實(shí)驗(yàn)一基本測量

1、第三章基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)ChapterExper i inent 13 Fu ndament a 1 p hysics experiment實(shí)驗(yàn)一基本測量Fundame n tai t e ch n o 1 o g y o f ineas u r i n g實(shí)驗(yàn)?zāi)康肊 X perim en t a 1 pur p ose1. 掌握游標(biāo)卡尺、外徑千分尺米、天平得測量原理與使用方法。2. 掌握用流體靜力稱衡法測量形狀不規(guī)則物體密度得測量原理與方法。3. 學(xué)會實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得處理方法JE確寫出測量結(jié)果表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)原理 E X Periinent a 1 pr i nc i pie*1.測不規(guī)則物體得密度(dete

2、rmining density of irregular objects )設(shè)物體在空氣中得重量為必二滯Ig(加I為物體得質(zhì)量)，若它全部浸入水中得 視重為w,= W2g(也2為物體在水中得表觀質(zhì)量)，則物體所受浮力為實(shí)重與視重之 差J(1)式中，為水得密度，不同溫度下水得密度可査表得知。山此可得物體得體積:(2)將(2)武代入得物體密度p:(3)若待測物體得密度小于液體得密度則可采用在待測物體下拴掛重物得方法 進(jìn)行測量。所拴掛重物得大小，以拴掛后待測物體能浸沒于液體中為準(zhǔn)。如圖1(a)所示,先使待測物、重物分別處于液面得上、下，即只將重物浸沒液體中此時(shí) 稱衡,相應(yīng)得懿碼質(zhì)量為加4；再將待測物

3、連同重物全部浸入液體中進(jìn)行稱衡，如圖1（b）所示，相應(yīng)得誌碼質(zhì)量為"則物體在液體中所受得浮力為物體得密度為0其中,加3為待測物在空氣中得質(zhì)量。避開不易直接測量得體積匕將其轉(zhuǎn)換 為只需測量較易測準(zhǔn)得質(zhì)量稱衡問題就是流體靜力稱衡法得優(yōu)點(diǎn)。一般在實(shí)驗(yàn)時(shí)，液體常用水卩（）即水得密度。不同溫度下水得密度值詳見本書 得附錄。ab圖1小密度值得測世為減小或消除可能存在得天平不等臂系統(tǒng)誤差宜釆用交換法（也稱復(fù)稱法） 測量。2測液體得密度（dctc r mining dens i ty o f li q u id ）用靜力稱衡法測液體得密度要借助于不溶于水并且與被測液體不發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)得物體（一般用玻

4、璃塊等）。設(shè)物體得質(zhì)量為將其懸吊在被測液體中得稱衡值為，咖;懸吊在水中稱衡 值為刃則依阿基米德定律有 液體中水中 式中山為物體得體積:Py為待測液體得密度;po為水得密度。山此二式消去匕 得(5)若以式（3）中皿"2分別代替式中也a與叫則式（5）變?yōu)閷?shí)驗(yàn)儀器 E xperime n tai de v Ice1游標(biāo)卡尺（vernierca 1 iper）我們通常用量程與分度值表示長度測量儀器得規(guī)格。量程就是測量范分度值就杲儀器所標(biāo)示得最小分度單位。分度值得大小反映儀器得精密程度。游標(biāo)卡尺得精度（分度值）有0-02mm,0.05mm,0. lOmm三種、常見得游標(biāo)卡 尺如圖2所示。游標(biāo)卡

5、尺一般山尺身（主尺）、尺框（附游標(biāo)）、量爪與深度尺等組成。尺身上刻有間距為1mm得刻度，尺框可沿尺身滑動,游標(biāo)固定在尺框上。外量爪用來測量物體得長度與外徑，內(nèi)量爪用來測量內(nèi)徑，深度尺用來測量深度。緊尚螺釘主尺深度尺尺身 g 么klliM 川1；攻惻恤)皿|»IMlllhll U川 ihlIMIIil hl» 山粘 IIW 1恫 川1 Ml W Mil IMHII dl栩尺外測S爪圖2三用游標(biāo)卡尺1）游標(biāo)原理游標(biāo)卡尺得設(shè)訃，一般有以下兩類: 若主尺上51）個(gè)分格得長度等于游標(biāo)上"個(gè)分格得長度，如圖3（a） 所示。設(shè)主尺每格長度為條游標(biāo)每格長度為反則有0 < 6

