基本儀器和測量

1、儀器設(shè)備是物理實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，儀器的設(shè)計(jì)蘊(yùn)含著許多設(shè)計(jì)者的巧妙構(gòu)思，是科學(xué)原理和方法的具體體現(xiàn)。作為一名實(shí)驗(yàn)者要做好物理實(shí)驗(yàn)，必須掌握所用儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、性能和使用方法。力學(xué)實(shí)驗(yàn)基本儀器一 長度測量儀器1 米尺米尺上刻線間距為1mm，鋼卷尺、皮尺也屬于米尺范圍。緊貼、對準(zhǔn)和正視是測量時(shí)的要領(lǐng)和關(guān)鍵。米尺測量時(shí)讀數(shù)應(yīng)讀到毫米或毫米。2 游標(biāo)卡尺 游標(biāo)原理為了提高測量的準(zhǔn)確度，在主尺上附帶一可沿主尺移動的副尺，構(gòu)成游標(biāo)尺。用于測量長度的稱為直游標(biāo)；用于測量角度的稱為彎游標(biāo)。A 直游標(biāo)假設(shè)主尺上每一分格長度為（稱為主尺分度值），游標(biāo)副尺上共有個(gè)等分格（稱為游標(biāo)分度數(shù)），每格長度為（稱為游標(biāo)尺分

2、度值）。制造游標(biāo)時(shí)，將游標(biāo)的總長度與主尺（）個(gè)格的總長度對齊，則有 （1-1）主尺每格的長度與副尺每格長度間差值，即稱之為游標(biāo)尺的精度，也就是游標(biāo)卡尺的最小讀數(shù)值。B 彎游標(biāo)利用游標(biāo)原理測量角度時(shí)，制成彎游標(biāo)。在分光計(jì)上使用彎游標(biāo)來測量角度，就是一個(gè)典型的例子。彎游標(biāo)的精度值可用如下式子表示 游標(biāo)卡尺實(shí)驗(yàn)室中常用游標(biāo)卡尺有兩種，其主尺分度值均為1mm。但是，由于游標(biāo)分度數(shù)不相同，因此游標(biāo)的分度值和讀數(shù)均不相同。它們的游標(biāo)分度數(shù)分別為20，50（格），游標(biāo)卡尺的分度值分別為，游標(biāo)卡尺的精度分別為。也就是游標(biāo)卡尺示值誤差： 游標(biāo)卡構(gòu)造如圖1-1所示。與主尺相聯(lián)的量爪和與游標(biāo)相聯(lián)的 量爪可用來測量外

3、徑、內(nèi)徑、厚度，與游標(biāo)固定在一起的深度尺G可用來測深度，K為固定螺釘。使用游標(biāo)卡尺測量物體時(shí)，應(yīng)小心量爪被磨損，不能使物體在量爪內(nèi)滑動。讀數(shù)時(shí)，已知游標(biāo)分度值為，主尺分度值為，若游標(biāo)零線處于主尺第和線之間，副尺上第線與主尺某刻度線對齊，則被測長度應(yīng)為： 圖1- 13 螺旋測微計(jì)（千分尺）螺旋測微計(jì)是比游標(biāo)卡尺更精密的長度測量儀器。它是利用螺旋進(jìn)退來測量長度的儀器。其最小分度值是0.01mm。通常千分尺測量結(jié)果可估讀到1/1000mm。光學(xué)測微目鏡。讀數(shù)顯微鏡等精密測長儀器的設(shè)計(jì)也是基于同樣的原理。千分尺主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)微動螺旋桿（固定套筒）和一個(gè)與活動套筒相聯(lián)的測量軸，如圖1-2所示。固定套筒上

4、的主尺刻有兩排線，毫米刻線和半毫米刻線?；顒犹淄矆A周上刻有個(gè)分度，螺距為mm，則每旋轉(zhuǎn)一周，螺桿前進(jìn)（或后退）一個(gè)螺距，而每轉(zhuǎn)動一個(gè)分度，螺桿移動的距離為mm 。常用螺旋測微計(jì)螺距為mm,個(gè)分度，所以螺旋測微計(jì)的分度值為 mm。圖1-2 旋測微計(jì) 1、尺架 2、砧臺 3、測量軸 4、固定套筒5、活動套筒 6、棘輪 7、鎖緊裝置8、絕熱板使用注意事項(xiàng): 1. 測量前須進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)。轉(zhuǎn)動棘輪，使測量軸與砧臺剛好接觸，并聽到“卡、卡、卡”三聲即停止轉(zhuǎn)動棘輪（棘輪作用是防止測桿對被測物產(chǎn)生過大壓力，而導(dǎo)致變形，影響測量值準(zhǔn)確性，同時(shí)也可避免測量桿受到損壞），讀取此時(shí)的示值，即作為零點(diǎn)校準(zhǔn)值（如圖1-3

