姜黎霞

【摘 要】在物理實驗中有一些特殊的儀器，它們的讀數(shù)裝置是根據(jù)游標(biāo)卡尺或螺旋測微器的結(jié)構(gòu)和測量原理而制成的，但其外觀和結(jié)構(gòu)又與游標(biāo)卡尺或螺旋測微計有很大的區(qū)別，使得實驗者在讀數(shù)據(jù)時感到困難，排列讀數(shù)法可以使實驗者快速、準(zhǔn)確地讀出數(shù)據(jù)，具有較強的實用性。

【關(guān)鍵詞】特殊儀器；讀數(shù)裝置；排列讀數(shù)法

The Reading Data in Sequence Method of Special Physics Experimental Equipment

JIANG Li-xia

（Basic Department，Beijing Union University，Beijing 100101，China）

【Abstract】The reading devices of some special physics experimental equipment are designed based on the measuring principles of vernier calipers or micrometers.However，experimenters would feel confused about data reading when they operate these special equipment which have different appearance and structures from vernier calipers and micrometers.The reading data in sequence method proposed in this paper would help experimenters read date quickly and accurately.It has strong availability and effectiveness.

【Key words】Special physics experimental equipment；Reading devices；Reading data in sequence method

在物理實驗中有一些特殊的儀器，它們的讀數(shù)裝置是根據(jù)游標(biāo)卡尺或螺旋測微器的結(jié)構(gòu)和測量原理而制成的，但其外觀和結(jié)構(gòu)又與游標(biāo)卡尺或螺旋測微器有很大的區(qū)別，使得實驗者在讀數(shù)據(jù)時感到困難，而造成這種困難的原因在于實驗者所掌握的游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的傳統(tǒng)讀數(shù)方法所致。

游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的結(jié)構(gòu)和測量原理在中學(xué)物理實驗課和大學(xué)物理實驗課中都是必修內(nèi)容，因此實驗者對游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的結(jié)構(gòu)和測量原理非常熟悉，特別是對兩種尺的傳統(tǒng)讀數(shù)方法印象深刻。游標(biāo)卡尺由主尺和游標(biāo)尺組成，游標(biāo)尺是副尺。游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法是：主尺是以游標(biāo)尺的零刻度線為標(biāo)線讀數(shù)，游標(biāo)尺上哪個刻度線與主尺的刻度線對齊，就讀該刻度線對應(yīng)格數(shù)，但要注意該讀數(shù)不需要估讀，因為判斷游標(biāo)尺上哪個刻度線與主尺的刻度線對齊時是目測，已經(jīng)含有存疑。將游標(biāo)尺讀出的格數(shù)乘以精確度，再與主尺讀數(shù)加起來，就得到一個完整的讀數(shù)。螺旋測微器的主尺是固定套管，副尺是活動套管，以活動套管的前沿為讀數(shù)標(biāo)線，讀出主尺讀數(shù)，再以固定套管上的橫線為讀數(shù)標(biāo)線，讀出活動套管上的刻度數(shù)，再乘以分度值，即為副尺讀數(shù)，同時注意兩點：1）副尺需要估讀；2）主尺露出半刻度時，要將半刻度值加到副尺讀數(shù)上。將主尺和副尺的數(shù)加起來，就得到一個完整的讀數(shù)。對于學(xué)習(xí)者來說，將主尺讀數(shù)和副尺讀數(shù)按照具體尺子的精確度或分度值計算得出一個完整的讀數(shù)是可以的，但是對于一個使用者來說，這種傳統(tǒng)的計算讀數(shù)法無疑是不實用的，試想這個使用者要測量幾十組或上百組數(shù)據(jù)，如果用這種計算讀數(shù)方法，既慢又容易出錯，自然會感到讀數(shù)困難，那么有沒有簡單易行的讀數(shù)方法呢？實際上游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺上的刻度標(biāo)數(shù)已經(jīng)是按實際的精確度設(shè)置，螺旋測微器的活動套管上的刻度標(biāo)數(shù)也已經(jīng)是按實際的分度值設(shè)置，兩種尺的主尺讀數(shù)和副尺讀數(shù)實際上只存在數(shù)量級關(guān)系，一個完整讀數(shù)的組成實際上是“主尺讀數(shù)+小數(shù)點+副尺讀數(shù)”這樣一個排列規(guī)律，本文將按照這個規(guī)律讀數(shù)的方法稱為“排列讀數(shù)法”。例如：游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為21，游標(biāo)尺上44刻度線與主尺的刻度線對齊，但注意該讀數(shù)不需要估讀，因為該刻度線與主尺的刻度線對齊是目測，已經(jīng)含有存疑，按“主尺讀數(shù)+小數(shù)點+副尺讀數(shù)”規(guī)律排列，就得到完整讀數(shù)為22.44mm。再例如：螺旋測微器的主尺讀數(shù)為5，并且露出半刻度，副尺讀數(shù)為150，該讀數(shù)尾數(shù)為估讀值，主尺露出半刻度，則在副尺讀數(shù)的首位加5，然后按“主尺讀數(shù)+小數(shù)點+副尺讀數(shù)”規(guī)律排列，就得到完整讀數(shù)為5.650mm。

