力學基本測量工具簡介

第三章常用儀器的使用及說明§3—1力學基本測量工具簡介力學的基本物理量包括長度、時間和質量，下面就來介紹一下這些基本量的測量工具。游標卡尺普通米尺的最小刻度是1mm,因此使用米尺只能準確地測量到1mm,為了更準確地測量長度，人們采用了游標裝置。游標卡尺的構造如圖3-1-1所示,量爪同刻有毫米的主尺相連,游標框上附有游標,推動游標框可使游標連同量爪、測深直尺及推把沿主尺滑動。當量爪緊靠時,游標的零點（即零刻度線）與主尺的零點相重合。用游標卡尺測定物體長度時,用外量爪抓著被測物體,顯然此時游標零點與主尺零點間距離就等于外量爪之間的距離,所以從游標零點在主尺上的位置,根據(jù)游標原理就可測出物體的長度（內量爪部分是用來測量物體的內部尺寸,如管的內徑等）,圖中緊固螺釘是用來固定游標框的,防止游標框在主尺上滑動以便于讀數(shù)。圖3-1-1圖3-1-1游標卡尺的構造游標卡尺由主尺（米尺）和副尺（標有N個刻度的游標尺）兩部分組成。主尺上的分度一 N-1 A1值1mm與副尺上的分度值 mm相差一個微小量山=mm。常見的二種卡尺分別為：NNAx= mm10Ax= mm10刻度總長）、山—20mm和Ax=50mm。如圖3-1-2所示，副尺的10個分度值（游標尺刻度總長）與主尺的（10-1）mm重合。故使用游標卡尺測長度時，讀數(shù)可精確至＞J：10mm。例如：1^mm游標（也叫十分游標）例如：1^mm游標（也叫十分游標）游標上每個刻度與主尺相應刻度均差Ax=10mm,當測量某物體長度時，先將被測物體一端和主尺的零刻度線對齊。而另一端落在主尺的第k和k+1個刻度之間（如圖3-1-3所示，k=6,k+1=7）,則物體長度L=k+AL,AL為物體另一端距離第k個刻度的距離。由于游標與主尺的每個刻度的差值為Ax，將兩排刻度進行對比，必然可找到游標上某個刻度（設為第n個）與主尺上某刻度重合或最為接近，如圖3-1-3上n=4處與主尺最為接近，則AL=x4=而L=k+AL=6+0.4二6.4AL=x4=一般而言，當游標上第n個刻度與主尺某一刻度重合時，則主尺上第k個刻度與游標零刻度線之間的距離為AL=nAx。待測物體長度由兩部分讀數(shù)構成，游標零刻線指示部分，第k個刻度從主尺上讀出；游標刻線與主尺刻線重合部分，AL=nAx，從游標上讀出（目前使用的游標上的刻度均為n與Ax相乘后的結果），即L二k+AL￡mm游標也叫“二十分游標”，游標上每個刻度與主尺的1mm刻度相差mm,如圖3-1-4（a）所示。同樣，mm50的游標如圖3-1-4（b）所示。2(a)(b)游標3cm（a）所示。同樣，mm50的游標如圖3-1-4（b）所示。2(a)(b)游標3cm,01||||||"卅州詬片0255075 10 10 20 30 40 50|iii巾川“"川訕州"唧州也巾川|1川卩W主尺01234567890游標主尺圖3-1-4使用游標卡尺應注意下列幾點：1） 被測物體的長度應和游標卡尺相平行。2） 不要夾物過緊，使卡鉗鉗口能和被測物體表面接觸即可3） 保護鉗口，免受不必要的彎曲或磨損。螺旋測微器螺旋測微器是比游標卡尺更精密的量具，實驗室中常用它來測量金屬絲的直徑或金屬薄1片的厚度等，其最小刻度為而mm,外形如圖3-1-5所示。圖3-1-5螺旋測微器的構造測微器內部有一精密的絲杠和螺母（圖中未畫出），而活動套筒和測量軸同里面絲杠相連，旋轉活動套筒一周，可使內部絲杠連同測量軸在螺母內沿軸線方向前進（或后退）0.5mm,這前進（或后退）的距離可在主尺上讀出。活動套筒左側邊緣上有刻度，共分50格，因此，111活動套筒每轉動一格，測量軸進（退）2mmx50=而mm。使用時，先將待測物體放在測砧間，輕輕旋動棘輪，使頂柱和待測物體接觸，首先從主尺上讀出毫米及0.5毫米數(shù)（如0.5、1.0、1.5、…等），然后從套筒刻度上讀出毫米以下部分，在圖3-1-6中,讀數(shù)為5.650mm。圖3-1-6

