大学物理实验预习报告.doc

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大学物理实验预习报告
实验一密度测量
密度是物体的属性之一,实验测定固体密度需要进行长度和质量的测
量。长度和质量是基本物理量,其测量原理和方法在其他测量仪器屮也常
常有体现,如游标和螺旋测微(俗称千分尺)的原理等。测量长度的量具,
常用较简单的有米尺、游标卡尺和螺旋测微器。这三种量具测量的范围和
准确度各不相同,须视测量的对象和条件加以选用。当长度在10?3cm以
下时,需用更精密的长度测量仪器(如比长仪等)或者采用其他的方法(如
利用光的干涉和衍射等)来测量。测量物体质量时,需使用天平。天平是
物理实验中常用的基本仪器。我们将通过对物体密度的测量来学习使用长
度和质量的测量仪器,掌握它们的构造特点、规格性能、读数的原理和规
则、使用方法及维护知识等,并注意在以后的实验中恰当的选择使用。
【实验目的】
1、 掌握游标卡尺、螺旋测微器及天平的测量原理和使用方法。
2、 掌握直接测量量和间接测量量的数据处理方法。
【实验仪器】
游标卡尺、螺旋测微器、分析天平、待测圆柱体。
【实验原理】
圆柱体密度计算公式如式(1)所示。
(1) V?D2H
式中,m为圆柱体质量;V为体积;H为高;D为直径。只要直接测
出D、H、m,即可间接确定?。式(1)适用于质量均匀分布的圆柱体。但
由于被测试件加工上的不均匀,必然会给测量带来系统误差。由于加工的
不均匀是随机的,所以可以用处理随机误差的方法来减小这种具有随机性
质的系统误差,即在试件的不同位置多次测量取平均值的方法来处理。液
体密度计算公式如式(2)所示。
m待测液体
?待测液体?m水?水??待测液体?m待测液体??水m水(2)
液体密度的测量采用比重瓶法,即使用两个同体积的比重瓶,一个比
重瓶中装入水,另外一个比重瓶中装入待测液体。分别利用天平称出两者
以及未装入液体之前空比重瓶的质量,代入式(2)屮即可求出待测液体
的密度,其中水的密度为已知条件。
1. 游标卡尺
1所示,游标卡尺有两个主要部分,一条主尺和一个套在主尺上
并可以沿它滑动的副尺(游标)。游标卡尺的主尺为毫米分度尺,当下量
爪的两个测量刀U相贴时,游标上的零刻度应和主尺上的零位对齐。
如果主尺的分度值为a,游标的分度值为b,设定游标上n个分度
值的总长与主尺上(n-1 )分度值的总长相等,则有
nb?(n?l)a (3)
图1游标卡尺示意图
主尺与副尺每个分度值的差值即游标尺的分度值,也就是游标尺的精
度(最小读数值):
a?b?a?(n?l)aa? (4) nn
常用的三种游标尺有n?10,20,50,、、。
游标尺的读数方法是:先读出游标零线以左的那条线上毫米级以上的
读数L0,即为整数值;然后再仔细找到游标尺上与主尺刻线准确对齐的那
一条刻线(该刻线的两边不对齐成对称状态),数出这条刻线是副尺上的
第k条,则待测物的长度(即为小数值)为
L?LO?k?
图2是n?50分度游标卡尺的刻度及读数举例。图上读数:
L?L0?k???12?? a (5) n
图2游标卡尺读数示意图
螺旋测微器
如图3所示,螺旋测微器是在一根测微螺杆上配一螺母套筒,上有
。测微螺杆的后端连接一个有50个分度的微分套筒,
螺距为50mm。当微分套筒转过一个分度时,测微螺杆就会在螺母套筒内
。也就是说,螺旋测微器的精密度(分度值)是
。由此可见,螺旋测微器是利用螺旋(测微螺杆的外螺纹和固定套
筒的内螺纹精密配合)的旋转运动,将测微螺杆的角位移转变为直线位移
的原理实现长度测量的量具。
图3螺旋测微器示意图
在使用螺旋测微器时,应该检查零线的零位置,当螺杆的一端与测砧
相接触时,往往会有系统误差(读数不是零毫米),所以必须先记下螺旋
测微器的初读数zO,根据不同情况zO有正负之分。测量时将物体放在测砧和螺杆端面之间,转动测力装置,至听到“咯咯”的响声为止,两端面
己与待测物紧密接触。,
以上的部分从微分筒边缘刻度盘上对准基准线处读出,同时耍估读出
。则待测物的实际长度为L?z?z0。螺旋测微器读数例如图4所
/J、O
L=~
图4螺旋测微器的读数示意图
螺旋测微器实际上是实验方法中机械放大法的一种应用。假设微分套
筒刻度部分的周长为50mm,刻了