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1、 135照相膠片密度測定的設計 物理學中某種物質單位體積的質量叫這種物質的密，它是物質的重要物理參數(shù)之一， r m p =— 來測量密度。 在生產和科學實驗中，經常要測量物體的密度，以了解物體的某些特性，因此掌握測量密 度的基本方法是非常重要的。本實驗采用最簡單的計算方法 實驗目的： 1. 掌握電子天平和讀數(shù)顯微鏡的正確使用方法。 2. 掌握用一般方法測量物體的密度。 3. 復習鞏固千分尺和游標卡尺的正確使用方法。 4. 復習鞏固有效數(shù)字和間接測量量得的不確定度的估算方法。 5. 學會設計實驗的基本思想和方法。 實驗儀器： 鋼尺：30 cm/0.05 cm ；

2、游標卡尺：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 實驗原理： =m. （1） 物理學中某種物質單位體積的質量叫這種物質的密度， 即密度：."V。m為 3 單張膠片的質量（g），使用電子天平來測量； 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為膠片的長度，使用鋼尺測量膠片長度 ， 在測量時要測量膠片的上下兩邊緣， 因為剪切的膠片可能是左右兩端不規(guī)則的長方形， 所

3、 以采取測其上下兩邊緣的長度， 然后求兩者的平均值作為長 a。測量中間的長度時， 測量 誤差比兩邊緣大得多，所以不采用，只需測量上下兩端。在測量時，不用鋼尺的端邊作為 起點，而是選取某個初度數(shù) a初作為起點測量，測量讀出末讀數(shù)為 a末，則其邊長度為 ai =|a初-a末，膠片長度 a = a上邊緣+ a下邊緣；b為膠片的寬度，使用游標卡尺來測 量，取五個不同的測量點，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， 使用千分尺測量膠片的厚度， 取五個不同的測量點， 讀數(shù)必須要扣除 零讀數(shù)，取平均值。 （3）單個齒孔的面積： 二沁 ，x為齒孔的長度，y

4、為齒孔的寬度，都使用 讀數(shù)顯微鏡來測量，測量不同的5個齒孔，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: 實驗內容及步驟： （1）、長度測量： 使用鋼尺測量膠片的長度， 測量出上下邊緣的長度， 然后取平均值；用游標卡尺測量 膠片的寬為b，取五個不同的測量點，測量時要把膠片卷曲，否則在測量時它易變形，并 且測量誤差大，在測量時取五個不

5、同的測量點， 然后取平均值；使用千分尺膠片測量膠片 的厚度h，先將千分尺調零，讀出初讀數(shù) h。并記錄，然后進行測量，讀出末讀數(shù) h末并 記錄，則每次的測量厚度： h = h末-ho，取5個不同的測量點，測量 5次，并取平均 值。制表記錄實驗數(shù)據。 （2 ）、用讀數(shù)顯微鏡測量膠片不同的五個齒孔的長與寬： 1. 調節(jié)物鏡或膠片，使它們位于同一水平面上。 2. 調節(jié)目鏡和十字準線的間距，使十字準線像最清楚。 3. 轉動調焦手輪，前后移動顯微鏡筒，改變物鏡到膠片之間的距離，看清膠片。 4. 轉動測微鼓輪移動顯微鏡，使十字準線中豎線與膠片一端垂直， 讀出主尺與測微 鼓輪上的示數(shù)

6、，沿同方向旋轉測微鼓輪，使準線中豎線與膠片另一端垂直， Xm 記下主尺與測微鼓輪示數(shù) Xn，兩次讀數(shù)之差即為膠片的長度 X=|Xm —Xn ；同 樣測其寬時對應有 y、y、寬為y= y - y。記錄好實驗數(shù)據。 j m ,n Jr m j n 5. 注意防止回程誤差：移動顯微鏡，使其從相反方向對準同一膠片， 兩次讀數(shù)似乎 應當相同，實際上由于螺絲和螺套不可能完全密接，螺旋轉動方向改變時， 他們 的接觸狀態(tài)也將改變，兩次讀數(shù)將不同， 由此產生的測量誤差稱為回程誤差。為 了防止回程誤差，在測量時向同一方向轉動鼓輪使叉絲和各膠片對準， 當移動叉 絲超過了膠片時，就要多退回一些，重新

7、在向同一方向轉動鼓輪去對準膠片。 （3）、使用電子天平時先對天平進行調水平，然后進行校準：輕按 CAL鍵當顯示器 出現(xiàn)CAL-時，即松手，顯示器就出現(xiàn) CAL-100其中“ 100為閃爍碼，表示校準砝碼需 用100g的標準砝碼。此時就把準備好 “100g”準砝碼放上稱盤，顯示器即出現(xiàn) "----"等 待狀態(tài)，經較長時間后顯示器出現(xiàn) lOO.OOOg，拿去校準砝碼，顯示器應出現(xiàn) O.OOOg， 若出現(xiàn)不是為零，則再清零，再重復以上校準操作。 （注意：為了得到準確的校準結果 重復以上校準）。再進行測量膠片的質量 m。 （4）、數(shù)據處理： 求出膠片密度的不確定度和相對不確定度，寫出實

8、驗結果 實驗數(shù)據記錄： 表1 膠片的長度 測量位置 初讀數(shù) a (mm) 末讀數(shù)a末（mm） 長度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、質量 次數(shù) 寬b (mm) 厚 h (mm) 質量 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) 齒孔的長和寬 長 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 齒孔個數(shù)n= 64 . 樣品編號：32-05 -0152 mm 數(shù)據處理: 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 則膠片的質量：m =806.4mg 膠片的平均長度：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 其相對不確定度公式：U ■-r 100% 100% = 「7% 1 1.280 實驗結果：膠片的密度為=1.280 - 0.021 g tm^ 相對不確定度u "二1.7% 心得體會： 直到寫完實驗報告后，我深深地松了一口氣！ 本以為是一個非常容易的實驗卻花了我這 么多的時間。這個實驗看來比較簡單， 因為要測的只是一些簡單的數(shù)據， 但是事實上并非 如此。首先要寫一個令人頭痛的實驗方案，要上網找資料，找完資料后還要編輯、整理， 還要考慮到實際應用的可行性。 實驗方案完成后就是動手做實驗， 從這次實驗中我真正地 懂得了這些實驗儀器的使用。動手做實驗并不是很困難，最困難的要數(shù)是寫實驗報告。- 大堆的實驗數(shù)據，一連串的公式要使用， 而且要計算的數(shù)不是一般的簡單。 寫了一個晚上 和一個中午終于把實驗報告寫完了！ 雖然這次實驗付出了我不少的精力和時間， 但我覺得 還是值得的，因為有付出必有收獲，通過這次實驗，我學會了專心、細心，我學會了做事 的嚴謹性，我真正懂得了所用儀器的使用和公式的運用，真正地學會了對有效數(shù)字的取 舍……我學會了很多很多。