01-实验一 长度的测量

实验一 长度的测量

——游标尺与螺旋测微计的使用

长度是一个基本物理量。长度测量在生产和科学实验中应用广泛，许多非长度的物理量的测量常被转化为长度的测量。例如，水银温度计依据水银柱液面的位置来读取温度值；指针式电表是依据指针在弧形刻度盘上的位置来读数等。一般说来，除数字显示仪器仪表外，几乎所有测量仪器最终都是按长度进行标度的。可以说，长度测量是一切测量的基础。

在测量精度要求不高的情况下，可用米尺来测量长度。但要想量度物体的长度精确到0.1mm以上，普通米尺已不适应了。本实验介绍两种常用的长度量度仪器——游标尺和螺旋测微计。

游标和测微螺旋计在技术上应用很广，物理实验中用到的许多仪器，例如气压计、测量显微镜、分光计、乔里秤等都应用这些原理。所以，掌握游标的原理具有普遍意义。

实验目的

1. 学习游标和螺旋测微计的原理和使用； 2. 练习正确读取和记录测量数据； 3. 练习正确记录和表达实验测量结果。

实验仪器

常用的长度测量仪器有米尺、游标尺、螺旋测微计和测量显微镜等。表征这些仪器的主要指标为量程和分度值。量程表示仪器的测量范围；分度值表示仪器所能准确读到的最小数值。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。

1. 米尺：

米尺是日常生活中最常用的长度测量仪器。米尺的量程大多是10—100cm ，分度值为1mm。用米尺测量长度只能准确读到毫米位，毫米以下的一位数要用肉眼估计。

米尺有一定厚度，测量时要尽可能地把待测物体贴紧米尺的刻度，以减小读数误差。有的米尺刻度直接从尺子的端边开始，测量时一般不用端边作为测量的起点，以免由于米尺磨损带来的误差。考虑到米尺的刻度可能不均匀，测量时可以由不同的起点进行多次测量。

2. 游标尺（游标卡尺）：

实验室常用的游标尺外形如图1-1所示。其分度值0.02mm，量程150mm，仪器误差限△ins = 0.02mm。用游标尺可测量物体的长度、深度、外径和内径等。

(1)游标尺的结构：

游标尺由主尺和可沿主尺滑动的游尺组成，游尺上的刻度即游标。主尺和游尺的一端，上下各有一对量爪。下量爪用来测量物体的长度和外径；上量爪用来测量物体的内径；深度尺用来测量物体的深度。当下量爪紧密合拢时，游尺和主尺上的“0”线（零线）应对齐。

图1-1 游标尺

(2)游标原理：

图1-1所示游标尺主尺①的最小分格为1mm，游尺上（见图1-2）共刻有50

①

除图1-1所示的直游标尺外，测量仪器中还常见另一种弧形游标尺，弧形游标尺与直游标尺原理基本相同，常用于测量弧长或角度，我们将在分光计实验中学习。

个分格（记为n = 50），但它的总长度只有49mm。因此主尺和游尺每一个分格 的刻度差为1.00 49 0.02mm，这是该游标尺所能准确读到的最小数值，即游

50

标尺的分度值，记为δ。可见，δ等于主尺最小分格的1/n 。n = 50的游标尺简称“五十分游标尺”，此外常用的还有n = 20的“二十分游标尺”等。

主尺

cm

游标

图1-2 游标原理

(3)游标尺的读数:

游标尺的读数由主尺读数和游标读数两部分组成，主尺上读出毫米位的准确数，毫米以下的尾数由游标读出。如图1-3所示，主尺上可读出的准确数是21mm，游标上第29根刻度线（不含零线）与主尺上的某一刻度线重合。这就说明游标的零线从主尺21mm线处向右移动了29×0.02mm=0.58mm。所以图1-3所示的游标尺的读数为21.58mm。事实上，“五十分游标尺”的游标上已刻上了0.1毫米位的数值，方便了使用者直接读数。

（4） 游标尺的使用与注意事项：

使用游标尺时，一般用左手拿物体，右手握尺，并用右手大拇指控制推把，使游标沿着主尺滑动，被测物体应放在量爪的中间部位（如图1-4所示）。游标尺不能用来测量粗糙的物体，也不要把被夹紧的物体在量爪之间滑动，以免磨损量爪。