5、中所示）。要注意零點(diǎn)校準(zhǔn)值的正負(fù)。圖1- 36.5+0.267=6.767mm初讀數(shù)為正值 初讀數(shù)是負(fù)值2 . 在讀取測量值后，應(yīng)對測量值進(jìn)行零點(diǎn)修正，即得出測量結(jié)果：=末讀數(shù)-初讀數(shù)讀數(shù)時(shí)由主尺讀整刻度值，0.5mm以下由活動套筒讀出分格值，并應(yīng)估讀到0.001mm那一位。3. 用畢還原儀器，應(yīng)將螺桿退回幾轉(zhuǎn)，留出空隙，以免熱脹使螺桿變形。螺旋測微計(jì)示值誤差:螺旋測微計(jì)分零級和一級兩類，通常實(shí)驗(yàn)室使用為一級。其示值誤差一級為±0.004mm，零級為±0.002mm。二質(zhì)量稱衡儀器天平天平是利用等臂杠桿原理和零位法，采取比較測量進(jìn)行質(zhì)量測定的儀器。通常根據(jù)天平的精度分為物理

6、天平（普通天平）和分析天平（精密天平）兩類。稱衡時(shí)物體放入天平左盤，右盤放入砝碼，故當(dāng)天平平衡時(shí)，物體的質(zhì)量就等于砝碼的質(zhì)量。圖1-4最大稱量和分度值是天平的兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。物理實(shí)驗(yàn)室常用的物理天平（見圖1-4），其最大稱量為500g，分度值為0.02g。1物理天平這是一種雙盤懸掛等臂式天平。在橫梁的中點(diǎn)和兩端共裝有三個(gè)鋼質(zhì)刀口，中間刀口向下，安置在支柱頂端的瑪瑙刀承上，等臂兩側(cè)處刀口朝上，各懸掛一個(gè)秤盤。一指針固定于橫梁上，當(dāng)橫梁擺動時(shí)，指針下端在支柱標(biāo)牌前擺動。支柱上止動旋鈕可以使橫梁升降，當(dāng)橫梁降下后，支架上有兩個(gè)支銷托住橫梁，使橫梁處于制動位置，中間刀口與刀承分離，避免刀口磕碰磨損。

7、橫梁兩端的平衡螺母和用于天平空載時(shí)調(diào)平衡。橫梁上有50個(gè)刻度和可移動游碼，用于1克以下的稱量。游碼向右移動一個(gè)刻度相當(dāng)于在右盤中加0.02g的砝碼。支柱左邊裝有一個(gè)托盤，用來托住不需稱量的物體（如燒杯等）。 物理天平使用及注意事項(xiàng)：10. 調(diào)水平。旋轉(zhuǎn)天平的底腳螺絲，使立柱后的氣泡移至中間，則力柱已處于鉛直向，此時(shí)水平已調(diào)好。20 .調(diào)零點(diǎn)。游碼移到橫梁左端零刻度線上，轉(zhuǎn)動旋鈕支起橫梁，觀察指針是否停在零位或是否在零位兩邊對稱擺動。如不是可調(diào)節(jié)平衡調(diào)節(jié)螺母和，直至調(diào)到天平平衡為止。3o. 稱量質(zhì)量。首先調(diào)整右盤中砝碼使之與左盤中重物接近平衡，再用游碼細(xì)調(diào)至完全平衡。取放物體、砝碼和移動游碼都應(yīng)先使橫梁處于制動位置。拿取砝碼，須用鑷子，嚴(yán)禁用手。 4o 靈敏度調(diào)整。指針上所附配重G（稱為感量鉈）的位置變化，能夠改變天平的靈敏度。配重上升，靈敏度提高；配重下降，靈敏度降低。 2分析天平 分析天平的構(gòu)造