大学物理实验指导材料

大学物理实验指导材料,空气比热容比实验报告。

长度测量

本授课单元教学目标：

1．了解游标卡尺、螺旋测微器的构造，掌握它们的原理，正确读数和使用方法。 2．学会直接测量、间接测量的误差计算与数据处理。 本授课单元教学重点和难点：

1．掌握游标卡尺、螺旋测微器的构造原理，读数原理以及零点修正 本授课单元教学过程设计：

1．引入本实验 2．实验原理 （1）游标卡尺

①结构：游标卡尺主要由主尺和游标两部分构成。游标尺主要由两部分构成（如图1-2），与卡口A、A 相联的主尺D，主尺按米尺刻度；与卡口B、B ，及尾尺C相联的游标尺E，

游标紧贴着主尺可滑动，尾尺C用来测量槽的深度。它们测量的数值都是由游标的0线与主尺0线之间的距离表示出来F为固定螺丝。

游标卡尺结构示意图

②准确度：

设游标卡尺上的每一刻度长为x，主尺上每刻度长为y，游标上有个分格m，游标的总长与主尺上分格的总长相等，即：

mx (m 1)y

主尺与游标上每个分格的差值为 x y x ym， x称为该游标尺的准确度。

③读数：

对于一般的情形，若游标0线在主尺上的位置读出mm的整数位为K，而付尺上的第n根刻度线与主尺上的某一刻度线对齐，则待测物体的长度：

L K(mm) n x(mm)

④0点修正：

我们在用游标尺测量之前必须检查两个0线是否对齐，若由于某种原因两个0线没有对齐，而又要用该游标尺测量时，那就必须对测量结果进行修正。这有两种情况：

A当卡口密合时，游标上的0线在主尺上的0线的右方，如图1－4(a)， 且游标的第n根刻度线与主尺上的某一刻度线对齐，这种情况下说明了在游标尺未测量物体之前尺上

n

已经出现了 mm的读数了，这个读数就是0点修正值，所以在以后没测一次就应在读数上减去0

m

点修正值，

即测定植=读数-修正值[

n

mm] m

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B当卡口密合时，游标上0线在主尺0线左方，如图1－4(b)，且且游标的第n根刻度线与主尺

n

上的某一刻度线对齐，这种情况下说明了在游标尺未测量物体之前尺上已经出现了 (1 )mm的读

m数了，这个读数就是0点修正值，所以在以后没测一次就应在读数上减去0点修正值，

n

即测定植=读数-修正值[ (1 )mm]

m

图 正修正值

图负修正值

（2）螺旋测微器

①构造：由精密的微动螺旋杆和一螺旋套组成。

图 螺旋测微计构造图

1尺架2固定测砧3待测物体4测微螺旋杆5螺母套管

6固定标尺7微分筒8棘轮9制动装置

②准确度：

螺旋杆可以在螺旋套内旋转，其螺距为0.5mm，螺旋杆是和螺旋柄相连的，在柄上附有沿圆周的刻度，共有50个分格，当螺旋杆沿轴线方向前进0.5mm(即0.01mm)，螺旋杆圆周刻度转过1个分

50格，即螺旋测微器的准确度 x为0.01mm ③读数：

测量之前，应先把卡口闭合，检查是否有修正。若不需，就可以开始测量了。测量时，将物体放在卡口之间。当螺旋杆离待测物理较远时可用微分筒；当螺旋杆快接近待测物体时，要用后面的小棘轮，直到听到“咔、咔”的声音。然后观察微分筒边缘在固定标尺上的位置，0.5mm整数部分由固定标尺上的刻度直接读出，小于0.5mm的部分，则由固定标尺横线在微分筒上所在的位置上读出。则待测物体的长度：

L K(mm) z x(mm) 其中K为螺旋柄边缘在固定标尺所处位置的0.5mm整数部分，z为固定标尺横线在螺旋柄上所对应的位置， x为螺旋测微器的准确度。

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4.183mm 4.680mm 1.982mm

图螺旋测微器读数示意图

④0点修正：

同理，在测量之前，一定要检查是否有0点修正值。在测砧与测杆之间未放物体（小球）时，轻轻转动棘轮，待听到发出“咔、咔”的声音时即停止转动。然后观察微分筒“0”线与固定标尺的横线是否对齐。若未对齐，则此时的读数为零读数。零读数有正、负，测量结果需予以修正。同样有2种情况，如图1-7所示。

图 修正值(a)d

0.021mm (b)d 0.028mm

A当卡口密合时，螺旋杆的边缘尚未到达固定标尺的0线而且固定标尺横线在螺旋柄上所对应的位置为z，这种情况下说明了在未测量物体之前尺上已经出现了[z 0.01mm]的读数了，这个读数就是0点修正值，所以在以后没测一次就应在读数上减去0点修正值，

即测定植=读数-修正值[z 0.01mm]

B当卡口密合时，螺旋杆的边缘已超过固定标尺的0线而且固定标尺横线在螺旋柄上所对应的位置为z，这种情况下说明了在未测量物体之前尺上已经出现了[ (50 z) 0.01mm]的读数了，这个读数就是0点修正值，所以在以后没测一次就应在读数上减去0点修正值，

即测定植=读数-修正[ (50 z) 0.01mm]

（3）固体密度的测定 ①直接称衡法

对于形状规则的物体，用游标卡尺或千分尺测量其线度，然后根据其体积公式计算它的体积；对于形状不规则、密度分布均匀的物体用量杯测它的体积，量杯读数时，应注意以液体中心面为读数基准，不能以液体与量杯接触交线为基准，同时眼睛位置应与液面相平。

②液体静力称衡法

用量杯直接称衡体积其测量的准确度低，利用阿基米德原理测量的准确度可以大大提高。阿基米德原理指出，物体在液体中减少的重量等于它所排开同体积液体的重量。为此，用物理天平测得物体在空气中的质量M1（不考虑空气的浮力）和浸在水中（全部浸没）的质量M2，则M1 M2就等于物体同体积的水的质量，若实验时，温度为t℃，该时水的密度为 t，则物体的体积为V

M1 M2

t

。

M1M1

t VM1 M2

（4）液体密度的测定

①直接测量法：将密度计直接放在液体里面，观察液面在密度计所对应的刻线，所对应的刻线读数就是待测液体密度，直接读数即可测得液体密度。注意不同的液体要用不同的密度计。

②称衡法（密度瓶法）：在一定温度的条件下，密度瓶的容积是一定的，设密度瓶容积为V，质量为m1，装满待测的液体后其质量为m2，则待测液体质量为：m m2 m1由此可得液体的密度为：

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mm2 m1

VV

3．实验内容

（1）用游标卡尺测量圆柱体的直径和高各5次； （2）用螺旋测微器测钢珠或钢线的直径10次； 4．实验数据与数据处理

（1）测圆柱体体积（误差计算）

仪器名称：游标卡尺 准确度：0.02mm

绝对误差： d d 相对误差：E

d

i 1

5

i

2

n 1

d

100% 结果表述：d d

绝对误差 h h 相对误差: E

h

i

i 1

5

2

n 1

h

100% h

结果表述:h h 体积的测量结果： 相对误差:E

4

2

V d h

2 100%

绝对误差: V V E 结果表述:V V

2、测钢珠直径

仪器名称：螺旋测微器（0 25mm） 准确度：0.01mm

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体积的测量结果：

d

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