实验1 基本测量
1 [实验目的]
1.1 1.2 1.3 1.4
掌握游标和螺旋测微装置的原理，学会游标卡尺和螺旋测微计的正确使用； 掌握用比重瓶法测定物体密度的原理，学会使用物理天平和比重瓶； 学习仪器的读数方法，并能根据有效数字的概念正确记录实验数据； 掌握不确定度估算和实验结果的正确表示方法。
2 [实验仪器]
米尺，游标卡尺，螺旋测微计，物理天平，比重瓶（100ml），金属长方体，金属圆筒，小钢球，蒸馏水（简称水），温度计，细金属条，吸水纸，电吹风（公用）。
3 [实验内容]
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
用米尺测量金属长方体的体积； 用游标卡尺测量金属圆筒的体积； 用螺旋测微计测量钢球的体积； 测金属薄板的密度；
用比重瓶法测小钢球的密度。
4 [实验指导]
4.1
用米尺测量长方体的体积
测定金属长方体长度（宽度、厚度）时，应选择不同部位测量5次，数据填入表4-1-1。 4.2 用游标卡尺测量金属圆筒的体积
（1）检查零点，使游标卡尺两钳密合，观察游标“0”线是否与主尺“0”线对齐，若不对齐则记下零点读数。
（2）用卡尺测圆筒的外径（D1）、内径（D2）和筒长（H），对每一个物理量要求在测量时应选择不同部位测量5次，数据填入表4-1-2。 4.3 用螺旋测微计测量钢球的体积
测定螺旋测微计的零点误差,记录量程、最小分度及单位，再将钢球直径测量6次，数据填入表4-1-3。
4.4 测金属薄板的密度
（1）用物理天平测出金属薄板在空气中的相应质量m，m=（ ）±0.05 （10-3kg） （2）记录天平感量（ ）kg，天平最大称量（ ）kg，环境温度（ ）℃。 4.5 用比重瓶法测待测小钢球的密度
（1）用物理天平称50粒小钢球的质量m，m=（ ）±0.05 （10-3kg）；
（2）将比重瓶装满水，用吸水纸擦去瓶外及瓶口溢出的水，测出加满水的比重瓶质量Ma；
（3）将小钢球放入比重瓶中，盖上瓶盖，擦去多余的水，测出小钢球和加满水的比重瓶的质量Mb；
（4）按式（4-1-10）计算小钢球的密度?及??，正确表示其结果。 4.6
注意事项
（1）米尺的刻度可能不够均匀，在测量要求高时可以选取不同的起点，进行多次测量。 （2）游标卡尺的主尺用cm刻度，游标用mm刻度，注意单位统一。
（3）游标卡尺用后放入仪器盒时，固定螺钉S要松开。
（4）螺旋测微计测量结束，钳口A、B应留一空隙，再放入仪器盒内。
（5）用细金属条动作轻缓把比重瓶中小钢球的表面气泡赶掉，不能把比重瓶的薄壁碰破。
（6）实验结束用电吹风把小钢球吹干。
5 [实验数据处理]
5.1
米尺测量长方体体积的数据处理
测量仪器____________ 分度值_________ Δ仪 ___________ 单位 cm 测量项目 1 2 3 4 5 平均值 长a 宽b 高c 表4-1-1 米尺测量长方体的体积
计算出金属长方体的长a、宽b、高c的平均值、算术平均值的标准偏差Sa、Sb、Sc及不确定度?a、?b、?c，再求出体积，表达出结果。（计算步骤详细）
nnnSa? ?仪??(ai?1i?a)2n(n?1)?仪3
，Sb??(bi?1i?b)2n(n?1)，Sc??(ci?1i?c)2
n(n?1)?a?Sa2??仪2，?b?Sb2??仪2，?c?Sc2??仪2 ? 长 a?a??a? cm
宽 b?b??b? cm 高 c?c??c? cm 体积 V?abc? cm3
??V???V???V??V????a?????b?????c?
??a???b???c?222?
?bc?????ac?????ab???22abc2
? 体积V?V??V? cm3
5.2
游标卡尺测量金属圆筒体积的数据处理
测量仪器____________ 分度值_________ 零点?___________ 单位 mm 测量项目 外径D D实 内径d d实 筒长H H实 表4-1-2 游标卡尺测量金属圆筒体积 1 2 3 4 5 平均值 计算外径D、内径d和筒长H的平均值、算术平均值的标准偏差及不确定度?,再求出体积，表达出结果。（计算步骤详细）
外径 D??D? mm 内径 d??d? mm
筒长 H??H? mm 体积 V?
