基本長度測(cè)量密度測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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1、基本長度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握游標(biāo)和螺旋測(cè)微裝置的原理,學(xué)會(huì)游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器的正確使用2學(xué)習(xí)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)(原始數(shù)據(jù))、掌握數(shù)據(jù)處理及不確定度的估算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示的方法。實(shí)驗(yàn)原理1、游標(biāo)卡尺構(gòu)造及讀數(shù)原理游標(biāo)卡尺主要由兩部分構(gòu)成,如(圖21)所示:在一毫米為單位的主尺上附加一個(gè)能夠滑動(dòng)的有刻度的小尺(副尺),叫游標(biāo),利用它可以把主尺估讀的那位數(shù)值較為準(zhǔn)確地讀出來。圖21游標(biāo)卡尺在構(gòu)造上的主要特點(diǎn)是:游標(biāo)上個(gè)分度格的總長度與主尺上()個(gè)分度格的長度相同,若主尺上最小分度為,游標(biāo)上最小分度值為,則有 (2.1)那么主尺與游標(biāo)上每個(gè)分格的差值(游標(biāo)的精度值或游標(biāo)的最小分度值)是: (2.2) 圖

2、2-7常用的游標(biāo)是五十分游標(biāo)(=50),即主尺上49 mm與游標(biāo)上50格相當(dāng),見圖27。五十分游標(biāo)的精度值=002mm游標(biāo)上刻有0、l、2、3、9,以便于讀數(shù)。毫米以上的讀數(shù)要從游標(biāo)“0”刻度線在主尺上的位置讀出,毫米以下的數(shù)由游標(biāo)(副尺)讀出。 即:先從游標(biāo)卡尺“0”刻度線在主尺的位置讀出毫米的整數(shù)位,再從游標(biāo)上讀出毫米的小數(shù)位。游標(biāo)卡尺測(cè)量長度的普遍表達(dá)式為 (2.3)式中,是游標(biāo)的“0”刻度線所在處主尺刻度的整刻度(毫米)數(shù),是游標(biāo)的第條線與主尺的某一條線重合,。圖28所示的情況,即。 圖28在用游標(biāo)卡尺測(cè)量之前,應(yīng)先把量爪A、B合攏,檢查游標(biāo)的“0”刻度線是否與主尺的“0”刻度線重合。

3、如不重合,應(yīng)記下零點(diǎn)讀數(shù),加以修正,即待測(cè)量。其中,為未作零點(diǎn)修正前的讀數(shù)值,為零點(diǎn)讀數(shù)??梢哉部梢载?fù)。使用游標(biāo)卡尺時(shí),可一手拿物體,另一手持尺,如圖29所示。要特別注意保護(hù)量爪不被磨損。使用時(shí)輕輕把物體卡住即可讀數(shù)。圖292、螺旋測(cè)微器(千分尺)常見的螺旋測(cè)微器如(圖210)所示。它的量程是25mm,分度值是0.01mm。螺旋測(cè)微器結(jié)構(gòu)的主要部分是一個(gè)微螺旋桿。螺距是0.5 mm。因此,當(dāng)螺旋桿旋一周時(shí),它沿軸線方向只前進(jìn)0.5mm。螺旋柄圓周上,等分為50格,螺旋桿沿軸線方向前進(jìn)0.01 mm時(shí)螺旋柄圓周上的刻度轉(zhuǎn)過一個(gè)分格這就是所謂機(jī)械放大原理。測(cè)量物體長度時(shí),應(yīng)輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋柄后端的

