长度与固体密度测量实验报告(带数据)

曲阜师范大学实验报告实验日期：2020.5.17 实验时间：8：30-12：00姓名：方小柒 学号：*实验题目：长度与固体密度测量实验一、 实验目的：1了解游标卡尺、螺旋测微器的构造，掌握它们的原理，正确读数和使用方法。2学会直接测量、间接测量的不确定度的计算与数据处理。3学会物理天平的使用。4掌握测定固体密度的方法。二、 实验仪器：螺旋测微器、游标卡尺、读数显微镜、读数显微镜三、 实验内容：1. 用游标卡尺测量空心圆柱体的体积。2. 用螺旋测微器测量铁丝直径。3. 用读数显微镜测量金属丝的直径。四、 实验原理：1.游标卡尺构造及读数原理游标卡尺主要由两部分构成，如(图1)所示：在一毫米为单位的主尺上附加一个能够滑动的有刻度的小尺（副尺），叫游标，利用它可以把主尺估读的那位数值较为准确地读出来。游标卡尺在构造上的主要特点是：游标上N个分度格的总长度与主尺上（N-1）个分度格的长度相同，若主尺上最小分度为a，游标上最小分度值为b，则有1 / 19Nb =（N-1)a(1)那么主尺与游标上每个分格的差值（游标的精度值或游标的最小分度值）是：(2)常用的游标是五十分游标(N=50。另有10分度的、20分度的、50分度游标卡尺)，即主尺上49 mm与游标上50格相当，见图2。五十分游标的精度值=0.02mm游标上刻有0、l、2、3、9，以便于读数。毫米以上的读数要从游标“0”刻度线在主尺上的位置读出，毫米以下的数由游标（副尺）读出。即：先从游标卡尺“0”刻度线在主尺的位置读出毫米的整数位，再从游标上读出毫米的小数位。游标卡尺测量长度l的普遍表达式为(3)式中，K是游标的“0”刻度线所在处主尺刻度的整刻度（毫米）数，n是游标的第n条线与主尺的某一条线重合，=1mm。图3所示的情况，即l=21.58mm。在用游标卡尺测量之前，应先把量爪A、B合拢，检查游标的“0”刻度线是否与主尺的“0”刻度线重合。如不重合，应记下零点读数，加以修正，即待测量l=l1-l0。其中，l1为未作零点修正前的读数值，l0为零点读数。l0可以正，也可以负。使用游标卡尺时，可一手拿物体，另一手持尺，如图4所示。要特别注意保护量爪不被磨损。使用时轻轻把物体卡住即可读数。游标卡尺使用注意事项（1）使用前，首先要弄清其规格（2）根据被测对象情况，决定使用外测量爪、内测量爪、尾尺。（3）校正零点读数。若量爪A、接触时，游标0线与主线不重合，应找出修正量，然后再使用。（4）注意保护量爪，预防卡口磨损。为此测量时不应将待测物卡得太紧。（5）用毕将其固定螺丝松开，然后将游标卡尺放入包装盒。2.螺旋测微器(千分尺)常见的螺旋测微器如下图所示。它的量程是25mm，分度值是0.01mm。螺旋测微器结构的主要部分是一个微螺旋杆。螺距是0.5 mm。因此，当螺旋杆旋一周时，它沿轴线方向只前进0.5mm。1.尺架2.测砧3.测微螺杆4.锁紧装置5.固定套筒6.微分筒7.棘轮8.螺母套管9.被测物螺旋柄圆周上，等分为50格，螺旋杆沿轴线方向前进0.01 mm时螺旋柄圆周上的刻度转过一个分格，这就是所谓机械放大原理。测量物体长度时，应轻轻转动螺旋柄后端的棘轮旋柄，推动螺旋杆，把待测物体刚好夹住时读数，可以从固定标尺上读出整格数（每格0.5mm）。螺旋测微计的读数方法：（1）测量前后应进行零点校正，即以后要从测量读数中减去零点读数。零点读数时顺刻度序列记为正值，反之为负值。（2）读数时由主尺读整刻度值，0.5mm以下由微分套筒读出，并估读到0.001mm量级。（3）要特别注意主尺上半毫米刻线，如果它露出到套筒边缘，主尺上就要读出0.5mm的数。螺旋测微器使用注意事项：（1）使用前，首先要弄清其规格，选用合适的量程。（2）校正零点读数。（3）先用粗测旋钮使测头小砧接近被测物，后用微调旋钮使测头小砧接触被测物。听到“喀”、“喀”止动声后停止旋转。否则易损伤测微螺杆。（4）读数时要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。（5）测量完毕应使测微螺杆与测砧之间留有空隙，以防因热膨胀损坏螺纹。3.读数显微镜读数显微镜是用来测量微小距离或微小距离变化的。其构造分为观察被测物体的显微镜和读数的螺旋测微装置。读数显微镜的量程一般为50mm，分度值是0.01mm,可估读到0.001mm。读数显微镜的使用：1.将读数显微镜适当安装，对准待测物；2.调节显微镜的目镜，以清楚地看到叉丝（或标尺）；3.