螺旋测微器和游标卡尺的使用

螺旋测微器和游标卡尺的使用 长度、质量测量是最基本的测量之一，科学实验和生产实践中许多测量都与长度、质量 测量有关。不少定量的物理仪器，其标度均按一定长度来划分，比如，用温度计测温度和用 电流表或电压表测电流或电压时，就是准确观测水银柱在温度标尺上的距离和电表指针在表 头标尺上的距离来量度的。 长度测量的仪器和方法有多种多样， 最基本的测量工具要算米尺、 游标卡尺和螺旋测微计。如果所要测量的物体无法直接接触测量或物体的线度很小且测量要 求准确度很高，则可用其它更精密的仪器（如读数显微镜）或其它更适合的测量方法。测量 物体质量的种类很多，但大多数是以杠杆原理为基础而设计的，如物理天平、分析天平、精 密天平等，也有一些测量微小变化力的秤，根据胡克定律制作，如焦利秤、扭秤等。 【实验目的】 （1）掌握游标卡尺、螺旋测微计和天平的使用方法。 （2）测量物体的密度。 （3）巩固有关误差、实验结果不确定度和有效数字的知识，熟悉数据记录、处理及测量 结果表示的方法。 【实验原理】 1.游标原理及读数方法 游标卡尺是一种能准确到0.1mm以上的较精密量具，用它可以测量物体的长、宽、高、 深及工件的内、外直径等。它主要由按米尺刻度的主尺和一个可沿主尺移动的游标（又称副 尺）组成。常用的一种游标卡尺的结构如图1-1 所示。D 为主尺，E 为副尺，主尺和副尺上 有测量钳口 AB 和 A B ，钳口 A B 用来测量物体内径，尾尺C 在背面与副尺相连，移动副尺 时尾尺也随之移动，可用来测量孔径深度， F 为锁紧螺钉，旋紧它，副尺就与主尺固定了。 A B F D C 0.02mm 图 1-1 游标卡尺构 01234567891011 12 13 cm 造图 游标卡尺的分度原 理：如果用a表示主 E尺最小分度值，用 度N表示游标分 A B 数。 通常设计N个游 标分格的长度与主尺上（vN 1）个分格的总长度相等，利用v倍主尺最小刻度值（va）与 游标上最小刻度值之差来提高测量的精度。游标上最小刻度值为b，则有 Nb  (vN 1)a 其差值为 vN  11 va  b  va a a NN 倍数v称为游标系数，通常取1 或 2。由此可知， 主尺 a 一定时，N越大，其差值（vab）越小，测 a 3241 05 量时读数的准确度越高。 该差值通常称为游标 N 01234567890 的分度值或精度，这就是游标分度原理。不同型 号和规格的游标卡尺，其游标的长度和分度数可 游标 以不同，但其游标的基本原理均相同。本实验室 图 1-2 主尺与游标尺 所用的是游标系数为 1 的 50 分度游标卡尺。 N=50，a=1mm，分度值为 1 =0.02mm，此值正是测量时能读到的最小读数（也是仪器的 50 示值误差） 。如图1-2 所示。 读数时，待测物的长度L可分为两部分读出后再相加。先在主尺上与游标“ 0”线对齐的 位置读出毫米以上的整数部分L1，再在游标上读出不足1mm的小数部分L2，则L  L 1  L2。 1 例如图 1-3 所示的游标尺L2 kmm,k 为游标上与主尺某刻线对得最齐的那条刻线的序数。 N 112 读数为L 1  0，L2 k 0.24mm。所以L  L 1  L2 0.24mm。许多游标卡尺的游标 N50 上常标有数值，L2可以直接由游 12 340 5 标上读出。如图 1-3，可以从游 标上直接读出L2为0.24mm。 7890 05612342.