4、棘輪旋柄,推動(dòng)螺旋桿,把待測(cè)物體剛好夾住時(shí)讀數(shù),可以從固定標(biāo)尺上讀出整格數(shù),(每格0.5mm)。0.5mm以下 圖210的讀數(shù)則由螺旋柄圓周上的刻度讀出,估讀到0.001mm這一位上。如圖211(a)和(b),其讀數(shù)分別為5.650 mm、5.150mm。 (1) 記錄零點(diǎn)讀數(shù),并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)作零點(diǎn)修正。(2) 記錄零點(diǎn)及將待測(cè)物體夾緊測(cè)量時(shí),應(yīng)輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)棘輪旋柄推進(jìn)螺桿,轉(zhuǎn)動(dòng)小棘輪時(shí),只要聽到發(fā)出喀喀的聲音,即可讀數(shù)。 圖211實(shí)驗(yàn)儀器 游標(biāo)卡尺: 精度值:0.02mm 量程:125mm螺旋測(cè)微器: 分度值:0.01mm 量程:25mm被測(cè)物體: 小球;空心圓柱體。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1螺旋測(cè)微器測(cè)量圓球直

5、徑,不同位置測(cè)量6-8次,計(jì)算其不確定度,并寫出測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)形式。2用游標(biāo)卡尺測(cè)量空心圓柱體不同部分的外徑、內(nèi)徑、高度,各測(cè)量6-8次。計(jì)算空心圓柱體的體積及其不確定度,并寫出測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)形式。數(shù)據(jù)處理:1、用千分尺側(cè)小鋼球直徑根據(jù)測(cè)量原始數(shù)據(jù),得小鋼球直徑測(cè)量值,數(shù)據(jù)如下表:測(cè)量次數(shù)12345679.5159.5149.5189.5169.5159.5139.517的測(cè)量值為: A類不確定度為: B類不確定度為: 總的不確定度 鋼球直徑測(cè)量結(jié)果:2、用游標(biāo)卡尺測(cè)量空心圓柱體的體積根據(jù)測(cè)量原始數(shù)據(jù)記錄,整理數(shù)據(jù)如下表:測(cè)量次數(shù)外直徑(mm)內(nèi)直徑(mm)高(mm )110.966.5880

6、.28211.006.6080.30311.026.5880.26410.986.5680.28510.986.5880.28610.966.5680.26平均D的A類不確定度為:同理:D的總的不確定度為: 同理: 空心圓柱體的體積為:的不確定度根據(jù): 有: ; ; 空心圓柱體的體積測(cè)量結(jié)果:注: 實(shí)驗(yàn)室條件:1、溫度:25.0; 2、大氣壓強(qiáng):759mmHg; 3、濕度:65% 固體和液體密度的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、學(xué)會(huì)物理天平的正確使用。2、用流體靜力秤法測(cè)定固體和液體的密度。3、復(fù)習(xí)鞏固有效數(shù)字和學(xué)習(xí)間接測(cè)量量的不確定度的估算方法。實(shí)驗(yàn)儀器物理天平(附砝碼)分度值:0.1g;量程:1000g

7、;=0.05g燒杯、不規(guī)則形狀金屬物體、純水、鹽水、溫度計(jì)。實(shí)驗(yàn)原理圖1密度是物質(zhì)的基本屬性之一,在工業(yè)上常常通過物質(zhì)密度的測(cè)定而做成份分析和純度鑒定。按密度定義: (1.2.1)測(cè)出物體質(zhì)量和體積后,可間接測(cè)得物體的密度。1.靜力稱衡法測(cè)不規(guī)則固體的密度這一方法的基本原理是阿基來德原理(如圖1)。物體在液體中所受的浮力等于它所排開液體的重量。在不考慮空氣浮力的條件下,物體在空氣中重為,它浸沒在液體中的視重。那么,物體受到的浮力為:和是該物體在空氣中及完全浸沒液體稱量時(shí)相應(yīng)的重量。又物體所受浮力等于所排液體重量,即:式中是液體的密度,是排開液體的體積,亦為物體的體積。g為重力加速度。由式(1.

