第四章刚体的转动.doc

长度和密度的测量 长度是最基本的物理量。在各种各样的长度测量仪器中，它们的外观虽然不同，但其标度大都是以一定的长度来划分的。对许多物理量的测量都可以归为对长度的测量，因此，长度的测量是实验测量的基础。在进行长度的测量中，我们不仅要求能够正确使用测量仪器，还要能够根据对长度测量的不同精度要求，合理选择仪器，以及根据测量对象和测量条件采用适当的测量手段。 密度是表征物体特征的重要物理量，因而密度的测量对物体性质的研究起着重要的作用。对于规则的物体，用物理天平测出其质量，用测量长度的方法测出其体积，即可测量出物质的密度。 [实验目的] 游标卡尺、螺旋测微计的原理。 掌握游标卡尺、螺旋测微计、物理天平的使用方法。 学习一般仪器的读数规则，掌握不确定度及有效位数的基本概念。 [实验仪器] 游标卡尺，螺旋测微计，物理天平，待测圆柱体 [实验原理] 游标卡尺 游标卡尺主要由主尺和游标两部分组成。游标是在主尺上附加一个能滑动的有刻度的小尺。读数时，主尺上直接读出主尺最小刻度以上的整数部分；游标上读出主尺最小刻度以下的数值。 游标上ｎ个分格的总长度与主尺上（ｎ－１）个分格的总长度相等，以ｘ，ｙ分别表示游标与主尺上的每一格的长度，因此。如图１-１所示是游标上ｎ＝10的情形。  图1-1 游标卡尺原理示意图 主尺与游标上每个分格之差为  σ ＝ｙ－ｘ＝ ｙ 称为游标的精度(亦叫测量的准确度)，是游标卡尺的最小读数值，它可以准确地读到主尺最小分格值的。 常用游标的分格值有 1/10 、1/20 、1/50几种，相应的分度值为0.1mm 、0.05mm、 0.02mm。 测量时，根据游标“0”线所对主尺的位置，可在主尺上读出物体长度以毫米为单位的整数部分，毫米以下的长度部分由游标读出，用游标卡尺测量长度L的一般表达式为： 式中K是游标的“0”线所在处主尺上的整毫米数，a主尺的最小分度值，n是游标的第n条线与主尺的某一条线对齐（或最靠近）。是游标卡尺的准确度，第二项n就是从游标上读出的毫米以下的长度部分。如图1-2中游标卡尺的读数为4.60mm。 图1-2 游标卡尺的读数 二、螺旋测微计（千分尺） 螺旋测微计是比游标卡尺更精密的长度测量仪器。它的量程是25mm，分度值是0.01mm。螺旋测微计结构的主要部分是微动螺旋杆，螺距是0.5mm。因此，当螺旋杆旋转一周时，它沿轴线方向只前进0.5mm。螺旋杆是和螺旋柄相连的，在柄上附有沿圆周的刻度（微分筒）共有50个等分格。当螺旋柄上的刻度转过一个分格时，螺旋杆沿轴线方向前进0.5/50 mm，即0.01mm。 螺旋测微计的读数可分为三步：首先读出主尺上的刻线部分；其次读出套筒上的整刻度数；最后估计套筒最小刻度以下部分的数值。如图1-3(a)和(b)中螺旋测微计的读数就是采用这种规则读出来的，它们的读数分别为4.155mm和5.730mm。 图1-3 螺旋测微计的读数 操作步骤 １．用游标卡尺测圆柱体的高度h，用螺旋测微计测圆柱体的直径ｄ，用物理天平测圆柱体的质量ｍ，各测５次，算出各量的平均值以及不确定度，表格自拟。 ２．用公式=,算出圆柱体的密度平均值、不确定度。 三、注意事项 １.使用游标卡尺时，量爪要卡正物体，手的推力要轻，以免尺框产生倾斜现象；读数时要仔细寻找主尺与游标对齐的刻线，同时读数时尽量正视尺身刻度，避免视差。  ２.螺旋测微计在使用前，应先将两测量面合拢，读取零点误差，并分清是正误差还是负误差，最后用以修正测量值。测量时，当测砧与测杆（或待测物）距离较大时，可以旋动微分筒使螺杆前进，当测量面与待测物体快要接触时，应轻轻转动测力装置，当听到“喀、喀”的打滑声后，就可以停止转动开始读数。放入待测物体时，要使螺杆中心线跟待测物的被测长度方向一致，读数时要注意防止读错整圈数。  ３.使用物理天平称衡物体质量时，称衡前要进行调整。首先，调整水平。调节底脚螺丝，使水平器的气泡移至中央位置。其次，调整零点。先将游码移到横梁左端零线上，支起横梁，观察指针是否停在中间位置，如不在中间位置，可以调节平衡螺母，使指针指向中间位置。称衡时，被称物体放在左盘，砝码放在右盘，加减砝码，必须使用镊子。放取物体和砝码时，移动游码或调节水平时，都要将横梁止动，以免损坏刀口。 [问题讨论] 说明在用游标卡尺和螺旋测微计测量时,可能出现哪些误差？ 简述游标卡尺、螺旋测微计的读数原理。 简述物理天平的调整步骤及注意事项。 用三线扭摆测量刚体的转动惯量 [实验目的] 1）学会正确测量长度、质量和时间的方法 2）学会用三线扭摆法测定圆盘和圆环绕对称轴的转动惯量 3）验证转动惯量的平行轴定理 4）加深对转动惯量概念的理解，明确物体