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高中物理力学实验教材及操作说明

前言

物理学是一门以实验为基础的自然科学。力学作为物理学的基石，其概念的建立、规律的发现和理论的完善，都与实验密切相关。高中物理力学实验不仅是对课堂理论知识的验证和深化，更是培养同学们观察能力、动手操作能力、数据分析能力以及科学探究精神的重要途径。

本教材旨在为高中阶段的力学实验提供系统的指导。内容选取了高中物理课程标准中要求的核心力学实验，力求原理阐述清晰、操作步骤规范、数据处理科学，并注重培养同学们的实验素养和问题解决能力。在实验过程中，请务必秉持严谨认真的态度，严格遵守操作规程，仔细观察，如实记录，积极思考。

实验一：长度的测量——游标卡尺与螺旋测微器的使用

实验目的

1.熟悉游标卡尺和螺旋测微器的构造原理，掌握其正确的读数方法。

2.学习使用游标卡尺和螺旋测微器测量不同形状物体的长度、外径、内径或厚度等物理量。

3.体会精密测量仪器的设计思想，培养细致入微的实验习惯。

实验原理

1.游标卡尺：游标卡尺由主尺和附在主尺上能滑动的游标（副尺）构成。主尺的最小分度通常为1毫米。游标上刻有N个分度，其总长度与主尺上(N-1)个最小分度的长度相等。因此，游标卡尺的精确度（分度值）为1/N毫米。测量时，物体的长度等于主尺读数加上游标与主尺对齐刻线对应的游标读数乘以分度值。

2.螺旋测微器（千分尺）：螺旋测微器利用螺旋放大原理。其固定刻度最小分度为0.5毫米，可动刻度（微分筒）上通常有50个分度。当微分筒旋转一周，测微螺杆前进或后退0.5毫米，故其精确度为0.5毫米/50=0.01毫米。测量时，物体的长度等于固定刻度读数（注意半毫米刻度是否露出）加上可动刻度读数（需估读一位）乘以0.01毫米。

实验器材

游标卡尺（常用分度值有0.1mm、0.05mm、0.02mm）、螺旋测微器、待测物体（如金属管、金属丝、小钢球、薄纸片等）、记录纸、铅笔。

实验步骤

A.游标卡尺的使用

1.检查与校零：观察游标卡尺的主尺和游标，确认其分度值。轻轻合拢两测量爪，检查游标的零刻度线是否与主尺的零刻度线对齐。若有偏差，应记录零点读数，并在测量结果中进行修正。

2.测量物体：

*测外径：将物体外径置于外测量爪之间，轻轻夹紧（注意不要用力过猛损坏仪器或压坏物体），拧紧固定螺钉（若有）。

*测内径：将内测量爪伸入物体内部，对称地接触内径两侧，轻轻张开内爪至适当位置，拧紧固定螺钉。

*测深度：将深度尺（尾尺）插入待测深度的孔或槽中，使深度尺的端面与被测物体的表面接触，深度尺的轴线应与被测深度方向一致。

3.读数记录：

*读出主尺上与游标零刻度线对齐的刻度值（取整毫米数），记为L主。

*找出游标上与主尺某一刻度线对齐（或最接近对齐）的刻度线，数出该刻度线到游标零刻度线的格数，记为n。

*计算游标读数：ΔL=n×分度值。

*物体长度L=L主+ΔL。

*重复测量同一物理量3次，取平均值。

B.螺旋测微器的使用

1.检查与校零：旋转棘轮，使测微螺杆与测砧轻轻接触，观察固定刻度的横线与可动刻度的零刻度线是否对齐。若有偏差，记录零点读数（注意正负），并在测量结果中修正。

2.测量物体：

*旋转粗调旋钮，使测微螺杆与测砧间留有适当空隙，将待测物体（如金属丝）置于测砧和测微螺杆之间。

*轻轻旋转棘轮，听到“咔、咔”声时停止，此时物体已被轻轻夹住。

3.读数记录：

*读出固定刻度上露出的刻度值（注意半毫米刻度线是否露出，若露出则加上0.5mm），记为L固。

*读出可动刻度上与固定刻度横线对齐的刻度值，估读到小数点后一位（即0.001mm位），记为n。

*计算可动刻度读数：ΔL=n×0.01mm。

*物体长度L=L固+ΔL。

*重复测量同一物理量3次，取平均值。

数据记录与处理

设计合理的数据表格，记录每次测量的原始数据、零点读数（若有）、修正后的数据，并计算平均值。

示例（游标卡尺测金属管外径）：

|测量次数|主尺读数(mm)|游标对齐格数(n)|游标读数(mm)|测量值(mm)|零点修正(mm)|修正后值(mm)|平均值(mm)|

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