用“排列讀數(shù)法”讀取游標(biāo)卡尺和螺旋測微器上的示數(shù)簡單易行，使用者可以用這種方法快速、準(zhǔn)確地讀取數(shù)據(jù)。物理實驗中有一些特殊儀器的讀數(shù)裝置是根據(jù)游標(biāo)卡尺或螺旋測微器的結(jié)構(gòu)和測量原理而制成的，在使用這些儀器的時候，“排列讀數(shù)法”的實用性就更加明顯。

在物理實驗中，讀數(shù)裝置是根據(jù)螺旋測微器的結(jié)構(gòu)和測量原理而制成，但其外觀結(jié)構(gòu)又與螺旋測微器有較大區(qū)別的常用儀器是邁克爾遜干涉儀和讀數(shù)顯微鏡。邁克爾遜干涉儀是美國科學(xué)家邁克爾遜于1881年設(shè)計的一種典型的干涉儀，它是利用分振幅法產(chǎn)生相干光束以實現(xiàn)干涉的一種精密光學(xué)儀器，可精密地測量長度及其微小變化，其測量結(jié)果的精確度可與光的波長相比擬。邁克爾遜干涉儀設(shè)計精巧、結(jié)構(gòu)簡單、光路直觀、測量精度高，在現(xiàn)代科技中應(yīng)用廣泛，例如用它可以測定薄膜厚度、氣體折射率，檢驗棱鏡和透鏡質(zhì)量，研究溫度、壓力對光傳播的影響等，它的基本結(jié)構(gòu)是近代許多干涉儀的基礎(chǔ)[1]。邁克爾遜干涉儀的讀數(shù)裝置包括主尺和副尺兩部分，它的主尺是裝在導(dǎo)軌側(cè)面的標(biāo)尺，有獨立的讀數(shù)標(biāo)線，副尺分兩部分，一部分是粗調(diào)鼓輪刻度盤，有獨立的讀數(shù)標(biāo)線，另一部分是微調(diào)鼓輪刻度盤，有獨立的讀數(shù)標(biāo)線。軌道滑塊上的反光鏡在某一位置時的位置讀數(shù)由這三部分尺的讀數(shù)組成，根據(jù)“排列讀數(shù)法”，該位置讀數(shù)的排列方式是“主尺讀數(shù)+小數(shù)點+粗調(diào)鼓輪刻度盤讀數(shù)+微調(diào)鼓輪刻度盤讀數(shù)”，由于微調(diào)鼓輪刻度盤讀數(shù)排在最后一部分，因此只有微調(diào)鼓輪刻度盤讀數(shù)時需要估讀，主尺和粗調(diào)鼓輪刻度盤讀數(shù)時不需要估讀。例如：當(dāng)軌道滑塊上的反光鏡移動到某一位置時，主尺讀數(shù)為44，粗調(diào)鼓輪刻度盤讀數(shù)為68，微調(diào)鼓輪刻度盤讀數(shù)為092，則該位置讀數(shù)為44.68092mm 。讀數(shù)顯微鏡是由顯微鏡和測微螺旋裝置兩部分組成。顯微鏡的作用是將被測物體放大并瞄準(zhǔn)，測微螺旋的作用是測讀任意兩點的距離。讀數(shù)顯微鏡的特點是既能達(dá)到較高的測量精度（由螺旋測微的精度決定），又有較寬的測量范圍（由顯微鏡筒的移動范圍決定），并能實現(xiàn)無接觸測量[2]。讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)裝置裝在垂直于鏡筒的平臺上，主尺為平臺上的標(biāo)尺，有獨立的讀數(shù)標(biāo)線，副尺是測微鼓輪刻度盤，也有獨立的讀數(shù)標(biāo)線。當(dāng)測微鼓輪轉(zhuǎn)動到某一位置時，該位置讀數(shù)的排列方式是“主尺讀數(shù)+小數(shù)點+測微鼓輪讀數(shù)”，注意測微鼓輪讀數(shù)時需要估讀。例如：當(dāng)測微鼓輪轉(zhuǎn)動到某一位置時，主尺讀數(shù)為26，測微鼓輪讀數(shù)為906，則該位置讀數(shù)為26.906mm。

