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1、
135照相膠片密度測(cè)定的設(shè)計(jì)
物理學(xué)中某種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量叫這種物質(zhì)的密,它是物質(zhì)的重要物理參數(shù)之一,
r m
p =—
來(lái)測(cè)量密度。
在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中,經(jīng)常要測(cè)量物體的密度,以了解物體的某些特性,因此掌握測(cè)量密 度的基本方法是非常重要的。本實(shí)驗(yàn)采用最簡(jiǎn)單的計(jì)算方法
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?
1. 掌握電子天平和讀數(shù)顯微鏡的正確使用方法。
2. 掌握用一般方法測(cè)量物體的密度。
3. 復(fù)習(xí)鞏固千分尺和游標(biāo)卡尺的正確使用方法。
4. 復(fù)習(xí)鞏固有效數(shù)字和間接測(cè)量量得的不確定度的估算方法。
5. 學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本思想和方法。
實(shí)驗(yàn)儀器:
鋼尺:30 cm/0.05 cm ;
2、游標(biāo)卡尺:125 mm/0.02 mm ; 千分尺:
25 mm/0.01 mm ; 電子天平:200 g /0.1 mg ; 讀數(shù)顯微鏡:
50 mm/0.01 mm; 135照相膠片 鈉燈
實(shí)驗(yàn)原理:
=m.
(1) 物理學(xué)中某種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量叫這種物質(zhì)的密度, 即密度:."V。m為
3
單張膠片的質(zhì)量(g),使用電子天平來(lái)測(cè)量; V為單張膠片的體積(cm),則密度P
的單位是(g; cm)。
(2) 膠片的體積:V = (ab - nS)h,a為膠片的長(zhǎng)度,使用鋼尺測(cè)量膠片長(zhǎng)度 , 在測(cè)量時(shí)要測(cè)量膠片的上下兩邊緣, 因?yàn)榧羟械哪z片可能是左右兩端不規(guī)則的長(zhǎng)方形, 所
3、
以采取測(cè)其上下兩邊緣的長(zhǎng)度, 然后求兩者的平均值作為長(zhǎng) a。測(cè)量中間的長(zhǎng)度時(shí), 測(cè)量 誤差比兩邊緣大得多,所以不采用,只需測(cè)量上下兩端。在測(cè)量時(shí),不用鋼尺的端邊作為
起點(diǎn),而是選取某個(gè)初度數(shù) a初作為起點(diǎn)測(cè)量,測(cè)量讀出末讀數(shù)為 a末,則其邊長(zhǎng)度為
ai =|a初-a末,膠片長(zhǎng)度 a = a上邊緣+ a下邊緣;b為膠片的寬度,使用游標(biāo)卡尺來(lái)測(cè)
量,取五個(gè)不同的測(cè)量點(diǎn),取平均值; n為單張膠片上齒孔的數(shù)目; S為齒孔的面積;h
為單張膠片的厚度, 使用千分尺測(cè)量膠片的厚度, 取五個(gè)不同的測(cè)量點(diǎn), 讀數(shù)必須要扣除
零讀數(shù),取平均值。
(3)單個(gè)齒孔的面積: 二沁 ,x為齒孔的長(zhǎng)度,y
4、為齒孔的寬度,都使用
讀數(shù)顯微鏡來(lái)測(cè)量,測(cè)量不同的5個(gè)齒孔,并取平均值,其中修正量為:
2 2 2
.■: - -4r 二r = -0.137mm。
則綜上所示,膠片的密度為:
m
lab - n (xy 二)lh
□□□□□□□□
□□□□□□□□
i k
b
V
■ a ■
(4) 135膠片如下圖所示:
齒孔:
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟:
(1)、長(zhǎng)度測(cè)量:
使用鋼尺測(cè)量膠片的長(zhǎng)度, 測(cè)量出上下邊緣的長(zhǎng)度, 然后取平均值;用游標(biāo)卡尺測(cè)量
膠片的寬為b,取五個(gè)不同的測(cè)量點(diǎn),測(cè)量時(shí)要把膠片卷曲,否則在測(cè)量時(shí)它易變形,并 且測(cè)量誤差大,在測(cè)量時(shí)取五個(gè)不
5、同的測(cè)量點(diǎn), 然后取平均值;使用千分尺膠片測(cè)量膠片
的厚度h,先將千分尺調(diào)零,讀出初讀數(shù) h。并記錄,然后進(jìn)行測(cè)量,讀出末讀數(shù) h末并
記錄,則每次的測(cè)量厚度:
h = h末-ho,取5個(gè)不同的測(cè)量點(diǎn),測(cè)量 5次,并取平均
值。制表記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
