大学物理实验教案长度和质量的测量两篇
大学物理实验教案
实验目的：
1．掌握游标卡尺、螺旋测微计和移测显微镜的测量原理和使用方法。 2．根据仪器的精度和有效数字的定义，正确记录原始数据。
3．掌握直接测量和间接测量的数据处理方法，并用不确定度报告测量结果。
实验仪器：
游标卡尺、螺旋测微计、移测显微镜、滚珠、圆管、毛细管、铝块。
实验原理：
1． 游标卡尺
普通测长度的尺子其准确度有一定的局限性，主要是由于其分度值（即仪器能准确鉴别的最小量值）较大。例如米尺的分度值为1mm 而不能更小，否则，刻度线太密将无法区分。为此，在主尺上装一个能够沿主尺滑动的带有刻度的副尺，称为游标，这样的装置称为游标卡尺。
游标卡尺的结构如图1 所示。主尺 D 是一根钢制的毫米分度尺，主尺头上附有钳口 A 和刀口A′，游标E 上附有钳口 B、刀口 B′ 和尾尺 C ，可沿主尺滑动。螺丝F可将游标固定在主尺上，当钳口AB密接时，则刀口 A′B′对齐，尾尺C和主尺尾部也对齐，主尺上的0线与游标上的0线重合。
图1 游标卡尺
钳口AB用来测物体的长度及外径，刀口 A′B′用来测物体的内径，而尾尺C则用来测物体的深度。它们的读数值，都是表示游标的0线与主尺的0线之间的距离。
游标卡尺的规格有多种，其精密程度各不相同，但不论哪一种，它的原理和读数方法都是一样的。常用游标尺的设计，在游标尺上刻有m个分格，游标上m个分格的总长，正好与主尺上（m–1）个分格的总长相等，如果用 y 表示主尺上最小分格的长度，x 表示游标上每一小格的长度，则
(m–1)y = mx 所以，主尺与游标上每个分格长度的差值是
y?x?
y
m
这个量就是游标卡尺的分度值。通常主尺最小分格y都为1mm，因此，游标的分格数越多，分度值就越小，卡尺的精密度就越高。
常用的游标卡尺的分度值有0.1mm 、0.05mm、0.02mm三种。
利用游标卡尺测物体的长度时，把物体放于钳口之间，游标右移。游标0线对准主尺上某一位置，毫米以上整数部分l0可以从主尺上直接读出，毫米以下部分△l从副尺上读出。
2． 螺旋测微计
螺旋测微计（千分尺）是比游标卡尺更精密的长度测量仪器，多用于测量小球和金属丝的直径或平板厚度。常用的一种螺旋测微计测量范围0~25mm，分度值0.01mm。螺旋测微计的结构如图2 所示，主要部分是在固定套管上有一个微动螺杆，螺距0.5mm，因此，当螺杆旋转一周时，它沿轴线方向前进或后退0.5mm , 此距离在固定套管的标尺（即主尺） 上显示为一个分格。螺旋杆是和 螺旋柄相连，柄上附有沿圆周的 刻度（微分筒），即副尺，共有 50 个等分格。当微分简上的刻 度转过一分格时，螺旋杆沿轴线
前进或后退的距离为：
0.5mm
0.01m格图2 螺旋测微计 50格
因此，螺旋测微计的分度值是0.01mm。
读数时，从固定标尺（主尺）上读出整格数（每格0.5mm），0.5mm 以下的读数则由微分筒（副尺）上的刻度读出，可估测到0.001mm位上。
3.移测显微镜
移测显微镜是将测微螺旋和显微镜组合起来用于精确测量微小长度的专用显微镜，图3是实验室常用的移测显微镜之一。测微鼓轮A的周边上刻有100个分格，鼓轮旋转一周，显微镜筒水平移动1mm，每转一分格，显微镜筒将移动0.01mm，它的量程一般是50mm .水平移动的距离（毫米数）由水平标尺上读出，小于1mm的数，由测微鼓轮读出，两者之和就是此时移测显微镜的位置坐标值。图3（b）是移测显微镜的螺旋测微装置，它包括标尺、读数准线E1和E2、测微鼓轮A。
移测显微镜使用方法：
（1）调整目镜C，看清十字叉丝；
（2）将待测物安放在测量工作台上，转动反光镜H，以得到适当亮(转 载于:wWw.cnboThwiN.cOM 博 威范文 网:大学物理长度测量实验报告)度的视场；
（3）旋动调焦手轮D，使镜筒B下降到接近物体的表面，然后逐渐上升，看清待测物； （4）转动测微鼓轮A，使叉丝交点和被测物上的一点（或一条线）对准，记下读数，继续转动鼓轮，使叉丝交点对准另一点，再记下读数，两次读数之差即为所测两点间的长度。
实验内容：
1、用螺旋测微计测滚珠的直径。用螺旋测微计测滚珠的直径10次。
2、用游标卡尺测圆管的体积。
用游标尺测圆管外径、内径和高，各6次。
3、 测铝块的体积。
测铝块长、宽和高，各6次
图3 移测显微镜
