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游标卡尺与螺旋测微器原理及使用详解
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更新于2024-07-07
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实验一:物体密度的测定是大学物理实验中的一个重要部分,它涉及到基础的长度测量技术,如游标卡尺和螺旋测微器的使用。这两款工具在精密测量中起着关键作用。 预习题详细解析: 1. 游标卡尺: - 测量原理:游标卡尺通过主尺和游标上的刻度差来提供更高的精度。游标上的刻度间距设计成比主尺的间隔略小,如教材中提到的49mm对50格的游标卡尺,其精度为0.02mm。读数时,游标与主尺对齐的刻度数相加,减去游标上的一格,得到精确值。 - 使用注意事项:操作时需轻握待测物体,防止磨损量爪;测量时物体不可滑动,确保读数准确;游标卡尺有不同的用途,如外量爪用于测量厚度或外径,内量爪测内径,深度尺测槽深。 2. 螺旋测微器(千分尺): - 测量原理:螺旋测微器利用螺纹的精密配合,通过活动套筒的旋转角度来测量微小长度。活动套筒每转动一圈,测量轴移动一个螺距,比如0.5mm的螺距,活动套筒每转一格即移动0.01mm,加上估读,可达到0.001mm的精度。 - 使用注意事项:测量时,要确保测量轴已牢固夹住物体,通过棘轮控制,避免直接转动活动套筒导致误操作;测量前务必进行零点校准。 关于胶片长度的测量,由于实验条件可能使得仪器精度足够高,或者对测量结果的准确性要求不高,或者由于某些实际限制无法重复测量,因此可以仅进行一次测量。这符合预习题中列举的三种无需多次测量的情况之一。 通过这个实验,学生不仅可以掌握这两种常见测量工具的使用方法,还能了解测量误差控制和精度要求,这些都是理解物理学实验基础的关键步骤。同时,实验过程中还会涉及密度的计算,如通过测量物体的质量和体积来推算其密度,这对于理解和应用物理定律具有重要意义。
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指针偏转方向,但对偏转格数没有影响。总之,改变电源极性对测量结果没有影响。
2.影响单臂电桥测量误差的因素有哪些?
答: ( 1)电桥灵敏度的限制,(2)电阻箱各旋钮读数的准确度等级( 3)电阻箱各旋钮的残余电阻(接触电阻)
实验九 液体粘滞系数的测定
【预习题】
1.在一定的液体中,若减小小球直径,它下落的收尾速度怎样变化?减小小球密度呢?
答:在一定的液体中,小球下落的收尾速度与小球的质量和小球最大截面积有关。
即
化简后得:
m V
4 r
3
K
3
v
收尾
= K K
2 r 2s r
v
收尾
=
2
K
r
3
从上式可见,小球的收尾速度与小球半径和密度的平方根成正比,其中 K 为比例系数。
2.试分析实验中造成误差的主要原因是什么?若要减小实验误差,应对实验中哪些量的测量方法进行改进 ? 答:在实验中,小球的半径 r 和下落速度
v
收尾
是对粘滞系数 测量误差影响最大的两个因素。
(1)小球直径的测量:因为该量的绝对量值较小,如测量仪器选用不当或测量方法不当都会造成测量的相对误差较大。应选用规则的小球,
小球直径尽量小些。测量仪器的精度要较高。如选用螺旋测微器,读数显微镜。
(2) v
收尾
的测量: v
收尾
的测量又决定于测量距离 S 和 t 这两个量的测量。在可能的条件下,增加 S 的量值是很重要的(即提高了本身测量精度,
又提高了 t 的测量精度);在 t 的测量中,秒表的启动和停止的判断果断,直接影
响测量结果,实验前可进行训练。当然改进测量方法,如用光电计时装置,可提高 t 的测量的准确度。
(3)温度对液体的粘滞系数的影响极大,故在用一组小球测量液体粘滞系数时,在第一个小球下落前要测量
一次液体温度,最后一个小球下落后又要测量一次液体温度,取其平均值为液体粘滞系数测量时的温度。
【思考题】
1.什么是粘滞阻力?
答:液体流动时, 流速层间的内摩擦力 f 与摩擦面积 S、速度梯度
dv
成正比: f S
dv
或 f S
dv
, 比例系数
dr dr dr
称为粘滞系数。单位为帕斯卡·秒,用 Pa·s 表示。
2.什么是收尾速度?
答:做直线运动的物体所受合外力为“ 0”时所具有的速度。在这一时刻后物体将以“收尾速度”作匀速直线运动。
3.在实验中如何确定 A、B 两标线?
答:确定小球下落时合适的计时点(
A 点)十分必要,可根据小球由液面从静止状态开始下落的运动方程:
mg
0
Vg f ma 来进行分析讨论。式中:浮力为
0
Vg(
0
为液体的密度; V 为小球的体积)、粘滞阻力为 f 。导出
小球由液面从静止状态开始下落到合外力为“
0”时的这距离 h 的计算公式:
h 1.11
10
4r
4
22 (1)
为小球的密度,
/
为液体的密度, 为液体粘滞系数(可进行粗测,也可通过查表得到) 。一般地计时起点的的位置( A 点)在液面下方 5㎝就
能实现小球匀速下落。至于下标线 B 点的位置在保证离容器底部有一定距离情况下尽可能增大 S 的距离。
实验十 模拟法描绘静电场
【预习题】
1.用二维稳恒电流场模拟静电场,对实验条件有哪些要求?
答:(1)稳恒场中电极形状与被模拟的静电场的带电体几何形状相同。
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(2)稳恒场中的导电介质应是不良导体且电阻率分布均匀,电流场中的电极(良导体)的表面也近似是一个等位面。
(3)模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。
2.等势线与电场线之间有何关系?
答:等势线与电场线处处正交。
3.如果电源电压增加一倍,等势线和电场线的形状是否变化?电场强度和电势分布是否变化?为什么?
答:电源电压增加一倍,等势线和电场线的形状不变,但原先电势为 U 的等势线变为电势为 2U 的等势线。根
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