实验一用拉伸法测定金属丝的杨氏模量零点校正值=0零点校正值=0.0023cm零点校正值=-0.0015cm图六千分尺的零点校正值②读数时由主尺读整刻度值，0.5mm以下由微分套筒读出分格值，并估读到0.001mm那一位。③留心主尺上的半毫米刻度线是否露出微分套筒边缘。若是，如图七(A)所示，由主尺读得5.5mm，由微分套筒读得0.237mm，此时测量的读数应为5.737mm；若否，如图七（B）所示，此时由主尺读得的应是5.Omm，由微分套筒读得的还是0.237mm，此时测量的读数则为5.237mm。3.使用注意事项①测量时须用棘轮。测量者转动螺杆时，对被测物所加压力的大小会直接影E25HTTE020(A)(B)读数为5.237mm读数为5.737mm图七半毫米刻度线是否露出套筒边缘时的读数响测量的准确，为此，在结构上加一棘轮作为保护装置。当测微螺杆端面将要接触到被测物之前，应旋转棘轮，直至接触上被测物时，它就自行打滑，并发出“嗒嗒”声，此时即应停止旋转棘轮，进行读数。②读数时应用锁紧装置止动，以免测微螺杆移动而使测量不准。读数完毕后，应随即松开锁紧装置。③手握千分尺的绝热板部分，被测物也尽量少用手接触，以免因热胀影响测量精度。④用毕还原仪器时，应将螺杆退回几转，留出空位，以免热胀使螺杆变形。- 25-
实验一 用拉伸法测定金属丝的杨氏模量 - 25 - 零点校正值=0 零点校正值=0.0023cm 零点校正值=-0.0015cm 图六 千分尺的零点校正值 ②读数时由主尺读整刻度值，0.5mm以下由微分套筒读出分格值，并估读到 0.001mm那一位。 ③留心主尺上的半毫米刻度线是否露出微分套筒边缘。若是，如图七(A)所示 ，由主尺读得5.5mm，由微分套筒读得0.237mm，此时测量的读数应为5.737mm； 若否，如图七(B)所示，此时由主尺读得的应是5.0mm，由微分套筒读得的还是 0.237mm，此时测量的读数则为5.237mm。 3.使用注意事项 ①测量时须用棘轮。测量者转动螺杆时，对被测物所加压力的大小会直接影 0 5 20 25 0 5 20 25 (A) (B) 读数为5.737mm 读数为5.237mm 图七 半毫米刻度线是否露出套筒边缘时的读数 响测量的准确,为此，在结构上加一棘轮作为保护装置。当测微螺杆端面将要接 触到被测物之前， 应旋转棘轮，直至接触上被测物时，它就自行打滑，并发出 “嗒嗒”声，此时即应停止旋转棘轮，进行读数。 ②读数时应用锁紧装置止动，以免测微螺杆移动而使测量不准。读数完毕后 ，应随即松开锁紧装置。 ③手握千分尺的绝热板部分，被测物也尽量少用手接触，以免因热胀影响测 量精度。 ④用毕还原仪器时，应将螺杆退回几转，留出空位，以免热胀使螺杆变形
实验二固体密度的测量一、目的1.熟悉物理天平的构造原理，并掌握正确的使用方法：2.学习用流体静力称衡法测定固体的密度；3.学习单次测量的误差估计和掌握间接法测量的数据处理方法。二、仪器用具物理天平、码组、烧杯、不规则铜块及木块三、仪器简介质量是基本物理量，天平是测量物体质量的仪器，因此也是物理实验基本仪器之一。密度表征了单位体积物体中所含质量的多少，是物质的基本属性之一。本实验通过对物体密度的测量来熟悉物理天平的使用。横梁游码平衡调节螺母吊耳读数指针1500600感量调节器支架托架中柱ha盘梁底板O水平螺钉爱H曼秤盘读数标牌/水准器开关旋钮图一物理天平物理天平的外形如图一所示。在称衡时，把物体放入天平的左称盘，在天平的右称盘放置码。由于物体天平的两臂是等长的，故当天平平衡时，物体的质量就等于码的质量，而码的数值已标出，于是可求得物体的质量。物理天平的横梁上有三个刀口，两侧的刀口向上，用于承挂左右秤盘：而中间-26
