长度测量与数据处理练习

HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY

物理实验报告

实 验 题 目：   长度测量与数据处理练习      

姓       名：          张志林                

物理实验教学中心

实 验 报 告

一、实验题目：长度测量与数据处理练习

二、实验目的：1.学习在实验中正确读数、记录和处理数据；

2.学习游标卡尺和螺旋测微计的原理和使用。

三、实验仪器：

米尺、游标卡尺、螺旋测微计、空心圆柱体、小钢球。

四、实验原理（原理图、公式推导和文字说明）：

常用测量长度的仪器有米尺、游标卡尺、螺旋测微计和读数显微镜。表征这些仪器规格的主要指标为量程和分度值。量程表示仪器能够测量到的最大范围；分度值表示仪器可以准确读到的最小数值。一般说，分度值越小，仪器的精度越高。如普通米尺的分度值是1 mm，毫米以下的一位只能凭个人的视力和“感觉”估计。为了提高精度，可以在米尺上附加一个能够沿主尺滑动的游尺，构成游标卡尺，从而减小分度值。

1.米尺

米尺是长度测量仪器中最基本的仪器，通常用来进行精度要求并不很高的长度测量。若米尺的分度值为1 mm，则用米尺测量长度时，可准确到毫米这一位，毫米以下的一位，则靠估计。例如，用米尺测量一个物体的长度l=AB，如图1所示。

米尺的读数

A点位置的读数是9.50 cm，B点位置的读数是12.63 cm，则l=12.63-9.50=3.13 cm。

2.游标卡尺

(1)分度值

分度值i始终等于a/n，它只与游标的分度数(格数)n和主尺的最小分度a有关。在a一定的情况下，游标的格数n越多，游标卡尺的分度值i就越小，游标卡尺的精度也越高。由于仪器结构和视觉分辨能力的，游标卡尺的分度值最小为0.02 mm。

(2)读数规则

先读出游标零线前主尺的读数l0，再看游标尺上的第k条刻线与主尺的某线对齐(或最接近对齐)，然后用k乘游标的分度值i，再与主尺读数l0相加，即为测量的长度l。

l=l0+ki

  直接读数l=0.25 mm

二十分游标示数

3.螺旋测微计

螺旋测微计，也称千分尺，通常用它测小球的直径、金属丝的直径和薄板的厚度等。

(1)构造

螺旋测微计的主要部分是测微螺旋。它由一根精密的测微螺杆和螺母套管(其螺距是0.5 mm)组成，测微螺杆的后端还带一个具有50个分度的微分筒。当微分筒相对于螺母套管经过1个分度时，测微螺杆就会前进或后退1/50×0.5 mm(即0.01 mm)。因此，从微分筒转过的刻度可以准确地读出测微螺杆沿轴线移动的微小长度。为了读出测微螺杆移动的毫米数，在固定套管上刻有毫米分度标尺。

(2)测量

测量物体时，应先将测微螺杆退开，把待测物体放在测量面之间，然后轻转棘轮，使测微螺杆和砧台的测量面刚好与物体接触。这时，在固定套管的标尺上和微分筒锥面上的读数就是待测物体的长度。读数时，应从标尺上读整数部分(读到半毫米)，从微分筒上读小数部分(估计到最小分度的1/10，即1‰ mm)，然后两者相加。

读数：5.383 mm

螺旋测微计示数

五、实验数据处理（整理表格、计算过程、结论）：

1.测空心圆柱体(表1、2)

表1  用米尺测空心圆柱体的数据记录

Δh仪= 0.05cm              单位：cm

                          ΔD仪= 0.005cm                         单位：cm

2.用螺旋测微计测钢球(表3)

表3  用螺旋测微计测钢球的数据记录

零点读数： 0.004mm         ΔD仪=0.004mm          单位：cm

六、总结及可能性应用（误差分析、收获、体会及本实验的应用）：

实验过程中需特别注意各测量工具的正确使用方法。

用米尺测量时，应注意以下两点：

(1)尽量减小视差，使待测物与米尺的刻度紧贴。

(2)当米尺的刻度由端边开始时，不要用米尺的端边作为测量的起点，以免由于米尺端边的磨损给测量结果引入系统误差。

使用螺旋测微计应注意的事项

    (1)记录零点读数。测微螺杆与砧台接触时，微分筒上的零线应正好和固定

套筒上的横线对齐。当与上述要求不符合时，就应记下零点读数。

(2)测微螺杆接近待测物时，不要直接旋转微分筒，而应旋转棘轮，以免测量压力过大，甚至使测微螺纹发生形变。

(3)用完后应使测微螺杆与砧台之间有一个间隙，避免热胀时损坏测量轴上的精密螺纹。