高一物理实验：长度的测量

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长度的测量

基本测量工具和测量数据 （参考课件）

　　（1）游标卡尺的构造：

　　①主尺（附有左边的上爪和下爪）②副尺，又称游标，（附有右边的上爪和下爪以及深度尺）如图1-28所示。

　　（2）游标卡尺的使用：

　　①外爪可测量工作厚度或外径②内爪可测量工作槽宽或内径③深度尺可测量工作的深度

　　（3）游标卡尺的原理：

　　常见的游标卡尺有精度为0.1毫米、0.02毫米和0.05毫米三种，无论是哪一种，主尺的最小分度均为1毫米，设游标上一定长度的线段等分为m格，每分度长x毫米，使这线段总长度mx=km-1（主尺上对应的长度），这里k为所取的主尺上对比分度数即毫米数。

　　由此易知游标即每一最小分度真实长度x=(km-1)/m毫米；

　　游标与主尺每错开一格相差Δx=k-(km-1)/m=1/m

　　当k=1,m=10,x=9毫米，Δx=0.1毫米；

　　m=50,x=0.98毫米，Δx=0.02毫米；

　　当k=2,m=20,x=1.95毫米，Δx=0.05毫米；

　　可见，游标卡尺的读数原理是利用游标尺刻线与主尺刻线的微小差异，把微小量的读数积累起来进行对比而读出数字来的。

　　（4）游标卡尺的读数：

　　①无零误差时读数法

　　测量值L=主尺上整的毫米数N加上小于毫米的小数k1/m,即L=N毫米+k1/m，这里k为游标上第k格被主尺上某刻度线对齐的格数。（见表Ⅰ）

　　表Ⅰ

游 标 尺			精度 （mm）	测量长度L=（主尺）Nmm+k1/m(mm)(游标尺上第K格与主尺上的刻线对齐时)（mm）
总刻度 格数	刻度总长度 （mm）	每小格与主尺1格 （1mm）相差
10	9	0.1	0.1	N（主尺上读的毫米数）+0.1k
20	39	0.05	0.05	N（主尺上读的毫米数）+0.05k
50	49	0.02	0.02	N（主尺上读的毫米数）+0.02k

　　如图1-29所示游标卡尺的精度为0.1毫米，测量值L=25+6×0.1毫米=25.6毫米。

　

　　②游标有零误差时读数法

　　如图1-30所示，在游标卡尺未测物时，一对下爪并拢后，游标的零线在主尺零线的右方，且副尺零线正对准主尺零线右边第3分度，此时读数为-0.3毫米误差；可以设想这是由于游标卡尺下爪凸起或已经夹了0.3毫米厚的物体，所以读数值应减去这个数（零误差）才是测量值，即测量值等于读数值加上负零误差值。

　　如图1-31所示，下爪并拢时，游标零线在主尺零线左侧，此时应把游标第10条刻线作为反向零刻线，零误差为0.1毫米而不是0.9毫米，也可以设想是下爪缺了一块而凹进去，需要0.1毫米物体弥补，零误差为正值。

　　为了便于记忆，我们参考笛卡尔坐标，可能把游标的零点作为x轴的坐标“原点”，主尺零线在“原点”的左方时，零误差为负；主尺零线在“原点”的右方时，零误差为正。

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　　有零误差时的记数规则是：

　　（测量值）L=（读数）D±A（零误差的绝对值）

　　（5）使用游标卡尺的注意事项：

　　①要以适当的压力接触被测物，不可太紧，以防损伤平直度和平行度很高的测脚刀口。

　　②不允许测脏的物体或毛坯工件，不允许被测物夹在测脚间滑动，避免测量面划伤、磨损。

　　③读数时，在测脚夹住被测物后适当旋紧固定螺丝。

　　④读数时视线应垂直尺面并避免强光侧照，以减少偏视误差。

　　⑤游标卡尺要轻拿轻放，用毕放回木盒中保存，防止尺或测脚碰伤或变形。

　　（6）测量值的有效数字。

　　游标卡尺测量物体或下爪张开狭缝观察光的衍射现象时能直接读出最小分度的准确值，有效数字的末位与游标卡尺的精度对齐，不需要估读，也不需要另在有效数字末位补“0”表示游标最小分度值，值得注意的是：如果用精度为0.1毫米、0.02毫米和0.05毫米3种游标卡尺测同一个工件，其长度记作0.10毫米，这个数字末位的“0”，对精度为0.02毫米和0.05毫米的卡尺的读数而言，不是补的“0”，而是这两种卡尺的游标分别与各自的主尺错开5格和2格得到的。对精度为0.1毫米的卡尺而言，这个“0.10毫米”数据后面的“0”是不必要的。

　　2．实验条例与点拨

　　[实验目的]

　　练习正确使用刻度尺和游标卡尺测量长度。测量一段金属管的长度、内径和外径；测量一个小量筒的深度。

　　[实验器材]

　　刻度尺，游标卡尺，金属管，小量筒 。

　　[实验步骤]

　　（1）用刻度尺测量金属管的长度。每次测量后让金属管绕轴转过45℃，再测量下一次，共测量四次。把测量的数据填入表格中，求出平均值。

　　（2）用游标卡尺测量金属管的内径和外径。测量时先在管的一端测量两个方向互相垂直的内径（或外径），再在管的另一段测量两个方向互相垂直的内径（或外径），把测量的数据填入表格中，分别求出内径和外径的平均值。

　　（3）用游标卡尺测量小量筒的深度，共测量四次，把测量的数据填入表格中，求出平均值。

	金属管			小量筒
	长度l/mm	内径d/mm	外径D/mm	深度h/mm
1
2
3
4
平均值

　　[作业]

　　1．完成教材141页思考题。

　　2．完成实验报告。

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