(2 )、用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量膠片不同的五個(gè)齒孔的長(zhǎng)與寬:
1. 調(diào)節(jié)物鏡或膠片,使它們位于同一水平面上。
2. 調(diào)節(jié)目鏡和十字準(zhǔn)線的間距,使十字準(zhǔn)線像最清楚。
3. 轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)焦手輪,前后移動(dòng)顯微鏡筒,改變物鏡到膠片之間的距離,看清膠片。
4. 轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微鼓輪移動(dòng)顯微鏡,使十字準(zhǔn)線中豎線與膠片一端垂直, 讀出主尺與測(cè)微
鼓輪上的示數(shù)
6、,沿同方向旋轉(zhuǎn)測(cè)微鼓輪,使準(zhǔn)線中豎線與膠片另一端垂直,
Xm
記下主尺與測(cè)微鼓輪示數(shù) Xn,兩次讀數(shù)之差即為膠片的長(zhǎng)度 X=|Xm —Xn ;同
樣測(cè)其寬時(shí)對(duì)應(yīng)有 y、y、寬為y= y - y。記錄好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
j m ,n Jr m j n
5. 注意防止回程誤差:移動(dòng)顯微鏡,使其從相反方向?qū)?zhǔn)同一膠片, 兩次讀數(shù)似乎
應(yīng)當(dāng)相同,實(shí)際上由于螺絲和螺套不可能完全密接,螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變時(shí), 他們
的接觸狀態(tài)也將改變,兩次讀數(shù)將不同, 由此產(chǎn)生的測(cè)量誤差稱為回程誤差。為
了防止回程誤差,在測(cè)量時(shí)向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪使叉絲和各膠片對(duì)準(zhǔn), 當(dāng)移動(dòng)叉
絲超過(guò)了膠片時(shí),就要多退回一些,重新
7、在向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪去對(duì)準(zhǔn)膠片。
(3)、使用電子天平時(shí)先對(duì)天平進(jìn)行調(diào)水平,然后進(jìn)行校準(zhǔn):輕按 CAL鍵當(dāng)顯示器
出現(xiàn)CAL-時(shí),即松手,顯示器就出現(xiàn) CAL-100其中“ 100為閃爍碼,表示校準(zhǔn)砝碼需
用100g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼。此時(shí)就把準(zhǔn)備好 “100g”準(zhǔn)砝碼放上稱盤,顯示器即出現(xiàn) "----"等
待狀態(tài),經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間后顯示器出現(xiàn) lOO.OOOg,拿去校準(zhǔn)砝碼,顯示器應(yīng)出現(xiàn) O.OOOg,
若出現(xiàn)不是為零,則再清零,再重復(fù)以上校準(zhǔn)操作。 (注意:為了得到準(zhǔn)確的校準(zhǔn)結(jié)果
重復(fù)以上校準(zhǔn))。再進(jìn)行測(cè)量膠片的質(zhì)量 m。
(4)、數(shù)據(jù)處理:
求出膠片密度的不確定度和相對(duì)不確定度,寫出實(shí)
8、驗(yàn)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄:
表1
膠片的長(zhǎng)度
測(cè)量位置
初讀數(shù)
a (mm)
末讀數(shù)a末(mm)
長(zhǎng)度aj = a初_a末(mm)
上邊緣
20.00
172.45
152.45
下邊緣
30.00
182.32
152.32
平均值
25.00
177.39
152.39
膠片的寬度、厚度、質(zhì)量
次數(shù)
寬b
(mm)
厚 h (mm)
質(zhì)量
m (mg)
初讀數(shù)
h(mm)
末讀數(shù)
h末(mm)
厚度
hj =h 末—h(mm)
1
34.86
0.121
0.127
2
34.90
0.121
9、0.127
3
34.90
-0.006
0.122
0.128
806.4
4
34.88
0.122
0.128
5
34.88
0.121
0.127
平均值
34.88
0.127
次
數(shù)
齒孔的長(zhǎng)和寬
長(zhǎng) x (mm)
寬 y (mm)
Xm
Xn
XL Xm_Xn
ym
yn
yrly^yn
1
24.090
21.228
2.862
31.663
29.658
2.005
2
24.093
21.273
2.820
31.696
29.692
2.004
3
23.
