm，而不取18.03mm。因为我们要么判定游标的第一条刻度线与主尺重合，要么判定游标的第二条刻度线与主尺刻度线重合，一般难以再作细微的分辨，所以不取18.03mm这个读数。游标尺的零点校正：使用游标尺测量之前，应先把卡口A、B合拢，检查游标的“0”线和主尺的“0”线是否重合，如不重合，应记下零点读数，用它对测量结果加以校正。即待测量为未作零点校正的测量值,□为零点读数。□可以正,也可以负。2•螺旋测微器螺旋测微器是比游标尺更精密的长度测量仪器，实验室用的螺旋测微器量程为2.5cm，分度值是0.01mm,螺旋测微器的构造如图1-5所示。主要部分是一个微动螺杆，螺距是0.5mm，也就是说，当螺旋杆旋转一周时，沿轴线方向的移动是0.5mm，螺旋杆与螺旋柄相连，在柄上有沿圆周的刻度，共50分格。显然，螺□旋柄上圆周的刻度走过一分格时，螺杆沿轴线方。图1-5螺旋测微器的读数：在图1-6中，若螺旋柄的边线C与主尺(D线)的“0”线重合且圆周分度的“0”线亦与D线重合，表示待测长度为零。图1-6中的读数可以这样读出，先以C线为准读主尺，显然长度在6.5~7.0mm之间，于是先读出6.5mm，然后再以D线为准读圆周上的刻度，D线处在25~26之间，于是可以读出0.25mm(因分度值是0.01mm)，最后还要估计下一位数，例如估计为5(即0.005mm)，于是最后可得出读数为6.755mm。图7的读数为6.2551mm。在此要注意半毫米指示线，读数时要看清C线是处在半毫米线的哪一边，再判定应读多少，否则容易出错。这里必须指出，螺旋测微器最后一位必须估读，而游标卡尺不能估读。1图1-6图1-7使用注意事项：校正零点：常会发现圆周上的“0”线并不正指着D线“0”，即零点不重合。例如，它指在“2”刻度线上，则在以后测长度时，需将测得值减去0.020mm；又如，距：“0”线尚差2个分度，则实际长度应以读出长度减去-0.020mm(即加上0.020mm)。校正零点及夹紧待测物体时，都应轻轻转动小棘轮推进螺杆，不得直接拧转螺旋柄，免夹得太紧，影响测量结果，甚至损坏仪器。转动小棘轮时，只要听到咯咯响声，螺杆就不再推进了，即可进行读数。制动器是用来锁紧螺杆的，使用时应放松，不得在锁紧螺杆的情况下进行测量。3•读数显微镜它是将测微螺旋和显微镜组合起来精确测量长度的仪器；如图1-8所示。它的测微螺距为1mm,和螺旋测微器的活动套筒对应，的部分是测微鼓轮，它的周边等分为100个分格,每转一分格显微镜将移动0.01mm，所以读数显微镜的测量精度也是0.01mm，它的量程一般是50mm。此仪器所附的显微镜是低倍的。它由三部分组成：目镜、叉丝和物镜。读数显微镜的调节与使用:调节物镜或待测物，使它们位于同一水平面上。伸缩目镜看清叉丝。转动调焦手轮，前后移动显微镜筒，改变物镜到待测物之间的距离，看清待测物。转动测微鼓轮移动显微镜，使十字准线中竖线与待测物一端相切，读出主尺与测微鼓轮上的示数，沿同方向旋转测微鼓轮，使准线中竖线与被测物另一端相切，记下主尺与测微鼓轮示数，两次读数之差即为待测物的长度。图1-8注意防止回程误差：移动显微镜，使其从相反方向对准同一待测物，两次读数似乎应当相同，实际上由于螺丝和螺套不可能完全密接，螺旋转动方向改变时，他们的接触状态也将改变，两次读数将不同，由此产生的测量误差称为回程误差。为了防止回程误差，在测量时向同一方向转动鼓轮使叉丝和各待测物对准，当移动叉丝超过了待测物时，就要多退回一些，重新在向同一方向转动鼓轮去对准待测物。【实验步骤】1.空心圆柱体体积测量（1）检查调整游标卡尺，使其能顺利测量，并观其是否有零差，如有,必须记录零差;（2）用游标卡尺测量空心圆柱体外径□、内径□及高h各10次，并列成数据表格;（3）严格按有效数字运算法则计算空心圆柱体（样品）体积及其的标准偏差口;（4）估算样品体积的不确定度，完整表达实验结果。主要计算过程要写入实验报告。2•钢球体积的测量（1）弄清螺旋测微器的构造和读数方法，记录螺旋测微器的零差（注意其正负值）；用螺旋测微器测量钢球的直径□:，在不同的部位测量8次；计算钢球(样品)直径□的标准偏差□与体积匚!的标准偏差□；根据公式(2-1-5)计算钢球的体积，并估算其不确定度，完整表达实验结果。3•板尺刻线宽度(或玻璃管內径)的测量练习使用读数显微镜；用读数显微镜测量钢板尺刻度线的宽度(或玻璃管的內径)6次取平均。计算样品测量量的不确定度，写出测量结果的表达式。网络教学录入：admin责任编辑：admin