实验1  长度和密度的测量

长度测量是最基本的物理测量之一，许多物理量的测量常常会转化为对长度的测量。在许多仪器上都装有游标或螺旋测微读数装置，因此我们必须熟练掌握游标卡尺和螺旋测微计的原理和使用方法。在许多实验中，还需要知道物体的质量，因而了解最简单、最常用的物理天平构造，学会用其称量物体质量的方法很有必要的。

【实验目的】

1.       学习正确读数、记录和处理数据；

2.       学习游标和测微螺旋的原理和使用；

3.       了解物理天平的构造，学习使用的方法；

4.       掌握测量规则形状物体的体积和密度的方法。

【实验仪器】

一、长度的测量

1.       米尺

进行比较精确的长度测量时，常用到测量工具——米尺。米尺的分度值为1mm，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见图1-1（a）。A点位置的读数是9.50 cm，B点位置的读数是12.63cm，则 。毫米以下的一位读数（9.50中的“0”和12.63中的“3”）是估读的，在这一位存在误差。

用米尺测量时，应注意以下两点：首先，尽量减小误差，使待测物与米尺的刻度紧贴，如图1-1（a）所示。否则如图1-1（b）所示，因米尺有一定的厚度。测量时从不同的角度去看，会导致读数的差异。其次，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对测量结果引入系统误差。

2.       游标卡尺

在米尺上附加一个能够滑动的有刻度的小尺，叫游标，利用它可以把米尺估读的那一位数值准确地读出来。

游标卡尺主要由两部分构成（见图1-2）：与量爪1，3相连的主尺6（主尺的分度值为1mm）；与量爪2，4及深度尺5相连的是游标7。游标可贴着主尺滑动。量爪1，2用来测量厚度和外径，量爪3，4用来测量内径，深度尺5用来测量槽的深度。它们的读数值，都是由游标的0线与主尺的0线之间的距离表示出来的。8为固定螺钉。

下面介绍游标卡尺的读数原理。游标卡尺在构造上其主要特点是：游标上的n个分格的总长与主尺上个分格的总长相等，设y代表主尺上一个分格的长度，x代表游标上一个分格的长度，则有

                                   （1-1）

那么主尺与游标上每个分格的差值为

                                                         （2-2）

上面式中为游标的分度值，通常称为游标的精度。

对于的游标卡尺，主尺上一分格是1mm，那么游标上10个分格的总长等于9mm，这样游标上一个分格的长度是0.9 mm，，当量爪1，2合拢时游标上的“0”线与主尺上的“0”线重合，如图1-3所示。这时，游标上第一条刻线在主尺第一条刻线的左边0.1mm处，游标上第二条刻线在主尺第二条刻线的左边0.2mm处……，依次类推。这就提供了利用游标进行测量的依据。如果在量爪1，2间放进一张厚度为0.1mm的纸片，那么，与量爪2相连的游标就要向右移动0.1mm，这时游标上的第一条刻线与主尺上的第一条线相重合，而游标上的其他各条线都不与主尺上的任一条线相重合；如果纸厚为0.2mm，那么游标就要向右移动0.2mm，游标上的第二条刻线就与主尺上的第二条刻线相重合……依次类推。反过来，如果游标上的第二条刻线与主尺上的第二条线相重合，那么纸的厚度就是0.2mm，如图1-4所示。

这种把游标等分为10个分格（即）的游标称为“十分游标.”。 常用的还有“二十分游标”、“ 三十分游标”“ 五十分游标”等。

在我们实验室中常用的五十分游标（），即主尺上49mm与游标上50格相当（见图1-5所示），故游标上每一格的长度是，这样主尺上一分格与游标上一分格之差为

即五十分游标分度值（即是精度为0.02 mm的游标）。游标上刻有0，1，2，3，…，9，以便于读数。

当测量大于1mm的长度时，就先从游标卡尺“0”在主尺的位置读出毫米的整数位，再从游标上读出毫米的小数位。即用游标卡尺测量长度l的普遍表达式为

                 