10、657
20.828
2.829
28.259
26.258
2.001
4
22.382
19.575
2.807
27.438
25.429
2.009
5
22.963
19.119
2.844
26.107
24.092
2.015
平
均
值
2.832
2.007
齒孔個(gè)數(shù)n= 64 . 樣品編號(hào):32-05 -0152 mm
數(shù)據(jù)處理:
儀器誤差: mJnst =0.2mg ; a :ins^0.5mm; b inst=0.02mm
hinst = 0.004mm; x,ins^ 0.004mm; yins^ 0.00
11、4mm;
其不確定度:
Um=K 二儀二 0.2mg
則膠片的質(zhì)量:m =806.4mg
膠片的平均長(zhǎng)度:a工
其不確定度公式:ua
a .5mm = 0.29mm
a上邊緣 a下邊緣-152.45 152.3^ 152.39mm
2 2 n
(152.45T52.39) + (152.32-152.39) = 0.09mm
12-1」 」
U a 二 U: S:二 0.292 0.092 = 0.30mm
則膠片的長(zhǎng)度:a
= aUa = 152.39 士 0.30mm
- U + U + U + U + U b
12、 二 b__b__b__b__D s
膠片的平均寬度:
34.86 34.90 34.90 34.88 34.88
=34.88mm
其不確定度公式:
Ub
亠 .02= 0.01mm
3 3
=0.02nm
n
(bi -b)2
i 1
2 2 2 2 鼻 2 "I
34.86—34.88 V34.90—34.88 34.90-34.88 亠[34.8L34.88 亠〔34.88-34.88
U b「U: S:二 0.012 0.02— 0.02mm
則膠片的寬度:
b=b _Ub r34.88_0.02
h h1 h2 h3 h^h5
膠片
13、的平均厚度
0.127 0.127 0.128 0.128 0.127
二 0.127mm
其不確定度公式
Uh〔3
、h 0.004 = 0.002mm
1 2 2 2 2 2
0.127—0.127 0.127—0.127 34.90-3 4.8&叫0.128—0.127 0.127—0.128
=0.001nm
U h f :u2 S2 F0.0022 0.0012 = 0.002mm
則膠片的厚度:h = h
二Uh =0.127 二 0.002mm
-X1 X2 X3 X4 X5
齒孔的平均長(zhǎng)度:
2.862 2.820 2
14、.829 2.807 2.844
二 2.832
其不確定度公式
.叭 0.002mm
3「3
Sx
二 n〔1;(X -X)2
2 2 2 2 2
5 -1
=0.020nm
電2.862-2.832 2.820-2.832 2.82—2.832 2.807-2.832]亠[2.844-2.832
U x f S2 "。.。。廠。.。?。2 = 0.020mm
則齒孔的長(zhǎng)度:x = X_UX = 2.832 _ 0.020mm
y y/y2 y^y^ w y - <_
齒孔的平均寬度:
5
2.005 2.004 2.001 2.009 2.
15、015
- -2.007mm
5
其不確定度公式:
、Y 0.004
um
2.00&2.0072 2.0042.0072 2.0012.007^ 2.00S2.0072 2.01&2.0072
二 0 ?005nm
U Y f;;:uY Sy = 0.0022 0.005 = 0.005mm
則齒孔的寬度:y = y 二U y = 2.007 二0.005mm
m
胡(0.0020.22 弋_0.0090.302 弋-0.0390.022科0.2610.0202 弋0.3680.005(弋—10.0790.00g
=0.02mm
ab _ n(xy ) h
膠
16、片的密度:
806.4 mg
『52.39 34.88 -64 2.832 2.007 - 0.137 :卜 0.127 mm 3
= 1.280 g cm 3
膠片密度的不確定度公式
Up . 0.021
其相對(duì)不確定度公式:U ■-r 100% 100% = 「7%
1 1.280
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:膠片的密度為=1.280 - 0.021 g tm^
相對(duì)不確定度u "二1.7%
心得體會(huì):
直到寫完實(shí)驗(yàn)報(bào)告后,我深深地松了一口氣! 本以為是一個(gè)非常容易的實(shí)驗(yàn)卻花了我這 么多的時(shí)間。這個(gè)實(shí)驗(yàn)看來(lái)比較簡(jiǎn)單, 因?yàn)橐獪y(cè)的只是一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù), 但是事實(shí)上并非
如此。首先要寫一個(gè)令人頭痛的實(shí)驗(yàn)方案,要上網(wǎng)找資料,找完資料后還要編輯、整理, 還要考慮到實(shí)際應(yīng)用的可行性。 實(shí)驗(yàn)方案完成后就是動(dòng)手做實(shí)驗(yàn), 從這次實(shí)驗(yàn)中我真正地
懂得了這些實(shí)驗(yàn)儀器的使用。動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)并不是很困難,最困難的要數(shù)是寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。- 大堆的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),一連串的公式要使用, 而且要計(jì)算的數(shù)不是一般的簡(jiǎn)單。 寫了一個(gè)晚上
和一個(gè)中午終于把實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫完了! 雖然這次實(shí)驗(yàn)付出了我不少的精力和時(shí)間, 但我覺得
還是值得的,因?yàn)橛懈冻霰赜惺斋@,通過(guò)這次實(shí)驗(yàn),我學(xué)會(huì)了專心、細(xì)心,我學(xué)會(huì)了做事 的嚴(yán)謹(jǐn)性,我真正懂得了所用儀器的使用和公式的運(yùn)用,真正地學(xué)會(huì)了對(duì)有效數(shù)字的取 舍……我學(xué)會(huì)了很多很多。