大学物理实验预习报告(力学基本测量)

大学物理实验预习报告

姓名 柳天一 实验班号 计科1204 实验号 1

实验名称 力学基本测量 实验地点

教三 203

实验目的：

1. 学习米尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平的测量原理和使用方法。

2. 掌握用浮力称衡法测量物体的密度。

3. 掌握一般仪器的读数规则，巩固有效数字和误差的基本概念。

实验原理及仪器介绍：

圆柱体密度计算公式如式（1）所示。 H

D m V m 24πρ==

（1） 液体密度计算公式如式（2）所示。

水

水

待测液体待测液体水

水

待测液体

待测液体

m m m m ρρρρ⨯=

⇒=

（2）

实验仪器：

1.游标卡尺 如图1所示，游标卡尺有两个主要部分，一条主尺和一个套在主尺上并可以沿它滑动的副尺（游标）。游标卡尺的主尺为毫米分度尺，当下量爪的两个测量刀口相贴时，游标上的零刻度应和主尺上的零位对齐。

如果主尺的分度值为a ，游标的分度值为b ，设定游标上n 个分度值的总长与主尺上（ n-1 ）分度值的总长相等，则有

a n n

b )1(-= （3）

图1 游标卡尺示意图

主尺与副尺每个分度值的差值即游标尺的分度值，也就是游标尺的精度（最小读数值）：

-

=-a b a n

a

n a n =-)1( （4） 常用的三种游标尺有50,20,10=n ,即精度各为0.1mm 、0.05mm 、0.02mm 。

游标尺的读数方法是：先读出游标零线以左的那条线上毫米级以上的读数L 0，即为整数值；然后再仔细找到游标尺上与主尺刻线准确对齐的那一条刻线（该刻线的两边不对齐成对称状态），数出这条刻线是副尺上的第k 条，则待测物的长度（即为小数值）为

n

a

k L L ⨯

+=0 （5） 图2是50=n 分度游标卡尺的刻度及读数举例。图上读数： 00.0215.00120.0515.60L L k mm =+⨯=+⨯=

图2 游标卡尺读数示意图

螺旋测微器

如图3所示，螺旋测微器是在一根测微螺杆上配一螺母套筒，上有0.5mm 分度的标尺。测微螺杆的后端连接一个有50个分度的微分套筒，螺距为50mm 。当微分套筒转过一个分度时，测微螺杆就会在螺母套筒内沿轴线方向改变0.01mm 。也就是说，螺旋测微器的精密度（分度值）是0.01mm 。由此可见，螺旋测微器是利用螺旋（测微螺杆的外螺纹和固定套筒的内螺纹精密配合）的旋转运动，将测微螺杆的角位移转变为直线位移的原理实现长度测量的量具。

图3 螺旋测微器示意图

在使用螺旋测微器时，应该检查零线的零位置，当螺杆的一端与测砧相接触时，往往会有系统误差（读数不是零毫米），所以必须先记下螺旋测微器的初读数z 0，根据不同情况z 0有正负之分。测量时将物体放在测砧和螺杆端面之间，转动测力装置，至听到“咯咯”的响声为止，两端面已与待测物紧密接触。从毫米分度尺上读出大于0.5mm 的部分，0.01mm 以上的部分从微分筒边缘刻度盘上对准基准线处读出，同时要估读出0.001mm 级。则待测物的实际长度为0z z L -=。螺旋测微器读数例如图4所示。

图4 螺旋测微器的读数示意图

螺旋测微器实际上是实验方法中机械放大法的一种应用。假设微分套筒刻度部分的周长为50mm ，刻了50个刻度，则分度值为1mm 的弧长。测量时当测微螺杆位移0.01mm 时，在微分套筒上相应变化为1mm ，于是微小位移被放大，放大倍数为

1005.050==

=

mm

mm

h

D

F π。因此，这种装置使测量精度提高了100倍，这种方法称为螺旋

放大法。凡采用螺旋测微装置的仪器，如读数显微镜、测量显微镜、迈克耳孙干涉仪等在测量部分中都采用了这种螺旋放大法。

分析天平

图5是TG-628A 型分析天平结构图。

① 横梁；②，支点刀承；③. 支力销；④，平衡螺母；⑤. 托翼；

⑥，吊耳； ⑦，称盘；⑧.托盘螺母；⑨.制动旋钮；⑩，垫脚；○11螺旋脚；○12骑码执手；○13指针； ○14标牌

图5 TG-628A 型分析天平结构图 和天平配套使用的是一套Ⅲ级等砝码，其中最小质量的砝码为1mg ，天平还设有骑码（游码）操纵装置，能搬动骑码正确安放在天平衡量刻度尺上。横梁上以中间为零，两侧各有10个槽口，在0～10mg 以内的质量变化，都可以通过骑码执手进行调节，使用天平应注意以下几点：

1）调水平的螺旋脚，使水准器的水泡移到中心以保证支柱铅直； 2）空载支起横梁（调节制动钮⑨），观察指针摆动情况，若指针不在零点或左右摆动格数不相等，应马上将横梁制动，再调节平衡螺母。反复几次观察调节，直到调准零点。