6、)游標(biāo)卡尺得精度為(7)主尺上(2打-1)個(gè)分格得長度等于游標(biāo)上個(gè)分格得長度，如圖2(巧所示，游標(biāo)卡尺得精度為0 (9)2) 讀數(shù)方法圖3所示游標(biāo)卡尺主尺一分格得長度為«= 1 mg游標(biāo)上一分格得長度為h =0. 98mg分度值為0 2mm。游標(biāo)上第1根刻線與主尺上第1根刻線 對齊時(shí)，游標(biāo)“(T刻線與主尺“(T刻線之間距離為1x0. 0 2mm；兩尺第2根刻線 對齊時(shí)兩P'刻線之間距離為2x0. 0 2mm。依此類推，兩尺第w根刻線對齊時(shí) 兩“(T刻線之間距離為WX 0 .0 2 mmo因此游標(biāo)可用來測量毫米以下得長度。圖3游標(biāo)卡尺得讀數(shù)使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量時(shí)首先要弄清楚分度

7、值就是多少，然后瞧清楚游標(biāo)笫 兒根刻線與主尺得某刻線對齊具體步驟如下:山游標(biāo)“(T線在主尺上得位置讀出整毫米數(shù)k. 芳游標(biāo)第z»根刻線與主尺上某刻線對齊，則從游標(biāo)上讀出毫米以下小數(shù)部分為wX/,則有例如圖3所示得游標(biāo)卡尺得分度值/= 0 . 0 2 mm,游標(biāo)上第22根刻線與主尺 上得刻線對齊則有待測尺寸niX/=l OOinin + 37XO. 02mm=10 0 .74mm 直接讀數(shù)法:游標(biāo)尺得分度值為0.02mm,游標(biāo)尺上得數(shù)字表示為0 .Imm、02mm、則上圖對齊線得讀數(shù)為0.74mm,待測尺寸=I00mm+ 0 .74 mm1 0 0 .74mni3）注意事項(xiàng)測量前檢査游

8、標(biāo)卡尺。應(yīng)將量爪間得臟物、灰塵與油污等擦干凈。工件得被測量表面也應(yīng)該擦干凈并檢查表面有無毛刺、損傷等缺陷，以免刮傷游標(biāo)卡尺量爪得測量面或測量刀口 影響測量得結(jié)果。 測量小零件時(shí)可用左手拿零件、右手拿卡尺進(jìn)行測量，如圖4（M對比較長得零件，要多測兒個(gè)位置，如圖4（b）o圖4游標(biāo)卡尺的使用方法2.外徑千分尺（螺旋測微訃m i crometerscrew）外徑千分尺（見圖5）就是比游標(biāo)卡尺更精密得長度測量儀器，乂稱為螺旋測微訃，主要用來測量工件得外部尺寸，精度一般可達(dá)0.01 nunOD'微調(diào)旋鈕D旋紐圖5外徑千分尺A測砧 /G止動B固定刻度F測微螺桿丿C尺架E可動刻度0.01 mmO-is

9、mm結(jié)構(gòu)如圖5所示，A為測砧，F(xiàn)為測微螺桿它得螺距為05mm得螺紋，當(dāng)它在固定套管B得螺套中轉(zhuǎn)動時(shí)，將前進(jìn)或后退，可動套管刻度E與測桿F連成一體，其 周邊等分為50個(gè)分格。D為粗調(diào)旋鈕，D'為細(xì)調(diào)旋鈕，也稱為棘輪裝置，擰動D' 可使測桿移動，當(dāng)測桿與被測物（或砧臺£）相接后得壓力達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，棘輪將 滑動并有咔、咔得響聲活動套管不再轉(zhuǎn)動，測桿也停止前進(jìn)鎖住制動旋鈕，這時(shí) 就可讀數(shù)。設(shè)置棘輪可保證每次得測量條件（對被測物得壓力）一定，并能保護(hù)螺紋與測桿，測桿與砧臺相接時(shí)，活動套管上得零線應(yīng)當(dāng)剛好與固定套管上得橫 線對齊。原理就是精密螺紋得螺距為0. 5mm。即D每旋轉(zhuǎn)