- 26 - 实验二 固体密度的测量 一、目的 1.熟悉物理天平的构造原理,并掌握正确的使用方法; 2.学习用流体静力称衡法测定固体的密度; 3.学习单次测量的误差估计和掌握间接法测量的数据处理方法。 二、仪器用具 物理天平、砝码组、烧杯、不规则铜块及木块 三、仪器简介 质量是基本物理量,天平是测量物体质量的仪器,因此也是物理实验基本仪器 之一。密度表征了单位体积物体中所含质量的多少，是物质的基本属性之一。本 实验通过对物体密度的测量来熟悉物理天平的使用。 图一 物理天平 物理天平的外形如图一所示。在称衡时，把物体放入天平的左称盘,在天平的右称 盘放置砝码。由于物体天平的两臂是等长的,故当天平平衡时,物体的质量就等于 砝码的质量,而砝码的数值已标出,于是可求得物体的质量。 物理天平的横梁上有三个刀口,两侧的刀口向上,用于承挂左右秤盘；而中间
实验二固体密度的测量的刀口则可搁在中柱上部的刀承面上，在称衡时，全部重量（包括横梁、秤盘、码及待测物体）都施加在此刀口上。横梁上部刻有游码标尺读数，上面有一个游码可以拨动，相当于码添加在右称盘上。横梁中部装有一根与之垂直的指针，而中柱下部有一读数标牌（该标牌从右到左刻有20个分度，零刻线在右端），通过指针在标尺上所指的读数，可以了解天平是否达到平衡。在底部有一开关旋钮，转动该旋钮可使刀承上下或升降。称衡时，刀承上升托起刀口，横梁即会摆动。平时，应使刀承降下使横梁搁在支架的二托承上，横梁固定不动，中间刀口不受力；而且右（左）称盘的吊耳要放在刀口的左（右）侧，以保护刀口。为了便利实验和衡量工作，在底板左面装有托架，可放置烧杯等。称衡时，转动开关旋钮，刀承上升托起刀口，天平的指针将在停点左右摆动，此时要等待较长的时间才能确定天平静止时指针在标尺上的读数（即称为停点），若指针在中心线两旁连续摆动的幅度为al，b1，a2（注意在读取幅度值时须估读一位），则停点e的位置即可确定为：1(al+a2)+ble=22在使用天平前必须作如下的调整：①调水平：转动天平底部的水平螺钉，使底板上的水准仪中的气泡位于中心，则立柱处于铅垂方向，这时上部刀承口即处于水平方向。这样，在称衡时，刀口就不会滑动。②调零点：用镊子将游码对准零刻度，将左右称盘放在两侧刀口上，在天平空载的情况下，沿顺时针方向缓慢地旋转开关旋钮，使刀承上升托起刀口，此时，天平开启，横梁摆动。观察指针是否以中心线（读数标牌上的读数为10）作等距离摆动，若不是，则沿逆时针方向缓慢地旋转开关旋钮，使刀承下降，关闭天平。然后根据指针摆动时偏离中心线的方向，旋转横梁上左边（或右边）的平衡调节螺母后再次启动天平，仔细观察指针摆动的位置。如此反复调节，直至指针以中心线作等距离摆动，即可读出指针来回的摆点，设为al，b1，a2，即可求出天平在空载情况下的停点eo（称为零点），eo应在（10土1)分度的范围内。便用天平时，被称物体的质量决不能大于天平的最大称量，否则会便天平横梁产生变形，并使刀口刀承受损而降低天平原有的精度。每一台天平都配置有一组相应等级的码，码一般按5、2、2、1的比例组成。对于最大称量为500克的物理天平，其一克以下的码由横梁上的游码来代替。当游码移至横梁最右边处，相当于一克码加在天平右秤盘上：游码在横梁上每移动一分度，相当于在秤盘中增减0.05克码。用镊子把码从码盒中取出后，只能放进天平的称盘，不能随意乱放。拿取码动作要轻，勿将码丢进秤盘。称衡完毕，降下刀承，码要完全归入盒中，并将游码移至左边零刻度处。读础- 27 -