在物理實驗中，讀數(shù)裝置是根據(jù)游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)和測量原理而制成，但其外觀結(jié)構(gòu)又與游標(biāo)卡尺有較大區(qū)別的常用儀器是分光計和聲速測定實驗儀。分光計又稱光學(xué)測角儀，是一種能精確測量光線偏轉(zhuǎn)角度的儀器，被廣泛應(yīng)用于光學(xué)實驗當(dāng)中。該裝置比較精密，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其基本光學(xué)結(jié)構(gòu)是許多光學(xué)儀器例如棱鏡光譜儀、光柵光譜儀、單色儀等的基礎(chǔ)，它的調(diào)整思想、方法和技巧在光學(xué)實驗中具有一定的代表性，因而學(xué)會分光計的調(diào)整和使用有助于掌握更復(fù)雜的光學(xué)儀器[3]。分光計的讀數(shù)裝置包括主尺和副尺兩部分，它的主尺是分為360o的刻度圓盤，最小刻度為0.5o，即30′，小于半度則需用副尺游標(biāo)讀數(shù)。為了消除刻度圓盤的偏心差，游標(biāo)盤上在同一直徑的兩端設(shè)有兩個游標(biāo)。每個游標(biāo)上有30個刻度線，總長與刻度圓盤上29個刻度線等長，因此最小刻度為1′。在實際測量前，先將游標(biāo)盤旋轉(zhuǎn)到兩個游標(biāo)的連線與平行光管垂直的方位，用游標(biāo)盤固定螺釘將游標(biāo)盤固定，再將望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)到與平行光管共線，然后將望遠(yuǎn)鏡與刻度圓盤用專用固定螺釘固定在一起。在實際測量時，當(dāng)與刻度圓盤固定在一起的望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)到某一位置時，其位置讀數(shù)有兩組，分別在兩個游標(biāo)處讀（下轉(zhuǎn)第143頁）（上接第134頁）出。根據(jù)排列讀數(shù)法，每一組位置讀數(shù)的排列方式是“刻度圓盤讀數(shù)+度+游標(biāo)讀數(shù)+分”，讀數(shù)時還需要注意兩點：1）如果游標(biāo)零刻度線已越過刻度圓盤上的半刻度線，讀數(shù)0.5o需化為30′加在游標(biāo)讀數(shù)上；2）游標(biāo)讀數(shù)不需要估讀，因為判斷游標(biāo)上某刻度線與刻度圓盤刻度線對齊時是目測，已經(jīng)含有存疑。例如：當(dāng)與刻度圓盤固定在一起的望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)到某一位置時，游標(biāo)Ⅰ處刻度圓盤讀數(shù)為212，且游標(biāo)零刻度線已越過刻度圓盤上的半刻度線，游標(biāo)讀數(shù)為09，則游標(biāo)Ⅰ處位置讀數(shù)為212o39′，游標(biāo)Ⅱ處刻度圓盤讀數(shù)為32，且游標(biāo)零刻度線已越過刻度圓盤上的半刻度線，游標(biāo)讀數(shù)為13，則游標(biāo)Ⅱ處位置讀數(shù)為32o43′。