試驗(yàn)一長度的測量

1、實(shí)驗(yàn)一長度的測量長度、質(zhì)量測量是最基本的測量之一，長度測量的儀器和方法有多種多樣，最基本的測量工具要算米尺、游標(biāo)卡尺和螺旋測微計(jì)。如果所要測量的物體無法直接接觸測量或物體的線度很小且測量要求準(zhǔn)確度很高，則可用其它更精密的儀器（如讀數(shù)顯微鏡）或其它更適合的測量方法。一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握游標(biāo)卡尺、螺旋測微計(jì)和讀數(shù)顯微鏡使用方法。（2）鞏固有關(guān)誤差、實(shí)驗(yàn)結(jié)果不確定度和有效數(shù)字的知識，熟悉數(shù)據(jù)記錄、處理及測量結(jié)果表示的方法。二實(shí)驗(yàn)原理1 .游標(biāo)原理及讀數(shù)方法游標(biāo)卡尺是一種能準(zhǔn)確到0.1mm以上的較精密量具，用它可以測量物體的長、寬、高、深及工件的內(nèi)、外直徑等。它主要由按米尺刻度的主尺和一個可沿主尺移動

2、的游標(biāo)（又稱副尺）組成。常用的一種游標(biāo)卡尺的結(jié)本如圖1-1所示。D為主尺，E為副尺，主尺和副尺上有測量鉗口AB和A'B',鉗口A'B'用來測量物體內(nèi)徑，尾尺 C在背面與副尺相連, 移動副尺時(shí)尾尺也隨之移動，可用來測 量孔徑深度，F(xiàn)為鎖緊螺釘，旋緊它， 尺就與主尺固定了。A'B'型0.02mm游標(biāo)卡尺的分度原理：如果用a表示主尺最小分度值，用N表示游標(biāo)分度數(shù)。通常設(shè)計(jì)N個游標(biāo)分格的長度與主 尺上（vN -1）個分格的總長度相等，禾【J'用v倍主尺最小刻度值（va）與游標(biāo)上 最小刻度值之差來提高測量的精度。游 標(biāo)上最小刻度值為 b ,則有Nb

3、 =（vN -1）a 其差值 為 va - b = va vN a = a倍數(shù)V稱為游標(biāo)系數(shù)，通常取 1或2。由此可知,A/Ba 一定時(shí),大，其差值（va -b）越小，測量時(shí)讀數(shù)的準(zhǔn)確度越高。該差值通常稱為游標(biāo)的分度值或精度，這就是游標(biāo)分度原理。不同型號和規(guī)格的游標(biāo)卡尺，其游標(biāo)的長度和分度數(shù)可以不同，但其游標(biāo)的基本原理均相同。本實(shí)驗(yàn)室所用的是游標(biāo)系數(shù)為尺。N =50, a=1mm 分度值為 =0.02mm）50到的最小讀數(shù)（也是儀器的示值誤差）O如圖M，J-，加JtMiu4I間*川科III研E6圖1-11的50分度游標(biāo)卡此值正是測量時(shí)能讀1-2所示。游標(biāo)卡尺構(gòu)造主尺C,789 10 11 12

4、 13 cm iu li11j aiLj . 11 u lI.i-h II, Li”, li iJ liiI. liiIi iiia_lI I巾I012345川巾川卜|出崗1吊W川如叱岫堀！冊1I 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0游標(biāo)圖1-2主尺與游標(biāo)尺IJH讀數(shù)時(shí)，待測物的長度 L可分為兩部分讀出后再相加。先在主尺上與游標(biāo)“0”線對齊的位置讀出毫米以上的整數(shù)部分 L1 ,再在游標(biāo)上讀出不足1mni勺小數(shù)部分L2，則L = L1 + L2。L2 = k mm, k為游標(biāo)上 N與主尺某刻線對得最齊的那條刻線的序數(shù)。例如圖1-3所示的游標(biāo)尺讀數(shù)為L1 =0 ,112L2 =k =0.24

