一、实验简介学习力热学基本物理量及常用仪器二、 实验原理1．长度测量在物理实验中，长度测量具有重要地位，除了直接测量某物体的长度或距离外，很多其他物理量的测量也经常转化为长度的测量，如温度、压力等。长度标准在国际上是统一的，1983年10月7日在巴黎召开的第17届国际计量大会上审议并批准了“米“的定义：1米的长度是光在真空中在1/299792458秒的时间间隔内行程的长度。国际单位制（SI制）中，长度的单位是“米（m）”，除了“米”之外，在国际单位制中可用“米”的十进制分倍数或倍数作为长度单位。常用长度单位的符号及其与“米”的关系如下：1千米（km）=10m1厘米（cm）=10m1毫米（mm）=10m1微米（μm）=10°m1纳米（nm）= 10m(A)1埃= 10°m物理实验中常用的测量仪器有米尺、游标卡尺、螺旋测微计、读数显微镜、球径仪等。(1）米尺
一、 实验简介 学习力热学基本物理量及常用仪器 二、 实验原理 1. 长度测量 在物理实验中，长度测量具有重要地位，除了直接测量某物体的长 度或距离外，很多其他物理量的测量也经常转化为长度的测量，如温度、 压力等。 长度标准在国际上是统一的，1983 年 10 月 7 日在巴黎召开的第 17 届国际计量大会上审议并批准了“米“的定义：1 米的长度是光在真空 中在 1/299792458 秒的时间间隔内行程的长度。 国际单位制（SI 制）中，长度的单位是“米(m)”，除了“米”之 外，在国际单位制中可用“米”的十进制分倍数或倍数作为长度单位。 常用长度单位的符号及其与“米”的关系如下： 1 千米（km）= 103 m 1 厘米（cm）= 10-2 m 1 毫米（mm）= 10-3 m 1 微米（μm）= 10-6 m 1 纳米（nm）= 10-9 m 1 埃 (Å) = 10-10 m 物理实验中常用的测量仪器有米尺、游标卡尺、螺旋测微计、读数 显微镜、球径仪等。 (1) 米尺
在粗略的测量中，可用木尺和软尺，较精确的测量用金属尺，一般选择不锈钢、铁镍合金等温度系数较小的金属材料作米尺。米尺的分度值为1毫米，毫米以下还可估计一位。(2）游标卡尺在米尺上附加一个可滑动的、刻有若干分度的小尺（称为游标，也称为副尺）就可把米尺的精度提高到0.1mm，或更高。带有游标的尺称为游标尺。游标有直游标和角游标，游标卡尺为直游标，用来测读长度。副尺上刻有若干小分度，比如n格，它的长度等于主尺上(n-1)分度的长度，这种游标称为n分度标。令x为副尺上每一分度的长度，y表示主尺上每一分度的长度。则有nx = (n-1)y,x = y-y/n这说明主尺上每一分度长度与游标上每一分度长度之差是Ax=y-x=y/n此量称为游标的精度，它决定着游标的最大误差。十分度标的精度为0.1mm；二十分度标的精度为0.05mm；五十分度标的精度为0.02mm弯游标尺弯游标和直游标原理基本相同，它是一个沿着弧尺（刻度盘）的同心弯游标（副尺），弯游标可以用来精确测量角度，比如分光计上的弯游标，副尺为30格，其弧长等于主尺上的29格的长度；主尺每一格长度为半度，于是弯游标的精度为半度的1/30，即1分。(3）螺旋测微计
