第一章 力学仪器-高中物理实验仪器配备与使用

第一章 ! 力学仪器 ! 一 !!!!!!!!! 力学仪器 ! 第一节 ! 长度测量工具 ! !! 一! 刻度尺 !一" 刻度尺的结构与原理 国际单位制的长度单位,米-& 5@8@? $ 5@8?@ '起源于法国( '-,& 年 ( 月$由法国 科学家组成的特别委员会建议以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为 长度单位"""米$ '-,' 年获法国国会批准(为了制造出表征米的量值的基准器$ 在法国天文学家捷梁布尔和密伸的领导下$于 '-,% 年至 '-,, 年$对法国敦刻尔克 至西班牙的巴塞罗那进行了测量( '-,, 年$根据测量结果制成一根 1$(556%(55 矩形截面的铂杆& 9 F>8GE<55@8?@C>? '$以此杆两端之间的距离定为 '5 $并交法国档 案局保管$所以也称为,档案米-(这就是最早的米的定义( 由于,档案米-的变形情况严重$于是$ '.-% 年放弃了,档案米-的米定义$而以 铂铱合金& ,&H 的铂和 '&H 的铱'制造的米原器作为长度的单位(米原器是根据 ,档案米-的长度制造的$当时共制出了 1' 只$截面近似呈 I 形$把,档案米-的长度 以两条宽度为 0 ' . ( 5 的刻线刻在尺子的凹槽&中性面'上( '.., 年$在第一次国 际计量大会上$把经国际计量局鉴定的第 0 号米原器& 1' 只米原器中在 &J 时最 接近,档案米-长度的一只'选作国际米原器$并作为世界上最有权威的长度基准器 保存在巴黎国际计量局的地下室中$其余的尺子作为副尺分发给与会各国(大会 规定在周围空气温度为 &J 时$米原器两端中间刻线之间的距离为 '5 ( ',%- 年$ 第七届国际计量大会又对,米-定义做了严格的规定$除温度要求外$还提出了米原 器须保存在 '>85 &标准大气压'下$并对其放置方法做出了具体规定(但是使用米 原器作为米的客观标准也存在很多缺点$如材料变形$测量精度不高&只能达 &$' ( 5 '$等等$很难满足计量学和其他精密测量的需要(另外$万一米原器损坏$ 复制将没有依据$特别是复制品很难保证与米原器完全一致$给各国使用带来了困 难(因此$采用自然量值作为单位基准器的设想一直为人们所向往( ! %& 世纪 (& 年代$随着同位素光谱光源的发展$发现了宽度很窄的氪 /.0 同位 素谱线$加上干涉技术的成功$人们终于找到了一种不易毁坏的自然标准$即以光 波波长作为长度单位的自然基准( ',0& 年$第十一届国际计量大会对米的定义做 了如下更改#,米的长度等于氪 /.0 原子的 % !'& 和 (" ' 能级之间跃迁的辐射在真空 中波长的 '0(&-01$-1 倍(-这一自然基准$性能稳定$没有变形问题$容易复现$而 且具有很高的复现精度(我国于 ',01 年也建立了氪 /.0 同位素长度基准(米的定 义更改后$国际米原器仍按原规定保存在国际计量局( 随着科学技术的进步$自 %& 世纪 -& 年代以来$对时间和光速的测定都达到了 很高的精确度(因此$ ',.1 年 '& 月$在巴黎召开的第十七届国际计量大会上又通 过了米的新定义#,米是 ' ! %,,-,%4(. 秒的时间间隔内光在真空中行程的长度(- 这样$基于光谱线波长的米的定义就被新的米定义所替代了(有一标准的, '5 -的 长度$我们制作刻度尺时$只要将其进行等分处理$就可以得到厘米等刻度( 如何绘制刻度呢/ 以一个简单的 4A5 刻度尺的绘制为例$通过一些参数的意 义直观地表达一下刻度尺绘制的基本原理(绘制过程&图 '/' '主要是通过 9 0 & 1+ 9 0 ' 1这两个点$通过 KL! 中的 KBM@NB &'$ OGE@NB &'这两个绘制直线的函数一步 一步地绘制出这段比例尺( 图 '/' 首先$确定 9 0 & 1+ 9 0 ' 1这两个点的坐标& 9 0 & 1 $P $ 9 0 & 1 $ Q '+& 9 0 ' 1 $P $ 9 0 ' 1 $ Q '$ 通过这两个点得到 # 轴方向的中点坐标& 5G=P $ 5G= Q '(然后$通过 KBM@NB 函数 定位到起点坐标 9 0 & 1$以& 5G=P $ 5G= Q '为终点通过 OGE@NB 函数绘制第一条线段$ 依次类推$画出线段& 5G=P $ 5G= Q '到& 5G=P $ 9 0 ' 1 $ Q '$线段& 5G=P $ 9 0 ' 1 $ Q '到 & 9 0 & 1 $P $ 9 0 ' 1 $ Q '(最后$绘制中间的刻度$这里主要通过一个 RB? 循环来实现中 间刻度线的绘制$如本例中要绘制七条刻度线$通过一个 RB? & GE8GS& 2 G " - 2 GTT '循环$对每一条刻度线进行绘制(同理$对更多的刻度线进行绘制$就可得 到相应