应先将使用游标尺测量之前，量爪合拢，检查主尺与游标上的零线是否对齐。如不对齐，应记下初始读数并对测量值加以修正。

图1-4 游标尺的使用

图

1-3 游标尺的读数

3.螺旋测微计（千分尺）：

螺旋测微计是比游标尺更为精密的长度测量仪器。实验室常用螺旋测微计的外形如图1-5所示，量程为25mm，分度值0.01mm.，其仪器误差限值为△ins = 0.004mm。螺旋测微计常用于测量小球的直径、金属丝的直径和薄板的厚度等。

图1-5 螺旋测微计

螺旋测微计的尺架成弓形，一端装有测砧，测砧很硬，以保持基面不受磨损。测微螺杆（露出的部分无螺纹，螺纹在固定套管内）和微分筒、测力装置相连。当微分筒相对于固定套管转过一周时，测微螺杆前进或后退一个螺距，测微螺杆端面和测砧之间的距离也改变一个螺距长。实验室常用的螺旋测微计的螺距是0.5mm，沿微分筒周界刻有50个分格，因此，当微分筒转过一分格时，测微螺杆沿轴线前进或后退0.50/50 = 0.01mm，就是这种螺旋测微计的分度值。

固定套管的上下两排刻线组成最小分格为0.5mm的主刻度尺。在测量物体长度时，毫米部分（包括0.5mm）可以从主尺上的毫米刻线直接读出。不足1分格（0.5mm）的部分可以从微分筒上的刻线读出。如图1-6（a）所示，这时螺旋测微计的读数为6.485mm。

在使用螺旋测微计时应注意以下几点：

图1-6 螺旋测微计的读数

(1) 螺旋测微计能否保持测量结果的准确，关键是能否保护好测微螺杆的螺纹。所以，在测量物体的长度时，将待测物放在测砧和测微螺杆之间后，就不得直接拧转微分筒，而应轻轻转动测力装置，使测微螺杆前进。当它们以一定的力使待测物夹紧时，测力装置中的棘轮即发出“喀喀”的响声。这样操作，既不至于把待测物夹得过紧或过松，影响测量结果，也不会压坏测微螺杆的螺纹。

(2) 使用螺旋测微计之前，应先记录初读数。 转动测力装置，当测微螺杆和测砧刚接触时，微分筒AB端面（见图1-5）的读数应为0.000mm，否则就应该记录初读数，以便对测量值进行修正。

考虑初读数后，测量结果应是：测量值 = 读数值 - 初读数。图1-7是两个初读数的例子。不难

看出，图1-7（a）对应的初读数为正值，测量结果是读数值再减0.035mm，图1-7（b）对应的初读数为负值，测量结果是读数值再加0.015mm。

(3) 对于微分筒转动两周测微螺杆才前进1mm的螺旋测微计，使用时要特别注意微分筒的AB端面是位于固定套管毫米刻线的前一半还是后一半（可从0.5mm刻线判断）。如果在后一半，切勿少读0.5mm。例如在图1-6（b）中，微分筒上的读数与图（a）所示相同，但这时测微螺杆与测砧之间的距离已是 6.985mm。

（4）测量完毕，应将测微螺杆退回几转，使测微螺杆与测砧之间留有空隙，以免长期压紧而损坏测微螺杆。

图1-7 螺旋测微计的初读数

实验内容

1. 练习正确使用游标尺和螺旋测微计

（1）先将游标尺下量爪完全合拢，观察游尺和主尺上的“0”线（零线）是否对齐。若不对齐，则应记录游标尺的初读数（？）。然后移动游尺，练习正

确读数。

（2）使用螺旋测微计时，首先应记录螺旋测微计的初读数。然后移动测微螺杆，练习正确读数。

2. 用螺旋测微计测量小钢珠的体积

（1）用螺旋测微计测量小钢珠的直径（不少于6次）， （2）计算小钢珠的体积。计算公 …… 此处隐藏：2357字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……