实验一 长度和物体密度的测量 - 山东轻工业学院

1、实验一长度和物体密度的测量长度的测量实验目的1. 学会正确使用游标卡尺和螺旋测微计2. 掌握游标和螺旋测微装置的原理3. 巩固误差和有效数字的基本概念4.实验仪器游标卡尺、螺旋测微计、钢球、铜管、细金属丝、钢片等。实验原理1. 游标卡尺游标卡尺的结构如图4-1-1所示。用a表示主尺上分度的长度，用b表示游标上一个分度的长度，用n表示游标的分度数，游标卡尺的设计有两类，一类使游标的几个分度的长度与主尺的（n-1）个最小分度的长度相等，即 （4-1-1）主尺最小分度与游标分度的长度差，成为游标卡尺的分度值，有 （4-1-2）另一类使游标n个分度的长度与主尺的（2n-1）个最小分度的长度相等。游标卡

2、尺的分度值为 （4-1-3）使用游标卡尺测量物体长度l时，读书分为两步：（1） 由游标零线左边最靠近该零线的那根主尺刻线，从主尺读出毫米整数m。（2） 如果游标零线右边第n条刻线与主尺某一刻线对齐，那么游标零线与主尺上左边相邻刻线的长度为n。两者相加就是待测物体长度的测量值，即 （4-1-4）12345671-尺身 2-刀口内测量爪 3-尺框 4-紧缩螺钉5-游标 6-深度尺 7-外测量爪图 4-1-2常用的游标有10分度，20分度和50分度三种，其分度值分别为0.1mm，0.05mm和0.02mm。还有一种测角度的游标成为角游标。2. 螺旋测微计（千分尺）螺旋测微计的分度值是0.01mm。其

3、构造如图4-1-2所示。在固定套管上有一条和测微螺杆轴线平行的水平线，水平线两侧交错地刻有毫米刻度线和半毫米刻度线。测微螺杆的螺距为0.5mm，微分筒上刻有50个分格。微分筒每转一个分格，测微螺杆沿轴线方向移动0.01mm，读书时可估读到0.001mm。1-尺架 2-测砧测量值 3-待测物 4-测砧测量值 5-测量螺杆6-锁紧装置 7-固定套筒 9-测力转置 10-螺母套筒图 4-1-2读数时先以微分筒的棱边为准线，从固定套管上读出整毫米和半毫米数，再以固定套管的水平线为准线，从微分筒上读出半毫米以内小数部分，两者相加就是测量值。读书时应仔细估计微分筒棱边与最接近的那根毫米刻线之间的举例是否大

4、于半毫米。例如图4-1-3（a）读书为4.322mm，图4-1-3（b）读书为5.738mm。实验内容1. 用游标卡尺测量空心圆柱体的外径、内径、深和高。各测五次。（a）（b）图 4-1-32. 用螺旋测微计测小钢球和金属丝的直径在不同部位测五次。3. 用螺旋测微计测钢片的厚度，重复五次。数据处理1. 测空心圆柱体的外径、内径、深和高。（1）将测量数据填入表4-1-1中，并计算各测量值的平均值和误差。游标卡尺的分度值= mm零点读书D0= mm游标卡尺的仪器误差N仪= mm表4-1-1项目读数次数外径D1（mm）D1（mm）内径D2（mm）D2（mm）高H1（mm）H1（mm）深H2（mm）H

5、1（mm）12345平均（2）测量值的修正 mm， mm mm， mm（3）测量结果 mm， mm， mm， mm， 2. 测钢球和金属丝的直径。3. 测钢片的厚度。2与3两项均按照实验内容一的程序处理实验数据。预习思考题使用螺旋测微计时应注意哪些问题？为什么？思考题试确定下列几种游标卡尺的分度值，并将结果填入表4-1-2中。表4-1-2主尺最小分格值（mm）11111游标分度数（格数）1010202050与游标分度数对应的主尺读数（mm）919193949游标卡尺的分度值（mm） 物体密度的测定密度时物质的基本特性之一，它与物质的成分即纯度有关。工业上常通过测定物体的密度进行原料的分析和纯度

