试验1测量误差与不确定度.docx
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1、实验1测量误差与不确定度【实验目的】1. 学习基本物理量的测量方法;2. 了解测量误差和不确定度的概念和简单计算;3. 了解游标原理和螺旋测微原理。【仪器用具】游标卡尺,螺旋测微计,读数显微镜,电子天平,量杯,支架等【原理概述】1 .游标测量原理用米尺测量长度,对小于最小分度的部分,我们只能估计得出。我们在米尺上安装一个可 移动的,带有按一定规则来刻线的副尺,原来的米尺就可以成为精度较高的游标尺。与副尺相 对应,我们把原有的米尺称为主尺。下面我们以精密度为0.02mm的游标尺为例来说明一般的游标原理。精密度为0.02mm的游标尺主尺的最小分度为1mm,副尺在长49mm的长度上均匀地刻有50个刻
2、度。测量长度时,先从副尺的0刻度去读出以 mm为单位的整数部分,然后从主尺和图1游标原理示意图副尺的零刻度在主尺的28mm和29mm之间,副尺上的第13条刻线与主尺对齐, 副尺50个刻度共长49mm,主尺最小刻度为1mm。副尺中找出对齐的刻度。为叙述方便起见, 我们假设副尺的 0刻度在主尺的28mm和29mm之, 49间,副尺上的第13条刻线与王尺对齐。副尺的0刻度与第13条刻线N间的长度为 13X(mm),50而主尺上28mm刻度到对齐线之间的长度为13mm。所以主尺上 28mm刻度到副尺的 0刻度的长度为49 113 -13-13-13 0.02 - 0.26 m m50 50加上整数部分
3、,被测长度为28.26mm。一般地,若游标尺副尺上的m个刻度间的长度与主尺上的(m-1)个刻度间的长度相等,主尺上相邻两个刻度间的长度为y,读数规律为L =l0打,其中L0为从副尺的0刻度对应主尺读数的整数部分,n为副尺上对齐线的顺序m数。游标原理可以应用于测量角度,这时主尺和副尺均制成圆弧形状。一般情况下游标尺的仪器误差为其精密度的一半,精密度可由A=y计算。在正式进行测量前,要对校准游标卡尺。m当两量爪接触时如果游标卡尺不指零,则在测量结果中要扣除零读数。2. 螺旋测微原理图2螺旋测微计A:螺杆(测杆),B:测砧(对杆),C:螺旋柄(微分筒),D:螺母套E:锁把,F:棘轮,H:分度盘,L:
4、标尺套筒,Q:尺架 当螺母固定时,螺杆旋转一周同时前进一个螺距。利用这个原理可以制成螺旋测微计。螺旋测微计的螺杆上固定有一个带有刻度盘的微分筒,刻度盘有50个刻度,螺杆的螺距为0.5mm,每个刻度对应螺杆移动0.5/50=0.01mm。如果按“最小刻度后估计一位”的读数一般原则,螺旋测微计的仪器误差为0.005mm o为了保证测量时接触力的恒定,螺旋测微计的螺杆上固定有棘轮装置,使用时应通过旋动棘轮使螺杆与工件接触。和游标卡尺一样,使用螺旋测 微计前也要校准零刻度。利用螺旋测微原理可以制成读数显微镜(或称移测显微镜)。读数显微镜的目镜由带有刻度盘的螺杆带动,目镜内有带准线的分划板,通过准线两次
5、与被测物体的像相切时的读数差来计算目镜的移动距离。读数显微镜可以造成一维或二维的。简易的读数显微镜的目镜只能在一个方向上移动,而较复杂的读数显微镜的目镜可以在两个方向上移动。为了消除螺纹间隙引起的测量误差,用读数显微镜进行测量时,要使螺杆始终沿同一方向转动。【实验内容】1. 选择合适的量具完成以下的测量:(1) 金属薄板的厚度,计算误差,要求测量误差小于0.1%;(2) 钢制毫米刻度尺的不均匀度,要求测量至少10个刻度。不均匀度的定义为I J min 8 = ,其中lmax ,lmin ,l分别为相邻两个刻线之间距离的最大值,最小值和标称值;I左1虬刑切,钢尺诠址itn到匿图3钢尺不均匀度测量
6、方法注意事项:熟悉读数显微镜的使用方法,为了消除螺纹间隙引起的“空转”而导致测量 错误,测量过程中必须使螺杆始终沿一个方向转动。2. 标定电子天平,找出天平的最大偏差,作出天平的标定曲线(1) 将瑟码作为标准质量,用电子天平测量不同瑟码的重量。1-10g、10-100g、100-1000g分三个数量级,每个数量级均匀测10个点。如100-1000g数量级,测100、200、300900、1000g共十个点。(2) 在上述30个测点中,找出测量值与标准值的最大偏差,即为天平最大绝对偏差; 将偏差值与标准值对比,找出比值最大的数,即为天平的最大相对偏差。(3) 作出电子天平读数与瑟码标称值的关系直
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