式中，k是游标的“0”线所在处主尺刻度的整毫米数，m是指游标的第m条线与主尺的某一条线重合，y=1 mm。在图1-6所示的情况，。

   在用游标卡尺测量之前，应先把量爪1，2和拢，检查游标卡尺的“0”线是否与主尺“0”线重合，如果不重合，应记下零点读数，加以修正，即待测量。其中为未作零点修正前的读数值，为零点读数。可以为正，也可以为负。

使用游标卡尺时，可以手拿物体，另一手持尺，如图1-7所示。要特别注意保护量爪不被磨损。使用时轻轻地把物体卡住即可读数，不允许用来测量表面粗糙的物体，并切忌把被夹紧的物体在卡口内挪动。

  3. 螺旋测微计

螺旋测微计又称千分尺，它是比游标卡尺更为精密的测长仪器。在实验室中常用来测量小球的直径、金属丝的直径等。

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组成，如图1-8所示。螺母套管2、固定套管4和量砧5都固定在尺架7上，固定套管4上刻有主尺，主尺上刻有一条横线，横线上刻有表示毫米数的刻度，横线下面刻有表示半毫米数的刻线（有的螺旋测微计在横线的下面刻毫米数，在横线的上面刻半毫米数）。测微螺杆1和微分筒3、棘轮旋柄8连在一起，在微分圆筒3上沿圆周刻有50个等分格。螺旋测微的螺距是0.5mm，因此，测微螺杆旋转一周时，它沿轴线方向前进（或后退）0.5mm，而每旋转1格时，它沿轴线方向前进（或后退）0.5/50=0.01mm。由此可见，螺旋测微计的最小刻度是0.01mm，并且还可以估读一位。

测量物体长度时，应先将测微螺杆1退开，把待测物体放在测量面（即5、1间的两平面）之间，然后轻轻的转动棘轮旋柄8，使两测量面刚好与物体接触（可听到咔咔的响声）。读数时，从主尺上读出0.5毫米以上的部分，从微分筒上读出余下的部分（估计到最小分度的十分之一，即千分之一毫米），然后两者相加。例如，图1-9（a）中的读数是5.155mm，图1-9（b）中的读数是5.655mm，两者的差别就在于微分筒的端面位置，前者没有超过5.5mm，而后者超过了5.5mm。

使用螺旋测微计测量时应注意两点：

（1）           当螺旋测微计的两测量面密合时，如果副尺的零线不和主尺的横线对齐时，而是显示某一读数，这个读数称为零点读数。应当注意零点读数的正负，以便对测量数据进行零点修正。

（2）           在校正零点和测长时，不要直接转动测微螺杆1和微分筒3，以免过分压紧。应轻轻的转动棘轮旋柄8，待发出“咔，咔”声时，即可进行读数，棘轮的作用是使测量面刚好与物体接触。

（3）           测量完毕后，应使测量面1、5间留出空隙，以免因为热膨胀而损坏螺纹。

二、质量的测量

物理天平

物理天平如图1-10所示。在物理天平的横梁上装有三个刀口，中间刀口向下，作为横梁的支点，两侧刀口各挂一个秤盘。横梁下面固定一个指针，当横梁摆动时，指针尖端就在支柱下方的标尺前左右摆动。制动旋钮可以使横梁上升或下降，横梁下降时制动架可以把它托住，以免磨损刀口。横梁两端有两个平衡螺母，是天平空载时调平衡用的。横梁上装有游码，用于10克以下的称衡。支柱左边附有托盘，可以托住不被称衡的物体。