6、鉴定等。实验目的1. 学会正确使用物理天平。2. 掌握测定规则物体密度的方法。3. 学会用液体静力称衡法测定不规则物体及液体的密度。实验仪器物理天平，钢圆柱体，铜圆柱体，石蜡块，纯水，烧杯，尼龙丝，游标卡尺，螺旋测微计等。实验原理1. 测定规则物体的密度直径d、高度h、质量为m的钢圆柱体的体积是其密度为 （4-1-5）2. 用液体静力称衡法测密度（1）测定固体的密度物体的质量为m，体积为v，择其密度为 （4-1-6）测定m及v就可以得到。本实验用物理天平测m，用液体静力称衡法间接地解决v的测量问题。对于测定不规则物体的密度，常用这种方法。如果不计空气的浮力，物体的空气中的重量W=mg与它浸在液

7、体中的视重之差即为它在液体中的所受的浮力。 （4-1-7）m和m1是该物体在空气中及全部浸入液体中称衡时相应的天平砝码质量。根据阿基米德原理，物体在液体中所受的浮力等于它所排开液体的重量即 （4-1-8）式中,是液体的密度，在物体全部浸入液体中时，V时排开液体的体积亦即物体的体积。由（4-1-6），（4-1-7），（4-1-8）式可得 （4-1-9）在实验中液体用水，即水的密度。不同温度下水的密度见本书附录二。如果待测物体的密度小于液体的密度，可以采用如下方法：将待测物体拴上一个重物，先将待测物体在液面之上而中午全部浸没在液体中进行称衡，如图4-1-4（a）所示，相应的砝码质量为m3，再将待测

8、物体连同重物全部浸没在液体中进行称衡，如图4-1-4（b）所示，相应的砝码质量为m2，待测物体在液体中所受的力为 （4-1-10）待测固体的密度为天平挂钩待测物体重物天平挂钩待测物体重物（a）（b）图 4-1-4 （4-1-11）（2）测液体的密度将上述实验中的液体换成另一种密度为的液体，重做上述实验。按图4-1-4（a）和（b）进行称衡，相应砝码的质量分别为和测得同一待测固体的密度为 （4-1-12）由（4-1-11）和（4-1-12）两式可得 （4-1-13）在采用液体称衡法时，必须保证浸入液体后物体的性质保持不变。实验内容1. 调整物理天平物理天平的构造如图4-1-5所示。（1）调水平。

9、旋转底脚螺丝钉，使水平仪的气泡位于中心。（2）调零点。将游码移至横梁的左端，转“开关旋钮”支起横梁，观察指针是否指在标牌中间，调节平衡螺母，使指针指向标牌中央。1-水平螺丝 2-底盘 3-称盘 4-开关旋钮 5-托架6-支架 7-平衡天平调节螺母 8-游码 9-横梁 10-指针11-感量调节器 12-中柱 13-微分标牌 14-水准器图 4-1-5 普通天平的结构2. 测量规则物体钢圆柱体的密度（1）用天平称钢圆柱体的质量m，测一次记下天平的分度值。（2）分别用螺旋测微计和游标卡尺测量钢圆柱体的直径d和高度h。重复十次。记下螺旋测微计和游标卡尺的分度值及零点读数。3. 测不规则物体钢圆柱体的密

10、度（1）用细线将圆柱体悬吊在天平左端挂钩上，称出物体在空气中的质量（测一次）。（2）将物体悬于水中，称出此时物体的质量（测一次）。（3）测定水温t，从表中查出此温度下纯水的密度。4. 测不规则物体石蜡的密度。5. 测盐水的密度。4与5二项可根据实验原理自拟实验步骤。数据处理测钢圆柱体的密度天平的分度值 g游标卡尺的分度值 mm，零点读数h0 mm螺旋测微计的分度值 mm，零点读书D0 mm1. 将测量数据填入表4-1-3中，并计算各量的算数平均值、平均偏差、相对误差和平均值的标准偏差。表4-1-3项目读数次数d(mm)d(mm)h(mm)h(mm)m(g)m(g) 12345678910平均2. 测量值的修正 mm， mm3. 测量结果 g mm mm g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm34. 不规则物体密度按公式（4-1-9）计算，