实验二 固体密度的测量 - 27 - 的刀口则可搁在中柱上部的刀承面上，在称衡时,全部重量(包括横梁、秤盘、砝 码及待测物体)都施加在此刀口上。横梁上部刻有游码标尺读数,上面有一个游码 可以拨动，相当于砝码添加在右称盘上。横梁中部装有一根与之垂直的指针,而中 柱下部有一读数标牌(该标牌从右到左刻有20个分度,零刻线在右端),通过指针在 标尺上所指的读数,可以了解天平是否达到平衡。在底部有一开关旋钮,转动该旋 钮可使刀承上下或升降。称衡时，刀承上升托起刀口，横梁即会摆动。平时，应 使刀承降下使横梁搁在支架的二托承上,横梁固定不动，中间刀口不受力；而且右 (左)称盘的吊耳要放在刀口的左(右)侧，以保护刀口。 为了便利实验和衡量工作，在底板左面装有托架，可放置烧杯等。 称衡时,转动开关旋钮，刀承上升托起刀口，天平的指针将在停点左右摆动， 此时要等待较长的时间才能确定天平静止时指针在标尺上的读数(即称为停点),若 指针在中心线两旁连续摆动的幅度为a1,b1,a2(注意在读取幅度值时须估读一位), 则停点e的位置即可确定为: e a a b = + + 1 2 1 2 1 2 ( ) 在使用天平前必须作如下的调整： ①调水平:转动天平底部的水平螺钉,使底板上的水准仪中的气泡位于中心,则 立柱处于铅垂方向，这时上部刀承口即处于水平方向。这样，在称衡时,刀口就不 会滑动。 ②调零点：用镊子将游码对准零刻度，将左右称盘放在两侧刀口上，在天平空 载的情况下，沿顺时针方向缓慢地旋转开关旋钮,使刀承上升托起刀口，此时，天 平开启，横梁摆动。观察指针是否以中心线(读数标牌上的读数为10)作等距离摆 动,若不是，则沿逆时针方向缓慢地旋转开关旋钮，使刀承下降，关闭天平。然后 根据指针摆动时偏离中心线的方向，旋转横梁上左边(或右边)的平衡调节螺母后 再次启动天平，仔细观察指针摆动的位置。如此反复调节,直至指针以中心线作等 距离摆动，即可读出指针来回的摆点，设为 a1, b1, a2,即可求出天平在空载情 况下的停点e0(称为零点)，e0应在(10±1)分度的范围内。 使用天平时，被称物体的质量决不能大于天平的最大称量，否则会使天平横 梁产生变形,并使刀口刀承受损而降低天平原有的精度。 每一台天平都配置有一组相应等级的砝码，砝码一般按5、2、2、1的比例组 成。对于最大称量为500克的物理天平,其一克以下的砝码由横梁上的游码来代 替。当游码移至横梁最右边处,相当于一克砝码加在天平右秤盘上；游码在横梁上 每移动一分度,相当于在秤盘中增减0.05克砝码。用镊子把砝码从砝码盒中取出 后，只能放进天平的称盘,不能随意乱放。拿取砝码动作要轻,勿将砝码丢进秤 盘。称衡完毕,降下刀承,砝码要完全归入盒中,并将游码移至左边零刻度处。读砝