在粗略的测量中，可用木尺和软尺，较精确的测量用金属尺，一般 选择不锈钢、铁镍合金等温度系数较小的金属材料作米尺。米尺的分度 值为 1 毫米，毫米以下还可估计一位。 (2) 游标卡尺 在米尺上附加一个可滑动的、刻有若干分度的小尺（称为游标，也 称为副尺）就可把米尺的精度提高到 0.1mm，或更高。带有游标的尺称 为游标尺。 游标有直游标和角游标，游标卡尺为直游标，用来测读长度。副尺 上刻有若干小分度，比如 n 格，它的长度等于主尺上(n-1)分度的长度， 这种游标称为 n 分度标。令 x 为副尺上每一分度的长度，y 表示主尺上 每一分度的长度。则有 nx = (n-1)y, x = y-y/n 这说明主尺上每一分度长度与游标上每一分度长度之差是 ∆x = y-x = y/n 此量称为游标的精度，它决定着游标的最大误差。十分度标的精度为 0.1mm；二十分度标的精度为 0.05mm;五十分度标的精度为 0.02mm。 弯游标尺 弯游标和直游标原理基本相同，它是一个沿着弧尺（刻度盘）的同 心弯游标（副尺），弯游标可以用来精确测量角度，比如分光计上的弯 游标，副尺为 30 格，其弧长等于主尺上的 29 格的长度；主尺每一格长 度为半度，于是弯游标的精度为半度的 1/30，即 1 分。 (3) 螺旋测微计
螺旋测微计是比游标卡尺更为精密的测量长度的仪器。主要是用于测量25~30mm以下的小长度仪器。砧7与尺架连在一起并且不动，固定套管4上的最小分度是0.5mm（注意它是上、下交错刻度的。上测和下测错开半个刻度）。旋转分筒（沿筒的圆周等分50个刻度）一周，测微螺杆2就移动0.5mm。显然，当它每转过一个分度，测微螺杆就移动0.5mm/50即0.01mm。此仪器系用螺旋放大法提高精度。测量物体长度时，应轻轻转动测力恒定装置6。使测微螺杆与被测物体接触后的压力达到某一数值时，测力恒定装置中的棘轮将产生滑动，并发出响声。这时虽然可以继续转动测力恒定装置，微分筒却不再转动测微螺杆也不再前进了。读数时，先从固定标尺上读出整数格，每格1mm由上下两侧合读可读出0.5mm的整数倍。特别注意半毫米起始的主尺不要漏读，0.5mm以下的读数则由微分筒圆周上的刻度读出，可估读到0.001mm这一位。2.质量的测量国际单位制（SI）中，质量单位为千克，用kg记。此外，SI制还可用千克的分数作单位1克（g）=10"kg1毫克（mg）=10kg1微克（μg）=10kg
螺旋测微计是比游标卡尺更为精密的测量长度的仪器。主要是用于 测量 25 ~ 30mm 以下的小长度仪器。 砧 7 与尺架连在一起并且不动，固定套管 4 上的最小分度是 0.5mm （注意它是上、下交错刻度的。上测和下测错开半个刻度）。旋转分筒 （沿筒的圆周等分 50 个刻度）一周，测微螺杆 2 就移动 0.5mm。显然， 当它每转过一个分度，测微螺杆就移动 0.5mm/50 即 0.01mm。此仪器系 用螺旋放大法提高精度。 测量物体长度时，应轻轻转动测力恒定装置 6。使测微螺杆与被测 物体接触后的压力达到某一数值时，测力恒定装置中的棘轮将产生滑动， 并发出响声。这时虽然可以继续转动测力恒定装置，微分筒却不再转动， 测微螺杆也不再前进了。读数时，先从固定标尺上读出整数格，每格 1mm， 由上下两侧合读可读出 0.5mm 的整数倍。特别注意半毫米起始的主尺 不要漏读，0.5mm 以下的读数则由微分筒圆周上的刻度读出，可估读到 0.001mm 这一位。 2. 质量的测量 国际单位制（SI）中，质量单位为千克，用 kg 记。此外，SI 制还 可用千克的分数作单位： 1 克（g）= 10-3 kg 1 毫克（mg）= 10-6 kg 1 微克（µg）= 10-9 kg
