第三章 长度专题定稿.doc

第三章 长度的测量专题 长度是最基本的物理量，是构成空间的最基本的要素。任何物体都具有一定的几何形态。空间或几何量的测量对科学研究、工农业生产和日常生活需求都有巨大的影响。 在SI制中，长度的基准是米。 “米”制于1791年开创于法国，多年来，铂铱合金米原器一直保留在巴黎附近。随着人们对客观世界认识的不断深入，科学技术的飞速发展，原有的长度标准已无法满足人们的需求。实验证明光波波长是一种可取的长度自然基准，1960年第11届国际计量大会，重新定义了米的标准为：米的长度等于氪-86原子的和能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍。其测量精度达到，从而开创了以自然基准复现米基准的新纪元。随着原子钟的诞生、发展和应用，时间测量精度高于长度测量4个数量级，以致米、秒无法相匹配。1983年第17届国际计量大会正式通过的新定义： 米是光在真空中（1/299792458）s时间间隔内所经路径的长度。 这个新定义的特点，是使基本单位的定义本身，与复现方法分开，这样有益于使复现方法随着科学技术的发展而不断完善，其复现精度不断提高。 所谓长度测量实际上是人们用“尺子”去度量空间。早期的量具和测量仪都是机械式的。随着人们视野的扩大，对长度测量精度要求的提高，陆续创造出各种测量长度的仪器，其放大倍数愈来愈大，测量范围愈来愈广。20世纪初，除用机械构造来增加放大倍数以外，利用光学放大原理设计的光学测量仪也逐步发展起来，从读数显微镜、投影仪开始发展到光学计、测长仪、万能工具晃微镜以及各种干涉仪等。20世纪60年代以后由于传感器、激光和电子技术的发展，使长度测量仪器和测试技术突飞猛进。例如人造卫星激光测距仪（人造卫星激光雷达）量程可达以上，精确度可达。电子显微镜和扫描隧穿电子显微镜等的分辨率在，可测量原子、分子的几何尺寸。广义的长度测量，覆盖了整个物理学研究的尺度范围——小到微观粒子，大到宇宙深处，跨越了从微观的粒子到现代天文学的整个研究领域， 长度测量包含了如此丰富的内容。所以，人们根据被研究物体的尺寸，划分了若干领域。对于不同的研究领域的长度测量，可以采取不同的实验方法和仪器装置。仪器示值为被测量相对于某一定值标准量的偏差值。标准量应尽可能与被测量具有相同定义及公称值。用于相对测量的仪器多称作测微仪或比较仪，一般具有放大倍数大，示值范围较小、测量精度高、零位可调的特点。如杠杆百分表，扭簧式比较仪、光学比较仪、接触式干涉仪、电感测微仪等。 预习提要 3、简述透镜组基点的一般特性。 4、简述光衍射的巴比涅原理。 实验目的 1、学习常用量具与量仪的使用。 2、观察光的干涉现象，并掌握用干涉法测长度的原理方法。 3、学习使用平行光管，测定透镜组的基点及焦距 实验内容 1、游标卡尺和螺旋测微器的使用。 2、单透镜焦距的测定 3、光的干涉法测光波波长 4、光的干涉法测平凸透镜的球面半径 实验仪器 游标卡尺、螺旋测微计、迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜、钠光灯，读数显微镜，牛顿干涉环。?激光参数测量系统 （接收器移动距离为400mm）? 一套等。 实验一 游标卡尺和螺旋测微器的使用 ? [实验步骤] 一、游标卡尺的使用 1.先使游标卡尺的两量爪密切结合，测零点读数，若游标上的零刻线与主尺上的零刻线重合，则零点读为零。右手握主尺，用拇指推动游标尺上小轮，使游标尺向右移动到某一任意位置，固定螺丝M后读出长度值。在掌握操作方法和读数方法后开始测量。 2.用游标卡尺测圆筒的内径，外径，深度和高度，填入表(3-1-1)。注意要取不同的位置反复测五次，按表中的要求填写各项，并求出圆筒内体积、绝对误差、相对误差和测量结果。 二、螺旋测微计的使用 1. 掌握螺旋测微计注意事项，熟悉使用方法和读数方法后，再开始测量。 2. 记下零点读数，测量小钢球和金属丝的直径各五次。将测量值填入表（3-1-2）中，并求钢球的体积和金属丝的截面积以及它们的绝对误差、相对误差和测量结果。 [数据记录与处理] 一、游标卡尺的使用 表3-1-1 游 标 卡 尺 测 量 圆 筒 精密度： （mm） 要求 项目 测量值 (mm) 平均值 (mm) 绝对误差 (mm) 平均绝对对误差(mm) 测量结果 (mm) 外径D ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 高度h ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 二、螺旋测微器的使用 表3-1-2 螺旋测微计测量直径 精密度： mm 零点读数 Δd =