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长度的测量和基本数据处理【实验目的】1、理解游标卡尺、螺旋测微计和移测显微镜的原理,掌握它们的使用方法;2、练习有效数字运算和误差处理的方法。【实验仪器和用品】游标卡尺(0125mm,0.02mm)、螺旋测微计(025mm,0.01mm)、移测显微镜(JCD3,0.01mm)、空心圆管、小钢球、坐标纸。【实验原理】1、游标卡尺的构造原理及读数方法游标卡尺分主尺和游标(副尺)两部分。主尺上刻有标准刻度125mm。游标上均匀刻有50个分度,总长度为49mm,游标上50个分度比标准的50mm短1mm,1个分度比标准的1mm短mm,即0.02mm,这0.02mm就是游标卡尺的最小分度值(即精度)。游标卡尺的卡口合并时,游标零线与主尺零线恰好对齐。卡口间放上被测物时,以游标零线为起点往前看,观察主尺上的读数是多少。假设读数是Xmm多一点,这“多一点”肯定不足1mm,要从游标上读。此时,从游标上找出与主尺上某刻度最对齐的一条刻度线,设是第n条,则这“多一点”的长度应等于0.02nmm,被测物的总长度应为L=(x+0.02n)mm。用这种规格的游标卡尺测量物体的长度时,以“mm”为单位,小数点后必有两位,且末位数必为偶数。游标上每5小格标明为1大格,每小格读数作0.02mm,每大格就应读作0.10mm。从游标零线起往后,依次读作0.02mm,0.04mm,0.06mm,直至第5小格即第1大格读作0.10mm。0670345主尺游标图1-5再往后,依次读作0.12mm,0.14mm,0.16mm,直至第2大格读作0.20mm。后面的读数依此类推。游标卡尺不需往下估读。如图1-5应读作61.36mm或6.136cm2、螺旋测微器的构造原理及读数方法螺旋测微计主要由弓形体、固定套筒和活动套筒(微分套筒)三部分构成。螺旋测微计的测微原理是机械放大法。固定套筒上有一条水平拱线叫读数基线。基线上边是毫米刻度线,下边是半毫米刻度线。螺旋测微计的螺距是0.5mm,活动套筒每转动一周,螺杆就前进或者后退0.5mm。活动套筒的边缘上均匀刻有50个分度,每转动一个分度,螺杆就前进或者后退mm即0.01mm。这0.01mm就是螺旋测微计的最小分度值(即精度)。实际测量时,分度线不一定正好与读数基线对齐,因此还必须往下估读到0.001mm。可见,用螺旋测微计测量物体的长度时,以“mm”为单位,小数点后必有三位。读数时,先从固定套筒上读出大于半毫米的大数部分,再从活动套筒的边缘上读出小于半毫米的部分,二者之和就是被测物体的总长度。这其中一定要注意观察半毫米刻度线是否露出来了。如图1-6(a)应读作5.272mm,图1-6(b)应读作5.772mm.05固定套筒图1-6(a)3025微分套筒05固定套筒图1-6 (b)3025微分套筒图1-7(a)主刻度尺读数 图1-7(b)测微鼓轮读数数使用螺旋测微计之前,必须先检查零点读数。先转动大棘轮使螺杆前进,当螺杆快要接触测砧时就应转动后面的小棘轮,听到“嗒嗒”声立即停止。如果此时活动套筒上的零线正好对齐读数基线,零点读数就记作0.000mm,如果零线在读数基线以上,零点读数记作负,反之为正。每一次测量的直接读数减去零点读数才是真正的测量值,即测量值=直接读数零点读数。例如零点读数是-0.002mm,直接读数是5.272mm,则测量值=5.272-(-0.002)=5.274(mm)。3、读数显微镜的构造原理及读数方法移动方向图1-8读数显微镜是将显微镜与螺旋测微计结合起来的长度精密测量仪器。其测微原理是光学放大法和机械放大法的综合。活动螺杆与显微镜筒通过螺旋相互啮合,转动活动螺杆右端的鼓轮,就可以使显微镜左右平移。测微螺旋的螺距为1mm,鼓轮边缘上均匀刻有100个分度,每转动一个分度镜筒就向左或向右平移0.01mm。所以读数显微镜的最小分度值也是0.01mm,读数时也要往下估读到0.001mm。具体测量步骤是:(1)调节目镜,看到清晰的十字叉丝,并将叉丝调正;(2)将被测物平放到载物台上,并在镜筒的正下方,使被测长度的方向与镜筒平移的方向平行,然后调节镜筒升降旋钮,使镜筒缓慢的上升或下降,进行调焦,直到看清物体的像,无视差;(3)转动鼓轮,平移镜筒,当叉丝的竖丝与物像的始端相切时,记下初读数X1,读数方法如图1-7(a)和1-7(b)所示。继续沿同一方向平移镜筒,当竖丝与物像的末端相切时,记下末读数,则待测长度;(4)读数时,从固定刻度上读出大于1mm部分,从鼓轮边缘上读出小于1mm的部分,二者之和就是X1或X2的值。测量时应注意的问题是,两次读数时镜筒必须是向同一个方向平移,不得移过了头又移回来,这样会产生空程误差。如果不小心移过了头,必须多往回退一些距离,再重新沿原方向平移,对准被测点。如果简单地概括读数显微镜的原理和使用方法,就是“综合放大,同向平移,求差”【实验内容与要求】1、用读数显微镜测量坐标纸上最粗刻线的宽度,重复测量6次。2、用螺旋测微计测量小钢球的直径,沿不同径向测6次(注意:使用前应记录螺旋侧微计的零点读数)3、用游标卡尺测量空心圆管的外径、内径和高,重复测量6次。4、计算坐标纸上最小格子的间距和不确定度。5、计算钢球的体积和不确定度。6、计算空心圆管的体积和不确定度。【实验注意事项】1、注意保护游标卡尺的卡口不被磨损,轻轻卡住即可读数,不能将被测物在卡口内移动,不能跌。2、使用螺旋测微计时,当螺杆与被测物相距较近时就要转动尾部的小棘轮,听到“嗒嗒”声应立即停止。实验结束时,螺杆和测砧之间应留有小缝隙,不能拧死,以防热膨胀压坏精密螺丝。3、使用移测显微镜时,同一组读数应为沿同一方向平移读得的结果,否则会产生空程误差。镜头不能用手触摸。调焦时上、下移动筒一定缓慢,千万不能压坏物镜或被测物。【数据记录与处理】表一 坐标纸上最粗刻线宽度的测量 读数显微镜的仪器误差次序项目123456= = = = = mm表二 钢球直径的测量 仪器误差=0.004 零点读数 次序123456平均值不确定度直读值()测量值()= = = = 表三 圆管体积的测量 游标卡尺的仪器误差=0.02。次序项目123456平均值外径内径 高= 【思考题】1、10分度和20分度的游标卡尺,最小分度值分别是多大?读数的末位有什么样的特点?2、比较一下游标卡尺和螺旋测微计,二者的读数方法有什么不同?
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