头发丝直径的实验报告
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2024-07-10
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头发丝直径的实验报告
篇一：设计性实验方案--测量头发丝的直径
在日常生活中，人们会经常使用测量工具来测量物体的长度，从而对物体产生具体客
观的认识。众所周知，在生活中的诸多物体，人们不用多加思索就可以容易测量得知它们
的具体长度参数。身体发肤受之父母，可对头发自己有了解几何呢？直接测量微小物体的
长度参数以肉眼比较难得出较精确的数据，一般情况，微小长度的测量通常用将其放大的
方式来进行测量。而微小长度在科学研究、精密仪器等方面更是有着不可或缺的地位。
在实验仪器不是很充裕的初级中学任物理教师，该怎样以更经济、更简单、更可行的
方式来让学生了解微小物体长度的测量方法，以与自己切身相关的头发为楔子，从而引
导、激发其他们的探索未知得欲望呢？好奇是一种动力，是一种向知识攀登、向未知探索
的动力。为人师表，我们有责任和义务去培养学生，使学生具有这种动力！
一、实验原理
用一根长长的头发，紧密缠绕一个小的圆柱体 n圈（n=30）.用测量工具测出 n圈头
发的直径 D，则由 d= D/n，可求得头发 d的直径大小。
二、实验方法选择
方法 1：用千分尺（螺旋测微器）来进行测量
定义：利用螺旋副原理对弧形尺架上两测量面间分隔的距离，进行读数的通用长度测
量工具。外径千分尺常简称为千分尺，它是比游标卡尺更精密的长度测量仪器，它的量程
是0－25,25-50,50-75...毫米，分度值是 0.01 毫米。工作原理：根据螺旋运动原理，当
──微分筒（又称可动刻度筒）旋转一周时，测微螺杆前进或后退一个螺距 0.5 毫米。这
样，当微分筒旋转一个分度后，它转过了 1/50 周，这时螺杆沿轴线移动了 1/50×0.5 毫
米＝0.01 毫米，因此，使用千分尺可以准确读出 0.01 毫米的数值。
将头发紧密缠绕在小圆柱后，用螺旋测微器来测量，依据千分尺的读数原理可以得到
n圈 的 度头发 长 D，由 d=D/n 可得头发的直径 d。
方法 2：用游标卡尺来进行测量
精度是 1mm 除以游标上的格数 则可知 10 格就是精确到 0.1mm 、20 格就是精确到
0.05mm 、50 格就是精确到 0.02mm 将头发紧密缠绕在小圆柱后，用游标卡尺测量物体外径
的卡口来测量，依据游标卡尺的读数原理可以得到 n圈 的 度头发 长 D，由 d=D/n 可得头发
的直径 d。
方法 3：劈尖干涉测头发丝的直径（利用等厚干涉原理）
当两片很平的玻璃叠合在一起，并在其一端垫入细丝时，两玻璃片之间就形成一空气
薄层（空气劈）。在单色光束垂直照射下，经劈上、下表面反射后两束反射光是相干的，
干涉条纹将是间隔相等且平行于二玻璃交线的明暗交替的条纹。
显然，劈尖薄膜上下两表面反射的两束光发生干涉的光程差为干涉条纹为暗纹与k
级暗条纹对应的薄膜厚度为：
两相邻暗条纹所对应的空气膜厚度差为：
如果有两玻璃板交线处到细丝处的劈尖面上共有N调干涉条纹，则细丝的直径 d为;
由于 N数目很大，实验测量不方便，可先测出单位长度的条纹数，再测出两玻璃交线处至
细丝的距离 L，则已知入射光波长λ，测出 N0 和L,就可计算出细丝（或薄片）的直径 D。
方法 4：用杨氏双缝干涉测头发丝的直径
利用传统双缝干涉：纳光灯+凸透镜+单缝+ 双缝 的原理，用激光器替代钠灯做光源，
加一个小焦距透镜使其发散，再加一个大焦距透镜使其汇聚，得到一束大面积平行光，直
接照射双缝，就可以得到清晰的干涉像。要测头发直径，就不放双缝，直接把头发放入光
路，在后面得到头发的衍射像，包括中心的泊松亮斑，测出头发与屏的距离 D，测出衍射
像的两个一级明纹的距离 L，头发直径 d等于 D乘以 λ除以 L，即d=Dλ/L。
方法 5：用读数显微镜测头发丝的直径
读数显微镜是光学精密机械仪器中的一种读数装置，测量范围：0-6mm 测量精度：
0.01mm，仪器放大倍数是 20，是用来测量微小距离或微小距离变化的，能将头发丝进行放