物理天平的规格由下面两个参量来表示

（1）        称量：允许称衡的最大质量。

（2）           感量：指天平平衡时，为使指针从标尺的平衡位置产生一小格的偏转，在一端砝码盘需加的最小质量。感量越小，天平的灵敏度越高。

物理天平的操作步骤如下：

（1）           水平调节   调节底脚螺钉，使悬挂的重锤锤尖与底座上的准尖对齐（或使水准仪的气泡居中），这样可使天平底座处于水平，立柱处于铅直状态。

（2）           零点调节   把横梁上的游码移到刻度“0”处，将两空称盘吊钩挂在两端刀口上，制动旋钮顺时针旋转，支起天平横梁，指针将在标尺前左右摆动。如不平衡，应反时针旋转制动旋钮，使横梁支在制动架上，然后调节平衡螺母，反复以上操作，直至指针在标尺前来回摆动，当左右两边的摆幅相等时，天平达到平衡。

（3）           称衡   将待测物放在左边盘内，砝码放在右边盘内，进行称衡。当天平平衡时，被测物体的质量就等于砝码的质量与游码所指值之和（包括估读的一位数字）。

（4）           每次称衡完毕，应将制动旋钮逆时针旋转，放下横梁。全部称完后，将称盘摘离刀口。

使用物理天平的注意事项：

（1）        被测物体的质量不得超过天平的称量。

（2）           为避免刀口受到冲击而损坏，在取放物体和砝码、移动游码或调节天平时，都必须制动天平。只有判别天平是否平衡时才启动天平。

（3）           砝码应用镊子取放，不要用手拿，用过的砝码应随时放回砝码盒中。

【实验原理】

若待测物体是一个外径为D、内径为d、长度为L的圆管壳，其体积为

                                                        （1-1）

若待测物体是一个直径为d、高度为h的圆柱体，其体积为

                                                           (1-2)

若待测物体的质量为m，体积为V，密度为ρ，则

                                                                (1-3)

【数据记录】

（1）       用游标卡尺测量铜圆管外径D、内径d和长度L

游标精度：         

（2）       用螺旋测微计测量铜圆柱体的高h和直径d

螺旋测微计的零点读数              cm

（3）       用物理天平称量铜圆柱体的质量

数据处理：

1. 计算铜管壳的体积              

2. 计算铜圆柱体的体积           

3. 计算铜圆柱体的密度            

要求正确写出测量结果有效数字的位数。

第二篇：针织物密度和线圈长度实验

针织物密度和线圈长度实验

一、目的要求

针织物密度测定与机织物相似，采用往复式织物密度分析镜法。针织物线圈长度用脱散法，并计算出线圈长度。通过试验，掌握测定方法和指标的计算。参阅FZ/T 01031。

二、试验仪器和试样

Y511B往复式织物密度分析计或Y511C织物密度镜、纱线长度测量器、挑针等。试样为光坯汗布（长度大于1m）。

三、试验方法和程序

（一）针织物密度试验

1、将准备好的试样放在平整的桌面上，不可展（拉）长或展宽。

2、织物密度镜在距布边5cm以上的区域选取两面共5个不同部位，分别测量纵向和横向10cm内的线圈数。

（二）针织物线圈长度试验

1、在针织物的适当区间，数100个线圈纵行，并打印做上记号。

2、将印间的纱线从针织物上拆下，脱散的纱线根数略多于测定次数。当编织该针织物的进线路数已知时，则测定次数为进线路数的3倍，而且用同一路编织而成的线圈至少要测量3处。当进线路数未知时，测定次数至少为一个完全组织各路进线的3倍。

3、将拆下的纱线，逐根在纱线长度测量器上测其两记号间的伸直长度。测定时，纱线上所加的初负荷见表1：

表1 测试针织物线圈长度时的初负荷（预加张力）

由于针织物的组织结构不同。后整理的工艺不同，使纱线伸直而不伸长的初张力肯定是有差异的，为了减少因初张力选择不当而带来的长度测量误差，也可采用纱线拉伸曲线作图法来求初张力。

四、试验结果计算

计算平均横密、纵密、线圈长度和未充满系数。