5、mm。所以 N 50L =L1 +L2 =0.24mm。許多游標(biāo)卡尺的游標(biāo)上常標(biāo)有數(shù)值，L2可以直接由游標(biāo)上t出。如圖1-3 ,可以從游標(biāo)上直接讀出12為0.24mm。)123451flwMw4MM012 134567890對齊圖1-3 50分度游標(biāo)卡尺2 .螺旋測微計(jì)原理螺旋測微計(jì)（又名千分尺）是螺旋測微量具中的一種，其它還有讀數(shù)顯微鏡、光學(xué)測微目鏡及邁克爾孫干涉儀的讀數(shù)部分也都是利用螺旋測微原理而制成的。螺旋測微計(jì)是一種較游標(biāo)卡尺更精密的量具，常用來測量線度小且準(zhǔn)確度要求較高的物體的長度。較常見的一種螺旋測微計(jì)的構(gòu)造如圖1-4所示。后端連著圓周上刻有 N分格的微分筒，測 123微螺桿可隨微

6、分筒的轉(zhuǎn)動而進(jìn)、退。螺母 套管的螺距一般取0 .5mm,當(dāng)微分筒相對 于螺母套管轉(zhuǎn)一周時(shí)，測微螺桿就沿軸線 方向前進(jìn)或后退0 .5mm；當(dāng)微分筒轉(zhuǎn)過一 小格時(shí)，測微螺桿則相應(yīng)地移動05 mmHN 離?？梢?，測量時(shí)沿軸線的微小長度均能 在微分筒圓周上準(zhǔn)確地反映出來。比如N =50,則能準(zhǔn)確讀到0.5/50=0.01mm ,再估讀一位，則可讀到0.001mm,這正是稱螺旋測微計(jì)為千分尺的 緣故。實(shí)驗(yàn)室常用的千分尺的示值誤差為0-25mm0.01mm1-尺架圖1-4 蟒2-固定測砧0.004mmt讀數(shù)時(shí)，先在螺母套管的標(biāo)尺上讀出0.5mm以上的讀數(shù)，再由微分筒圓周上與螺母套管橫線對齊的位置上讀出不足

7、0.5mm的數(shù)值，再估讀一位，則三者之和即為待測物的長度。如圖1-5所示。(a) L=5+0.5+0.150=5.650 mm(b) L=5+0.150=5.150mm桿 5-螺母套管6-棘輪 9-鎖緊裝置3-待測物體4-測微螺固定套管7-測分筒8-0mm 5(a)1(b)圖1-5螺旋測微計(jì)測量長度定標(biāo)尺的讀數(shù)準(zhǔn)線圓周分度的讀數(shù)準(zhǔn)線20200.5mm分度線151510100mm 5實(shí)驗(yàn)儀器游標(biāo)卡尺、螺旋測微計(jì)、讀數(shù)顯微鏡實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .用游標(biāo)卡尺測量圓管的體積(1)測量前，先核準(zhǔn)游標(biāo)卡尺的零點(diǎn)。將量爪合攏，檢查游標(biāo)的0”線是否與主尺的“ 0”線對齊,如未對齊，則需記下零點(diǎn)讀數(shù)，以便進(jìn)行修正。(2

8、)測量時(shí)，用外量爪測外徑 D和高H,用內(nèi)量爪測內(nèi)徑D2o左手拿待測物，右手持尺，大拇指輕轉(zhuǎn)小輪，使待測物輕輕卡住即可讀數(shù)，不要使物體在被卡住時(shí)用力移動，以免損壞量爪。(3)重復(fù)測量圓管的內(nèi)徑、外徑和高各2 .用螺旋測微計(jì)測量小球的體積5次，并記下讀數(shù)，同時(shí)也記下游標(biāo)卡尺的示值誤差A(yù)示。(1)測量前，進(jìn)行“零”點(diǎn)核準(zhǔn)。在測砧物體(小球)時(shí)，輕輕轉(zhuǎn)動棘輪，待聽到發(fā)出時(shí)即停止轉(zhuǎn)動。然后觀察微分筒“0”線與螺母對齊。若未對齊，則此時(shí)的讀數(shù)為零讀數(shù)。零 測量結(jié)果需予以修正。如圖1-6所示。(a) D0=0.021mm(b) D0=-0.029mm(2)測量時(shí)，將待測物放于測砧與測桿之 當(dāng)測桿與待測物快要