大后再读数。首先，将读数显微镜适当安装，对准头发丝；调节显微镜的目镜，以清楚地
看到叉丝（或标尺）；调节显微镜的聚集情况或移动整个仪器，使头发丝成像清楚，并消
除视差，即眼睛上下移动时，看到叉丝与头发丝成的像之间无相对移动；先让叉丝对准头
发丝上一点（或一条线）A，记下读数；转动丝杆，对准另一点B，再记下读数，两次读数
之差即 AB 之 的距离就是 的直径。但在操作中要注意两次 数 杆必 只向一间 头发丝 读 时丝 须
个方向移动，以避免螺距差。
三、测量方法选择
经济较落后的中学，实验室里的实验仪器并不是很充足。比较以上 5种方法，方法 3
和方法 4都要用到光学平台，而那时自己任教的中学，由于经费的紧张或不足，实验里配
不起这样的仪器，从而不能完成实验。方法 5要用到读数显微镜，虽然这个仪器没有光学
平台贵重，能配备的数量非常有限，但是面对一个班级的学生，要进行此实验还是显得不
太切合实际。为了能让每一个同学都能到实验室里进行实验，只能选择最经济、相对符合
实验要求的实验仪器来进行实验，因此唯有选择方法 1或方法 2。而头发丝是很细小的物
体，为了相对减少实验测量的误差，可采用放缩法。
四、仪器的选择
由于 是非常 小的物体，一般的 量工具无法 其 行 量或者会造成比 大的头发 细测 对 进 测 较
误差，所以此试验中只用普通物理实验室测量精度最高的测量工具来进行实验。在方法 1
中的测量工具的精度（千分尺为 0.01mm）比在方法 2的（游标卡尺为 0.02mm）高，作出
的实验结果更接近实际，因此，选择千分尺测量头发的直径 d。
五、测量条件
1.头发绕小圆柱体一定要紧密，且不可重叠；
2.绕的过程中不能使用很大的力，防止头发变形；
3.小圆柱一定要保证是圆的。
六、实验程序
1.选出千分尺和小圆柱体
2.取成年女性的长头发（可提前自备）
3将头发紧密绕小圆柱体 n圈（n取30、50 或100，具体视头发长度而定）
4.用千分尺测量 n圈 的 度头发 长 D，重复 10 次
5.计算头发的直径 d和偏差
6.重新绕头发、或换一根头发重复此实验，得出绕的紧密度和不同人的头发对 d的影
响。
参考文献：
[1] 杨述武等主编：普通物理实验 1（第四版），高等教育出版社，20xx [2] 杨述武
等 主 ：普通物理编实验 3（第四版），高等教育出版社，20xx
[3] 姚启钧主编：光学教程（第四版），高等教育出版社，20xx
篇二：劈尖法测头发丝的直径
等厚干涉是基 光学的重要 程之一， 达到学以致用的学 目的 ，由于础 课 为习设计该实验
光自身的波粒二象性和其数量级小的特点可以将其运用于现实生活中较于精确的测量。运
用光学的测量具有精度大，实验误差较小等有利于研究的特点。所以光学应用于物体几何
尺度的测量大大地增加了其精度。
一、 实验目的
1.测量头发丝直径的大小。
2.掌握劈尖干涉测定细丝直径（或薄片厚度）的方法。
3.通过实验加深对等厚干涉原理的理解。
4.掌握牛顿环的使用原理。
二、 实验原理
① 将两块平板玻璃叠放在一起，一端用头发丝将其隔开，则形成一辟尖形空气薄层 见
图（1-1），若用 色平行光垂直入射，在空气劈尖的上下表面 射的两束光将 生干单 发 发
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头发丝直径的实验报告 篇一：设计性实验方案--测量头发丝的直径 在日常生活中，人们会经常使用测量工具来测量物体的长度，从而对物体产生具体客观的认识。众所周知，在生活中的诸多物体，人们不用多加思索就可以容易测量得知它们的具体长度参数。身体发肤受之父母，可对头发自己有了解几何呢？直接测量微小物体的长度参数以肉眼比较难得出较精确的数据，一般情况，微小长度的测量通常用将其放大的方式来进行测量。而微小长度在科学研究、精密仪器等方面更是有着不可或缺的地位。 在实验仪器不是很充裕的初级中学任物理教师，该怎样以更经济、更简单、更可行的方式来让学生了解微小物体长度的测量方法，以与自己切身相关的头发为楔子，...
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