第三章 普通物理实验
实验1 长度测量基本仪器的使用
【实验目的】
1．熟悉游标卡尺、螺旋测微计、测量显微镜的构造、测量原理及使用方法；
2．学习有效数字和不确定度的计算，掌握误差理论与数据处理方法．
【实验仪器】
游标卡尺，螺旋测微计，测量显微镜，球体，圆柱等．
【仪器介绍】
1．游标原理
普通米尺最小刻度是1mm ，因此使用米尺只能准确地测量到1mm ，为更准确地测量长度，人们采用了游标装置．
游标尺有主尺（米尺）和副尺（标有N 个刻度的游标）两部分构成．由于主尺上标出的相应长度与副尺上标出的相应刻度均相差一个小量x ?，1/(mm)x N ?=，（常见的有三种，1/10(mm)x ?=，1/20(mm)x ?=，1/50(mm)x ?=．当副尺上标有N 个刻度时，游标上这N 个刻度恰好能等分主尺上的1mm ，使读数可精确到1/(mm)N ．可见，游标原理可用四个字来概括——等差细分．游标读数的方法也叫差示法．
例如：1/10(mm)游标（也叫十分游标）．游标上每个刻度与主尺相应刻度均差1/10(mm)x ?=，当测量某物体长度时，先将被测物体一端和主尺的零刻线对齐，而另一端落在主尺的第k 和k+1个刻度之间（k =6，k +1=7），则物体长度L k L =+?，L ?为物体另一端距离第k 个刻度的距离．由于游标刻度与主尺刻度存在差值x ?，两排刻度经对比，必然可找到游标上某个刻度（设为第n 个）与主尺上某刻度重合或最为接近，如图1-2中n =5处与主尺最为接近，即
图1-2 游标卡尺读数举例
图1-1 游标卡尺差示法
150.510
L ?=?= 而 60.5 6.5()L k L mm =+?=+= 一般而言，当游标上第n 个刻度与主尺上某一刻度重合时，主尺第k 个刻度与游标零刻线间距离为L n x ?=?，待测物体长度由两部分读数构成：①游标零刻线指示部分，即主尺上第k 个刻度所标示的长度，这部分可从主尺上读出，②游标刻线与主尺刻线重合部分所标示的长度，即L n x ?=?，这部分可从游标上读出（目前使用的游标上的刻度不是n 的值，而是n 与x ?相乘后的结果）．即
L k L =+?
1/20(mm)的游标也叫“二十分游标”，游标上有20个刻度，如图1-3（a ）所示，游标上每个刻度与主尺的1mm 刻度相差1/20(mm)．游标上的刻度值0，25，50，75，0就是L ?的数值．
1/50(mm)的游标如图1-3（b ）所示，其具体含义仿前述讨论，可以自行总结．
2．游标卡尺
游标卡尺的构造如图1-4所示，卡钳E 和E '同刻有毫米的主尺A 相连，游标框W 上附有游标B 以及卡钳F 和F '，推动游标框W 可使游标B 连同卡钳F 、F '沿主尺滑
（a ） 图1-3 二十分、五十分游标
（b ）