质量的测量可以用定义法和比较法。定义法是测出对物体施加的力除以由该力作用而使物体产生的加速度。因为这种方法复杂义难于控制一般只用来测量原子、分子等微观粒子的质量。宏观材料的质量测量多采用秤。秤的原理是比较法，其种类繁多，结构、量限和精度差别很大，其制造原理也不尽相同，比如利用杠杆原理制造的杠杆秤，利用液压原理制造的液压秤，利用牛顿第二定律和弹性理论制造的扭力天平、弹簧秤和惯性秤，还有利用电磁、电路原理制造的悬浮杆、电磁秤、电子秤。目前，实验室里使用最多的是单杆秤，也就是天平。天平种类很多，随着精度的不同而构造不同。其主要区别是刀口硬度不同，刀口硬度越高，天平精度越高。最粗糙的托盘天平精度为0.5克，物理天平的精度可达10毫克，最精密的分析天平精度为1毫克，化学实验所需天平精度更高。（1）托盘天平托盘天平使用说明：1、使用天平时，将天平放在平面工作台上；2、将游码移至标尺左端“0”点上。指针须对准标头中间的红线，遇见偏左或偏右即将平衡螺母旋动调节，以指针对准红线为止方能开始使用；3、右盘放码，左盘放置需衡量之物；4、在衡量时，须随时注意勿使游码移动，以免造成衡量之物不准：5、天平与码应妥善保管，不得置于易受潮湿氧化之处，并避免沾着酸碱油脂；6、天平与码应经常保持干燥清洁，使用前须用软刷拂抹清洁，使用后应检查天平和清点码一次，并即藏入盒内；
质量的测量可以用定义法和比较法。定义法是测出对物体施加的力 除以由该力作用而使物体产生的加速度。因为这种方法复杂又难于控制， 一般只用来测量原子、分子等微观粒子的质量。 宏观材料的质量测量多采用秤。秤的原理是比较法，其种类繁多， 结构、量限和精度差别很大，其制造原理也不尽相同，比如利用杠杆原 理制造的杠杆秤，利用液压原理制造的液压秤，利用牛顿第二定律和弹 性理论制造的扭力天平、弹簧秤和惯性秤，还有利用电磁、电路原理制 造的悬浮杆、电磁秤、电子秤。 目前，实验室里使用最多的是单杆秤，也就是天平。天平种类很多，随着精度的不同而构造 不同。其主要区别是刀口硬度不同，刀口硬度越高，天平精度越高。最粗糙的托盘天平精度 为 0.5 克，物理天平的精度可达 10 毫克，最精密的分析天平精度为 1 毫克，化学实验所需 天平精度更高。 （1）托盘天平 托盘天平使用说明： 1、 使用天平时，将天平放在平面工作台上； 2、将游码移至标尺左端“0”点上。指针须对准标头中间的红线，遇见 偏左或偏右即将平衡螺母旋动调节，以指针对准红线为止方能开始使 用； 3、 右盘放砝码，左盘放置需衡量之物； 4、 在衡量时，须随时注意勿使游码移动，以免造成衡量之物不准； 5、 天平与砝码应妥善保管，不得置于易受潮湿氧化之处，并避免沾着 酸碱油脂； 6、 天平与砝码应经常保持干燥清洁，使用前须用软刷拂抹清洁，使用 后应检查天平和清点砝码一次，并即藏入盒内；
7、天平与码如发生氧化及轻重有疑问时，应加修理，并经计量检定机构检定合格后方能使用。(2)码码上写明的质量值，称为码的标称值，又叫码的名义值。码必须与天平或秤这一类测量仪器配合才能测量质量。不同精度的天平配合不同级别的码，最高级的码由90%铂和10%合金制成，其物理、化学性质稳定，不易受周围介质腐蚀，坚固耐磨，抗磁性好，但价值昂贵只能用来做质量原器，非磁性不锈钢是较好的码材料。稍差的是用黄铜和青铜镀上铬等镀层制造。毫克组码常用钛、铂、铝制造。为使用方便，码都配套成组，组合的原则是用最少数量的码能够组合成所需要的任何质量。