10、一周,F前進(jìn)或后退0.5mm 可動刻度E上得刻度為5 0等分，即把0 bnm分為5 0等份，則可動刻度E上得每個(gè) 刻度為0.0 1mm即精度為0.01mm。讀數(shù)方法,被測物得長度得整毫米數(shù)與半毫米部分山固定刻度讀出，小于半毫 米得部分山可動刻度E讀出，但就是要注意固定刻度上表示半毫米得刻度線就是 否已經(jīng)露出。螺桿轉(zhuǎn)動得整圈數(shù)山固定刻度上間隔0 .5mm得刻線去測量，不足 一圈得部分山可動刻度去測量，二者相加就就是測量值。使用外徑千分尺測量時(shí)，要注意防止錯(cuò)讀整圈數(shù)，圖6所示得三例，（a）得讀數(shù)為0 .00 2 mm （b）得讀數(shù)為6、5+0、1 3 5=6.63 5 mm/ c ）得讀數(shù)就是5+

11、13、5 = 5.1 3 5mm。C20151Q活動套管上得零線應(yīng)當(dāng)剛好與固定套管上得橫線對齊。實(shí)際使用得外徑千分尺出I于調(diào)整得不充分或使用得不當(dāng)，其零點(diǎn)讀數(shù)不為零,圖7表示兩個(gè)零點(diǎn)讀數(shù)得例子。要注意它們得符號不同順刻度序列得記為正值，反之為負(fù)值。圖7千分尺得零點(diǎn)讀數(shù)每次測量之后要從測量值中減去零點(diǎn)讀數(shù)，以便對測量值進(jìn)行修正。3.天平(balance)天平就是稱衡物體質(zhì)量得精密儀器天平具有穩(wěn)定性、靈敬性、正確性與示 值不變性四種性能。穩(wěn)定性就是指天平在其平衡狀態(tài)被擾動后，經(jīng)過若干次擺動 仍能回復(fù)到原來得平衡位置。天平指針第/次擺動幅值A(chǔ)與下一次擺幅值A(chǔ)r.l 之比稱為衰減比。靈敬性就是指天平察

12、覺兩稱盤所放物體質(zhì)量之差得能力通常 用靈敏度S二表示，日"就是指針偏轉(zhuǎn)分格數(shù)0加就是稱盤上所加得微小質(zhì)量。靈 敬度得倒數(shù)就是感量£=o正確性就是指天平得等臂性。示值不變性就是指在不 改變天平工作狀態(tài)得情況下，多次開啟天平時(shí)其平衡位置得重復(fù)性。對比上述四 項(xiàng)性能指標(biāo)物理天平不及丄業(yè)天平。物理天平如圖8所示。調(diào)水平調(diào)天平得底腳螺線觀察鉛錘或圓氣泡水準(zhǔn)器，將天平立柱調(diào)成鉛直。2）調(diào)零點(diǎn) 空載時(shí)支起天平，通過橫梁兩端得調(diào)節(jié)螺母,進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)節(jié)。但就是對比較靈敬得天平，很難使指針停在標(biāo)尺中點(diǎn)處，所以一般要求觀察指針得停點(diǎn)與標(biāo)尺中點(diǎn)相差不超過0、5格。3）稱衡。一般將物體放在左盤舷碼放在

13、右盤。升起橫梁觀察平衡。若不平衡按操作程序反復(fù)增減祛碼直至平衡為止。平衡時(shí)，磁碼與游碼讀數(shù)之與即為物體得質(zhì)量。4）復(fù)原（天平復(fù)原、舷碼放回盒中）常用得稱量方法:一般稱量方法有直接稱量法（單稱法）與交換稱量法（復(fù)稱法）。I ）直接稱量法得公式為式中“小就是磁碼得質(zhì)量;S就是荷載靈敬度；a就是停點(diǎn);m就是空載時(shí)得停 點(diǎn)。2）交換稱量法得公式為 式中"左分別就是物體放在左盤時(shí)碼得質(zhì)量與停點(diǎn);加怙"右分別就是物體放 在右盤時(shí)璉碼得質(zhì)量與停點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)任務(wù) Ex P eriinental assignme n t1.用游標(biāo)卡尺測量圓柱體得直徑D,與高度"，各測6次記入數(shù)據(jù)表格中

14、;進(jìn)而由圓柱體得體積V=寫出Vh：得測量結(jié)果表達(dá)武，用天平測量圓柱 體得質(zhì)量mo進(jìn)而計(jì)算圓柱體得密度。2.用外徑千分尺測量鋼珠得直徑D2,各測6次;進(jìn)而山鋼球得體積,寫出得測量結(jié)果表達(dá)式。3測量不規(guī)則物體得密度P1）測量物體在空氣中得表觀質(zhì)量加I;2）稱出物體浸沒于水中得表觀質(zhì)量加2（釆用交換法亦可）;3）測讀水溫査表記錄該溫度下水得密度5）;計(jì)算"4.測定蠟塊得密度01）測出蠟塊在空氣中得表觀質(zhì)量加3；2）按圖3、1 . （a）,將蠟塊吊在空氣中使重物浸沒水中，測出“H；3）按圖3、1、（b） 將蠟塊與®物都浸沒在水中，測出跆;4）測出水溫川I表中查出卩“計(jì)算嚴(yán)注意事項(xiàng)（