实验二固体密度的测量码时，再读码盒空位，可校对读数，有利于发现误读。不可赤手接触游码、天平横梁、称盘、码等，以免站污导致吸湿，使读数不稳定天平的感量S是指天平的指针从读数标牌的中心平衡位置（这时天平两个称盘上的质量相等，指针在读数标牌的中央）偏转一个最小分度，在某一称盘上所添加的码质量，即S=Am/Ae(g/div)，其中Am为添加的码质量，Ae为指针移动的分度数值。一般说来，感量的大小应该与天平游码读数的最小分度值相适应（例如相差不超过一个数量级）。灵敏度C=1/S是感量的倒数，即天平平衡时，在一个盘中加单位质量后指针偏转的分度数。四、实验内容1.学习调整和使用天平使用前认真了解物理天平的构造和使用注意事项。天平的正确使用可归纳为四句话：调水平；?调零点：●左称物，右置码；●常止动。天平的秤盘中放置物体m和码（m1）后，如果指针的停点（e1）恰好与空载时的零点（eo）相吻合，则可由码数得知物体的质量，即m=m1。然而这种情况却很少见。我们称ei为第一停点，并设ei<eo，于是止动天平，将游码向右移动一小格（使码总数增为㎡2）再进行称衡。如果指针停点为e2，称e2为第二停点（设e2>eo)。因为天平的感量S=(m2-m1)/(e2-e1)，所以被测物体的质量应为m=ml+S(eo-e1)，或m=m2+S(eo-e2)。必须注意：ei和e2应在eo的两边，而且它们与eo之差不能相差太大。例如，称衡某金属物体在空气中的质量m，其称衡的步骤和计算方法如下表所示al/ b1a2码质量(g)e=[(al+a2)/2+b1]/2(div)感量S(g/div) 8.812.212. 20 (空载)e0=10. 5S=(58.90-58.85)/8. 012.012. 0m1=58.85e1=10. 0(11. 5-10. 0)13.010.112.8=0.033 (g/div)m2=58.90e2=11.5于是得：m=m1+S(eo-e1)=58.85+0.033（10.5-10.0)=58.87（g）或：m=m2+S(e0-e2)=58.90+0.033(10.5-11.5)=58.87(g)由于要在天平指针的摆动中确定指针在读数标牌上的读数，故的单次测量的标准偏差可估计半个分度(div)乘感量，即：m=0.5S=0.02g。所以：m±m=(58.87±0.02)g在以下测定物体密度的实验中，各种质量的称衡都必须采用这种方法。- 28 -
实验二 固体密度的测量 - 28 - 码时,再读砝码盒空位,可校对读数,有利于发现误读。不可赤手接触游码、天平横 梁、称盘、砝码等,以免玷污导致吸湿,使读数不稳定. 天平的感量S是指天平的指针从读数标牌的中心平衡位置(这时天平两个称盘 上的质量相等，指针在读数标牌的中央)偏转一个最小分度,在某一称盘上所添加 的砝码质量，即S=Δm/Δe(g/div)，其中Δm为添加的砝码质量,Δe为指针移动的分 度数值。一般说来，感量的大小应该与天平游码读数的最小分度值相适应(例如相 差不超过一个数量级)。灵敏度C=1/S是感量的倒数，即天平平衡时，在一个盘中 加单位质量后指针偏转的分度数。 四、实验内容 1.学习调整和使用天平 使用前认真了解物理天平的构造和使用注意事项。天平的正确使用可归纳为 四句话: ●调水平； ●调零点； ●左称物，右置砝码； ●常止动。 天平的秤盘中放置物体m和砝码(m1)后，如果指针的停点(e1)恰好与空载时的 零点(e0)相吻合，则可由砝码数得知物体的质量,即m=m1。然而这种情况却很少 见。 我们称e1为第一停点，并设e1＜e0 ，于是止动天平，将游码向右移动一小 格（使砝码总数增为m2）再进行称衡。如果指针停点为e2 ,称e2为第二停点（设 e2 ＞ e0) 。