调节显微镜物镜焦距，使被测物体成像清晰；4.旋转测微手轮，使叉丝竖线与被测物体的两端面相切；5.分别读出相切时标尺所对应的读数L1和L2，两者读数之差L=L1-L2即被测物体的长度。读数显微镜使用注意事项：(1)测量时，显微镜移动方向与待测长度平行。(2)同次测量中，测微手轮须恒定向一个方向旋转，避免产生空程误差。五、 实验步骤：、流程简述1.用游标卡尺测量空心圆柱体的体积。2.用螺旋测微器测量铁丝直径。3.用读数显微镜测量金属丝的直径。、线上操作(1)主窗口介绍成功进入实验场景窗体，实验场景的主窗体如下图所示：长度与密度测量实验主场景视图(2)测量铁丝的直径鼠标左键双击打开螺旋测微器大视图，点击开始测量按钮，对铁丝直径进行测量；(3)测量空心圆柱体的外径、内径、高度。鼠标左键双击打开游标卡尺大视图，点击开始测量按钮，分别对空心圆柱体的外径进行测量：内径进行测量：高度进行测量：(4)测量金属丝直径鼠标左键双击打开读数显微镜大视图，点击放置金属丝按钮，将金属丝放置显微镜镜筒下方；鼠标左键点击金属丝模块中的左右和旋转箭头，将金属丝移动到目镜视野之中；鼠标点击反射镜旋钮调节目镜最明亮，点击物镜调焦旋钮改变镜筒高度直至物体最清晰；鼠标点击打开目镜镜筒紧固螺丝，点击目镜镜筒调节目镜中叉丝的角度水平竖直，点击目镜调焦旋钮至叉丝清晰可见；鼠标左键点击改变金属丝的角度至与叉丝一边相切；朝着一个方向一定显微镜镜筒的位置，直到叉丝与物体相切，记下第一个切点的位置；相同方向移动至另一个相切的位置，记下位置读数；六、 实验数据：游标卡尺仪实验参数：B类不确定度Ub=U仪=0.02mm.螺旋测微器实验参数：B类不确定度Ub=U仪=0.004mm.读数显微镜实验参数：B类不确定度Ub=U仪=0.004mm.1.螺旋测微器测铁丝直径（1）螺旋测微器零点读数(mm): 0.021 （2）相关数据测量次数123456直径d(mm)4.2144.2104.2154.2114.2164.212（3）铁丝直径平均值d= 4.213mm （4）铁丝直径的不确定度Ud= 0.005 （5）铁丝直径表达式: d=(dUd)=4.2130.005 （6）铁丝直径的相对不确定度Ud/d(%)= 0.005/4.213=0.12% 2.游标卡尺测空心圆柱内径高度（1）游标卡尺零点读数（mm）= 0.14 （2）相关数据测量次数123456高h(mm)82.0682.0882.0882.1082.0682.04内径d(mm)12.7212.7212.7412.7212.7012.74外径D(mm)14.8614.9014.8814.8814.8614.88V1=3801.97 V2=3879.60 V3=3808.42V4=3842.16 V5=3834.72 V6=3806.56（3）计算确定的值项目高度内径外径平均度（mm）82.0712.7214.88不确定度（mm）0.020.020.02（4）计算空心圆柱体积V（mm3）= D2-d2h/4=3840.76 （5）计算体积相对不确定度UV/V= 0.013 （6）计算体积的不确定度UV= 50.45 （7）圆柱体积表达式： V= VUv=3840.760.013 3.读数显微镜测量金属丝读数d（1）相关数据123456左读数d1(mm)25.91525.86925.86525.86325.87325.862右读数d2(mm)26.62826.62026.62026.62626.63426.617直径d=|d1-d2|0.7130.7510.7550.7630.7610.755（2）金属丝直径平均值d= 0.750 （3）金属丝直径的A类不确定度UA(mm)= 0.02 （4）金属丝直径的不确定度U(mm)= 0.02 （5）金属丝直径表达式： 0.7500.02 （6）金属丝直径的相对不确定度E(%)= 0.02/0.750100%=2.7% 七、 思考题：1.螺旋测微器与游标卡尺的精度分别是多少？答：螺旋测微器：0.001mm 游标卡尺：0.02mm2.何时需要使用到螺旋测微器，何时需要使用到游标卡尺？答：螺旋测微器测量数值不太大，精度要求较高的物体长度游标卡尺测量长度、内外径、深度3.用读数显微镜测量物体宽度时，若物体未与显微镜镜筒移动的方向相垂直，会对测得的数值造成何种影响？答：会造成测量值偏大，造成实验误差 温馨提示：最好仔细阅读后才下载使用，万分感谢！