力热实验基本资料

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1、二、力学热学试验基础知识１　长度测量器具　　长度测量是最基本的测量，除用图形和数字显示的仪器外，大多数测量仪器都要转化为长度（包括弧长）显示。因而能正确测量长度，快捷准确地读各种分度尺是实验工作的最基本技能之一。　　实验中常用的长度测量器具有米尺（钢直尺、钢卷尺）、游标卡尺、螺旋测微器、移测显微镜和测微目镜等。　　１）米尺　　在准确度要求不高的场合，可以使用木制或塑料米尺。实验室中一般使用比较准确的钢直尺和钢卷尺。它们的分度值为１ｍｍ，测量时常可估读到０.１ｍｍ。为了避免米尺端面磨损引起的零位误差，一般不使用米尺的端面作为测量起点，而是选择米尺上的某一刻度作为起点，测量时应把米尺的刻

2、度面与待测物体贴紧（处在同一平面内），以尽量减小读数视差引起的测量误差。　　根据国标ＧＢ９０５６—８８规定，钢直尺的示值误差限Δ＝（０.０５＋０.０１５Ｌ）ｍｍ式中：Ｌ是以ｍ为单位的长度值，当长度不是ｍ的整数倍时，取最接近的较大整数倍。　　例如，所测长度为３０.２ｍｍ，取Ｌ＝１，Δ＝０.０６５ｍｍ；所测长度为１９８.７ｃｍ时，取Ｌ＝２，则Δ＝０.０８ｍｍ。　　使用钢卷尺测量时，其示值误差限可按国标ＧＢ１０６３３—８９的规定计算。自零点端起到任意线纹的示值误差限为Ⅰ级Δ＝（０.１＋０.１Ｌ）ｍｍⅡ级Δ＝（０.３＋０.２Ｌ）ｍｍ式中：Ｌ是以ｍ为单位的长度值，当长度不是ｍ的整数倍时，取接近

3、的较大的整数倍。　　例如，使用Ⅰ级钢卷尺测量长度为７８６.３ｍｍ时，计算Δ的公式中取Ｌ＝１，即Δ＝０.２ｍｍ。　　实际上，在使用钢直尺和钢卷尺测量长度（或距离）时，常常由于尺的纹线与被测长度的起点和终点对准（瞄准）条件不好，尺与被测长度倾斜以及视差等原因而引起的测量不确定度要比尺本身示值误差限引入的不确定度更大些。因而常需要根据实际情况合理估计测量结果的不确定度　　２）游标卡尺　　为了克服使用钢直尺测量时与工件比齐和小数位估读的困难，人们设计了游标卡尺，其结构如图２．２—１所示。主尺仍是钢制毫米分度尺，主尺顶头连有量爪Ａ和Ｅ，在主尺上套一可滑动的游标附尺，其上附有量爪Ｂ和Ｆ，游标附尺

4、背面还连有一测杆Ｃ。沿主尺推动游标附尺时，量爪Ａ、Ｂ张开，量爪Ｅ、Ｆ错开，测杆Ｃ从尺端探出同样的距离，因而利用游标卡尺可方便地测量内外圆直径和孔槽的深度。图２．２—１　游标卡尺　　游标卡尺最主要的特点是在游标附尺上刻有游标分度，用来准确地读出毫米以下的小数测量值。常用的游标卡尺有１０分度、２０分度和５０分度３种，对应的分度值为０.１ｍｍ、０.０５ｍｍ和０.０２ｍｍ。　　（１）游标读数原理。下面以分度值为０.０５ｍｍ的游标卡尺为例，具体说明游标的分度方法和读数原理。当使游标卡尺的量爪Ａ、Ｂ并合时，游标上的０刻线正对主尺上的０刻线（见图２．２—２）。游标上有２０个分度，总长为３９ｍｍ。这

5、样，游标上每个分度的长度为１.９５ｍｍ，它比主尺上二个分度差０.０５ｍｍ。当游标附尺向右移０.０５ｍｍ，则游标上第一条分度线就与主尺２ｍｍ刻度线对齐，这时量爪Ａ、Ｂ张开０.０５ｍｍ；游标向右移０.１０ｍｍ，游标第二分度线就与主尺４ｍｍ刻度线对齐，量爪Ａ、Ｂ张开０.１０ｍｍ，依次类推。所以游标附尺在１ｍｍ内向右移动的距离，可由游标中哪一条分度线与主尺某刻线对齐来决定，看是第几条分度线与主尺刻线对得最齐，游标附尺向右移动的距离就是几个０.０５ｍｍ。图２．２—３是图２．２—１中游标位置的放大图，待测物体长度的毫米以上的整数部分看游标“０”刻线指示主尺上的整刻度值，图中所示为１４ｍｍ，毫米以

6、下的小数部分通过观察游标附尺的２０条分度线来决定，图示为第９条分度线与主尺刻度线对得最齐，因而游标附尺的“０”刻线比主尺１４ｍｍ刻线还错过０.４５ｍｍ，即物体的长度为１４.４５ｍｍ。图２．２—２　游标总长图２．２—３　游标卡尺的读数　　除了游标卡尺外，许多测量仪器也常使用游标读数装置，有直尺游标，还有用在弧尺上的角游标，因而有必要进一步说明游标分度的一般原理。　　如果用ａ表示主尺的分度值，用ｎ表示游标的分度数，当ｎ个游标分度的总长与主尺上（νｎ－１）个分度值相等时，则每个游标分度的分度值式中：ν称为游标系数，一般取１或２。前述０.０５ｍｍ分度的游标卡尺就是ν＝２的例子。ν取为２的目的

7、是为了把游标刻线间距放大一些以便于读数。　　游标卡尺的分度值定义为ν倍主尺分度值（νａ）与游标分度值（ｂ）之差，即可见游标卡尺的分度值只与游标的分度数ｎ和主尺分度值a有关。　　（２）游标量具的读数方法。使用带有游标装置的量具时，必须首先弄清游标装置的分度值a/n。读数时以游标的零刻线为基线，先读出游标零刻线前主尺上整刻度值l0，然后再仔细观察哪一条游标刻度线与主尺刻线对得最齐，若确定为第ｋ条，则测量的结果便是。　　（３）游标卡尺的示值误差限。在正确使用游标