1、物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用,一、力學(xué)內(nèi)容 2016 年 1 月,2020/9/15,1,實(shí)驗(yàn)一 長度的測量 實(shí)驗(yàn)二 物體密度的測定 實(shí)驗(yàn)四 用單擺法測量重力加速度,2020/9/15,2,實(shí)驗(yàn)二. 長度的測量,1.了解測量長度量的基本工具和方法,2020/9/15,3,（1）游標(biāo)卡尺,（2）千分尺 （螺旋測微計(jì)）,（3）讀數(shù)顯微鏡,游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu),圖 2-1,2020/9/15,4,1深度尺,2主尺,3尺框,4固定螺栓,5外量爪,6游標(biāo),7內(nèi)量爪,2020/9/15,5,外量爪,內(nèi)量爪,深度尺,數(shù)顯式游標(biāo)卡尺,常用游標(biāo)有十分、二十分、五十分三種規(guī)格,十分游標(biāo)：游標(biāo)上有10個(gè)分格，其總長正好等于主尺的

2、9個(gè)分格。主尺上一個(gè)分格是 1 mm，因此游標(biāo)上10個(gè)分格的總長等于 9 mm它一個(gè)分格長度是 0. 9 mm，與主尺一格的寬度之差（游標(biāo)分度值）為 0. 1 mm。 同理，二十分游標(biāo)與主尺上19格對(duì)應(yīng)，每一小格為0.05 mm. 五十分游標(biāo)與主尺上49格對(duì)應(yīng)，每一小格為0.02 mm.,2020/9/15,十分游標(biāo),0.2mm,2020/9/15,0.6mm,4mm,4.6mm,2020/9/15,0.9mm,1mm,1.9mm,2020/9/15,10,考古挖掘出古代游標(biāo)卡尺的雛形， 在公元一世紀(jì)初的新莽（東漢）時(shí)期。,現(xiàn)原物展出于江蘇省揚(yáng)州博物館,2. 螺旋測微計(jì)（千分尺）,千分尺的結(jié)構(gòu)

3、,1. 測砧 2. 測微螺桿 3. 固定套筒 4. 微分筒 5. 測力裝置 6. 鎖緊裝置 7. 護(hù)板 8. 后蓋,圖 2-4,2020/9/15,12,千分尺的讀數(shù)原理,讀千分尺和讀游標(biāo)尺一樣，也分三步： 讀整數(shù) 讀小數(shù) 求和,2020/9/15,13,3.5+0.182=3.682,螺旋測微計(jì)的讀數(shù) 4.0+0.183 4.5+0.187 1.5+0.478,2020/9/15,15,螺旋測微計(jì)的放大原理是怎樣的？,螺絲和螺絲帽的形式,1.圓周運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的過程,2.將螺距展開成圓周長,3. 讀數(shù)顯微鏡,讀數(shù)顯微鏡的結(jié)構(gòu)和測量原理 讀數(shù)顯微鏡的使用方法,2.鼓輪讀數(shù),1.主尺讀數(shù),螺旋

4、測微裝置,從顯微鏡中看到的玻璃標(biāo)尺圖象,注意其中的斜十字準(zhǔn)線 和一平行雙線 定標(biāo)的作用,從顯微鏡中看到的印刷電路的圖象,用顯微鏡測出其中 一端銅帛的尺寸 具體測量與讀數(shù),思考題,如何利用細(xì)鐵絲和測長工具來測量開口比較小的管子內(nèi)部體積？請(qǐng)寫出實(shí)驗(yàn)方案,2020/9/15,20,細(xì)鐵絲,思考題,2. 如何用細(xì)鐵絲、測長工具和計(jì)時(shí)工具來測 量直香燃燒的速度？請(qǐng)寫出實(shí)驗(yàn)方案,2020/9/15,21,細(xì)鐵絲,思考題,3. 某一游標(biāo)卡尺主尺上一格的寬度是 1 mm，游標(biāo)尺上 20 個(gè)分格的總長等于主尺上 19 個(gè)分格，則該游標(biāo)卡尺的游標(biāo)分度值為（） A. 0.10 mm B. 0.05 mm C. 0.