?4(D?d)H? mm3
22?V??V??V?2?DH，?dH，?D?d2 ?D2?d2?H4???V?2??V?2??V?2 ?V?????D????d????H
??D???d???H?222?体积V?V??V? mm3
5.3
螺旋测微计测量钢球的体积的数据处理
测量仪器____________ 分度值_________ 零点?____________ 单位 mm 测量项目 读数Di 实际值（Di??） 1 2 3 4 5 6 平均值 表4-1-3 螺旋测微计测量钢球的体积 ?Di 计算出金属球直径D的平均值、算术平均值的标准偏差及不确定度?，再求出体积，
表达出结果。（计算步骤详细）
直径 D??D? mm 体积 V??6D? mm3
23?2??V??V????D??D??D
?D2??? V?V??V mm3
5.4
测金属薄板的密度
参照前面游标卡尺和体积计算方法，根据（4-1-7）式，利用6.2测量及求出的体积，求
出?及??，正确表示其结果。 5.5
比重瓶法测小钢球的密度
小钢球的密度 ??m?o
M0?M?m上式两边取对数： ?n???nm??n(M0?M?m)??n?o 上式两边求偏导数：
d???dM0dmdMdm ???mM0?M?mM0?M?mM0?M?m2222??????????M0?m?M??相对不确定度： ???????m?????????????m??M0?M?m??M0?M?m??M0?M?m?物理天平单次测量：?m??M0??M??仪?0.05(10?3kg) 密度间接测量结果的不确定度:
22???????M01?1??m?? ????????3??3???仪??????m??m??M0?M?m??M0?M?m?22测量结果标准表达式:
?????(kg/m3)
6 [预习思考题]
6.1
6.2 6.3 6.4 6.5
游标尺的50格对应分度值为lmm的主尺49格，此游标卡尺的分度值是 。 检查千分尺零点时，发现微分套筒上第49根刻线与主尺上的读数标志线重合，此时零点值是 。
测长度约为2cm物体。用分度值为0.02mm的卡尺测有效数字有 位，用千分尺测有效数字 位，用米尺测有效数字有 位。
螺旋测微计螺距0.5mm，微分筒上刻有100个分格，它的分度值是多少？ 如何调整天平水平？如何调整天平零点？
7 [课后习题]
7.1 7.2 7.3
列表总结实验中所用米尺、游标卡尺、螺旋测微器的量程、分度值和应读到的位数。 有人把天平的使用，总结为四句话：“称量、分度值先看清，柱直、梁平、游码零，物左、砝右止动勤，仪器用毕收拾净”，请给出解释。 比重瓶盖中的毛细管的作用是什么？
实验2 刚体转动惯量的测定
＜第一部分＞ IM-2刚体转动实验仪 1 [实验目的]
1.1 1.2 1.3 1.4
了解多功能计数，计时毫秒仪实时测量（时间）的基本方法。 用刚体转动法测定物体的转动惯量。 验证转动定律及平行轴定理．
分析实验中误差产生的原因和实验中为降低误差应采取的实验手段。
2 [实验仪器]
IM-2刚体转动惯量实验仪，应用霍尔开关传感器结合计数计多功能时毫秒仪自动记录刚体在一定转矩作用下，转过?角位移的时刻，测定刚体转动时的角加速度和刚体的转动惯量。
3 [实验内容]
3.1
（必做部分）
⑴ 以铝盘中心孔安装铝盘，组成转动系统，测量在砝码力矩作用下角加速度?2和砝码挂线脱离后角加速度?1。
⑵ 以铝盘作为载物台，加载环形铜质实验样品，测量在砝码力矩作用下角加速度?2和砝码挂线脱离后角加速度?1。 3.2
（选做部分）
以铝盘偏心孔d? 3.0，4.0，5.0cm为转轴，测量在砝码力矩作用下角加速度?2和砝码挂线脱离后角加速度?1。
4 [数据处理]
根据实验要求，将有关数据填入对应表格（见本实验附录）中，按所学的理论对数据进行处理。
5 [预习思考题]
利用该刚体转动惯量仪，能否想出其它测转动惯量的方法。
6 [课后习题]
使用该刚体转动惯量仪的注意事项有哪些？
＜第二部分＞IM-1三线悬盘摆实验仪 1 [实验目的]
1.1
学会用三线摆来研究刚体的转动规律，测定刚体的转动惯量。
实验1基本测量