初讀數(shù)大于#-hO,018mm初讀數(shù)小于零—0.026mm(b)5+0.032mm5+6S+Ot32mtri初讀數(shù)大于#-hO,018mm初讀數(shù)小于零—0.026mm(b)5+0.032mm5+6S+Ot32mtri圖3-1-7使用測微器應注意下列幾點：測微器測量長度時，產生誤差的主要原因是由螺旋將待測物體壓緊程度不同所引起的。為消除這一缺點，測微器備有特殊裝置——棘輪，可避免測量軸將待測物體壓得過緊或過松的弊端。當頂柱將要接近待測物體時，旋轉棘輪使測量軸前進，直至有卡、卡響聲時停止旋轉，便可讀數(shù)。測微器上鎖緊手柄是止動器，撳鎖緊手柄，能阻止螺旋進退。多數(shù)的測微器存在零點讀數(shù)的問題。旋轉棘輪使測量軸的兩個端點合攏，這時，真實的讀數(shù)應該是0.000mm,但是通常情況下，我們會發(fā)現(xiàn)螺旋測微器的讀數(shù)并不為零，這時我們就需要對測量值進行校準。校準值=測量值—零點讀數(shù)使用測微器時，需求零點校準量(如何校準，請參看圖3-1-7自行考慮)。.測微器的螺旋十分精細，因此旋動時要輕，不要急。用畢后，測量軸之間要留有空隙，以免熱脹冷縮而損壞螺桿。測量顯微鏡測量長度時，如果被測物體不能與量具直接接觸，或者被測物體較小時，常用光學儀器來進行測量，其中最常用的就是測量顯微鏡，它可用來測量刻線距離、刻線寬度、圓孔直徑和圓孔間距離等，還可檢查表面質量，用途甚廣。測量顯微鏡的外形如圖3-1-8所示。圖3-1-8測量顯微鏡的構造圖3-1-8測量顯微鏡的構造目鏡安插在棱鏡座的目鏡套管內，目鏡止動螺旋可用來固定目鏡的位置，棱鏡座能夠轉動，物鏡直接旋在鏡筒上，組合成顯微鏡。轉動調焦手輪能使顯微鏡上下升降進行調焦，支架用旋手緊固在立柱的適當位置上。測量時，旋轉測微鼓輪，測量工作臺沿水平方向移動，如旋轉y軸測微器則工作臺沿垂直方向移動。測微鼓輪邊上刻線100等分，每格相當移動量0.01mm,讀數(shù)方法與螺旋測微器相同。使用時，先將被測物體牢靠地安置在工作臺上，然后轉動調焦手輪，求得清晰視場（此時被測物體由物鏡放大，經轉向棱鏡形成實像在分劃板上，目鏡將實像再放大一次，形成一個放大虛像在觀察者眼睛的明視距離處）。如測量一圓孔直徑，使目鏡中十字分劃線與圓孔的一側相切（如圖3-1-9中實圓位置），記下測量初讀數(shù)；再旋轉測微鼓輪，使視場移動到十字分劃線與圓孔另一側相切（如圖3-1-9中虛圓位置），記下測量讀數(shù)，前后讀數(shù)差值即為圓孔直徑。使用中應注意：顯微鏡調焦時，先將鏡筒下降使物鏡接近被測件表面，然后逐漸上升，直到出現(xiàn)清晰表面，防止碰損物鏡。顯微鏡支架在立柱上必須用旋手固緊，以免使用時不慎下降而損壞儀器。如被測件屬透明體或物體體積甚小未能充滿視場，在其邊緣處進行測量時，可隨光源方向轉動反光鏡，以取得適當亮度的視場。物理天平天平是一種等臂杠桿，按其稱量的精確度劃分等級，分為物理天平和分析天平。它們的構造原理相同，使用方法略有不同，但保護方法是相似的。精密天平的構造裝置是依據(jù)力矩平衡的原理，但是，實際情況并非這樣理想。橫梁的兩臂并不嚴格相等，也不一定是一條直線，且三個支點也不是幾何點，盡管天平刀口、刀墊是由非常堅硬的硬質材料（如鋼、瑪瑙等）做成的，但也總存在著磨損。顯然，刀口愈銳利，天平就愈近理想情況。刀墊、刀口稱為天平的“中樞神經，”是天平的關鍵部件，不能有絲毫

損傷。所以，天平的使用都有一定的規(guī)則，利用制動旋鈕（順時針時下降），保護刀口、刀墊。面我們介紹物理天平的構造原理和使用方法。天平是物理實驗中常用的基本儀器之一，它是支點在中央的等臂杠桿。如圖3-1-10所示，主要由底座、立柱和橫梁等三大部分所組成。底座可通過底腳螺絲調節(jié)水平，注意順時針旋轉底腳螺絲是升高。支柱下端附有標尺。橫梁上裝有三個刀口，中間刀口位于立柱的升降桿上。兩側刀口各懸掛一個稱盤。橫梁中央下面固定一個指針，指針上有一重心螺絲。橫梁兩端還有兩個調平衡螺母，用來調整天平空載時的平衡狀態(tài)。加減1g以內砝碼可通過移動橫梁上的游碼來實現(xiàn)，游碼向右移動時，等于在右盤內加砝碼，可由分度值計量其數(shù)值。立柱左邊的托盤可以托住不被稱量的物體，如燒杯等。天平還附有砝碼盒，內裝砝碼通常為lOOOg。天平的特征由兩個參量表示：圖3-1-10物理天平的構造AA'—圖3-1-10物理天平的構造AA'—托承；BB'—橫梁；D—游碼；EE'—平衡螺母；bb'—兩端刀口；d—刀承；FF'—底腳螺絲；G—重心螺絲；H—立柱；J—讀數(shù)指針；K—制動旋鈕;S—標尺；PP'—秤盤；Q—托架2） 分度值：是指天平平衡時，為使天平指針從標度尺上的平衡位置偏轉一個分度，在盤中所需添加的最小質量。3）靈敏度S：是分度值的倒數(shù)，分度值越小靈敏度越高。注意事項：1） 認真調好水平，測量過程中注意檢查水準儀。2） 不準直接用手觸摸砝碼、游碼，必須用鑷子拿砝碼、撥動游碼。3） 在制動狀態(tài)下用鑷子撥動調平衡螺母，啟動天平，觀察平衡情況，反復調試。為節(jié)省時間，可觀察指針在標尺中央刻度的左右擺幅相等即可記讀零點。4） 稱衡質量不準超過稱量值。5） 取放物體、砝碼或撥動游碼、調整天平以及用畢天平時，一定要旋動制動旋鈕，使天40| 大學物理實驗 平橫梁落在支柱上。只有在判斷天平是否平衡時才啟動天平。啟動或制動天平的動作要輕，不要發(fā)出撞擊聲。制動