使用最广泛的组合方式是按5、2、2、1组合。比如毫克组码为500毫克、200毫克、200毫克，100毫克和50毫克、20毫克、20毫克、10毫克。使用码时要注意。(1)用摄子取放码，保持码清洁，不受腐浊。(2)保护码完好无损。(3)码不得随意乱放，只可放在盒内或托盘上。(4)用游码时，动作要轻、稳，不要使游码跌落或变形。最后还应指出用关平测质量时，系用力矩平衡原理，所以还可以用测量电场强度、磁感应强度筹各种力类型的物理量来实现质量的测量。3.时间的测量
7、 天平与砝码如发生氧化及轻重有疑问时，应加修理，并经计量检定 机构检定合格后方能使用。 (2) 砝码 砝码上写明的质量值，称为砝码的标称值，又叫砝码的名义值。砝 码必须与天平或秤这一类测量仪器配合才能测量质量。 不同精度的天平配合不同级别的砝码，最高级的砝码由 90%铂和 10% 合金制成，其物理、化学性质稳定，不易受周围介质腐蚀，坚固耐磨， 抗磁性好，但价值昂贵只能用来做质量原器，非磁性不锈钢是较好的砝 码材料。稍差的是用黄铜和青铜镀上铬等镀层制造。毫克组砝码常用钛、 铂、铝制造。 为使用方便，砝码都配套成组，组合的原则是用最少数量的砝码能够 组合成所需要的任何质量。使用最广泛的组合方式是按 5、2、2、1 组 合。比如毫克组砝码为 500 毫克、 200 毫克、200 毫克，100 毫克和 50 毫克、20 毫克、20 毫克、10 毫克。 使用砝码时要注意。 (1)用摄子取放砝码，保持砝码清洁，不受腐浊。 (2)保护砝码完好无损。 (3)砝码不得随意乱放，只可放在盒内或托盘上。 (4)用游码时，动作要轻、稳，不要使游码跌落或变形。 最后还应指出用天平测质量时，系用力矩平衡原理，所以还可以用 测量电场强度、磁感应强度筹各种力类型的物理量来实现质量的测量。 3. 时间的测量
物理实验中测量的时间是指两个时刻之间的时间间隔。时间的标准用艳钟来定义。1967年国际计量大会上规定秒是艳-133原子的两个超精细能级间电子跃迁所辐射的光的周期的9192631770倍。国际单位制中，时间单位除用秒（s），还有一些常用的辅助单位，它们与秒的关系如下：1日（d）=86400秒1小时（h）=3600秒1分钟（min）=60秒1毫秒（ms）=10-3秒1微秒（μs）=10秒1纳秒（ns）=10-9秒用来计量时间的仪器有种和表，目前常用的测秒装置有机械停表和电子停表。(1)电子停表电子停表的机芯全部采用电子元件组成，利用石英振荡频率作为时间基准。其显示装置常用6位液晶显示器，计时时，分别显示分、秒、百分之秒各位的数值。电子停表通常有“Start/Stop（启动/停止）”和“Reset（复位）”钮。“Start/Stop”钮具有开始记时、停止记时和累加记时的功能；“Reset”钮则用于将显示的记时复位为0。4.温度的测量绝对温度T与摄氏温度t的换算公式如下(=T-To
物理实验中测量的时间是指两个时刻之间的时间间隔。 时间的标准用铯钟来定义。1967 年国际计量大会上规定秒是铯-133 原子的两个超精细能级间电子跃迁所辐射的光的周期的9192631770倍。 国际单位制中，时间单位除用秒（s），还有一些常用的辅助单位， 它们与秒的关系如下： 1 日（d）= 86400 秒 1 小时（h）= 3600 秒 1 分钟（min）= 60 秒 1 毫秒（ms）= 10-3秒 1 微秒（µs）= 10-6秒 1 纳秒（ns）= 10-9秒 用来计量时间的仪器有种和表，目前常用的测秒装置有机械停表和 电子停表。 (1) 电子停表 电子停表的机芯全部采用电子元件组成，利用石英振荡频率作为时 间基准。其显示装置常用 6 位液晶显示器，计时时，分别显示分、秒、 百分之秒各位的数值。电子停表通常有“Start/Stop（启动/停止）” 和“Reset（复位）”钮。“Start/Stop”钮具有开始记时、停止记时 和累加记时的功能；“Reset”钮则用于将显示的记时复位为 0。 4. 温度的测量 绝对温度 T 与摄氏温度 t 的换算公式如下 t=T-T0
其中To=273.5K。不管用哪种测温装置，一经换算均可获得两种温度。现代科学技术和实验室中要求的温度范围很大，从接近于绝对零度到几干度。在不同的温区应该使用不同的温度计。(1）水银温度计水银温度计的测温原理是根据水银的热膨胀现象，其测温范围从一38C到350C。它的优点是读数方便，缺点是测温范围窄，也有一定的误差。产主误差的原因有以下几种：1）玻璃的热后效制作温度计时，必须把玻璃加热至软，但冷却固化恢复到原体积的过程是非常缓慢的，有时达到若于年，这种现象叫热后效，它使温度计指示数失真。2）温度计毛细管粗细不均匀，这种因素造成的误差约为十分之几度，3）水银柱受热不均匀测温时，温度计不是全部置于被测温度范围内而造成的误差。这种因素造成的误差约为百分之几度。4）温度计的滞后测温时，由于水银柱在移动时受到的摩擦阻力很大，故其变化速度缓慢，尤其水银面下降时，更为显著，在测量要求迅速时，便带来一定误差。比如医生给患者测体温时，要先把温度计甩至低于体温数，再等其升温。(2）光测高温计在更高的温度（使热电属熔解时）或不能接触测温时可采用光测高温计。其原理是高温时其热源发光亮度与热源的温度有关，故可以用测量其亮度的办法来测量温度，其测量原理如图所示，在望远镜筒里装上
其中 T0=273.5K。不管用哪种测温装置，一经换算均可获得两种温度。 现代科学技术和实验室中要求的温度范围很大，从接近于绝对零度到 几千度。在不同的温区应该使用不同的温度计。 (1) 水银温度计 水银温度计的测温原理是根据水银的热膨胀现象，其测温范围从一 38C 到 350C。它的优点是读数方便，缺点是测温范围窄，也有一定的 误差。产主误差的原因有以下几种： 1）玻璃的热后效 制作温度计时，必须把玻璃加热至软，但冷却固化恢复到原体积的 过程是非常缓慢的，有时达到若干年，这种现象叫热后效，它使温度计 指示数失真。 2）温度计毛细管粗细不均匀，这种因素造成的误差约为十分之几度。 3）水银柱受热不均匀测温时，温度计不是全部置于被测温度范围内而 造成的误差。 这种因素造成的误差约为百分之几度。 4）温度计的滞后测温时，由于水银柱在移动时受到的摩擦阻力很大， 故其变化速度缓慢，尤其水银面下降时，更为显著，在测量要求迅速时， 便带来一定误差。比如医生给患者测体温时，要先把温度计甩至低于体 温数，再等其升温。 (2) 光测高温计 在更高的温度（使热电属熔解时）或不能接触测温时可采用光测高 温计。其原理是高温时其热源发光亮度与热源的温度有关，故可以用测 量其亮度的办法来测量温度，其测量原理如图所示，在望远镜筒里装上