5、02 mm D. 0.01 mm 4. 用游標(biāo)分度值為 0.05 mm 的游標(biāo)卡尺測量某一物體的長度，得到的正確的數(shù)據(jù)為（） A. 56.8 mm B. 56.875 mm C. 56.88 mm D. 56.90 mm,B,D,2020/9/15,22,思考題,5. 讀數(shù)顯微鏡是用于精確測量微小長度的專用顯微鏡。它主要由兩部分組成，一部分是用于觀察的顯微鏡，另一部分是用于測量的（） A. 毫米尺 B. 游標(biāo) C. 調(diào)焦手輪 D. 螺旋測微裝置 6. 讀數(shù)顯微鏡中用于精確測量微小長度的螺旋測微裝置的主要組成部分包括（） A. 標(biāo)尺 B. 調(diào)焦手輪 C. 測微鼓輪 D. 讀數(shù)準(zhǔn)線,D,ACD,2

6、020/9/15,23,思考題,7. 用讀數(shù)顯微鏡精確測量微小長度時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意的有（） A. 被測兩點(diǎn)間連線必須和顯微鏡筒的移動(dòng)方向平行 B. 被測兩點(diǎn)間連線必須和顯微鏡筒的移動(dòng)方向垂直 C. 測量時(shí)若超過了被測目標(biāo)，應(yīng)反方向轉(zhuǎn)動(dòng)測微鼓輪使十字叉絲對(duì)準(zhǔn)目標(biāo) D. 測量時(shí)必須向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)測微鼓輪,AD,2020/9/15,24,思考題,8. 螺旋測微計(jì)初讀數(shù)如圖1（a）所示， 其值為mm，測量物體時(shí)，讀數(shù)如圖1（b）所示，其值為 mm，則待測物體的長度為mm。,-0.011,1.977,1.988,2020/9/15,25,實(shí)驗(yàn)二. 物體的密度測定,實(shí)驗(yàn)室常用的質(zhì)量稱量工具,物理天平,托盤天平

7、,天平測量物體時(shí)采用的幾種方法,1.復(fù)稱法 2.交換法（考慮不等臂） 3.替代法 4.減碼法,測量物體密度的一般方法,1. 用天平和量筒測固體的密度 =m/V 2. 用天平和量筒測液體的密度 =(mm0)/V 3. 用天平和比重瓶測氣體的密度 =(m1m2)/V 4. 用流體靜力稱衡法測固體的密度 =m10/(m1m2) 5. 如果將上述固體懸設(shè)在某待測液體中，設(shè)天平平衡時(shí)的 砝碼示值為M3，則可求待測液體的密度，它等于 =(m1m3)0/(m1m2) 6. 用比重瓶法測液體的密度 比重瓶的容積 V=(m3m1)/0 待測液體的密度 =(m2m1)0/(m3m1) 7. 同樣可用比重瓶法測量微

8、小顆粒固體的密度 =m10/(m1+m2m3),用天平和量筒測量 測量公式 測量步驟 調(diào)節(jié)天平的水平和零點(diǎn)（氣泡在中央、指針在零點(diǎn)） 稱出待測固體的質(zhì)量m ； 在量筒內(nèi)灌入一定量的水，并讀出液面的讀數(shù)V1 ； 將待測物體放入量筒內(nèi)的水中，讀出液面的讀數(shù)V2 ； 求出固體的體積V=V2-V1 ； 代入公式 計(jì)算出密度 。,固體密度的測量（銅塊、鋁塊）,流體靜力學(xué) 測量公式 m1-空氣中的質(zhì)量； m2-浸沒在水中測出的質(zhì)量； 推導(dǎo)： 浸沒在水中時(shí)有： m2g+0vg=m1g ,比重瓶法測量鉛粒的密度 測量公式 m1-鉛粒在空氣中的質(zhì)量 m2-水+比重瓶的總質(zhì)量 m3-水+比重瓶+鉛粒的總質(zhì)量 排出

9、水的質(zhì)量：m1+m2-m3 水的體積=鉛粒的體積 則鉛粒的密度:,2020/9/15,33,物體密度的測定,2020/9/15,34,排水法,2020/9/15,35,如何轉(zhuǎn)換法思維？,2020/9/15,36,如果,含義是什么？,2020/9/15,37,在液面處做一標(biāo)記， 同時(shí)測出結(jié)果：,2020/9/15,38,再反置懸掛螺絲， 將標(biāo)記與液面相切，測出結(jié)果：,2020/9/15,39,金屬棒,如果金屬棒的質(zhì)量 天平的量程，怎么轉(zhuǎn)換法思維？,2020/9/15,40,2020/9/15,41,那又怎么辦？,2020/9/15,42,稱量的物體質(zhì)量超出天平量程,稱量的物體采用分擔(dān)的方式,重的

