7、长度的测量
一、实验目的
1.掌握游标卡尺、螺旋测微计、读数显微镜等常用长度测量仪器测量原理和使用方法。 2.学习应用有效数字记录测量数据和不确定度计算。
二、实验仪器
游标卡尺： 分度值0.02mm,量程15cm,最大允许误差为0.02mm 螺旋测微计：分度值0.01mm,量程2.5cm,最大允许误差为0.004mm 读数显微镜：分度值0.01mm,量程50mm,最大允许误差为0.005mm 待测样品：口型遮光片、金属圆柱筒、金属片等。
三、实验原理
1、游标卡尺构造及读数原理
游标卡尺主要由两部分构成,如(图1)所示：在一毫米为单位的主尺上附加一个能够滑动的有刻度的小尺（副尺）,叫游标,利用它可以把主尺估读的那位数值较为准确地读出来。
图1
游标卡尺在构造上的主要特点是：游标上N个分度格的总长度与主尺上（N-1）个分度格的长度相同,若主尺上最小分度为a,游标上最小分度值为b,则有
Nb =（N-1)a （2.1） 那么主尺与游标上每个分格的差值（游标的精度值或游标的最小分度值）是：
（2.2）
图2
常用的游标是五十分游标(N=50。另有10分度的、 20分度的、 50分度游标卡尺),即主尺上49 mm与游标上50格相当,见图2。五十分游标的精度值
=0．02mm．游标上刻有0、l、2、3、…、9,以便于
读数。毫米以上的读数要从游标“0”刻度线在主尺上的位置读出,毫米以下的数由游标（副尺）读出。即：先从游标卡尺“0”刻度线在主尺的位置读出毫米的整数位,再从游标上读出毫米的小数位。 游标卡尺测量长度l的普遍表达式为
（2.3）
式中,k是游标的“0”刻度线所在处主尺刻度的整刻度（毫米）数,n是游标的第n条线与主尺的某一条线重合,
。图3所示的情况,即
。
图3
在用游标卡尺测量之前,应先把量爪A、B合拢,检查游标的“0”刻度线是否与主尺的“0”刻度线重合。如不重合,应记下零点读数,加以修正,即待测量数。
。其中,
为未作零点修正前的读数值,
为零点读
可以正,也可以负。使用游标卡尺时,可一手拿物体,另一手持尺,如图4所示。要特别注意保护量爪
不被磨损。使用时轻轻把物体卡住即可读数。
图4
游标卡尺使用注意事项
（１）使用前,首先要弄清其规格
（２）根据被测对象情况,决定使用外测量爪、内测量爪、尾尺。
（３）校正零点读数。若量爪A、Ｂ接触时,游标０线与主线不重合,应找出修正量,然后再使用。 （４）注意保护量爪,预防卡口磨损。为此测量时不应将待测物卡得太紧。 （５）用毕将其固定螺丝松开,然后将游标卡尺放入包装盒。
2、螺旋测微器(千分尺)
常见的螺旋测微器如（图5）所示。它的量程是25mm,分度值是0.01mm。
螺旋测微器结构的主要部分是一个微螺旋杆。螺距是0.5 mm。因此,当螺旋杆旋一周时,它沿轴线方向只前进0.5mm。
图5
螺旋柄圆周上,等分为50格,螺旋杆沿轴线方向前进0.01 mm时螺旋柄圆周上的刻度转过一个分格,这就是所谓机械放大原理。
测量物体长度时,应轻轻转动螺旋柄后端的棘轮旋柄,推动螺旋杆,把待测物体刚好夹住时读数,可以从固定标尺上读出整格数（每格0.5mm）。
图6 螺旋测微计的读数方法：
（1）测量前后应进行零点校正,即以后要从测量读数中减去零点读数。零点读数时顺刻度序列记为正值,反之为负值。
（2）读数时由主尺读整刻度值,0.5mm以下由微分套筒读出,并估读到0.001mm量级。
（3）要特别注意主尺上半毫米刻线,如果它露出到套筒边缘,主尺上就要读出0.5mm的数。
螺旋测微器使用注意事项：
（1）使用前,首先要弄清其规格,选用合适的量程。 （2）校正零点读数。
（3）先用粗测旋钮使测头小砧接近被测物,后用微调旋钮使测头小砧接触被测物。听到“喀”、“喀”止动声后停止旋转。否则易损伤测微螺杆。
（4）读数时要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。 （5）测量完毕应使测微螺杆与测砧之间留有空隙,以防因热膨胀损坏螺纹。
3. 读数显微镜
读数显微镜是用来测量微小距离或微小距离变化的。其构造分为观察被测物体的显微镜和读数的螺旋测微装置。读数显微镜的量程一般为50mm,分度值是0.01mm,可估读到0.001mm。
读数显微镜的使用：
1.将读数显微镜适当安装,对准待测物；
2.调节显微镜的目镜,以清楚地看到叉丝（或标尺）；
3.调节显微镜物镜焦距,使被测物体成像清晰；
4.旋转测微手轮,使叉丝竖线与被测物体的两端面相切；