15、cau t ions）1.天平稱衡時(shí)每次用銀子加減&碼或取放物體時(shí)必須使天平止動，只有在判斷天平就是否平衡時(shí)才啟動天平。天平啟、止動時(shí)動作要輕。2.浸沒物體時(shí)托板與燒杯得位置、細(xì)線得長度及液體得數(shù)量均適宜。3.稱衡后檢查.調(diào)整天平得橫梁、吊耳、確碼等，以使天平始終保持正常狀態(tài)。4.天平得各部分以及磋碼都要防銹、防蝕高溫物體及帶腐蝕性得化學(xué)藥品不得直接放在秤盤內(nèi)稱衡。5.操作完畢天平復(fù)原，磁碼放回盒中。數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理(data record i ng a n d pr o c es s ing)例用游標(biāo)卡尺測量圓柱體舉例:1)數(shù)據(jù)記錄表格(tab 1 e 0 f data r e c

16、o r ding)量具:mm,Ains=0.02mm» 零點(diǎn)讀數(shù):表I項(xiàng) 目i (mm)134、7030、10234、7030、1233 4.6830、I 0434、6830、1053 4、7030、1 2634.7030、1234、6930、1 10、0100.0104、2x1074、4x10-3a=20、010、0 IAb0、020、020、0 20、0 2空氣中待測規(guī)則物體質(zhì)量得璉碼示值m尸2)測量結(jié)果表達(dá)式(expr e ssion of me a su r i n g res u It)= 34、69±0、02 (mm)=3、4 69±0、00 2 (c

17、m)=3 0、1 l±0、02 (mm) =3、0 I l±0、002(cm)Vg845 8、3 2 (mm3)敘、3x100、1 3% (mm3)(因?yàn)橹蝗?位有效數(shù)字)這樣末位與取齊，二2 8 4 6 xl0(mm)o圓柱體體積得結(jié)果表達(dá)式為Vi = (2 8 46+4 ) xWmm'=2 8、4 6± 0 .04 c n?用天平測質(zhì)量數(shù)據(jù)表格：天平型號:分度值:水溫:稱量：査表知水得密度po二思考題Ex e rclses1.游標(biāo)卡尺得設(shè)計(jì)一般有兩類對照實(shí)驗(yàn)提供得游標(biāo)卡尺確定它屬于哪一類？精度就是多少？怎樣正確使用游標(biāo)卡尺?2.外徑千分尺活動套管每轉(zhuǎn)一

18、格測桿移動多少毫米?3.棘輪有什么用處?怎樣正確使用外徑千分尺?4.您用得外徑千分尺得零點(diǎn)讀數(shù)就是多少？就是正還就是負(fù)？怎樣確定得？兒次測量得零點(diǎn)讀數(shù)一樣嗎？待測長度如何確定?5.建議您用具有統(tǒng)計(jì)功能得計(jì)算器，以教材中圓柱體得測量數(shù)據(jù)為例，親自訃算一下，瞧就是否與教材中得結(jié)果一樣？如不一樣，一定找出產(chǎn)生錯(cuò)誤得原因直到算對為止，這樣您處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)才會心中有數(shù)。6.流體靜力稱衡法測固體密度有什么優(yōu)點(diǎn)？此法對待測物試件有什么要求？7.天平得主要技術(shù)參數(shù)就是什么?簡要說明其意義。8.9.有人把天平得使用要點(diǎn)總結(jié)為四句話："稱量、分度值先瞧清，柱直、梁 平、'游碼'零物左、碼右、制動勤，儀器用畢收拾凈”。請給出解釋。在使用物理天平測量前應(yīng)進(jìn)行哪些調(diào)節(jié)如何消除天平不等臂誤差?10.若待測物體得密度比水得密度小則測其密度時(shí)應(yīng)測哪些物理量?11.測加2時(shí)待測物體置于水中得位置如何選擇?12.只有在時(shí)，才能將天平啟動否則必須將天平止動。關(guān)鍵詞key wordsver n I e r外徑千分尺（螺旋測微計(jì)游標(biāo)卡尺 Cal i per gau