螺旋测微计原理 螺旋测微计是螺旋测微量具 对齐中的一种， 其它还有读数显微镜、 光学测微目镜及迈克尔孙干涉仪 图1-3 50分度游标卡尺 的读数部分也都是利用螺旋测微 原理而制成的。 螺旋测微计是一种较游标卡尺更精密的量具，常用来测量线度小且准确度要求较高的物 体的长度。较常见的一种螺旋测微计的构造如图1-4 所示。 71234568 0 图 1-4 图 1-尺架 待测物 5-螺母 6-固定 8-棘轮 0 45 40 螺旋测微计构造 9 0-25mm 0.01mm 2-固定测砧3- 体4-测微螺杆 套管 套管7-测分筒 9-锁紧装置 该量具的核心部分主 要由测微螺杆和螺母 套管所组成，是利用螺旋推进原理而设计的。测微螺杆的后端连着圆周上刻有 N 分格的微分 筒，测微螺杆可随微分筒的转动而进、退。螺母套管的螺距一般取０.5mm，当微分筒相对于 螺母套管转一周时， 测微螺杆就沿轴线方向前进或后退０ .5mm；当微分筒转过一小格时， 测 0.5 微螺杆则相应地移动mm 距离。可见，测量时沿轴线的微小长度均能在微分筒圆周上准 N 确地反映出来。 比如N=50,则能准确读到0.5/50=0.01mm，再估读一位，则可读到0.001mm，这正是称螺旋 测微计为千分尺的缘故。 圆周分度的读数准线 实验室常用的千分尺的示 20 20 0.5mm分度线 值误差为0.004mm。 15 15读数时，先在螺母套管的 标尺上读出 0.5mm 以上 0mm5 10 0mm 5 10 的读数，再由微分筒圆周 固定标尺的读数准线 （a）（b） 1-5图 螺旋测微计测量长度 上与螺母套管横线对齐的位置上读出不足0.5mm的数值， 再估读一位， 则三者之和即为待测 物的长度。如图1-5 所示。 （a）L=5+0.5+0.150=5.650mm （b）L=5+0.150=5.150mm 3.物体的密度 如果物体的质量为m，体积为V，则物体的密度为： m  V 只要测出物体的质量和体积，根据公式就可以算出物体的密度。 【实验仪器】 普通游标卡尺、数字式游标卡尺、普通螺旋测微计、数字式螺旋测微计、数字式天平及待测 物。 【实验内容】 1．用游标卡尺测量圆管的体积 （1）测量前，先核准游标卡尺的零点。将量爪合拢，检查游标的“ 0”线是否与主尺的“0” 线对齐，如未对齐，则需记下零点读数，以便进行修正。 （2）测量时，用外量爪测外径D1和高 H，用内量爪测内径D2。左手拿待测物，右手持尺， 大拇指轻转小轮，使待测物轻轻卡住即可读数，不要使物体在被卡住时用力移动，以免损坏 量爪。 （3）重复测量圆管的内径、 外径和高各5 次，并记下读数， 同时也记下游标卡尺的示值误差 Δ示。 2．用螺旋测微计测量小球的体积 0 （1）测量前，进行 “零”点核准。在测砧 5 与测杆之间未放物体（小球）时，轻轻转动棘 0 45轮，待听到发出 “轧、轧”之声时即停止转动。 然后观察微分筒 “0” 线与螺母套管的横线是否 对齐。若未对齐，则此时的读数为零读数。零 （a）（b） 读数有正、 负， 测量结果需予以修正。 如图 1-6 图1-6螺旋测微计测量小球体积 所示。 （a）D0=0.021mm （b）D0=-0.029mm （2）测量时，将待测物放于测砧与测杆之间，转动微分筒，当测杆与待测物快要接触时，再 轻转棘轮，听到“轧、轧”声音时停止转动，进行读数。 （3）重复测小球直径5 次，记下每次的读数及螺旋测微计的示值误差。 （4）测量完毕后， 要使测砧与测杆之间留有一定的空隙， 以免受热膨胀时两接触面因挤压而 被损坏。 3．用数字式游标卡尺、数字式螺旋测微计测量铜棒的体积 （1