10、一端測出的結(jié)果,？,2020/9/15,43,如果被測的物體是不能排水的，怎么測出體積？,譬如：石蠟、多孔泡沫塑料、海綿等,聚乙烯蠟,石蠟,泡沫塑料,海綿,2020/9/15,44,對(duì)于不變形的吸水材料,可采用吸水飽和法求得體積,思考題,1. 測一固態(tài)物體的密度時(shí)，先用天平測得其在空氣中的質(zhì)量為 26.73克，再將該物體浸沒在水中，此時(shí)天平的讀數(shù)為 23.72克，已知水的密度為 1.00 g/cm3 ，則該物體的密度為（） A. 8.88 g/cm3 B. 3.01 g/cm3 C. 23.72 g/cm3 D. 26.73 g/cm3 2. 用流體靜力稱衡法測固體的密度時(shí)，必須測量的物理量是

11、（） A. 固體的體積 B. 固體的質(zhì)量 C. 燒杯的溶積 D. 液體的質(zhì)量,A,B,2020/9/15,45,思考題,3. 用天平測得：空比重瓶的質(zhì)量為 26.15 g，比重瓶內(nèi)加入小固體后的總質(zhì)量為 35.51 g，比重瓶加入小固體再加滿水后的總質(zhì)量為 84.61 g，比重瓶僅盛滿水后的質(zhì)量為 76.45 g，已知水的密度為 1.00 g/cm3 ，則由此可知，該小固體的體積為（） A. 9.36 cm3 B. 8.16 cm3 C. 1.20 cm3 D. 1.15 cm3,C,2020/9/15,46,思考題,4. 用比重瓶法測量酒精的密度，測得空比重瓶的質(zhì)量為m1，比重瓶盛滿酒精后的

12、質(zhì)量為m2，比重瓶盛滿水后的質(zhì)量為 m3，已知水的密度為 0 ，則酒精的密度為（） A. B. C. D.,D,2020/9/15,47,思考題,5. 用靜力學(xué)稱衡法測某固體密度的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)稱量它浸入流體中的質(zhì)量時(shí)，若被測物緊靠盛液杯或與杯底接觸，實(shí)驗(yàn)結(jié)果將 （） A. 偏大B. 不變 C. 偏小D. 隨時(shí)間變化,C,2020/9/15,48,實(shí)驗(yàn)四. 用單擺法測量重力加速度,L,單擺實(shí)驗(yàn),上海地區(qū)g0=979.4cm/s2,涉及到時(shí)間測量和擺長測量的問題,測量時(shí)間的方法,測量擺長的方法,秒表 光電門計(jì)時(shí) 霍爾傳感器計(jì)時(shí),鏡尺 直尺 游標(biāo)卡尺,分析重力加速度、擺長、擺動(dòng)周期之間的關(guān)系,計(jì)時(shí)分析

13、：,1.實(shí)驗(yàn)用的機(jī)械秒表每小格為0.2秒；,2.人的反應(yīng)時(shí)間是0.150.4秒，考慮0.2秒；,3.取擺長為1.00米，則單擺周期約為2.0秒；,4.若僅測量一次周期來考慮，將引入計(jì)時(shí)誤 差約10%；,5.考慮 T20.5% 至少要測量30次周期；,6.考慮 T20.5% 的依據(jù)是什么？,7.從單擺的運(yùn)動(dòng)特性來考慮，即：,研究單擺的運(yùn)動(dòng)特性,若要求T2的誤差小于0.5%，需考慮以下各項(xiàng)中最大極限設(shè)有0.1%的誤差， 還要考慮相互間的關(guān)系，則：,考慮空氣阻力的因素,考慮擺球大小的因素,考慮擺線質(zhì)量的因素,考慮擺球擺角的因素,思考：測出重力加速度的結(jié)果，如有0.1%的誤差，你認(rèn)為怎樣？,思路：,（

14、上海地區(qū)=9.794米/秒2）,-9.784米/秒2,+9.804米/秒2,緯度800以上北極地區(qū)=9.832米/秒2,緯度00 赤道地區(qū)=9.780米/秒2,緯度450 海平面=9.80665米/秒2,緯度約310 附近,約70在南沙群島附近,約420在沈陽和長春間,對(duì)此結(jié)果你滿意嗎？,實(shí)驗(yàn)器材,2020/9/15,54,實(shí)驗(yàn)器材,2020/9/15,55,思考題,1. 測單擺周期，第一次取擺長為 1.00 m，測得單擺周期為 2.007 s，第二次測試時(shí)改變了擺長，測得單擺周期為 2.408 s，則第二次測試時(shí)的擺長約為（） A. 1.10 m B. 1.20 m C. 1.40 m D. 1.44 m 2. 決定單擺周期大小的因素有（） A. 小球的質(zhì)量 B. 擺線的長度 C. 重力加速度 D. 擺動(dòng)的幅度,BC,D,2020/9/15,56,3. 驗(yàn)證 的正確性，在擺幅很小時(shí)測得不 同擺長 Li 對(duì)應(yīng)的周期 Ti ，作