8、2.1),(1.2.2),(1.2.3)可得待測(cè)固體的密度: 用這種方法測(cè)密度,避開了不易測(cè)量的不規(guī)則體積,轉(zhuǎn)換成只須測(cè)量較易測(cè)量的重量。一般實(shí)驗(yàn)時(shí),液體常用水,為水的密度。2.流體靜力稱衡法測(cè)液體密度測(cè)液體密度,可以先將一個(gè)重物分別放在空氣中和浸沒在密度己知的液體中稱量,相應(yīng)的砝碼質(zhì)量分別為和,再將該重物浸沒在待測(cè)液體中稱量,相應(yīng)的砝碼質(zhì)量為。重物在待測(cè)液體中所受的浮力為: 重物在密度的液體中所受的浮力為:由式(1.2.5),(1.2.6)可得待測(cè)液體密度為:實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.按天平的調(diào)節(jié)要求,調(diào)好天平。底板的水平調(diào)節(jié)。橫梁的水平調(diào)節(jié)。2.測(cè)量不規(guī)則金屬物體的密度。(1)測(cè)量物體在空氣中的重

9、量。(2)稱出物體浸沒在液體中的重量。將盛有水的燒杯置于天平托板上,并使物體浸沒于水中,且使物體表面無氣泡附著,稱量出重量。3.測(cè)量液體密度。將前面測(cè)量的不規(guī)則金屬物浸沒在待測(cè)液體中,且使物體表面無氣泡附著,稱量出重量。4.記錄所用水的溫度,查出相應(yīng)的水的密度。數(shù)據(jù)處理流體靜力稱衡法測(cè)固體和液體密度數(shù)據(jù)記錄 20.6518.1017.6625.0天平誤差 0.05 經(jīng)查表25.0水的密度=0.99707g.cm-31、不規(guī)則物體密度的測(cè)定根據(jù)公式(1.2.4)式和數(shù)據(jù)記錄則:因?yàn)闇y(cè)量采用單次測(cè)量的方式,根據(jù)單次測(cè)量不確定度的計(jì)算公式: 當(dāng)?。簳r(shí),的不確定度為: 則: 根據(jù)間接測(cè)量的不確定度的傳

10、遞公式:得:相對(duì)不確定度為:不規(guī)則物體密度的測(cè)量結(jié)果為:2、液體密度的測(cè)定根據(jù)公式(1.2.7)式和數(shù)據(jù)記錄則:因?yàn)闇y(cè)量采用單次測(cè)量的方式,根據(jù)單次測(cè)量不確定度的計(jì)算公式: 當(dāng)取:時(shí),的不確定度為: 則: 根據(jù)間接測(cè)量的不確定度的傳遞公式:得:相對(duì)不確定度為:不規(guī)則物體密度的測(cè)量結(jié)果為:實(shí)驗(yàn)室條件: 1、溫度:25.0; 2、大氣壓強(qiáng):759mmHg;3、濕度:65% 附:純水隨溫度的變化表(此次測(cè)量沒有考慮大氣壓的影響)不同溫度下純水密度() 單位:g.cm-3t()t()t()t()00.9998790.99981180.99862270.9965410.99993100.99973190

11、.99842280.9962620.99997110.99963200.99823290.9959730.99999120.99952210.99802300.9956741.00000130.99940220.99780310.9953750.99999140.99927230.99757320.9950560.99997150.99913240.99732330.9947270.99993160.99897250.99707340.9944080.99988170.99880260.99681350.99406誤差分析用流體靜力稱衡法確定固體的體積,是用重量的測(cè)量代替體積的測(cè)量,其方法可以不受物體形狀的限制,凡在所選用的液體中不發(fā)生性質(zhì)變化的物體均可用此方法,但是,用天平測(cè)量物體重量的誤差是來自多方面的因素,比如,天平不等臂,砝碼的誤差,天平靈敏度的限制等。天平的估讀誤差(即由于視差及天平指針指示靈敏程度的限制造成的示值偏差)為0.0510-3kg.另外,測(cè)固體密度時(shí)懸線越細(xì),滲入液體部分越少越好,且不吸附液體的金屬線或尼龍線比棉線要好??梢?,引起誤差的原因很多。該實(shí)驗(yàn)使用的棉線繩,難免產(chǎn)生棉線吸水而造成的誤差,建議采用不吸水的呢絨繩較好。大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)(教 案)實(shí)驗(yàn)題目:基本長度的測(cè)量及固體和液體密度的測(cè)定(參考實(shí)驗(yàn)報(bào)告)教學(xué)年級(jí):一年級(jí)第二學(xué)期教師:王德明

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