实验数据记录：
1、用螺旋测微计测滚珠的直径
2、用游标卡尺测圆管的体积
3测铝块的体积
实验项目: 长度和质量的测量
【实验题目】长度和质量的测量
【实验目的】
掌握米尺、游标卡尺、螺旋测微计等几种常用测长仪器的读数原理和使用方法。
2. 学会物理天平的调节使用方法，掌握测质量的方法。
3. 学会直接测量和间接测量数据的'处理，会对实验结果的不确定度进行估算和分析，能正确地表示测量结果。
【实验仪器】(应记录具体型号规格等，进实验室后按实填写)
直尺(50cm)、游标卡尺(0.02mm)、螺旋测微计(0～25mm,0.01mm),物理天平(TW-1B型，分度值0.1g，灵敏度1div/100mg),被测物体
【实验原理】(在理解基础上，简明扼要表述原理，主要公式、重要原理图等)
一、游标卡尺 主尺分度值：x=1mm,游标卡尺分度数：n（游标的n个小格宽度与主尺的n-1小格长度相等）,游标尺分度值：
n1
x（50分度卡尺为0.98mm,20分度的为：0.95mm）,主尺分度值与游标尺n
n1x
x?,即为游标卡尺的分度值。如50分度卡尺的分度值为：nn
1/50=0.02mm,20分度的为：1/20=0.05mm。
读数原理：如图，整毫米数L0由主尺读取，不足1格的小数部分?l需根据游标尺与主尺对齐的刻线数
分度值的差值为：x
lkxkk和卡尺的分度值x/n读取：
n1x
xk nn
读数方法（分两步）：
(1)从游标零线位置读出主尺的读数.(2)根据游标尺上与主尺对齐的刻线k读出不足一分格
x
的小数,二者相加即为测量值.即: k,对于50分度卡尺：0.02;
n对20分度：0.05。实际读数时采取直读法读数。
二、螺旋测微器
原理：测微螺杆的螺距为0.5mm，微分筒上的刻度通常为50分度。当微分筒转一周时，测微螺杆前进或后退0.5mm，而微分筒每转一格时，测微螺杆前进或后退0.5/50=0.01mm。可见该螺旋测微器的分度值为0.01mm，即千分之一厘米，故亦称千分尺。
读数方法：先读主尺的毫米数（注意0.5刻度是否露出），再看微分筒上与主尺读数准线对齐的刻线（估读一位）,乖以0.01mm, 最后二者相加。
三：物理天平
天平测质量依据的是杠杆平衡原理
分度值:指针产生1格偏转所需加的砝码质量，灵敏度是分度值的倒数，即Sn，它表示
m
天平两盘中负载相差一个单位质量时，指针偏转的分格数。如果天平不等臂，会产生系统误差，消除方法：复称法，先正常称1次，再将物放在右盘、左盘放砝码称1次(此时被测质量应为砝码质量减游码读数)，则被测物体质量的修正值为：m?
【实验内容与步骤】(实验内容及主要操作步骤)
m1m2。
162
(dd) =0.0904mm d9.483mm，UASi
6－1i1
2222
仪＝0.004mm，UAUBS仪=0.09mm
Ud0.09100%0.45% ∴d20.040.09(mm)， Ur(d)d20.044、由表4 数据得： mm1m2?293.15293.20293.18(g)
【实验结果与分析】
1、米尺测得**的面积为：S915.7?0.7cm2，相对不确定度：0.08%
2、游标卡尺测得圆环体积为：V(4.01.13)?104(mm3)，相对不确定度：3.2% 3、千分尺测得圆球直径为：d20.040.09(mm)，相对不确定度：0.45% 4、复称法测得圆柱体质量为：293.18g。
测量结果是可信的。面积的相对不确定度非常小，并不能说明误差非常小，因只
对长、宽的一个位置进行了一次测量。
游标卡尺测量误差主要来自对与主尺对齐的游标格线判断不准；螺旋测微器的测量误差主要来自对格线是否露出的判断和零点读数及估读数；
从天平测量结果可以看出，复称法测出的两次质量很接近，说明天平的不等臂误差是很小的。
怀 化 学 院 实 验 数 据 记 录 纸
实验名称： 长度与质量的测量实验时间：
表1 米尺测量××的面积数据
米尺量程： 50cm分度值： 1mm仪器误差： 0.15mm
表2 游标卡尺测量圆环的体积数据记录表
分度值： 0.02mm仪器误差：0.02mm零点读数：x0： 0 mm
表3 用螺旋测微器测量小球直径记录表
分度值： 0.01mm 仪器误差：0.004mm 零点误差：d0： +0.012 mm
表4 复称法测圆柱体质量