9、接觸時(shí)，再輕轉(zhuǎn)棘輪，聽到“軋、與測桿之間未放 “軋、軋”之聲套管的橫線是否 讀數(shù)有正、負(fù)，(a)(b)圖1-6螺旋測微計(jì)測量小球體積軋”聲音時(shí)停止轉(zhuǎn)動，進(jìn)行讀數(shù)。間，轉(zhuǎn)動微分筒,該量具的核心部分主要由測微螺桿和螺母套管所組成，是利用螺旋推進(jìn)原理而設(shè)計(jì)的。測微螺桿的(3)重復(fù)測小球直徑5次，記下每次的讀數(shù)及螺旋測微計(jì)的示值誤差。(4)測量完畢后，要使測砧與測桿之間留有一定的空隙，以免受熱膨脹時(shí)兩接觸面因擠壓而被損壞。3 .用讀數(shù)顯微鏡測量微小物體的直徑(如圖1-7)(1)把銅棒或棉線置于顯微鏡的正下方，使從目鏡中能看到明亮均勻的光照。(2)調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡的目鏡，使十字叉絲清晰；自下而上調(diào)節(jié)物鏡直

10、至觀察到清晰的銅棒或棉線位圖1T諜數(shù)顯微統(tǒng)于視域中心，調(diào)節(jié)目鏡系統(tǒng)，使叉絲橫絲與讀數(shù)顯微鏡的標(biāo)尺平行，消除視差。平移讀數(shù)顯微鏡，觀察待測的銅棒或棉線左右是否都在讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)范圍之內(nèi)。五數(shù)據(jù)與結(jié)果(3)轉(zhuǎn)動鼓輪，使叉絲盡量對準(zhǔn)銅棒或棉線的直徑的兩端點(diǎn)，記錄一個讀數(shù)，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動測微鼓輪使叉絲對準(zhǔn)另一個端點(diǎn)，記錄另一個讀數(shù)，兩端點(diǎn)位置之差，為待測銅棒或棉線的直徑。重復(fù)5次，數(shù)據(jù)記入表3中。注意在一次測量過程中，測微鼓輪應(yīng)沿一個方向旋轉(zhuǎn)，中途不得反轉(zhuǎn)，以免引起回程差。1 .測量數(shù)據(jù)記錄表(1)用普通游標(biāo)卡尺測圓管的內(nèi)、外直徑和高(見表1)。表1數(shù)據(jù)表零點(diǎn)讀數(shù)：；示值誤：；單位：N外徑D內(nèi)徑D2高

11、度H12345(2)用普通螺旋測微計(jì)測小球的直徑(見表2)。表2數(shù)據(jù)表零點(diǎn)讀數(shù)D0：;示值誤差：;單位：、項(xiàng)目nD讀D=D讀-Do12345(3)用讀數(shù)顯微鏡測量銅棒和棉線的直徑，見表3。表3數(shù)據(jù)表、項(xiàng)目N銅棒的直徑L1棉線的直徑L2123452 .數(shù)據(jù)處理(1)對多次直接測量結(jié)果的總不確定度的估計(jì):先求各直接測量的最佳值（平均值）然后求實(shí)驗(yàn)結(jié)果總不確定度其中x =x ± Ax （單位）總不確定度為最后把測量結(jié)果表示為（2）間接測量結(jié)果的計(jì)算及合成不確定度的確定。圓管的體積:V（Di2D2）H4.：v=（二HD-：d）2（二HD2.R）2二（D12D22）.：h2.21224結(jié)果記為v=V±&（單位）鋼球的體積：V二D364=3逝VD結(jié)果記為V=V+4（單位）銅棒的體積：V=-d2l43.實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和討論（1）游標(biāo)卡尺的測量準(zhǔn)確度為六思考題0.01mm,其主尺的最小分度的長度為0.5mm,試問游標(biāo)的分度數(shù)（格數(shù)）為多少？以毫米作單位，游標(biāo)的總長度可能取哪些值?（2）如圖7的這些游標(biāo)卡尺主尺最小刻度值是多少？游標(biāo)的分度數(shù)V是多少？游標(biāo)卡尺的分度值是多少？它們的讀數(shù)是多少？（在這些圖中，第一把尺是為了確定分度值，第二把尺為了讀數(shù)）把答案填入表4內(nèi)。表4數(shù)據(jù)表圖號主尺最小刻度值(mm游標(biāo)分度數(shù)N游標(biāo)尺分度值