因为天平的 感 量 S=(m2-m1)/(e2-e1), 所以被测物体的质量应为 m=m1+S(e0-e1),或m=m2+S(e0-e2)。必须注意：e1和e2应在e0的两边，而且它们与 e0之差不能相差太大。例如，称衡某金属物体在空气中的质量m，其称衡的步骤和 计算方法如下表所示： 砝码质量(g) a1 b1 a2 e=[(a1+a2)/2+b1]/2 (div) 感量 S(g/div) 0 (空载) 12.2 8.8 12.2 e0=10.5 S=(58.90-58.85)/ m1=58.85 12.0 8.0 12.0 e1=10.0 (11.5-10.0) m2=58.90 13.0 10.1 12.8 e2=11.5 =0.033 (g/div) 于是得:m=m1+S(e0-e1)=58.85+0.033(10.5-10.0)=58.87(g) 或:m=m2+S(e0-e2)=58.90+0.033(10.5-11.5)=58.87(g) 由于要在天平指针的摆动中确定指针在读数标牌上的读数，故m的单次测量的 标准偏差可估计半个分度(div)乘感量，即：σm=0.5S=0.02g。所以： m±σm=(58.87±0.02)g 在以下测定物体密度的实验中，各种质量的称衡都必须采用这种方法
实验二固体密度的测量称衡时，要特别注意：①向盘中增减码、取放物体或移动游码及旋转平衡调节螺母时，天平都应处于关团状态，只有在判定天平是否平衡时才能开启天平。②操作时，手法要轻稳。当称衡刚开始，在比较待测物体与码的质量时，只要稍微起动天平，便能判断谁轻谁重，不必把启动天平的开关旋钮旋到底，使横梁的止动支架不会全放下来，这样可以避免当待测物体与码的质量相差较大时，指针过度偏转，天平严重失衡。③止动天平时，应在天平指针接近读数标牌的中间时进行。2、根据给出的仪器用具，自行设计方案。（1）测定不规则金属块的密度；（2）测定不规则蜡块的密度。在实验条件下，水的密度po取为1.0g/cm3；要求：1、实验前必须将实验方案定好，写一份详细的预习报告；2、根据方案计算所测密度的误差。五、思考题1.使用物理天平时应作哪些必要的调整？2.在称衡的过程中，为什么要确定天平的感量？3.利用公式m=ml+S(eo-e1)确定物体的质量时，为什么ei和e2应在eo的两旁且e1和e2不能相差太大？- 29 -
实验二 固体密度的测量 - 29 - 称衡时,要特别注意： ①向盘中增减砝码、取放物体或移动游码及旋转平衡调节螺母时,天平都应处 于关闭状态,只有在判定天平是否平衡时才能开启天平。 ②操作时,手法要轻稳。当称衡刚开始，在比较待测物体与砝码的质量时，只 要稍微起动天平，便能判断谁轻谁重，不必把启动天平的开关旋钮旋到底，使横 梁的止动支架不会全放下来，这样可以避免当待测物体与砝码的质量相差较大 时，指针过度偏转，天平严重失衡。 ③止动天平时，应在天平指针接近读数标牌的中间时进行。 2、根据给出的仪器用具,自行设计方案。 （1）测定不规则金属块的密度; （2）测定不规则蜡块的密度。 在实验条件下，水的密度ρ 0取为1.0 g/cm3； 要求： 1、实验前必须将实验方案定好，写一份详细的预习报告； 2、根据方案计算所测密度的误差。 五、思考题 1.使用物理天平时应作哪些必要的调整? 2.在称衡的过程中，为什么要确定天平的感量？ 3.利用公式 m=m1+S(e0-e1)确定物体的质量时,为什么e1和e2应在e0的两旁且e1 和e2不能相差太大?