注意：由于游標(biāo)Ⅰ和游標(biāo)Ⅱ分別位于游標(biāo)盤上同一直徑的兩端，因此游標(biāo)Ⅰ處和游標(biāo)Ⅱ處的位置讀數(shù)應(yīng)相差180o左右。當(dāng)與刻度圓盤固定在一起的望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)到另一位置時，按同樣方法讀出游標(biāo)Ⅰ處和游標(biāo)Ⅱ處的位置讀數(shù)，然后求出望遠(yuǎn)鏡兩個位置相對應(yīng)的游標(biāo)Ⅰ處位置讀數(shù)差值φⅠ以及游標(biāo)Ⅱ處位置讀數(shù)差值φⅡ，再求φⅠ以及φⅡ的平均值，即為望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過的角度。聲速測定實驗儀主要由超聲實驗裝置、聲速測定儀信號源及雙蹤示波器組成，可用于共振干涉法、相位比較法和時差法測量聲速[4]。聲速測定實驗儀的讀數(shù)裝置在測試架上，整個橫梁為主尺，游標(biāo)與超聲接收換能器（動子）連接在一起，當(dāng)超聲接收換能器（動子）通過螺桿聯(lián)動手輪在測試架上移動時，通過游標(biāo)可讀出任意位置的位置讀數(shù)，若記下初始位置的讀數(shù)值，再記下實驗操作需要移動到的位置的讀數(shù)值，兩值之差即為超聲接收換能器（動子）從初始位置到該位置移動的距離，該讀數(shù)裝置的讀數(shù)方法與游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法完全相同，按“主尺讀數(shù)+小數(shù)點+副尺讀數(shù)”規(guī)律排列即可。例如：主尺讀數(shù)為71，游標(biāo)尺上90刻度線與主尺的刻度線對齊，但注意該讀數(shù)不需要估讀，因為該刻度線與主尺的刻度線對齊是目測，已經(jīng)含有存疑，按“主尺讀數(shù)+小數(shù)點+副尺讀數(shù)”規(guī)律排列，就得到該位置讀數(shù)為71.90。若已測得初始位置讀數(shù)為62.60，則超聲接收換能器（動子）從初始位置到該位置移動的距離為9.3mm。

不僅僅是物理實驗中有一些特殊的儀器，它們的讀數(shù)裝置是根據(jù)游標(biāo)卡尺或螺旋測微器的結(jié)構(gòu)和測量原理而制成，在科學(xué)類和工程類科研精密儀器中，也有許多儀器的讀數(shù)裝置是根據(jù)游標(biāo)卡尺或螺旋測微器的結(jié)構(gòu)和測量原理而制成，而且但其外觀和結(jié)構(gòu)也與游標(biāo)卡尺或螺旋測微計有很大的區(qū)別，并且需要讀出大量的數(shù)據(jù)，如果在讀數(shù)據(jù)時采用排列讀數(shù)法，便可以使實驗者快速、準(zhǔn)確地讀出數(shù)據(jù)，排列讀數(shù)法的實用性、高效性就更能得到體現(xiàn)。

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[4]高興茹，倪蘇敏，張義民.大學(xué)物理實驗講義[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2004：120-122.

[責(zé)任編輯：田吉捷]