使用螺旋測微器測量薄片厚度

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介紹

為了測量任何金屬製成的薄片的厚度，可以使用多種工具，包括螺旋測微器和遊標卡尺。使用這種特殊的測量工具，可以更精確地測量金屬薄片的厚度，精度可達0.005毫米。螺旋測微器具有兩個相繼的螺紋，它們之間的間距相等。本教程將關注這一物理概念，解釋如何使用螺旋測微器測量薄片厚度的實驗。

目的

本實驗的主要目的是使用螺旋測微器測定薄片的厚度。

所需材料

與其他複雜的物理實驗相比，本實驗所需的儀器數量非常少。本實驗只需要三種儀器：螺旋測微器、放大鏡和一張紙。

理論

螺旋測微器是一種帶有U形金屬框架的專用測量工具。這種工具的主要用途是測量厚度不超過0.01毫米的薄片物品的尺寸。該工具透過在一個框架的一側連線一個空心圓柱體制成，圓柱體內部刻有槽，允許螺桿穿過。與螺桿軸線平行的是一個螺距刻度或主刻度，而套筒則固定在螺桿的另一側（Physicsmax，2022）。為了將螺桿的頭部分成100個刻度，放置了一個分度頭刻度。一個棘輪位於螺桿的平面上。一個砧座固定在框架的另一端。

圖1：螺旋測微器

螺旋測微器的操作基於螺桿原理。螺旋測微器的操作原理定義了螺桿尖端的移動距離與旋轉次數成正比 (Ding et al. 2020)。另一方面，螺距可以表示為螺桿移動距離與全旋轉次數的比值。

在一次旋轉一個刻度的時間內，最小刻度值由螺桿沿軸線移動的距離決定。基於此，最小刻度值可以透過螺距與圓形刻度總刻度數的比值來求得。

螺旋測微器的零點誤差和零點校正原理

在進行本實驗之前，確定零點誤差被認為是本實驗的關鍵因素。零點誤差可以透過完全旋轉螺桿直至其接觸砧座來確定。

步驟

本實驗的步驟包括確定單個線性刻度刻度的值。透過使砧座和棘輪接觸，可以計算出零點誤差。此時，需要將薄片放置在砧座上，並將棘輪頭移向砧座 (Singh et al. 2020)。如果棘輪旋轉而螺桿不動，它就會停止。然後，需要計算出帽邊緣可見的分度頭刻度數。基於此，讀數 (IV) 被認為是線性刻度讀數 (L.S.R)。需要記下參考線上方的線性刻度數，以確定每種情況下零點校正的總讀數。

基於觀察的計算和結果

觀察次數	線性刻度讀數	圓形刻度讀數	總讀數
	參考線上的刻度數 (n)	N x l.c(mm) 的值	觀察到的值$\mathrm{T_0 \:=\:N+n\: x\: L.C}$	校正後的 $\mathrm{t\:= \:t_0 \:+\: c}$
1				$\mathrm{t_1}$
2				$\mathrm{t_2}$
3				$\mathrm{t_3}$
4				$\mathrm{t_4}$

表1：觀察表

在每次觀察中，都確定了t的值，並記錄了t0的值。t的反值用於放置在第4b列中。這些實驗結果有助於提供以毫米為單位的薄片厚度。

結論

本教程包含了實驗的目的，即進行本實驗的主要原因是確定如何使用螺旋測微器測量薄片的厚度。教程中列出了所需的儀器，例如螺旋測微器、放大鏡和一張紙。在理論部分，根據螺旋測微器操作原理、螺旋測微器及其最小刻度值和螺旋測微器的螺距，進行了三次單獨的討論。本教程還包含了名為螺旋測微器零點誤差和零點校正的另一部分。本教程還包括實驗所需的結果、觀察和注意事項。

常見問題

Q1. 螺旋測微器的量程是什麼意思？

A1. 主刻度的最大長度可以作為螺旋測微器的量程。該工具的測量部分設計在25毫米的範圍內。

Q2. 螺旋的直徑會隨著溫度的變化而變化嗎？

A2. 據觀察，溫度確實會影響螺桿的直徑。如果溫度升高，螺桿的直徑會增大；如果溫度降低，螺桿的直徑會減小。

Q3. 螺旋測微器是如何測量的？

A3. 螺旋測微器的測量是基於與特定英寸直徑分數相對應的英制系統進行的。基於此，該工具的測量精度可達0.1毫米。

Q4. 如何計算標準規？

A4. 測量標準規的公式的數學表示為 (100) x (密耳)，例如，可以取 0.3 密耳 = 30 號規。