红色玻璃滤光片F和小电灯泡L。当高温计对准侍测热源时，观察者通过望远镜看到待测热源的光照亮本底上的晴灯丝。灯丝的电池组E与可变电阻R相连。调节R逐渐增加灯丝电流，从而逐渐提高灯丝的亮度，直到灯丝的亮度与热源光的亮度一致为止。事先在不同的已知温度下对仪器定标，就可以从电路中的安培计A的标度直接读出待测的温度，因为该温度计不需要其任何部分与发热体直接接触，故可以在炼钢时用来测量钢水的温度。5．压强的测量在实验室里测量气体压强的常用仪器是福廷式水银气压计。水银气压计的测量原理。管上面封闭，下端开口，插在水银槽里：水银沿管内上升，管内上端为真空。这时水银在管内的高度即表示水银槽面的大气压力。实际上，这就是托里拆里实验原理。三、实验内容学习力热学基本物理量及常用仪器。四、实验仪器1．长度测量(1）米尺(2）游标卡尺(3）螺旋测微计2．质量的测量（1）托盘天平
红色玻璃滤光片 F 和小电灯泡 L。当高温计对准侍测热源时，观察者 通过望远镜看到待测热源的光照亮本底上的晴灯丝。灯丝的电池组 E 与可变电阻 R 相连。调节 R 逐渐增加灯丝电流，从而逐渐提高灯 丝的亮度，直到灯丝的亮度与热源光的亮度一致为止。事先在不同的已 知温度下对仪器定标，就可以从电路中的安培计 A 的标度直接读出待测 的温度，因为该温度计不需要其任何部分与发热体直接接触，故可以在 炼钢时用来测量钢水的温度。 5. 压强的测量 在实验室里测量气体压强的常用仪器是福廷式水银气压计。 水银气压计的测量原理。管上面封闭，下端开口，插在水银槽里， 水银沿管内上升，管内上端为真空。这时水银在管内的高度即表示水银 槽面的大气压力。实际上，这就是托里拆里实验原理。 三、 实验内容 学习力热学基本物理量及常用仪器。 四、 实验仪器 1. 长度测量 (1) 米尺 (2) 游标卡尺 (3) 螺旋测微计 2. 质量的测量 （1）托盘天平
(2) 码3.时间的测量电子停表4.温度的测量(1）水银温度计(2）光测高温计5.压强的测量在实验室里测量气体压强的常用仪器是福廷式水银气压计。五、实验指导【主窗口】在系统主界面上单击力热学基本测量仪器，，即可进入主窗口。当鼠标移动到标明各项的文字上时，该文字变红，点击可进入相应项（若点击“退出”，则退出本系统）。主窗口如图5-1：
(2) 砝码 3. 时间的测量 电子停表 4. 温度的测量 (1) 水银温度计 (2) 光测高温计 5. 压强的测量 在实验室里测量气体压强的常用仪器是福廷式水银气压计。 五、 实验指导 【主窗口】 在系统主界面上单击‘力热学基本测量仪器’，即可进入主窗口。 当鼠标移动到标明各项的文字上时，该文字变红，点击可进入相应项（若 点击‘退出’，则退出本系统）。主窗口如图 5-1：
力学换学基本物理量及徽用仪器开绍O时间长度测量测量压强测量温度测量质量测量退出图 5-1【子界面】在主窗口上单击其中一项，即可显示该项对应的子界面。以“长度测量”为例。在主窗口上，单击“长度测量”。出现子界面如图5-2所示。一、阅读文字说明窗口左边显示有关当前仪器或当前物理量的文字说明，请认真阅读。当文字说明超出显示范围时，可移动鼠标到该文字区域上方，按住鼠标左键上下拖动文字，也可利用该区域下方的播放控制钮播放文字
图 5-1 【子界面】 在主窗口上单击其中一项，即可显示该项对应的子界面。以“长度 测量”为例。在主窗口上，单击“长度测量”。出现子界面如图 5-2 所 示。 一、阅读文字说明 窗口左边显示有关当前仪器或当前物理量的文字说明，请认真阅读。 当文字说明超出显示范围时，可移动鼠标到该文字区域上方，按住鼠 标左键上下拖动文字，也可利用该区域下方的播放控制钮播放文字